【正文】 緒論 化工原理課程是化工、制藥、生物、環(huán)境、過程控制與裝備的一門主干課程，是綜合運用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、計算技術(shù)等基礎(chǔ)知識，分析和解決化工類型生產(chǎn)過程中各種物理操作問題的技術(shù)基礎(chǔ)課。 學(xué)習(xí)緒論，掌握五個方面的內(nèi)容。 一、化工生產(chǎn)過程與單元操作 二、化工原理課程的研究方法 三、化工原理課程學(xué)習(xí)的要求 四、化工原理課程的五個重要基本概念 五、化工常用量和單位 一、化工生產(chǎn)過程與單元操作 化工生產(chǎn)過程： 用化工的手段將原料加工成產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，稱為化工生產(chǎn)過程。 化 化 工產(chǎn)品成千上萬，每種產(chǎn)品均有它自己特定的生產(chǎn)過程。由于原料、 產(chǎn)品的多樣性及生產(chǎn)過程的復(fù)雜性，形成了數(shù)以萬計的化工生產(chǎn)工藝。 例如：乙炔法制取聚氯乙烯的生產(chǎn)是以乙炔和氯化氫為原料進行加成 反應(yīng)以制取氯乙烯單體，然后單體在 、 55℃ 左右進行聚合反應(yīng) 獲得聚氯乙烯。聚氯乙烯的工藝流程圖見圖 1。 C 2 H2 ( g ) 含有少量雜質(zhì) 聚氯乙烯化工生產(chǎn)過程流程示意圖 HC L 單體合成加入成分（（（ 含有 少量雜質(zhì) H2 O 水洗 堿液 堿洗（除未反應(yīng)的 HC L ） 產(chǎn)品 干燥 高壓聚合 全凝器 壓縮冷凝 精餾塔 雜質(zhì) 水 水 液體 氯乙烯（ C H2 = C HC L ） （聚氯乙烯） （聚氯乙烯） 反應(yīng)釜 （ 1）化工生產(chǎn)過程的步驟多； (2)各種不同的化工生產(chǎn)過程差別十分大。 人們通過不斷的探索、研究、實踐、發(fā)現(xiàn)，各種各樣復(fù)雜 的化工生產(chǎn)過程可以抽象并歸納為這樣一種過程框圖。 原料 → 前處理 → 化學(xué)反應(yīng) → 后處理 → 產(chǎn)品 (1)化學(xué)反應(yīng)為主的過程 (每種產(chǎn)品特有的化學(xué)反應(yīng)過程 ) (2)物理操作為主的過程 化工過程中常用單元操作 單元操作 目 的 物 態(tài) 原 理 傳遞過程 流體輸送 輸送 液或氣 輸入機械能 動量傳遞 攪拌 混合或分散 氣 液；液 液； 輸入機械能 動量傳遞 固 液 過濾 非均相混合物分離 液 固；氣 固 尺度不同的截留 動量傳遞 沉降 非均相混合物分離 液 固；氣 固 密度差引起的沉降運動 動量傳遞 加熱、冷卻 升溫、降溫 改變相態(tài) 氣或液 利用溫度差而傳入或移出熱量 熱量傳遞 蒸發(fā) 溶劑與不揮發(fā)性溶質(zhì)的分離 液 供熱以氣化溶劑 熱量傳遞 氣體吸收 均相混合物分離 氣 各組分在溶劑中溶解度的不同 質(zhì)量傳遞 液體蒸餾 均相混合物分離 液 各組分間揮發(fā)度的不同 質(zhì)量傳遞 萃取 均相混合物分離 液 各組分在溶劑中溶解度的不同 質(zhì)量傳遞 干燥 去濕 固體 供熱汽化物料內(nèi)的濕分 熱、質(zhì)同時傳遞 吸附 均相混合物分離 液或氣 各組分在吸附劑中的吸附能力 質(zhì)量傳遞 不同 .1?.2?.1?.2?.3?人們這么做的目的有兩個： 對于任一復(fù)雜的化工生產(chǎn)過程，都可以認為是若干個單元操作通過 某種適當(dāng)?shù)慕M合串聯(lián)而成的過程。 這樣分類有利于將主要精力投入到單元研究中，不具體到某一個工藝上。 單元操作的特點： 均為物理反應(yīng)的操作； 化工過程雖差別大，但均由單元操作適當(dāng)組合而成，是化工生產(chǎn)過程中 的共有操作； 基本原理一樣，進行過程的設(shè)備往往是通用的。 二、化工原理課程研究方法 （ 1）實驗研究方法（經(jīng)驗法） 該方法一般用量綱分析和相似論為指導(dǎo)，依靠實驗來確定過程 變量之間的關(guān)系，通常用無量綱數(shù)群（或稱準數(shù)群）構(gòu)成的關(guān)系來表達。實驗研究方法避免了數(shù)學(xué)方程的建立，是一種工程上通用的基本方法。 （ 2）數(shù)學(xué)模型法（半經(jīng)驗半理論方法） 該方法是在對實際過程的機理深入分析的基礎(chǔ)上，在抓住過程本質(zhì)的前提下，作出某些合理簡化，建立物理模型，進行數(shù)學(xué)描述，得出數(shù)學(xué)模型。 通過實驗確定模型參數(shù)，這是一種半經(jīng)驗半理論的方法。 三、化工原理課程學(xué)習(xí)的要求 （ 1）單元操作和設(shè)備選擇的能力 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和物性特性，合理地選擇單元操作及設(shè)備。 （ 2）工程設(shè)計能力 學(xué)習(xí)進行工藝過程計算和設(shè)備設(shè)計，當(dāng)缺乏現(xiàn)代數(shù)據(jù)時，要能夠從資料中查取， 或從生產(chǎn)現(xiàn)場查定或通過實驗測取。學(xué)習(xí)利用計算機輔助設(shè)計。 （ 3）操作和調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程的能力 學(xué)習(xí)如何操作和調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程。在操作發(fā)生故障時，能夠查找故障原因，提出排出故障的措施，了解優(yōu)化生產(chǎn)過程的途徑。 （ 4）過程開發(fā)或科學(xué)研究的能力 四、化工原理五個重要基本概念 （ 1）物料衡算 為了弄清化工生產(chǎn)過程中原料、成品以及損失的物料數(shù)量，必須要進行物料衡算。 物料衡算 ?質(zhì)量守恒定律，即： AOIGGG ?? ?? ???IG 輸入物料的總和 ???? O輸出物料的總和 ???AG累積的物料量 注意：①無化學(xué)反應(yīng)時，混合物中任何一組分服從此通式 ②當(dāng)有化學(xué)反應(yīng)時，它只適用于任一元素的衡算 ③若過程中累積的物料量為零，則 ?? ? OI GG基準選擇的原則： （ 1）對于間歇操作，常用一次投料為基準。 （２）對于連續(xù)操作，常用單位時間為基準。 hkmol/ 例 1:含有 A、 B、 C、 D四種組分各 （摩爾分率，下同）某混合 液，以 1000 的流量送入精餾塔內(nèi)分離，得到塔頂與塔 釜兩股產(chǎn)品。進料中全部 A組分， 96%B組分及 4%C組分存在于 塔頂產(chǎn)品中；全部 D組分存在于塔釜產(chǎn)品中，試計算塔頂和塔釜 產(chǎn)品的流量及其組成。 解：依題意畫出如本題附圖所示的流程圖。 hkmol / 塔頂產(chǎn)品 D DCDBDAxxx 塔釜產(chǎn)品 w WDWCWBxxx PCx ????FDFCFBFAxxxx 原料液 F = 1 0 0 0 Km o l /h ???? FADA FxDx ?????? FBDB FxDx ?????FCDC Fx 50010240250)( ?????? DCDBDA xxxD在全塔范圍內(nèi)列各組分的衡算式，取 h為衡算基準。 組分 A： 上三式相加，得： 1??? DCDBDA xxx hkmolD /500? ??DA 500240 ??DBx ??DCx因 故 由式（ a）得： 由式（ b）得： 由式（ c）得： hkmolDFWWDF/5005001000 ???????WBDBFB WxDxFx ??在全塔范圍內(nèi)列總物料衡算，得： 再在全塔范圍內(nèi)列組分 B及 C的衡算，得： WCDCFC WxDxFx ?? WCWBxx????????或： 由上二式分別解得： )(1?????????WCWBWDWCWBxxxxx（ 2）能量衡算 能量衡算 ?能量守恒定律 機械能、熱能、電能、磁能、化學(xué)能、原子能等統(tǒng)稱為能量。各種能量之間可以相互轉(zhuǎn)換，但在化工中往往不是能量間的轉(zhuǎn)換問題，而是總能量衡算，有時甚至簡化為熱能或熱量衡算。 熱量衡算的本質(zhì)是焓的計算，對熱量衡算： LOI Q ?? ??? IQ KWKJ /隨物料進入系統(tǒng)的總能量 ， OQKJ /隨物料離開系統(tǒng)的總能量 ， LQ KWKJ /向系統(tǒng)周圍散失的熱量 ， 上式也可寫成： LOIQWHWH ?? ?? )()(kg skg/式中： W物料的質(zhì)量或質(zhì)量流量 ， 或 H物料的焓 kgKJ /注意點：①熱量衡算和物料衡算一樣，要規(guī)定衡算基準和范圍； ②焓是相對值，要指明基準溫度，習(xí)慣上選 0℃ 為基準溫度， 規(guī)定 0℃ 時液態(tài)物質(zhì)的焓為零。 （ 3）平衡關(guān)系 化工過程中的每一單元操作或化學(xué)反應(yīng)可稱為過程，研究過程的規(guī)律，目的是使過程向有利于生產(chǎn)的方向進行。平衡關(guān)系，就是研究過程的方向和過程的極限（過程進行的最大限度）。 平衡關(guān)系就是指在一定條件下，過程的變化達到了極限，即達到了平衡狀態(tài)。例如，高溫物體自動地向低溫物體傳熱，直至兩個物體的溫度相等。宏觀上熱量不再進行傳遞，即達到了傳熱的平衡狀態(tài)。 （ 4）過程速率 過程速率是指在單位時間內(nèi)過程的變化，即表明過程進行的快慢。在化工生產(chǎn)中，過程進行的快慢遠比過程的平衡更重要。 過程速率 = 過程阻力過程推動力式中：過程推動力指的是直接導(dǎo)致過程進行的動力，例如溫差等。 過程阻力因素較多，與體系物性、過程性質(zhì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)類型、 操作條件都有關(guān)系。 （ 5）經(jīng)濟效益 經(jīng)濟效益也稱為經(jīng)濟效果，一般指經(jīng)濟活動中，所取得的成果與勞動消耗之比，即 經(jīng)濟效益 = 勞動消耗勞動成果式中，勞動成果是指最終的合格產(chǎn)品的價值；勞動消耗包含操作費用（人力、原材料、水電、維修等），設(shè)備折舊費用（設(shè)備的造價和使用年限折算）以及占用的固定資產(chǎn)和流動資金。