化工基础

1. 化工基础 黄健光 2005.08.29

2. 第一章 绪论 • 一、课程的性质和任务 • 二、课程的教学目标 • 三、基本概念 • 四、单元操作的基本规律 • 五、化工过程的基本研究方法 • 六、单位制和单位换算 • 七、小结

3. 一、课程的性质和任务 • 1、课程的性质 • 化工生产由各种各样的化工过程组成，涂料的生产与应用都离不开化工的基础知识。《化工基础》课程是讲述化工生产过程中的单元操作的课程，是化工类各专业都需要开设的专业基础课。

4. 2、课程的任务 • 学习本课程的任务是掌握各个化工过程的基本规律，熟悉所用设备的工作原理，性能和运转注意事项等，并把这些认识用于化工生产和研究之中，使生产技术不断改进。课程还要注重学生的自学能力的提高。

5. 二、课程的教学目标 ☺通识教学目标 • ۩树立正确的科学观和方法论 • ۩具有创新意识和敬业精神

6. ☺专业教学目标 • ۩掌握各个化工过程的基本规律，能熟练运用各种基本化工过程 • ۩了解各个化工过程的应用范围 • ۩具有化工类其他课程的自学能力

7. 三、基本概念 大庆油田的“磕头机” 广东“油荒”

8. ＠化学工业 将自然界的各种物质，经过化学和物理方法处理，制造成生产资料和生活资料的工业。

10. ＠化工过程 • 一种产品的生产过程中，从原料到成品，往往需要几个或几十个加工过程。其中除了化学反应过程外，还有大量的物理加工过程。这些过程就是化学工业的生产过程，常称作化工过程。

11. ＠化工单元操作 • 化工单元操作是组成各种化工过程、完成一定加工目的的基本过程。

12. 常见的化工单元操作有： • 流体输送、搅拌 • 传热 • 沉降、过滤、离心分离 • 溶液蒸发 • 结晶 • 干燥 蒸馏 萃取 吸收 冷冻 ……

13. 四、单元操作的基本规律 • ☆物料衡算 • ☆能量衡算 • ☆平衡关系 • ☆传递过程与速率 • ☆经济核算

14. 物料衡算 • 定义：进入和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 质量守恒定律 物料衡算在化工生产中有何用途

15. 物料衡算应用步骤 画出物料 流程示意图 选定计算基准 （如时间等） 例题1 例题2 列物料衡算式 进行计算 箭头标流向，标出 已知量＆未知量

16. 能量衡算 • 因为在很多化工过程中，主要涉及物料温度与热量的变化，所以热量衡算是化工计算中最常用的能量衡算。 • 在本课程中能量衡算主要指的就是热量的衡算。热量衡算的基础是能量守恒定律。

17. 注意事项: • 1、与物料衡算类似，但是计算基准较为复杂，除了时间基准外，还有选定物态和温度基准。 • 2、热量除了可以通过物料进出系统外，还可以通过热量传递的方式进出系统。

18. 平衡关系 • 任何过程都是在变化的，在一定条件下由不平衡到平衡，平衡状态是过程变化的极限。一个过程在一定条件下能否进行，以及进行的程度如何，都要通过平衡关系来判断，平衡关系是讨论许多过程的基本规律之一。

19. 传递过程速率 • 传递过程速率的大小决定过程进行的快慢，其通用表示式如下：

20. 设备工艺尺寸 传递过程速率 设备操作性能

21. 经济核算 要用最低的成本生产出定量的产品 • 化工生产要考虑生产成本的问题。

23. 五、化工过程的基本研究方法 • ★实验研究方法 • ★数学模型方法

24. 六、单位制和单位换算 （一）单位制 基本量：人为选定、彼此独立 物理量 导出量：通过物理量之间的定义或定律从基本量导出来。

25. 国际单位制的基本单位

26. 国际单位制中具有专门名称的导出单位

27. （二）单位换算 • 同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应的改变。这种换算称为单位换算。 • 单位换算时，需要换算因数。化工中常用的换算因数见课本附录二。（p383）

28. 例题 • 通用气体常熟R＝0.08206L•atm/（mol•K），试用法定单位J/（ mol•K）表示。

29. 七、小结 • 课程的性质、任务＆教学目标 • 两个概念：化学工业＆化工过程 • 单元操作的基本规律（五个常用的概念） • 化工过程的基本研究方法

30. 单位制和单位换算 • 重点是不同单位值之间的换算。 • 补充知识：焓 • 作业课本page402，3、4、5题 • 对“焓”的认识小论文一篇，第4周周五前交

34. 例题：将5％（质量）乙醇水溶液以10t/h送入精馏塔，从塔顶蒸出的产品含95％乙醇，从塔底放出的废水中含0.1％乙醇，求塔顶乙醇的产量。若全部废水排放掉，每年（按7200小时计）损失乙醇多少吨？例题：将5％（质量）乙醇水溶液以10t/h送入精馏塔，从塔顶蒸出的产品含95％乙醇，从塔底放出的废水中含0.1％乙醇，求塔顶乙醇的产量。若全部废水排放掉，每年（按7200小时计）损失乙醇多少吨？

35. 非稳态过程： • 例题2：一车间体积为30×10×8m3，车间内生产一种有害气体，按安全标准规定它在空气中的体积分数不得超过0.002，因此它的含量达到0.002时就自动通风，通风量为120m3/min，问通风20分钟后，有害气体含量为多少？（假设车间内的空气始终混和均匀，在通风这段时间内新产生的有害气体可以忽略不计）。

36. 质量守恒定律 • 参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和。

37. 能量守恒定律 • 能量既不可会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变．

38. 一致性原则 因次分析 实验研究方法 π定理 相似理论

39. 因次分析 一致性原则：凡是根据基本的物理规律导出的物理方程式，其中各项的因次必然相同，即物理方程左边的因次应与右边的因次相同.

40. π定理：任何因次一致的物理方程都可以表示为一组无因次数群的零函数，组成的无因次数群的数目等于影响该过程的物理量的数目减去用以表示这些物理量的基本因次的数目π定理：任何因次一致的物理方程都可以表示为一组无因次数群的零函数，组成的无因次数群的数目等于影响该过程的物理量的数目减去用以表示这些物理量的基本因次的数目

41. 通过实验研究建立经验关系式的方法在化工中非常常用，其基本步骤为：通过实验研究建立经验关系式的方法在化工中非常常用，其基本步骤为： 试验结果 系统分析 找出主要 影响因素 因次分析法 建立数群关联式 利用实验结果回归 得到待定系数 组成 无因次数群

42. 相似理论 • 主要在化工工程放大中应用。

43. 因次分析和相似理论的共同点 • 把各种因素的影响表示为由若干个有关因素组成的、具有一定物理意义的无因次数群（或称为准数）的影响。

44. 例子：雷诺准数Re流体的流动状况和流体的流速u、流体的密度ρ、流体粘度μ＆流道的几何尺寸（如圆形管道的管径d）有关。例子：雷诺准数Re流体的流动状况和流体的流速u、流体的密度ρ、流体粘度μ＆流道的几何尺寸（如圆形管道的管径d）有关。 如果所有量都采用相同的单位制，则Re是无因次的。Re就是无因次数群或准数。

45. 数学模型方法 合理简化 物理模型 分析过程机理 法描述数学方 数学方法求解 模型参数 数学模型 实验

46. 过程的设计计算 数学模型方法的用途 设备的设计计算 属于半理论半经验的研究方法，已逐步成为主要的研究方法。