化工原理绪论ppt课件.ppt

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1、 前 言n一、课程安排n二、学习要求n三、教材n四、参考资料一、课程安排（课堂）一、课程安排（课堂）1 1 课堂教学（课堂教学（ 56 56 学时）学时）前言、绪论前言、绪论 2 2学时学时第一章第一章 流体的流动与输送流体的流动与输送 1414学时学时第二章第二章 传热传热 1010学时学时第三章第三章 机械分离与固体流态化机械分离与固体流态化 1010学时学时 第四章第四章 物料干燥物料干燥 1010学时学时第五章第五章 蒸馏蒸馏 6 6学时学时习题习题 4 4学时学时课程安排（实验）课程安排（实验）2 2 实验（实验（ 16 16 学时）学时）实验一实验一 流体流动状态观察与测定流体流动

2、状态观察与测定( (课堂录像演示课堂录像演示) )实验二实验二 柏努利方程实验柏努利方程实验( (课堂录像演示课堂录像演示) )实验三实验三 直管阻力实验直管阻力实验实验四实验四 离心泵特性曲线实验离心泵特性曲线实验实验五实验五 过滤过滤实验六实验六 综合实验综合实验流态化干燥与热风干燥的比较流态化干燥与热风干燥的比较二、学习要求二、学习要求l上课、实验前要求预习、课后要求复习、总结。l作业及时完成，不懂的及时弄懂。l成立学习小组(45人/组),按组或个人通过网络交作业。 文件名：学号-姓名-单元名称l不要缺课、认真听讲、开动脑筋、积极思考。l重视实验，通过实验培养、提高实验能力（分析、解决一

3、般工程技术问题的能力）。三、教材三、教材 化工原理化工原理 第第3版版 管国锋、赵汝溥管国锋、赵汝溥 化学工业出版社，化学工业出版社，2008 四、主要参考资料四、主要参考资料（一）书本（一）书本1.1.化工原理化工原理姚玉英主编，天津科学技术出版社姚玉英主编，天津科学技术出版社2.2.化工原理化工原理清华大学出版社清华大学出版社3.3.化工原理化工原理天津大学出版社天津大学出版社 4.4.化工原理化工原理（上册）（上册） 华东化工学院出版社华东化工学院出版社5. 5. 化工过程与设备，刘佩茹主编，中国轻工业出版化工过程与设备，刘佩茹主编，中国轻工业出版6.6.化工原理，陈敏恒等，化学工业出版

4、社化工原理，陈敏恒等，化学工业出版社7.7.化工原理，杨祖荣主编化工原理，杨祖荣主编 化学工业出版社化学工业出版社 2009 2009 第二版（普通高等教育第二版（普通高等教育“十五十五”国家级规划教材）国家级规划教材）8.8.化工基础（第三版），化学工业出版社化工基础（第三版），化学工业出版社9. Unit Operation of Chemical Engineering 9. Unit Operation of Chemical Engineering Forth Edition,W.L Mccabe J.C Smith Forth Edition,W.L Mccabe J.C Smit

5、h P.HarriottP.Harriott（二）（二） 相关期刊相关期刊1 1 农业工程学报：中国农业工程学会主办，全国中文核心期刊。（农业工程学报：中国农业工程学会主办，全国中文核心期刊。（EIEI收录）收录）2 2 农业机械学报，中国农业机械学会主办，全国中文核心期刊。（农业机械学报，中国农业机械学会主办，全国中文核心期刊。（EIEI收录）收录）3 3 食品科学，北京市食品研究所主办，中国核心期刊食品科学，北京市食品研究所主办，中国核心期刊4 4 食品工业科技，北京市食品研究所主办，中国中文核心期刊，轻工总会优秀期刊。食品工业科技，北京市食品研究所主办，中国中文核心期刊，轻工总会优秀期刊

6、。5 5 食品发酵工业，中国食品发酵工业研究所、全国食品与发酵工业信息中心主办，全食品发酵工业，中国食品发酵工业研究所、全国食品与发酵工业信息中心主办，全 国中文核心期刊、国家优秀技术期刊。国中文核心期刊、国家优秀技术期刊。6 6 中国粮油学报，中国粮油学会主办，全国食品工业类中文核心期刊。中国粮油学报，中国粮油学会主办，全国食品工业类中文核心期刊。7 7 华中农业大学学报，华中农业大学主办，中文核心期刊。华中农业大学学报，华中农业大学主办，中文核心期刊。8 8 化学工程，全国化工化学工程设计技术中心主办，核心期刊。化学工程，全国化工化学工程设计技术中心主办，核心期刊。9 9 粮食与饲料工业，

7、国家粮食储备局武汉科学研究设计院，中文核心期刊。粮食与饲料工业，国家粮食储备局武汉科学研究设计院，中文核心期刊。10 Cereal Chemical 11 Journal of Food Science 12 Journal of Food Engineering 13 Journal of Text Study14 Transactions of the American Society of Agriculture engineeringn（三）（三） 网络资料网络资料n课外作业：课外作业： 做一个Powerpoint课件，介绍有关化工原理和食品工程原理课程的网络资料。（以学习小组为单位，

8、第一次于下周交，第二次于课程结束前交）绪绪 论论课程性质、内容和任务课程性质、内容和任务化工过程及单元操作化工过程及单元操作 单位制与单位换算单位制与单位换算 单元操作中常用的基本概念单元操作中常用的基本概念1.1 1.1 课程性质课程性质一、一、 课程性质、内容及任务课程性质、内容及任务 化工原理是食品工程、生物化工、化学工程、农副产品化工原理是食品工程、生物化工、化学工程、农副产品加工和贮藏等加工和贮藏等工科工科专业的学生必修的重要专业的学生必修的重要基础技术基础技术课程。该课程。该课程课程涉及面广、计算复杂。涉及面广、计算复杂。 先修课：先修课：高等数学、物理、化学、物理化学（包括动力高

9、等数学、物理、化学、物理化学（包括动力学、热力学、传热学和传质学等）学、热力学、传热学和传质学等） 、机械制图、英语、计算、机械制图、英语、计算机等课程。机等课程。1.2 1.2 课程内容课程内容本课程主要介绍本课程主要介绍“三传理论三传理论”和和 “单元操作单元操作” 。1.2 1.2 课程内容课程内容基础理论部分：基础理论部分：流体力学（重点）流体力学（重点）传热（重点）传热（重点）传质学（部分了解）传质学（部分了解）热力学（部分了解）热力学（部分了解）特点：涉及理论多，是本课特点：涉及理论多，是本课程较难掌握的部分程较难掌握的部分基本原理部分：基本原理部分：液液萃取液液萃取过滤与沉降过滤

10、与沉降溶液浓缩溶液浓缩液体蒸馏液体蒸馏固体干燥固体干燥特点：基本原理部分各章节特点：基本原理部分各章节 内容相对比较独立内容相对比较独立 化工原理化工原理是化学工程、食品工程专业学生的必是化学工程、食品工程专业学生的必修课，其主要任务是：修课，其主要任务是：介绍三传理论，即流体流动、传热、传质的基本原理；介绍三传理论，即流体流动、传热、传质的基本原理；掌握主要单元操作的典型掌握主要单元操作的典型设备构造设备构造、操作原理操作原理、计算计算、选选型型及及实验研究实验研究方法；方法；培养学生运用基础理论培养学生运用基础理论分析分析和和解决解决化工单元操作中各种化工单元操作中各种工工程实际问题程实际

11、问题(计算、选型及实验研究方法计算、选型及实验研究方法)的能力。的能力。1.3 1.3 课程任务课程任务 化学工业化学工业：利用物理和化学方法将自然界的各种物质加工成利用物理和化学方法将自然界的各种物质加工成生活资料的工业。生活资料的工业。化工生产化工生产 ：(1) 化学反应过程：如发酵、化学合成等化学反应过程：如发酵、化学合成等 (2) 物理加工过程物理加工过程二、化工过程及单元操作二、化工过程及单元操作化工过程是什么？化工过程是什么？ 物理与化学方法物理与化学方法 原料原料 有用的化学品有用的化学品 化工过程是指用物理和化学的方法对原料进化工过程是指用物理和化学的方法对原料进行大规模加工处

12、理，从而获得合符产品要求的化行大规模加工处理，从而获得合符产品要求的化学工业生产过程。学工业生产过程。 不同化工生产过程使用各种物理加工过程，根据他们的不同化工生产过程使用各种物理加工过程，根据他们的操作原理，可以归结为数个应用广泛的操作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操作过程基本操作过程，如，如流流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥吸收、蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥等。等。这些基本的物理过程称为这些基本的物理过程称为单元操作单元操作。 单元操作单元操作是指化工生产过程中基本原理和

13、典型设是指化工生产过程中基本原理和典型设备的相同物理性操作。备的相同物理性操作。 美国麻省理工大学（美国麻省理工大学（MIT)MIT)三位教授华克尔三位教授华克尔(Walker)(Walker)、刘易斯刘易斯( (lewislewis) )、麦可阿丹姆士麦可阿丹姆士( (McadamsMcadams) )在他们在他们19231923年所著年所著的教科书中，首先提出了的教科书中，首先提出了“化工单元操作化工单元操作”的概念他们将各的概念他们将各种各样的化工生产过程当作一系列的种各样的化工生产过程当作一系列的“单元操作单元操作”处理。处理。 如：聚乙烯、化肥、制糖、味精、酒精、石油等生如：聚乙烯、

14、化肥、制糖、味精、酒精、石油等生产过程中都含有流体输送、蒸发、结晶、离心分离、干燥、产过程中都含有流体输送、蒸发、结晶、离心分离、干燥、蒸馏、吸收等单元操作。蒸馏、吸收等单元操作。 在石油、食品、制药、造纸等行业中都要进行干燥、蒸在石油、食品、制药、造纸等行业中都要进行干燥、蒸馏等操作，尽管在不同行业中所处理的物料不同，但所用的馏等操作，尽管在不同行业中所处理的物料不同，但所用的干燥、蒸馏等操作具有相同原理。干燥、蒸馏等操作具有相同原理。 名称目的原理设备流体输送输送物料机械能转换管道和泵传热加热或冷却 利用温差传热换热器蒸发分离 溶剂 与溶质加热使溶剂汽化蒸发器蒸馏分离 液相 混合物各组分的

15、挥发度不同塔器分离分离混合物 过滤机沉降器、 膜组件等等干燥固体去湿加热使湿 分 汽化干燥器萃取分离不互溶液体溶解度不同萃取装置 化工生产中常见的单元操作化工生产中常见的单元操作v 若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程。若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程。v 均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性 质，不改变其化学性质。质，不改变其化学性质。v 同一化工生产过程中可能会包含多个相同的的单元同一化工生产过程中可能会包含多个相同的的单元 操作。操作。v 单元操作用于不同的生产过程其基本原理相同，进单元操作用于不同的生产过程其基本原理相同，进 行该

16、操作的设备也可以通用行该操作的设备也可以通用。单元操作的特点单元操作的特点单元操作按其理论基础可分为下列三类：单元操作按其理论基础可分为下列三类： 上述三个过程包含了三种理论，我们称之为上述三个过程包含了三种理论，我们称之为“三传理论三传理论”。（1 1）流体流动过程（）流体流动过程（fluid flow processfluid flow process）: : 包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。（2 2）传热过程（）传热过程（heat transfer processheat transfer process）: : 包括热交换、蒸发等。包括热交换、蒸发等

17、。（3 3）传质过程（）传质过程（mass transfer processmass transfer process）: : 包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。 单元操作的分类单元操作的分类动量传递动量传递(momentum transfer)：流体流动时，其内部发生动流体流动时，其内部发生动量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。凡是遵循流体量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。凡是遵循流体流动基本规律的单元操作，都可以用动量传递的理论去研究。流动基本规律的单元操作，都可以用动量传递的理论去研究。热量传递热量传递(heat transfer):

18、物体被加热或冷却的过程也称为物物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。凡是遵循传热基本规律的单元操作，都可以用体的传热过程。凡是遵循传热基本规律的单元操作，都可以用热量传递的理论去研究。热量传递的理论去研究。质量传递质量传递(mass transfer)：两相间物质的传递过程即为质量两相间物质的传递过程即为质量传递。凡是遵循传质基本规律的单元操作，都可以用质量传递传递。凡是遵循传质基本规律的单元操作，都可以用质量传递的理论去研究。的理论去研究。 三传理论三传理论单元操作与三传的关系单元操作与三传的关系杀杀 菌：传热；菌：传热；真空浓缩：传热、传质、流体流动；真空浓缩：传热、传质、流体流动；

19、过过 滤：流体流动滤：流体流动. “三传理论三传理论”是单元操作的理论基础，是单元操作的理论基础，单元操作是单元操作是“三传理论三传理论”的具体应用。的具体应用。 同时，同时，“三传理论三传理论”和单元操作也是和单元操作也是化工工程技术的理论和实践基础。化工工程技术的理论和实践基础。奶粉生产工艺流程奶粉生产工艺流程原料乳验收原料乳验收预处理预处理预热杀菌预热杀菌真空浓缩真空浓缩过滤过滤加糖加糖喷雾干燥喷雾干燥出粉出粉冷却与过筛冷却与过筛包装、检验包装、检验成品成品单元操作与加工过程单元操作与加工过程工艺流程图工艺流程图乳品加工乳品加工现场现场编号编号名称名称作用作用单元操作单元操作涉及的传递理

20、论涉及的传递理论技术参数技术参数冷冻盐水管道冷冻盐水管道提供冷却介质提供冷却介质流体输送流体输送动量传递动量传递20自来水管道自来水管道提供流动介质提供流动介质流体输送流体输送动量传递动量传递常温常温蒸汽管道蒸汽管道提供加热介质提供加热介质流体输送流体输送动量传递动量传递180贮罐贮罐贮存牛奶与缓冲作用贮存牛奶与缓冲作用离心泵离心泵输送牛奶输送牛奶流体输送流体输送动量传递动量传递，板式换热器板式换热器冷却牛奶与加热空气冷却牛奶与加热空气传热传热热量传递热量传递4配料槽配料槽配料、混合与标准化配料、混合与标准化搅拌搅拌动量传递动量传递90均质机均质机均质牛奶均质牛奶均质均质动量传递与质量传递动量

21、传递与质量传递两段板式换热器两段板式换热器巴氏灭菌巴氏灭菌传热传热热量传递热量传递80,20min升膜式蒸发器升膜式蒸发器浓缩牛奶浓缩牛奶浓缩浓缩热量传递、动量传递与质量传递热量传递、动量传递与质量传递浓度浓度10%旋液分离器旋液分离器分离水中的牛奶分离水中的牛奶物系分离物系分离动量传递与质量传递动量传递与质量传递喷射泵喷射泵提供负压提供负压流体输送流体输送动量传递动量传递高压泵高压泵使牛奶产生较大的压力，利于喷雾干使牛奶产生较大的压力，利于喷雾干燥燥流体输送流体输送动量传递动量传递压力压力 kpa空气过滤器空气过滤器过滤空气，使其清洁过滤空气，使其清洁过滤过滤动量传递动量传递喷雾干燥器喷雾干

22、燥器干燥牛奶使其成为奶粉干燥牛奶使其成为奶粉干燥干燥热量传递、动量传递与质量传递热量传递、动量传递与质量传递90%以上过以上过100目筛，含水目筛，含水量量13%旋风分离器旋风分离器风力空气中的奶粉颗粒风力空气中的奶粉颗粒分离分离动量传递与质量传递动量传递与质量传递风机风机派出废气派出废气流体输送流体输送动量传递动量传递筛分机筛分机筛出大的奶粉颗粒筛出大的奶粉颗粒筛分筛分流化床冷却流化床冷却冷却干燥后的牛奶冷却干燥后的牛奶传热传热热量传递热量传递(21)包装系统包装系统乳品工程原理解析三、单位制与单位换算三、单位制与单位换算3.13.1单位及单位制单位及单位制几种不同单位制 名称 符号 SI

23、CGS MKS FPS 工程单位制 力 F - - - - kgf 质量 M kg g kg lb - 长度 L m cm m ft m 时间 s s s s s 温度 K ，K ，K F，R ，K 基 本 物 理 量 热量 Q J，kJ J J，kJ Btu cal，cal 物理物理单位单位制制英英制制SISI制（制（Standard International Unit):Standard International Unit):2020世纪世纪6060年代初国际度量衡会议提出年代初国际度量衡会议提出, ,有有7 7个基本量个基本量和和基本单基本单位，位，即：即： 其他量称为其他量称为导出

24、量导出量，其单位可由基本单位推导而出，称为，其单位可由基本单位推导而出，称为导出单位导出单位基本量基本量长度长度质量质量时间时间热力学热力学温度温度发光强发光强度度电流电流物质的物质的量量基本单位基本单位 米 m 千克 kg 秒 s 开尔文k坎德拉Cd安培A摩尔mol应用范围应用范围 力学力学力学热学光学电学化学与分子物理学 通用性：所有学科、部门均可采用，并且容易比较；通用性：所有学科、部门均可采用，并且容易比较； 一贯性：任何一个一贯性：任何一个SISI导出单位均有七个基本单位导出，导出单位均有七个基本单位导出，不需要引入比例常数不需要引入比例常数 我国规定我国规定19911991年年1

25、1月起，除个别领域外，不允许再使用非月起，除个别领域外，不允许再使用非法定单位（国务院法定单位（国务院 19771977年确定逐步采用年确定逐步采用SISI，19841984年发布命年发布命令：法定计量单位，令：法定计量单位，19901990年底完成过渡，年底完成过渡，19911991年年1 1月起实施月起实施。国际单位制国际单位制 （SISI）3.2 3.2 单位换算单位换算 同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应地改变。这同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应地改变。这种换算称为单位换算。种换算称为单位换算。 注意事项：注意事项：（1） 物理方程必须使用同一单位制的单位，若不同，必

26、须经过换算后再物理方程必须使用同一单位制的单位，若不同，必须经过换算后再进行计算。但经验公式必须按指定的单位运算。进行计算。但经验公式必须按指定的单位运算。（2） SI制以质量为基本单位，而工程单位制则以重力为基本单位，二者制以质量为基本单位，而工程单位制则以重力为基本单位，二者可由可由Fma表示其之间的关系。表示其之间的关系。（3） 计算结果正确与否，可以通过单位换算，就可查出。计算结果正确与否，可以通过单位换算，就可查出。n通用气体常数n R0.08206Latm/（molK）n 8.313J/（molK） 单位换算的基本规律：单位换算的基本规律：F=ma Kgf =1kg9.81m/s2

27、 =9.81kgm/s2 =9.81N =1000g981cm/s2 =981000gcm/s2 =981000dynExample1 atm1 atm（标准大气压）（标准大气压）1.033 kgf/cm1.033 kgf/cm2 2, ,将其换算成将其换算成SISI单位单位解：气体压力的解：气体压力的SISI单位：单位：PaPa（N/mN/m2 2），工程单位：），工程单位：kgf/cmkgf/cm2 2，所，所以，只要将以，只要将kgfkgf、cmcm分别换算成分别换算成N N、m m即可。即可。 因为因为 1 kgf1 kgf9.81 N9.81 N，1 cm1 cm0.01 m0.01

28、 m 所以：所以： 3.3 3.3 因次（量纲）因次（量纲）（1 1）因次或量纲）因次或量纲(dimension)(dimension) 每个物理量都可通过几个彼此每个物理量都可通过几个彼此独立的基本量来表示其性质和特征，这些基本量的符号即独立的基本量来表示其性质和特征，这些基本量的符号即为因次或量纲。为因次或量纲。（2 2）常用的因次）常用的因次：长度：长度LL、 质量质量MM或力或力FF、时间时间 T T 、温度温度 （3 3）因次式或量纲式因次式或量纲式 任何导出量都可以按如下形式表示：任何导出量都可以按如下形式表示： 此式即物理量此式即物理量Q Q的因次式或量纲式，而的因次式或量纲式，

29、而 、等指数可等指数可为任意的有理数。为任意的有理数。（4 4）因次式的作用：）因次式的作用：是因次分析的依据。是因次分析的依据。n因次分析是整理实验数据的方法，即物理方程因次一致因次分析是整理实验数据的方法，即物理方程因次一致原则，即物理方程等号两边各项对应因次的指数相等。原则，即物理方程等号两边各项对应因次的指数相等。 CGS : (CGS : (因次因次) ) SI: ( SI: (因次因次) ) 工程单位工程单位: (: (因次因次) ) FPS: ( FPS: (因次因次) )注意：单位不同但因次可相同。注意：单位不同但因次可相同。n因次表示该物理量的单位与基本量的单位之间的关系。例

30、：速度例：速度LT1 加速度加速度LT2 力力MLT2当 0时，M0L0T01，称为无因次（dimensionless） 物料衡算；物料衡算； 能量衡算；能量衡算； 物系的平衡关系；物系的平衡关系； 传递速率；传递速率； 经济核算。经济核算。 四、单元操作中常用的基本概念四、单元操作中常用的基本概念 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，即差，等于该过程中累积的物料质量，即 对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即处于稳对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即处于稳定操作状态时，过程中

31、不应有物料的积累，则物料衡算关系为定操作状态时，过程中不应有物料的积累，则物料衡算关系为 输入量输出量累积量输入量输出量累积量输入量输出量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。用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。4.1 4.1 物料衡算（物料衡算（material balancematerial balance）物料衡算的步骤：物料衡算的步骤：（1 1）根据题意画出各物流的流程示意图，物料的流向用箭头）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。表示，并标上已知数据与待求量。（2 2）规定衡算基准，一般选用单位进料量或排料量、时间及设）规定衡

32、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。圈出衡算的范围，列出衡算式，求解未知量。物料衡算例题第二蒸发器第一蒸发器W1W2F0F1F2例：如本题例图所示，在两个蒸例：如本题例图所示，在两个蒸发器中，每小时将发器中，每小时将5000kg的无机的无机盐水溶液从盐水溶液从12%（质量，下同）（质量，下同）浓缩到浓缩到30%，第二蒸发器比第一，第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出蒸发器多蒸出5%的水分，试求的水分，试求（1）各蒸发器每小时蒸出水分）各蒸发器每小时

33、蒸出水分的量；（的量；（2）第一蒸发器送出的）第一蒸发器送出的溶液浓度。溶液浓度。F 溶液的质量流量溶液的质量流量 Kg/hW 蒸出水量蒸出水量 Kg/hX 溶液中盐的质量分率溶液中盐的质量分率解：基准：解：基准：1h1h(1) (1) 盐：盐：500050000.12=0.3F0.12=0.3F2 2 , F , F2 2=2000kg/h=2000kg/h 总：总：5000=W5000=W1 1+W+W2 2+F+F2 2, W, W2 2=W=W1 1（1 15 5） W=WW=W1 1+W+W2 2=3000Kg/h=3000Kg/h W W1 1 =1463.4Kg/h, W =14

34、63.4Kg/h, W2 2=1536.6Kg/h=1536.6Kg/h(2) (2) 盐：盐：500050000.12=F0.12=F1 1x x1 1 总：总：5000=1463.4+F5000=1463.4+F1 1解得解得 ：F F1 1=3536.6Kg/h; x=3536.6Kg/h; x1 1 =16.97% =16.97% 已知：已知：F0=5000Kg/h,x0=0.12, x2=0.3, w2=1.05w1;.求：求：(1)w1,w2=? (2)x1=?p能量衡算的依据是能量守恒定律。能量衡算的依据是能量守恒定律。p本课程所用到的能量主要有机械能和热能。本课程所用到的能量主

35、要有机械能和热能。p热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。4.2 4.2 能量衡算能量衡算（energy balanceenergy balance）LoIQQQ热量衡算的基本方法热量衡算的基本方法 此外还须注意：此外还须注意：（1 1）进、出系统的各股物料所携带的热量，包括物料的显）进、出系统的各股物料所携带的热量，包括物料的显热与潜热两部分称为物料的焓。物料的焓值与其状态有热与潜热两部分称为物料的焓。物料的焓值与其状态有关，而且是相对值。确定物料的焓值，须先规定基准温关，而且是相对值。确定物料的焓值，须先规定基准温度；当有相变化发生时，还须规定度；当有相变

36、化发生时，还须规定基准状态。通常以基准状态。通常以273K273K、液态为基准，即此时液态的焓为零。、液态为基准，即此时液态的焓为零。 （2 2）热量不仅可以随同物料进、出系统，而且可以透过设）热量不仅可以随同物料进、出系统，而且可以透过设备、管道的壁面而由外界传入系统，或由系统逸散到环备、管道的壁面而由外界传入系统，或由系统逸散到环境里。境里。连续稳定过程热量衡算的基本关系式连续稳定过程热量衡算的基本关系式 因此，只要系统温度与环境温度有差别，就会有这种热因此，只要系统温度与环境温度有差别，就会有这种热量的输入或散失，应将之列入衡算式中。故可写出连续量的输入或散失，应将之列入衡算式中。故可写

37、出连续稳定过程热量衡算的基本关系式，即：稳定过程热量衡算的基本关系式，即： 式中：式中： Q Qi i为进入系统的各股物料的总热量为进入系统的各股物料的总热量，kJkJ或或kWkW； Q Q0 0为离开系统的各股物料的总热量，为离开系统的各股物料的总热量，kJkJ或或kWkW； Q QL L为系统与环境交换的总热量，为系统与环境交换的总热量，kJkJ或或kWkW。当系统当系统 向环境散热时，此值为负，并称之为热损失。向环境散热时，此值为负，并称之为热损失。LoIQQQ 在换热器里每小时将在换热器里每小时将1000kg1000kg平均比热容为平均比热容为3.56kJ/(kg.K)3.56kJ/(

38、kg.K)的的某种溶液自某种溶液自298K298K加热到加热到353K353K。加热介质为。加热介质为393K393K的饱和水蒸气，每的饱和水蒸气，每小时消耗量为小时消耗量为95kg95kg。蒸汽冷凝成同温度的饱和水后排出。试计算。蒸汽冷凝成同温度的饱和水后排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百分数。此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百分数。解：首先根据题意画出过程示意图，如下图。解：首先根据题意画出过程示意图，如下图。 在图中虚线方框所示范围内作热量衡算。以在图中虚线方框所示范围内作热量衡算。以1h1h为基准，则进、出系统的各为基准，则进、出系统的各项热量分别为：项热量分别为：

39、 输入系统的溶液的热量输入系统的溶液的热量=1000=10003.563.56（298-273298-273）=89000kJ/h =89000kJ/h 系统输出的溶液的热量系统输出的溶液的热量=1000=10003.563.56（353-273353-273）=284800kJ/h =284800kJ/h 又从饱和水蒸气表（以温度为准）查出又从饱和水蒸气表（以温度为准）查出393K393K饱和水蒸气的焓值为饱和水蒸气的焓值为2708.9kJ/kg2708.9kJ/kg、393K393K饱和水的焓值为饱和水的焓值为503.67kJ/kg503.67kJ/kg。则：则： 输入系统的饱和水蒸气的焓

40、输入系统的饱和水蒸气的焓=95=952709=257400kJ/h2709=257400kJ/h 系统输出的饱和水的焓系统输出的饱和水的焓=95=95503.7=47900kJ/h503.7=47900kJ/h依上式列出热量衡算式依上式列出热量衡算式 ，即：，即：89000+257400=284800+479000+Q89000+257400=284800+479000+QL L解得：解得：Q QL L=-13700kJ/h =-13700kJ/h 热损失速率热损失速率=-Q=-QL L=13700kJ/h=13700kJ/h热损失百分数热损失百分数=13700/(257400-47900)=

41、13700/(257400-47900)100%=6.5% 100%=6.5% 平衡状态是自然界中广泛存在的现象。平衡状态是自然界中广泛存在的现象。 平衡关系平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。的方向和能达到的限度。以食盐的溶解和结晶为例：以食盐的溶解和结晶为例：食盐浓度食盐浓度 饱和浓度：结晶饱和浓度：结晶食盐浓度食盐浓度 饱和浓度：溶解饱和浓度：溶解该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。 4.3 4.3 物系的平衡关系物系的平衡关系( (relationship of system balanc

42、erelationship of system balance) )不饱和食盐溶液不饱和食盐溶液：食盐浓度低时，溶解速率（单位：食盐浓度低时，溶解速率（单位时间内溶解的食盐质量）大；食盐浓度高时，溶解时间内溶解的食盐质量）大；食盐浓度高时，溶解速率小。速率小。饱和食盐溶液饱和食盐溶液（即平衡状态）：溶解速率等于结晶（即平衡状态）：溶解速率等于结晶速率，宏观上无变化。速率，宏观上无变化。 以食盐的溶解为例：以食盐的溶解为例： 4.4 传递速率传递速率（rate of transfer process） 溶液浓度越是远离平衡浓度，其溶解速率就越大；溶液浓度越是远离平衡浓度，其溶解速率就越大；溶液浓

43、度越是接近平衡浓度，其溶解速率就越小。溶溶液浓度越是接近平衡浓度，其溶解速率就越小。溶液浓度与平衡浓度之差值，可以看作是溶解过程的液浓度与平衡浓度之差值，可以看作是溶解过程的推推动力（动力（driving forcedriving force）。颗粒大小和搅拌对溶解速率有影响。颗粒大小和搅拌对溶解速率有影响。原因：由大块改为许多小快，能使固体食盐与溶液的原因：由大块改为许多小快，能使固体食盐与溶液的接触面积增大；由不搅拌改为搅拌，能使溶液质点对接触面积增大；由不搅拌改为搅拌，能使溶液质点对流。其结果能减小溶解过程的流。其结果能减小溶解过程的阻力（阻力（resistanceresistance）

44、。此关系类似于电学中欧姆定律。此关系类似于电学中欧姆定律。 过程的过程的传递速率传递速率与推动力成正比，与阻力成反比，即与推动力成正比，与阻力成反比，即 过程的传递速率是决定化工设备的重要因素，传递过程的传递速率是决定化工设备的重要因素，传递速率增大时，设备尺寸可以变小。速率增大时，设备尺寸可以变小。 本课程中，各单元操作的计算、设备的本课程中，各单元操作的计算、设备的选型等工作都将围绕上述五个方面进行，并以选型等工作都将围绕上述五个方面进行，并以最优经济效益作为最终的设计方案。最优经济效益作为最终的设计方案。 效益是企业的命脉，经济核算是企业的核心工作。为生效益是企业的命脉，经济核算是企业的

45、核心工作。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，参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，要用经济核算要用经济核算确定最经济的设计方案确定最经济的设计方案。4.5 4.5 经济核算经济核算(economic evaluations) 任何一个科研成果都要通任何一个科研成果都要通过工程技术才能得以大规模生过工程技术才能得以大规模生产，才能实现它的社会价值，产，才能实现它的社会价值，造福于广大的人民群众。造福于广大的人民群众。 化工原理化工原理是将实验室科研成果转是将实验室科研成果转入工业化生产的基础理论课程。入工业化生产的基础理论课程。小小 结结n1.明确化工原理课程的任务，建立工程与单元操作的概念；n2.掌握化工过程中的质量衡算和能量衡算；n3.掌握单位换算，明确因次分析。 乳粉厂工艺流程图 冷 冻 盐冷 冻 盐水水自自 来来 水水饱 和 蒸饱 和 蒸汽汽返回返回乳品加工现场返回返回乳品加工现场乳品加工现场