化工原理 绪论 工生产过程与单元操作 1.化工生产过程——用化工手段将原料进行加工处理,使其在物理性能上或 在化学性质上发生变化,成为人们所需的产品。 化工生产过程的核心显然应该是化学反应及其设备(反应器) 化工原理——研究前处理和后处理所涉及的物理加工过程的规律和设备 单元操作 ton)—化工生产中,具有共同物理操作原理和设 备的过程 单元操作按其理论基础可分为下列三类 流体流动过程(动量传递过程):包括流体的输送、搅拌、沉降、过滤 等。 传热过程(热量传递过程):包括热交换、蒸发等。 传质过程(质量传递过程):包括蒸馏和精馏、吸收、萃取、干燥、结 晶、膜分离等。 单元操作有下列特点:(1)它们都是物理性操作,即只改变物料的状态 或其物理性质;(2)它们都是化工过程中共有的操作,但不同的化工过程中所 包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异;(3某单元操作用于不同的化工 过程,其基本原理并无不同,进行该操作的设备往往也是通用的。 二、化工单元操作中基本概念 物料衡算:依据——质量守恒定律 输入量-输出量-累积量 ∑Ga入-∑G轴=∑(
1 化 工 原 理 绪 论 一、工生产过程与单元操作 1．化工生产过程——用化工手段将原料进行加工处理，使其在物理性能上或 在化学性质上发生变化，成为人们所需的产品。 化工生产过程的核心显然应该是化学反应及其设备（反应器） 化工原理——研究前处理和后处理所涉及的物理加工过程的规律和设备。 2．单元操作（unit operation）——化工生产中，具有共同物理操作原理和设 备的过程。 单元操作按其理论基础可分为下列三类： 流体流动过程（动量传递过程）：包括流体的输送、搅拌、沉降、过滤 等。 传热过程（热量传递过程）：包括热交换、蒸发等。 传质过程（质量传递过程）：包括蒸馏和精馏、吸收、萃取、干燥、结 晶、膜分离等。 单元操作有下列特点：(1)它们都是物理性操作，即只改变物料的状态 或其物理性质；(2)它们都是化工过程中共有的操作，但不同的化工过程中所 包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异；(3)某单元操作用于不同的化工 过程，其基本原理并无不同，进行该操作的设备往往也是通用的。 二、化工单元操作中基本概念 1．物料衡算：依据——质量守恒定律 输入量-输出量=累积量 G输入－G输出 ＝G累积
稳定过程:输入量—输出量 ∑G轴入=∑G出 进行物料衡算的步骤: (1)画出流程示意图,物料的流向用箭头表示; (2)圈出衡算的范围(或称系统); (3)确定衡算对象及衡算基准; (4)写出物料衡算方程进行求解。 2.能量衡算:依据——能量守恒定律 输入能量输出能量累积能量∑入∑Q=∑Q累积 定态过程:输入能量-输出能量∑Q=∑Q 3.平衡关系 要确立过程能否进行、进行方向、及最终可能状态,必须借助于平衡关系。 4.传递速率 它决定了设备的大小及成本 传递速率=推动力 阻力 经济核算 第一章流体流动 第一节概述 几个概念 1.流体:具有流动性的液体和气体统称为流体。 2.连续性介质假定:流体是由连续的流体质点组成的 3.流体静力学研究流体处于静止平衡状态下的规律及其应用 4.流体动力学—研究流体在流动状态下的规律及其应用
2 稳定过程：输入量=输出量 G输入 = G输出 进行物料衡算的步骤： （1） 画出流程示意图，物料的流向用箭头表示； （2） 圈出衡算的范围(或称系统)； （3） 确定衡算对象及衡算基准； （4） 写出物料衡算方程进行求解。 2．能量衡算：依据——能量守恒定律 输入能量-输出能量=累积能量 Q输入－Q输出 ＝Q累积 定态过程：输入能量=输出能量 Q输入 =Q输出 3．平衡关系 要确立过程能否进行、进行方向、及最终可能状态，必须借助于平衡关系。 4．传递速率 它决定了设备的大小及成本。 阻力 推动力 传递速率 = 5．经济核算 第一章 流体流动 第一节 概述 几个概念： 1．流体：具有流动性的液体和气体统称为流体。 2．连续性介质假定：流体是由连续的流体质点组成的。 3．流体静力学—研究流体处于静止平衡状态下的规律及其应用； 4．流体动力学—研究流体在流动状态下的规律及其应用
5.不可压缩流体和可压缩流体 第二节流体静力学 流体的密度:单位体积流体的质量p=mkgm 重度一工程单位制中,表示密度的单位,其数值与密度相同kgfm3 比重—物料密度与纯水(22不K)密度之比,其数值的一干倍等于密度的数值。 比容—密度的倒数y=1 1.纯流体的密度 液体的密度随压强变化小,但随温度稍有变化;气体的密度随压强、温 度变化大。理想气体ρ(t不太低,p不太高的气体,可用理想气体状态方程) m-PM或p241P P V RT 对t低,p高的气体,可用真实气体状态方程计算 2.混合流体的密度 (1)液体混合物的pn(Ikg基准)=∑(假设为理想溶液) P p:液体混合物中各纯组分的密度。兩:液体混合物中各组分的质量分率。 (2)气体混合物pn(1m3基准)pm=∑ y:气体混合物中各组分的体积分率 二、流体的静压强 1.静压强 定义:流体垂直作用于单位面积上的压力 P 2.压强的单位
3 5．不可压缩流体和可压缩流体 第二节 流体静力学 一、流体的密度：单位体积流体的质量 ρ=m/V [kg/m3 ] 重度—工程单位制中，表示密度的单位，其数值与密度相同。 −3 kgf m 比重—物料密度与纯水（227K）密度之比，其数值的一千倍等于密度的数值。 比容——密度的倒数 1 v = 。 1．纯流体的密度 液体的密度随压强变化小，但随温度稍有变化；气体的密度随压强、温 度变化大。理想气体ρ（t 不太低，p 不太高的气体，可用理想气体状态方程） PV=nRT RT PM V m = = 或 0 0 22.4 TP M T P = 对 t 低，p 高的气体，可用真实气体状态方程计算 2．混合流体的密度 （1）液体混合物的 m （1kg 基准） = i i m w 1 (假设为理想溶液) ρi：液体混合物中各纯组分的密度。Wi：液体混合物中各组分的质量分率。 （2）气体混合物 m （1m3 基准） m i i = y yi：气体混合物中各组分的体积分率。 二、流体的静压强 1．静压强 定义：流体垂直作用于单位面积上的压力。 A P p = 2．压强的单位
(1)直接按压强定义:N/m2,Pa(帕斯卡) (2)间接按流体柱表示:mH2O柱,mmHg柱 (3)与大气压作为计量单位:标准大气压atm),工程大气压(at) 位换算 latm=1.0133×105Pa=760mmHg=10.33mH2O=1033 kgf/cm I at=9.807x Pa=735.6mmHg= 10m H20=1 kgf/cm2 3表示压强的基准 (1)绝对压强一以绝对真空为基准测得的压强; (2)相对压强一以当地大气压为基准测得的压强:表压和真空度 p当地大气压,表压强绝对压强大气压强 p<当地大气压,真空度大气压强绝对压强 -当地大气压 真空度 绝对压强 绝对真空 三、流体静力学基本方程式 —研究流体柱内压强沿高度变化的规律 pI 1.推导 h 在垂直方向上,力的平衡 ZI P2A=PIA+G=PIA+PgA(Z1-Z2) p2=p+pg(z1-22)
4 （1）直接按压强定义：N/m2，Pa（帕斯卡） （2）间接按流体柱表示：m H2O 柱，mm Hg 柱 （3）与大气压作为计量单位：标准大气压(atm)，工程大气压（at） 单位换算： 1atm=1.0133×105 Pa =760mmHg=10.33m H2O=1.033kgf/cm2 1 at =9.807×104 Pa =735.6mmHg= 10m H2O=1 kgf/cm2 3 表示压强的基准 （1） 绝对压强—以绝对真空为基准测得的压强； （2） 相对压强—以当地大气压为基准测得的压强：表压和真空度 p当地大气压， 表压强=绝对压强-大气压强 p当地大气压， 真空度=大气压强-绝对压强 三、流体静力学基本方程式 ——研究流体柱内压强沿高度变化的规律 1．推导： 在垂直方向上，力的平衡： p2A=p1A+G=p1A+gA（Z1−Z2） p2=p1+g（Z1−Z2） p1 绝 对 压 强 表 压 真空度 绝对压强 p2 当地大气压 绝对真空 p0 p1 p2 G Z1 Z2 h
若Z1面在水平面上 h 2.讨论 (1)静止液体内任一点压强,与深度有关,越深,压强越大 2)在静止的、连续的同一液体內,处于同一水平面上的各点,因深度 相同,压强也相同; (3)巴斯葛原理一液面上方p发生变化内部各点压强发生同样的变化。 3。静力学方程的几种形式 P 表示:静压头+位压头-常数 P+z1g=P+z2g表示:静压能+位压能常数 四、静力学基本方程式的应用 1.压强的测量 (1)U形管液柱压差计 指示剂要求:不与被测液互溶、反应; 密度大于被测液体。 常用的有:水,水银,四氯化碳 pi-Pg(m+R)=P2-pgm-pog R Pi-P2=(P0-p)gR 在测量气体压强时,m>p 所以p1-p=pgR
5 若 Z1 面在水平面上 p2=p0+gh 2．讨论 （1） 静止液体内任一点压强，与深度有关，越深，压强越大； （2） 在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上的各点，因深度 相同，压强也相同； （3） 巴斯葛原理—液面上方p0发生变化，内部各点压强发生同样的变化。 3。静力学方程的几种形式： 2 2 1 1 Z g p Z g p + = + 表示：静压头+位压头=常数 Z g p Z g p 2 2 1 1 + = + 表示：静压能+位压能=常数 四、静力学基本方程式的应用 1．压强的测量 （1）U 形管液柱压差计 指示剂要求：不与被测液互溶、反应； 密度大于被测液体。 常用的有：水，水银，四氯化碳 pa=pb p1−g（m+R）= p2−gm−0g R p1− p2=（0− ）gR 在测量气体压强时，0 所以 p1− p2=0gR p1 p2 R m ρo 1 2 a b