1、化工基礎第一講丁 楠開源節流開源節流351053. 3mV 261006. 1mS WQ71052. 1 反反WQ61078. 2 移移334.35mV 236. 2mS WQ157. 0 反反WQ0296. 0 移移原料預處理化學反應產物后處理物理過程單元操作化學反應工程物理過程單元操作 化工生產過程化工生產過程實驗研究方法（經驗的方法）實驗研究方法（經驗的方法） 一般用因次分析和相似論為指導，依靠實驗來確一般用因次分析和相似論為指導，依靠實驗來確定過程變量之間的關系，通過無因次數群（或稱準數）構定過程變量之間的關系，通過無因次數群（或稱準數）構成的關系式來表達。成的關系式來表達。實驗：尋找

2、函數形式，決定參數實驗：尋找函數形式，決定參數 在對實際過程的機理深入分析的基礎上，在抓住過程在對實際過程的機理深入分析的基礎上，在抓住過程本質的前提下，作出某種合理簡化，建立物理模型，進行本質的前提下，作出某種合理簡化，建立物理模型，進行數學描述，得出數學模型。通過實驗確定模型參數。數學描述，得出數學模型。通過實驗確定模型參數。 如一個物理過程的影響因素較少，各參數之間的關系如一個物理過程的影響因素較少，各參數之間的關系比較簡單，能建立數學方程并能直接求解，則稱為解析法。比較簡單，能建立數學方程并能直接求解，則稱為解析法。數學模型法（半經驗半理論的方法）數學模型法（半經驗半理論的方法）Vnq

3、,Fnq,fxLnq,Dnq,dxwxWnq,Vnq,Fnq,fxLnq,Dnq,dxwxWnq,Vnq,Fnq,fxLnq,Dnq,dxwxWnq,Vnq,Fnq,fxLnq,Dnq,dxwxWnq,5 . 2, DnLnqqVm RTPM 22111 xxm niiimy1 1. 1. 課堂講授：圍繞教學大綱進行講授，以教材為藍本；課堂講授：圍繞教學大綱進行講授，以教材為藍本；祁存謙主編的化工原理。課件不拷貝。祁存謙主編的化工原理。課件不拷貝。2. 2. 習題課：講完課后安排一次習題課；習題課：講完課后安排一次習題課；3. 3. 實驗教學：實驗教學：通過驗證性實驗來幫助學生理解所學理通過驗

4、證性實驗來幫助學生理解所學理論論。安排在下學期上，作為專門的一門課化工基。安排在下學期上，作為專門的一門課化工基礎實驗。礎實驗。教學計劃（教學計劃（5454學時學時) )4 4輔導答疑：輔導答疑：5 5作業：每章交一次，要求計算題求解步作業：每章交一次，要求計算題求解步驟。驟。6 6考核考核 考勤：考勤：10%10%（缺勤超（缺勤超1/31/3者沒有考試資者沒有考試資格）格） 作業：作業：10%10%（缺作業超（缺作業超1/31/3者沒有考試者沒有考試資格）資格） 考試：考試：80% 80% 本課程的特點：本課程的特點：1 1是劃分工科和理科的標準，是化工類各專業課的基礎是劃分工科和理科的標準

5、，是化工類各專業課的基礎理論課。理論課。2 2難度較大，與物理化學相當。難度較大，與物理化學相當。3. 3. 很重要，化工類研究生升學考試科目很重要，化工類研究生升學考試科目 1 1課前預習課前預習2 2認真聽課認真聽課3 3課后復習課后復習4 4獨立完成作業獨立完成作業5. 5. 有疑問及時解決有疑問及時解決學習要求學習要求：1.1.課程的由來發展、內容和性質課程的由來發展、內容和性質l 1922 1922年美國化工學會年會年美國化工學會年會, , 里特爾里特爾(A.D.LiThle(A.D.LiThle) ) 提出建立提出建立“” ” （）的概念）的概念 “ “任何一個化學過程任何一個化學

6、過程, ,不管它的規模如何不管它的規模如何, ,都可都可分解成為一系列互相類同的被稱作分解成為一系列互相類同的被稱作“單元操作單元操作(Unit (Unit operation)”operation)”的組成部分，如粉碎、混合、加熱、的組成部分，如粉碎、混合、加熱、焙燒、吸收、沉淀、結晶、過濾、溶解等。焙燒、吸收、沉淀、結晶、過濾、溶解等。1.1 1.1 課程的由來發展課程的由來發展l 19231923年年 MIT的著名教授的著名教授 W.D.Walker、W.H.Lewis和和W.H.Mcadams 等等人根據此概念寫成了第一部單元操作的人根據此概念寫成了第一部單元操作的書書 “ “Prin

7、ciples of Chemical Engineering （）” ” l 19601960年，美國威斯康新大學的年，美國威斯康新大學的BirdBird等人把等人把“三傳三傳”的的內容組織在一起寫成了內容組織在一起寫成了Transport phenomenaTransport phenomena 一書，一書，加強了學生工程學科基礎的訓練。與此同時，化學反應加強了學生工程學科基礎的訓練。與此同時，化學反應過程經過了由過程經過了由“單元過程單元過程”到到“化學反應工程學化學反應工程學”的發的發展。至此，化學工程學科發展到了展。至此，化學工程學科發展到了“”的較完的較完整階段。整階段。l . .計

8、算機應用的快速發展，使化學工程成為更完整計算機應用的快速發展，使化學工程成為更完整的體系，并推向了的體系，并推向了“過程優化集成過程優化集成”、“分子模擬分子模擬”的的新階段。隨著科學技術的高速發展，化學工程與相鄰學新階段。隨著科學技術的高速發展，化學工程與相鄰學科相融合逐漸形成了若干新的分支與生長點，諸如：生科相融合逐漸形成了若干新的分支與生長點，諸如：生物化學工程、分子化學工程、環境化學工程、能源化學物化學工程、分子化學工程、環境化學工程、能源化學工程、計算化學工程、軟化學工程、微電子化學工程等。工程、計算化學工程、軟化學工程、微電子化學工程等。同時，上述新興產業與學科的發展，也推動了特殊

9、領域同時，上述新興產業與學科的發展，也推動了特殊領域化學工程的進步。化學工程的進步。單元操作的研究內容與方向：單元操作的研究內容與方向： 單元操作的基本原理；單元操作的基本原理； 單元操作典型設備的結構；單元操作典型設備的結構； 單元操作設備選型設計計算。單元操作設備選型設計計算。研究內容研究內容 高效率、低能耗、環保；高效率、低能耗、環保； 開發新的單元操作開發新的單元操作 單元操作集成工藝與技術。單元操作集成工藝與技術。研究方研究方向向單元操作單元操作目的目的物態物態原理原理傳遞傳遞流體輸送流體輸送 輸送輸送l l 、g g 輸入機械能輸入機械能 動量動量傳遞傳遞攪拌攪拌 混合、分散混合、

10、分散 g g、l l、s sl l 輸入機械能輸入機械能沉降沉降 非均相混合物分離非均相混合物分離 g g、l ls s 引起沉降引起沉降 過濾過濾 同上同上 g g、l ls s 尺度不同的截留尺度不同的截留 傳熱傳熱 升、降升、降T T，oror改變相改變相態態 g g、l l 利用利用TT傳入、傳入、移出熱量移出熱量 熱量熱量傳遞傳遞蒸發蒸發 溶劑與不揮發性溶質溶劑與不揮發性溶質分離分離 l l 供熱汽化溶劑供熱汽化溶劑 氣體吸收氣體吸收均相混合物分離均相混合物分離 g g 溶解度不同溶解度不同 質量質量傳遞傳遞液體精餾液體精餾均相混合物分離均相混合物分離l l揮發度不同揮發度不同 萃取

11、萃取 均相混合物分離均相混合物分離l l溶解度不同溶解度不同 干燥干燥 去濕去濕 s s供熱汽化供熱汽化 吸附吸附均相混合物分離均相混合物分離g g、l l 吸附能力不同吸附能力不同課程的性課程的性質質2. 2. 單位制與單位換算單位制與單位換算2.1 2.1 基本單位與導出單位基本單位與導出單位 基本單位：選擇幾個獨立的物理量，根據方便原則規定基本單位：選擇幾個獨立的物理量，根據方便原則規定單位；單位；導出單位：由有關基本單位組合而成。導出單位：由有關基本單位組合而成。單位制度的不同，在于所規定的基本單位及單位單位制度的不同，在于所規定的基本單位及單位大小不同。大小不同。2.2 2.2 常用

12、單位制常用單位制 基本單位：基本單位：7 7個，化工中常用有個，化工中常用有5 5個，個，即長度（米），質量（千克），時即長度（米），質量（千克），時間（秒），溫度（間（秒），溫度（K K），物質的量），物質的量（摩爾），電流（安培），發光強（摩爾），電流（安培），發光強度（坎）度（坎）國際單位制國際單位制 SISI制制基本單位：長度（厘米基本單位：長度（厘米cmcm），質量），質量（克（克g g），時間（秒），時間（秒s s）物理單位制物理單位制 CGSCGS制制基本單位：長度（米），重量或力基本單位：長度（米），重量或力（千克力（千克力kgfkgf），時間（秒），時間（秒）工程單位制工程單

13、位制我國法定單位制為國際單位制（即我國法定單位制為國際單位制（即SISI制）制）2.3 2.3 單位換算單位換算l 物理量的單位換算物理量的單位換算換算因數換算因數：同一物理量，若單位不同其數值就不同，：同一物理量，若單位不同其數值就不同，二者包括單位在內的比值稱為換算因數（見附錄二者包括單位在內的比值稱為換算因數（見附錄一）。一）。l 經驗公式的單位換算經驗公式的單位換算經驗公式是根據實驗數據整理而成的，式中各符經驗公式是根據實驗數據整理而成的，式中各符號只號只代表物理量的數字部分，其單位必須采用指定單位。代表物理量的數字部分，其單位必須采用指定單位。定義：任何物理量通過物理關系與基本量聯系

14、起來的關定義：任何物理量通過物理關系與基本量聯系起來的關系式。系式。性質：若用符號性質：若用符號L L、M M、T T、I I、 、N N、J J分別表示長度、質分別表示長度、質量、時間、電流、熱力學溫度、物質的量、發光強度量、時間、電流、熱力學溫度、物質的量、發光強度7 7個個基本量的量綱，則導出量基本量的量綱，則導出量Q Q的量綱可用基本量量綱的組合的量綱可用基本量量綱的組合來表示，來表示， 即即 ： 式中：式中： 量綱指數（因次）。量綱指數（因次）。 2.4 2.4 量綱量綱(Dimension)(Dimension)dimQL M T IN J、 、 、如：如：1dim()uLT速速度

15、度 ；3dim()ML密密度度 ；若若 ： 則則 ： ， 此時此時Q Q稱為量綱為稱為量綱為1 1的量，或稱為無量綱的量，或稱為無量綱量，量， 0 dim1Q 如：如：3300dim ()dMLMLM L相相對對密密度度量綱一致性原理：任何一個理論（物理）方量綱一致性原理：任何一個理論（物理）方程兩邊的量綱必相等。程兩邊的量綱必相等。 2.5 2.5 濃度的表示方法濃度的表示方法l 物質的量濃度與摩爾分數物質的量濃度與摩爾分數iicn V物質的量濃度：物質的量濃度：摩爾分數：摩爾分數：iixn nl 物質的質量濃度與物質的質量分數物質的質量濃度與物質的質量分數物質的質量濃度：物質的質量濃度：i

16、im V物質的質量分數：物質的質量分數：iiwm ml 摩爾比與質量比摩爾比與質量比摩爾比：摩爾比：ABXnn質量比：質量比：ABXmm3. 3. 單元操作中的兩條主線和五個基本概念單元操作中的兩條主線和五個基本概念3.1 3.1 兩條主線兩條主線l 動量傳遞、傳熱和傳質皆屬于傳遞過程，是本門課動量傳遞、傳熱和傳質皆屬于傳遞過程，是本門課程統一的研究對象，是聯系各單元操作的一條主線。程統一的研究對象，是聯系各單元操作的一條主線。l 研究工程問題的方法論是聯系各單元操作的另一條研究工程問題的方法論是聯系各單元操作的另一條主線。主線。3.2 3.2 五個基本概念五個基本概念輸入量輸入量 輸出量輸出

17、量 積累量積累量 1.1.畫出流程示意圖，標出物畫出流程示意圖，標出物 料流向與流量、組成等；料流向與流量、組成等； 物料衡算的步驟物料衡算的步驟2.2.用虛線劃出衡算范圍；用虛線劃出衡算范圍；3.3.定出衡算基準；定出衡算基準；4.4.列出衡算式并求解。列出衡算式并求解。 物料衡算物料衡算W W1 1W W2 2F F0F F1 1第一蒸發器第一蒸發器第二蒸發器第二蒸發器F F2 2 能量衡算能量衡算 平衡關系平衡關系平衡關系可判斷過程能否進行，及進行的方向和平衡關系可判斷過程能否進行，及進行的方向和限度。任何傳遞過程都有一個極限，當傳遞過程限度。任何傳遞過程都有一個極限，當傳遞過程達到極限時，其過程進行的推動力為零，此時凈達到極限時，其過程進行的推動力為零，此時凈的傳遞速率為零，即稱為的傳遞速率為零，即稱為“平衡平衡”。 流體流動流體流動P P 熱量傳遞熱量傳遞T T 傳質過程傳質過程CC 經濟衡算經濟衡算單位時間內所傳遞的能量（動量，熱量）或物質單位時間內所傳遞的能量（動量，熱量）或物質量量, ,是決定化工設備的重要因素。過程速