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1、1,化 工 原 理（上 册）,章汝平主讲,2,教 材,柴诚敬主编普通高等教育“十五”国家级规划教材化工原理（上册）北京: 高等教育出版社2005年6月（第一版）,3,(1) 柴诚敬,张国亮. 化工流体流动与传热. 第二版 北京: 化学工业出版社, 2007 (2) 夏清，陈常贵. 化工原理，上册. 天津: 天津大 学出版社, 2005(3) W. L. McCabe, J. C. Smith. Unit Operations of Chemical Engineering, 6th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 2001,参 考 教 材,4,通过绪论的学习，
2、应了解化工原理课程的主要内容，单元操作的分类和特点，工程学科的研究方法，本课程的学习要求，掌握单位制及单位换算方法。,学习目的与要求,绪 论,5,0.1 化工原理课程的内容和特点,绪 论,8,化学工业特点,(1)化学工业是独特、不可取代的工业部门。(2)化工产品品种繁多，工艺复杂(3)是装置型工业，具有规模经济性(4)是资金密集，技术密集的工业部门(5)是能耗大户(6)易污染、重污染的工业部门,9,化学工程的发展,化学工程发展的四个阶段,10,化学工业领域的地位,11,化工原理课程内容,化工生产过程,化学反应,单元操作,反应工程,化工原理,三传一反,12,化工生产过程分析,前处理(预处理),化
3、学反应过程,后处理(加工),物理过程,化学过程,物理过程,13,二、单元操作的分类和特点,1、流体动力过程：流体输送、沉降、过滤、搅拌2、传热过程： 换热、蒸发3、传质过程：蒸馏、吸收、萃取、吸附、浸取、吸附、离子交换、膜分离4、热质同时传递过程：增减湿、结晶、干燥,分类,14,化工原理是一门实践性很强的工程学科。单元操作的研究内容包括“过程”和“设备”两个方面。 所有的单元操作都可分解为动量传递、热量传递、质量传递这三种传递过程和它们的结合。三种传递过程现象中存在着类似的规律和内在的联系。传递过程是联系各单元操作的一条主线。,二、单元操作的分类和特点,特点,15,包括流体输送、沉降、 过滤、
4、离心分离、搅拌、固体流态化等,以流体力学为基础,以热量传递理论为基础,包括加热、冷却、 蒸发等,以质量传递理论为基础,包括蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶、膜分离等,化工生产中，主要的单元操作可以归纳为三类：,分离过程,将混合物分离,16,三、化工原理课程的研究方法,1、实验研究方法（经验法）: 用量纲分析和相似论为指导，依靠试验来确定过程变量之间的关系，通过量纲为一数群（或称准数）构成的关系式来表达。是一种工程上通用的基本方法。,17,2、数学模型法（半经验半理论方法） 在对实际过程的机理深入分析的基础上，在抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化，建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。
5、通过实验确定模型参数。 研究工程问题的方法是联系各单元操作的另一条主线。,三、化工原理课程的研究方法,18,四化工过程计算的理论基础,设计型计算操作型计算,质量守恒能量守恒平衡关系速率关系,所用基本关系：,化工计算分为,19,五本课程的学习要求,学习中，应注意以下几个方面能力的培养：(1)单元操作和设备选择的能力工程设计能力操作和调节生产过程的能力过程开发或科学研究能力 实验能力,20,绪 论,0.2 单位制度及单位换算,21,一单位和单位制度,1、基本单位和导出单位,基本单位,导出单位,质量、长度、时间和温度,速度、密度、加速度,2、绝对单位制和重力单位制,绝对单位制,重力单位制,长度、质量
6、、时间,长度、时间和力,22,3、国际单位制（SI制）根据1960年10月国际计量大会通过的一种单位制。,4、中华人民共和国法定计量单位在SI制基础上制定的。,一单位和单位制度,23,国际单位制,国际单位制的构成 国际单位制及其国际简称SI是在第11届国际计量大会（1960）上通过的，包括SI单位和SI单位的倍数单位。 SI单位是国际单位制中由基本单位和导出单位构成一贯单位制的那些单位。除质量外，均不带SI词头（质量的SI单位为千克）。 SI单位的倍数单位包括SI单位的十进倍数单位和分数单位。,24,表 SI 基本单位,25,3.5 米制,厘米克秒（CGS）制：物理制长度(cm), 质量(g)
7、, 时间(s), 温度(), 绝对温标(K),绝对单位制(absolute system of units)：以长度、质量及时间为基本单位。工程单位制(engineering system of units)：以长度、力及时间为基本单位,米千克秒（MKS）制: SI长度(m), 质量(kg), 时间(s),绝对单位制,26,米制工程制: 长度(m), 力(kgf), 时间(s)为基本单位，质量成为导出单位。 千克力：1千克质量的物体于真空中所受的重力。（g=9.81m/s2） 1kgf=1kg9.81m/s2 =9.81kg.m/s2 =9.81N质量工程单位： 一物体在1kgf的作用下，得到
8、1m/s2的加速度，该物体的质量为1质量工程单位（kgf.s2/m）,1质量工程单位=,1质量工程单位的数值相当于SI质量的9.81倍,27,3.6 英制,英尺磅秒（FPS）制 长度(ft), 质量(lb),时间(s)为基本单位，力为导出单位（磅达，磅. 英尺/秒2）。温度(华氏度,F), 绝对温标（Rankine，R） 1Pdl=1 lbft/s2=1 lb.ft/s2 (Poundle, 磅达) 1 Pdl=0.1383N=0.1383105dyne,英国工程制 长度(ft), 力（lbf), 时间(s). 斯勒(Slg)：质量工程单位，磅力. 秒2/英尺,1 Slg=,1 lbf=32.
9、17 Pdl=32.17 lb.ft/s2,28,美国工程制: 长度(ft),时间(s),力(lbf),质量(lbm)为基本单位。 1lbf为1lbm物体在地面所受的重力，重力加速度为32.17ft/s2. 牛顿公式：F=ma/ge (ge为力与质量间的比例常数),29,二、单位换算,单位换算的原则： 属于不同因次的单位，不能进行加减乘除等数学运算，相同因次而不同单位要运算时，须先将其转换成相同的单位，才能进行加加减乘除等数学运算。单位换算的方法（连接单位法） 1.先查出同一因次不同单位制的换算系数，写成比例形式。 2. 将需要换算的量和单位根据其间的关系写成数字附带单位连乘、连除的式子，再进
10、行运算,30,二、单位换算,1、物理量的换算,基本物理量中为1m物理单位制中100cm英制3.2808ft,2、经验公式（或数字公式）的单位换算,（a）物理方程,（b）经验方程,换算方法见例02。,31,1.物料衡算 依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的物料质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即 输入量输出量累积量 对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即稳定操作状态时，过程中不应有物料的积 累。则物料衡算关系为 输入量输出量 用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。,三、几个基本概念,32,1、画出流程示意图，标出物料流向与流量、组成等；,2、用虚线划出衡算范围；,3、定出衡算
11、基准；,4、列出衡算式并求解。,物料衡算可按下列步骤进行：,33,2.能量衡算,在化工生产中，能量的消耗是一项重要的技术经济指标，它是衡量工艺过程、设备设计、操作制度是否先进合理的主要指标之一。,能量衡算的基础是物料衡算，只有在进行完备的物料衡算后才能作出能量衡算。,能量衡算依据于能量守恒定律：,输入的能量=输出的能量+积累的能量,34,本课程中所用到的能量主要是机械能和热能。能量衡算的依据是能量守恒定律。机械能衡算将在第一章流体流动中说明；热量衡算也将在传热、蒸馏、干燥等章中结合具体单元操作有详细说明。热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。,35,3 平衡关系,平衡是在一定条件下物系变化可能达
12、到的极限。通过平衡关系可以判断过程能否进行，及进行的方向和能达到的程度。平衡关系对于分析化工生产过程具有重要的意义。,36,4 过程速率,化工原理中涉及传热速率和传质速率，称为过程速率。过程速率的大小，直接影响设备的尺寸大小，生产能力及经济效益等。过程速率是过程推动力和过程阻力的比值,37,5. 经济核算(Economical accounting),为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和材料的不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，所选用的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，要用经济核算确定最经济的设计方案。,38,练 习 题 目,思考题,作业题: 1、2,1 何谓单元操作？如何分类？2. 联系各单元操作的两条主线是什么?3. 比较实验研究方法和数学模型的区别与联系。4. 何谓单位换算因子?,