化工原理 绪论

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1、化工原理湖北大学化学化工学院杨世芳e-mail:yang6239@163.com学习要求：认真听讲独立思考按时完成作业考核方式：平时作业、考勤、期中考试50％期末考试（闭卷）50％教材及参考书目：陈敏恒等：《化工原理》，第三版，北京：化学工业出版社，2006年5月；夏清、陈常贵：《化工原理》，天津大学出版社，2005年1月第一版；王志魁：《化工原理》，第三版，北京：化学工业出版社，2005年1月；教材:参考书目:原料（1）预处理化工过程：有目的的使原料经过一系列的化学或物理变化，以获得产品的工业过程，也称为化

2、工生产，或化工生产过程。（2）反应（3）后处理产品图1-1基本化工生产过程1绪论1.1课程概述例如：甲醇的生产：可见，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。苯的生产：原料油（甲苯、二甲苯）、H2→输送→加热→反应器→减压蒸馏塔→精馏→苯（99.992~99.999%）合成气（CO，H2，CO2）→输送→管式反应器→粗甲醇→冷却→精馏→精甲醇（99.85~99.95%）主：CO+2H2→CH3OH（g）+Q副：CO2+3H2→CH3OH（g）+H2O（g）2CO+4H2→（CH3）2O+H2OCO+3H2→

3、CH4+H2O4CO+8H2→C4H9OH+3H2OCO2+H2→CO+H2O化工生产过程化学反应过程物理处理过程化工生产的核心原料的预处理产品的加工（单元操作）化学反应和若干个单元操作串联而成单元操作：化工生产中除化学反应单元以外的所有物理性操作。在当今化工及其相近工业生产中应用的单元操作有几十种之多，而且随着生产的发展和科技的进步还会不断地开发出一些新型的单元操作。化工原理的研究对象——单元操作（UnitOperations）(1)单元操作的概念（2）单元操作的特点①所有的单元操作都是物理性操作，只改变物

4、料的状态或物理性质，并不改变化学性质。②单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是不同的化工生产中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。③单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的。（3）单元操作的分类：①按操作目的分：流体输送：物料的混合：气体和液体的输送主要指通过搅拌达到物料混合或分散的目的物料的加热或冷却：利用物料和环境之间的温度差输入或输出热量均相混合物的分离：气体吸收、液体蒸馏、萃取等非均相混合物的分离：过滤和沉降②按单元操作遵循的基本规律分：动量传递过程：热量传递过程：遵

5、循流体力学基本规律的单元操作：流体输送、沉降、过滤和离心分离等遵循热交换基本规律的单元操作：如传热、蒸发等质量传递过程：遵循通过扩散，从一相转移到另一相的过程：吸收、吸附、蒸馏、萃取、离子交换、膜分离等单元操作目的物态原理传递过程流体输送输送液或气输入机械能动量传递搅拌混合或分离气-液输入机械能动量传递液-液,固-液过滤非均相混合物分离气-固,固-液尺度不同的截留动量传递沉降非均相混合物分离气-固,固-液密度差引起的动量传递沉降运动加热,冷却升温,降温,改变气或液利用温差传入热量传递相态或移出热量蒸发溶剂与不

6、挥发性液供热汽化溶剂热量传递溶质的分离表1-1单元操作续表1-1单元操作（1）物料衡算：物料衡算也称为质量衡算，其依据是质量守恒定律。它反映一个过程中原料、产物、副产物等之间的关系，即进入的物料量必等于排出的物料量和过程中的积累量。输入物料的总量＝排出物料的总量＋过程积累的总量1.2化工原理处理问题的方法积累M∑M入∑M出系统图1-2物料衡算示意图物料衡算式：∑M入＝∑M出＋M(1-1)连续稳定流动：∑M入＝∑M出(1-2)▲进行物料衡算时，必须明确下面几点：①首先要确定衡算的系统，即衡算对象包括的范围。②其

7、次要确定衡算的基准。③然后确定衡算的对象。④最后还要确定衡算对象的物理量及单位。精馏塔原料液含乙醇5％10吨/时乙醇产品含乙醇95％含乙醇0.1％废水例1-1附图例1-1每小时有10吨5％的乙醇水溶液进入精馏塔，塔顶馏出的产品中含乙醇95％，塔底排出的废水中含乙醇0.1％。求每小时可得产品多少吨？若废水全部排放，每年（按操作7200小时计）损失的乙醇多少吨？解：已知：原料液流量及其中乙醇含量产品和废水中乙醇含量求：产品和废水流量分析：两个未知量，需列出两个物料衡算方程求解！精馏塔原料液含乙醇5％10吨/时乙醇

8、产品含乙醇95％含乙醇0.1％废水例1-1附图确定：衡算范围：包含精馏塔在内的虚线框衡算对象：a.物流的流量b.物流中乙醇的量衡算基准：单位时间：小时设：产品流量为X吨/时、废水流量为Y吨/时。由物料衡算式：∑M入＝∑M出对物流的量进行衡算：10＝X+Y(1)对乙醇的量进行衡算：10×5％＝X×95％+Y×0.1％(2)X＝0.516吨/时Y＝9.484吨/时每年损失乙醇：9.484×0.1％×72