化工原理课件_.ppt
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李忠玉,博士,教授。2005年9月于日本山口大学获工学博士学位,2006年2月至2008年1月曾在清华大学化学系从事博士后研究工作。现主要研究方向为非线性光学材料、材料光化学与光物理性能研究等。志于道,据于德,依于仁,游于艺。----论语化工原理教学安排及要求教材:《化工原理》(上),陈敏恒等,化学工业出版社2、复杂性:难学。是在高等数学、物理学及物理化学等课程的基础上开设的较综合的课程。方法与前不同,公式多,知识比较零散。目的和要求化学工程研究的是:如何把化学家们的小试研究成果开发放大为中试,再开发为生产规模。是在科学实验与化工之间架桥的工作,是直接为人类服务的创造价值的劳动。:是研究大规模地改变物料的化学组成和物理性质而得到合乎要求的产品的工程技术学科。化学工业是对原料进行化学加工以获得有用产品的工业。其核心是化学反应过程及其设备。原料提纯高压聚乙烯生产过程示意图一切化工生产过程不论其生产规模大小,除化学反应外,其它均可分解为一系列的物理加工过程。这些物理加工过程称为“单元操作”。单元操作单元操作举例----精馏列管式换热器另外,还有热力过程(制冷)、粉体工程(粉碎、颗粒分级、流态化)等单元操作。单元操作之特点单元操作过程进行的方式质量传递:浓度在时空中分布的不均匀性。化工生产=单元操作+化学反应(单元过程)无机化学1)、孕育时期1915年里特尔(A.D.Little)提出建立“单元操作”(UnitOperations)的概念化学工程史上的第一块里程碑3)、飞跃时期“三传”理论的发现与发展。1960年,美国威斯康新大学的Bird等人把“三传”的内容组织在一起写成了《Transportphenomena》一书。4)、现代时期:70年代以后。能源有效利用问题、操作优化问题逐渐突现起来系统分析、系统综合和系统优化最优设计、最优控制和最优管理计算机应用的快速发展,并推向了“过程优化集成”、“分子模拟”的新阶段随着科学技术的高速发展,化学工程与相邻学科相融合逐渐形成了若干新的分支与生长点,诸如:生物化学工程、分子化学工程、环境化学工程、能源化学工程、计算化学工程、软化学工程、微电子化学工程等。同时,上述新兴产业与学科的发展,也推动了特殊领域化学工程的进步。二、化工原理课程的特点随着新产品、新工艺的开发或为实现绿色化工生产,对物理过程提出了一些特殊要求,又不断地发展出新的单元操作或化工技术,如膜分离、参数泵分离、电磁分离、超临界技术等。同时,以节约能耗,提高效率或洁净无污染生产的集成化工艺(如反应精馏、反应膜分离、萃取精馏、多塔精馏系统的优化热集成等)将是未来的发展趋势。单元操作的研究包括“过程”和“设备”两个方面的内容,故单元操作又称为化工过程和设备。化工原理是研究诸单元操作共性的课程。三、化工原理的两条主线、五个基本概念研究方法课程的展开方式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=累积量稳定操作状态时,过程中不应有物料的积累。则物料衡算(materialbalance)关系为输入量=输出量1)首先根据题意画出各物流的流程示意图,物料的流向用箭头表示,并标上已知数据与待求量。(2)在写衡算式之前,要计算基准,一般选用单位进料量或排料量、时间及设备的单位体积等作为计算的基准。在较复杂的流程示意图上应圈出衡算的范围,列出衡算式,求解未知量。例1浓度为20%(质量百分比)的KNO3水溶液以1000kg/h的流量送入蒸发器。在149℃温度下蒸出一部分水得到浓度为50%的水溶液,再送入结晶器,冷却至38℃后,析出含有4%结晶水的KNO3晶体并不断取走,浓度为37.5%的KNO3饱和母液则返回蒸发器循环处理。试求结晶产品量P、水分蒸发量W、循环母液量R及浓缩溶液量S。I(2)循环母液量R及浓缩溶液量S同物料衡算一样,绘简图、定基准、划范围、列算式,但有两点不同:1.物料所具有的热量由显热与潜热两部分组成,称为焓(H,kJ/kg)。焓值为一相对值,且与状态有关,所以热量衡算时必须规定基准温度和基准状态,通常基准选273K液态(即此时H=0)。2.热量除了伴随物料进出系统外,还可通过设备外壳、管壁由系统向外界散失或由外界传入系统,只要系统与外界存在温度差,就有热量的散失或传入,称热损失QL。热量衡算通式:ΣQi=ΣQo+QL平衡状态是自然界中广泛存在的现象。例如,在一定温度下,不饱和的食盐溶液与固体食盐接触时,食盐向溶液中溶解,直到溶液为食盐所饱和,食盐就停止溶解,此时固体食盐表面已与溶液成动平衡状态。反之,若溶液中食盐浓度大于饱和浓度,则溶液中的食盐会析出,使溶液中的固体食盐结晶长大,最终达到平衡状态。一定温度下食盐