化工原理緒論(已修改)
2025-01-06 08:49 本頁面
【正文】 化工原理（ 1）學時： 48教材： 《化工原理》上冊 天津大學出版社參考書 :《化工原理》上冊 化學工業(yè)出版社 《 食品工程原理 》 中國輕工業(yè)出版社緒論 化工生產(chǎn)過程 與 單元操作 化學工業(yè) :對原料進行化學加工以獲得產(chǎn)品?；どa(chǎn)過程 :用化工手段將原料加工成產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。 該生產(chǎn)過程的核心是 化學反應(yīng)過程 ，為使化學反應(yīng)經(jīng)濟有效的進行， 反應(yīng)前 物料要達到一定純度 ,即需要進行前處理 。反應(yīng)器內(nèi)必須保持最佳反應(yīng)條件（壓強、溫度） 。反應(yīng)后還要進行后處理，使產(chǎn)物與反應(yīng)物分開、產(chǎn)物精制。前 、 后處理中，絕大多數(shù)過程是 純物理過程 。 緒論化工生產(chǎn)過程 ： 是由若干化學反應(yīng)和物理操作串聯(lián)的生產(chǎn)過程。例： 用乙炔和氯化氫生產(chǎn)聚氯乙烯塑料乙炔 提純 單體合成 單體精制 聚合 脫水干燥氯化氫 提純 （反應(yīng)熱）（反應(yīng)熱）（壓縮，冷凝） 在各種化工生產(chǎn)過程中，除化學反應(yīng)外的其余物理操作稱為 單元操作 (UnitOperation)：流體的流動與輸送，沉降，過濾，攪拌，壓縮，傳熱，蒸發(fā)，結(jié)晶，干燥，精餾，吸收，萃取，冷凍等?；ぴ恚?是研究這些 單元操作 的基礎(chǔ)學科，是各個 單元操作 的綜合和集成。化工原理 ←→ 食品工程原理奶粉生產(chǎn)工藝 ： 各個單元操作串聯(lián)操作的生產(chǎn)過程 牛奶 預(yù)熱殺菌 真空濃縮 過濾 噴霧干燥 生物化工原料的某些成分如蛋白質(zhì)、酶之類都是 生物活性 物質(zhì)，在加工過程中會引起變性、鈍化或破壞。 熱敏性 和 氧化變質(zhì) 及 易腐性是動、植物原料的共有特點。食品加工 的科學化和工程化的標志 單元操作的引入和應(yīng)用。食品工程 是在化學工程基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個新領(lǐng)域 相同的理論基礎(chǔ)和單元操作。 本課程是在高等數(shù)學、物理學及物理化學、化學等課程的基礎(chǔ)上開設(shè)的一門 專業(yè)基礎(chǔ)課程 ，其 主要任務(wù) 是研究化工單元操作的基本原理，典型設(shè)備的構(gòu)造及工藝尺寸的計算或設(shè)備選型。 本課程作為 化學工程學 的一個基礎(chǔ)組成部分 ，是化工 、生物、制藥、食品 等專業(yè)的主干課程之一（學科基礎(chǔ)課 ），其在基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間，起著承上啟下，由 “理 ”過渡到 “工 ”的橋梁作用。，特點及學習方法內(nèi)容 ： 以 “ 三傳 ” 流體流動過程（ 動量傳遞 ）；傳熱過程（ 熱量傳遞 ）；傳質(zhì)過程（ 質(zhì)量傳遞 ）為核心和主線，講述單元操作的基本原理，典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理，操作性能和設(shè)計計算。教學環(huán)節(jié) ： 理論課教學，實驗，課程設(shè)計特點 ： 內(nèi)容多，范圍廣，難度大。學習方法 ： 重點掌握 基本概念 ， 基本原理 和 基本計算 。1）基本量，導出量 （物理量）任何物理量均可由幾個彼此獨立的基本量表示其性質(zhì)和特征?；玖?：長度 [L]m；質(zhì)量 [m]kg；時間 [t]s；溫度 [T]K導出量 ：如速度 u=L/tm/s。2）單位制 （基本單位與導出單位的總和）（ 1）絕對單位制（ cgs制）：力，達因， dyn（ 2）工程單位制：力，公斤（力） ,kg(f)（ 3）國際單位制（ SI）：力，牛頓， N1N=1[kgm/s2]=1/[kgf]=105[dyn]SI基本單位量的名稱 量的符號 單位名稱 單位符號長度 l(L)米 m質(zhì)量 m千克 kg時間 t秒 s電流 I安（培 ） A熱力學溫度 T開（爾文） K發(fā)光強度 I(IV)坎（德拉） cd物質(zhì)的量 n摩爾 mol 導出單位：力 （ N）； 壓強 Pa（ N/m2）；功 ，能，熱（ J）；功率（ W ）1) 流體流動過程 （動量傳遞） 研究流體流動及流體和與之接觸的固體間發(fā)生相對運動時的基本規(guī)律，以及主要受這些基本規(guī)律支配的若干單元操作，如流體的輸送、沉降、過濾、攪拌及固體的流態(tài)化等。2) 傳熱過程 （熱量傳遞） 研究傳熱的基本規(guī)律以及主要受這些基本規(guī)律支配的若干單元操作，如熱交換、蒸發(fā)等。3) 傳質(zhì)過程 （質(zhì)量傳遞） 研究物質(zhì)通過相界面遷移過程的基本規(guī)律，以及主要受這些基本規(guī)律支配的若干單元操作，如液體的蒸餾、氣體的吸收、固體的干燥及結(jié)晶等。 1) 物料衡算 根據(jù)質(zhì)量守恒定律而進行的質(zhì)量平衡計算。向設(shè)備輸入的物料質(zhì)量減去從設(shè)備輸出的物料質(zhì)量，必等于積累在設(shè)備里的物料質(zhì)量，即： 輸入物料的總和 輸出物料的總和 積累物料量 2) 能量衡算 根據(jù)能量守恒定律而進行的能量平衡的計算。在生產(chǎn)中能量可能是熱能、電能、機械能或其它能。如果是熱能，則稱為熱量衡算。 隨物料進入系統(tǒng)的總熱量， kJ或 kW 隨物料離開系統(tǒng)的總熱量， kJ或kW 向系統(tǒng)周圍散失的熱量， kJ或 kW 1) 平衡關(guān)系 平衡關(guān)系予告過程或反應(yīng)能夠達到的極限。如連通器 液面最終達到同一水平面， 傳熱 的極限是冷熱流體溫度相同， 氣體吸收 的極限是當時條件下的飽和溶解度， 反應(yīng) 的極限是當時條件下的平衡轉(zhuǎn)化率。 2) 過程速率 第 1章 流體流動概述液體和氣體都具有流動性，通常總稱為流體。在化工和食品生產(chǎn)過程中，所處理的原料、半成品、產(chǎn)品以及輔助材料大多數(shù)以流體的狀態(tài)存在。流體的流動和輸送既是一個單元操作，又與其他各種單元操作密切相關(guān)。水、空氣、水蒸氣 典型流體 牛頓流體（流體力學規(guī)律）牛奶、果汁、鹽水 稀薄流體蜂蜜、脂肪、果醬 稠厚流體 非牛頓流體（流變學規(guī)律） 應(yīng)用流體流動的基本原理和規(guī)律可以解決如下工程問題：(1)流體輸送：流體流速 u，管道直徑 d，輸送設(shè)備選擇、操作及其功率計算(2)流體壓強，流量和流速的測量(3)強化設(shè)備：為強化其他單元操作（設(shè)備）提供適宜條件 流體的物理性質(zhì)1)流 體 特 征 ： 易流動，無固定形狀 氣體 ： 氣體分子間距大，相互作用力小，無一定自由表面和體積，充滿整個容器。在外力作用或溫度變化時，體積改變較大，一般不能忽略（可壓縮和膨脹性），稱之為 可壓縮流體 。 16
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