高分子化学4省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖PPT课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,绪 论,一、化工原理课程介绍,二、化工原理处理问题方法,三、单位及单位制,1/50,1,、化工原理研究对象,化工,单元操作,化工生产过程,原料预处理,进行化学反应,反应产物分离与提纯,化工生产过程就是由,化学反应和若干个单元操作串联而成。,一、化工原理课程介绍：,1,）,化工,单元操作概念,2/50,原料油（甲苯、二甲苯）、,H,2,输送加热,反应器减压蒸馏塔精馏苯（,99.992,99.999%,）,比如：,甲醇生产：,合成气（CO，H,2,，CO,2,）,输送,管式反应器粗甲醇,冷却,精馏,精甲醇（998599.95%）,苯生产：,3/50,化工原理研究各个独立单元操作,化工生产过程中，主要物理过程就是单元操作。,可见，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。,4/50,单元操作作用于不一样化工过程时，基本原理相同，所用设备也是通用。,2,）单元操作特点：,全部单元操作都是物理性操作，只改变物料状态或物理性质，并不改改变学性质。,单元操作是化工生产过程中共有操作，只是不一样化工生产中所包含单元操作数目、名称与排列次序不一样。,5/50,依据单元操作所遵照基本规律，分为三类：,遵照流体动力基本规律，用动量传递理论研究,如：流体输送、沉降、过滤、固体 流态化,遵照传热基本规律，用热量传递理论研究,如：传热、冷凝、蒸发等,传质过程,遵照传质基本规律，用质量传递理论研究,如：蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等,3,）单元操作分 类,传热过程,流体动力过程,6/50,2,、化工原理学科性质与研究方法,1,）学科性质工程技术学科,用自然科学基本原理来分析和处理化工生产中物理过程。,7/50,2,）研究方法工程方法,数学模型法,双膜模型建立,首先要对化工实际问题机理作深入分析，并,在抓住过程本质前提下做出一些合理简化，得,出能基本反应过程机理物理模型，然后结合传递,过程、物理化学基本原理，得到描写此过程数,学模型。,通常，数学模型方法所得结果包含反应过程模型参数，它必须经过试验才能确定，因而它是一个半经验半理论方法。,再用适当数学方法求解,。,8/50,因次分析法,直管湍流阻力,化工过程往往十分复杂，包括影响原因很多，各种原因影响有时不能用迄今已掌握物理、化学和数学等基本原理定量地分析预测，而必须经过试验来处理，即所谓试验研究法。,本课程学习过程中将经常见到无因次数群关系式。,它普通以因次分析法为指导，依靠试验建立过程参数之间相互关系，而且通常是把各种参数影响表示成为由若干个相关参数组成含有一定物理意义无因次数群（也叫准数）影响。,9/50,参数综正当,当量法,类比法,过滤常数,当量直径、当量长度等,动量、热量、质量传递类似律,10/50,选择：为了到达或实现某一工程目标，能对过程和设备作合理选择和组合。,设计：对已掌握了性能过程和设备作直接设计计算以及对性能不十分掌握过程和设备经过必要试验，测取设计数据，做逐层放大。,3,、化工原理学习方法,发展：怎样依据某个物理或物理化学原理开发成为一个单元操作，寻本求源。,操作：怎样依据基本原剪发觉操作上可能出现各种不正常现象，寻找其原因及可能采取调整办法。,11/50,4,、化工原理课在诸门课程中位置,化工原理是化工类及其相关（近）专业一门主要技术基础课，在培养化学工程专业学生综合素质过程中更有其特殊地位和作用。,（,1,）在教学计划中，这门课程是承前启后，由理及工,桥梁,先行数学、物理、化学等课程主要是为了了解自然界普遍规律，属于自然科学范围，而化工原理则属于工程技术科学范围，是化工专业课程基础。,12/50,（,2,）化工原理课程含有显著工程 性,它要处理问题是多原因、多变量综合性问题，所以分析和处理处理问题方法也就与理科课程有较大不一样，这可能会造成部分学生在学习早期有些不适应。,（,3,）化工原理主要内容包括化工单元操作,基本原理及其相关基础。,它来自化工实践，又面向化工实践，是化工技术工作者看家本事所在。能够说，“化工原理”四个字恰如其分地表示了这门课程性质及主要性。,13/50,5,、课程学习要求,本课程是科学与技术融合，它强调工程观点、定理运算、试验技能及设计能力培养，强调理论联络实际。学生在学习过程中要注意以下几个方面能力培养：,单元操作和设备选择能力。,在确定工艺流程时，要能够合理选择单元操作，,合理地选择设备。,工程设计能力。,学习工艺过程计算和设备设计。当缺乏现成数据时，要能够从资料中查取，或从生产现场查定，或经过试验测取。学习利用计算机辅助设计。,14/50,操作和调整生产过程能力。,学习怎样操作和调整生产过程。（正常、不正常、开车、停车）在操作发生故障时，能够查找故障原因，提出排除故障办法。了解优化生产过程路径。,过程开发或科学研究能力。,学习怎样依据物理或物理化学原理而开发单元操作，进而组织一个生产工艺过程。将可能变现实实现工程目标，这是综合创造能力表达。,15/50,1,、物料恒算：,（,1,）普通过程：,进入系统物料量,=,离开系统物料量,+,过程,积累物料量,（,2,）稳定过程：,过程积累物料量为零。,进入系统物料量,=,离开系统物料量,二、化工原理处理问题方法,16/50,输入系统物料质量等于从系统输出物料质量和系统中积累物料质量和。,物料衡算通式,依据质量守恒定律,17/50,衡算系统,整个生产过程,某一设备,衡算对象,系统中全部物料,某一个组分,定态过程，积累为零。则,：,18/50,例：在两个蒸发器中，每小时将5000kg无机盐水,溶液从12（质量）浓缩到30%。第二蒸发器比,第一蒸发器多蒸出5%水分。试求：,（1,）各蒸发器每小时蒸出水分量；,（,2第一蒸发器送出溶液浓度。,用方框表示设备，输入输出设备物流方向用箭头表示。,解：,1,）画一个流程图表示进行过程,19/50,x,1,W,1,W,2,F,0,=5000kg/h,x,0,=,0.12,F,1,F,2,x,2,=0.3,蒸发器1,蒸发器2,20/50,2,）划定衡算范围,为求各蒸发器蒸发水量，以整个流程为衡算范围，用一圈封闭虚线画出,。,连续操作以单位时间为基准，间歇操作以一批操作为基准,因为连续操作，以1小时为基准。,4）确定衡算对象,此题中有两个未知数，蒸发水量,W,及送出,NaOH,溶液量,F,，所以，我们就以不一样衡算对象列出两个衡算式。,3,）选择衡算基准,21/50,对,盐,作物料衡算:,对,总物料,作衡算：,代入已知数据，得：,22/50,由题意知,求第一个蒸发器送出溶液浓度，选择第一个蒸发器为衡算范围。,对盐作物料衡算：,对总物料作衡算：,23/50,代入已知数据，得：,解得：,24/50,2,、热量恒算,普通过程：,进入系统热量,=,离开系统热量,+,过程中损失,热量,依据：能量守恒定律,即任何时间内输入系统总热量等于系统输出总热量与损失热量之和。,25/50,热量衡算通式,或写 成,热量衡算基本方法与物料衡算方法相同，也必须首先划定衡算范围及衡算基准。,26/50,另外应注意焓是相对值，所以必须指明基准,温度，习惯上选0为基准温度，并要求0时液态焓值为零。,例：在换热器里将平均比热为3.56kJ/（kg）某溶液自25加热到80，溶液流量为1.0kg/s，加热介质为120饱和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸气冷凝成同温度饱和水排出。试计算此换热器热损失占水蒸气所提供热量百分数。,解：依据题意画出流程图,27/50,换热器,120饱和水蒸气,0.095kg/s,120饱和水,0.095kg/s,1.0kg/s,25溶液,80溶液,1.0kg/s,28/50,从附录查出120饱和水蒸气焓值为2708.9kJ/kg，120饱和水焓值为503.67kJ/kg。,基准：1s,在图中虚线范围内作热量衡算,在此系统中输入热量：,蒸气带入热量：,溶液带入热量,：,29/50,输出热量：,冷凝水带出热量：,溶液带出热量：,30/50,依据能量衡算式，有：,热量损失百分数,=,31/50,3,、过程平衡和速率,平衡问题,过程平衡问题是说明过程进行方向和所能到达极限。,平衡是一个动态过程。,32/50,平衡关系,反应了一个过程（传热过程、物质传递）到达平衡时，决定系统平衡状态参数间关系。,（,1,）过程方向：,总是趋于平衡,（,2,）过程极限：,到达了平衡,33/50,速率,过程速率是指过程由不平衡到平衡进 行快慢。,阻力：过程阻力是各种原因对速率影响总表达。,过程速率表示为：,过程速率推进力 阻力,推进力：过程所处状态与平衡状态距离一个过程速率不变过程，推进力，阻力,34/50,1,、我国法定计量单位,（,1,）定义：国家以命令形式要求允许使用计量,单位；,（,2,）组成：以国际单位为基础，依据我国情况又,适当增加了一些其它单位一起组成；,三、单位及单位制,35/50,4,）导出单位：导出量单位称为导出单位，均由基,本单位相乘、除而组成。,2,、单位及单位制,1,）基本量：任意选定几个独立物理量(如长度、,时间等)。,2,）基本单位：依据使用方便标准制订基本量,单位。,3,）导出量：依据物理量与基本量之间关系来确定,量。,36/50,5,）单位制：基本单位与导出单位总和。,物理单位制：基本单位：长度,cm、,质量,g时间,s,工程单位制：基本单位：长度,m、,力,kgf,、,时间,s,SI,单位,制：,基本单位有,7,个：,m、kg、s、mol、K、A,（安培）、,cd,（坎）发光强度。,37/50,化工中惯用有,5,个：,长度,cm,、质量,kg,、时间,s,、温度,K,、,物质量,mol,国际单位制辅助单位：（,2,个）,平面角：弧度（,rad,）、立体角：球面度（,sr,）,导出单位（国际单位制中含有专门名称导出单位）：（,19,个）,力、重力、,N,、压力、压强、应力、,Pa,、能、功、热、,J（Nm）、,功率、,W,；,38/50,国家要求非国际单位：（,10,个）,时间：分钟、,min,小时、,h,；天、,d,；,旋转速度：,r/min,；,质量单位：吨、,t,；体积、,L,；,用于组成10进倍数和份数词头：,10,6,兆用,M,表示；10,3,千用,K,表示；,10,2,百用,h,表示；10,-1,分用,d,表示；,10,-2,厘用,c,表示；10,-3,毫用,m,表示；,10,-6,微用,表示；,39/50,3,、单位换算：,掌握单位向法定单位换算，单位换算最主要,是压强单位换算。,40/50,含有单位一致性，只要采取同一单位制单位来表示各物理量即可。,4,、,单位正确利用,理论公式：依据物理规律建立，反应各相关物理,量之间关系，又叫物理方程。,经验公式：依据试验结果整理出来，反应各相关物,理量数字之间关系，又叫数字公式,。,公式中所用单位普通都是指定，在计算中只要将数字代入，算出结果，然后加上要求单位就行了。,41/50,主要参考书,陈维杻传递过程与单元操作.上册.杭州：浙江,大学出版社，,1993,陈维杻传递过程与单元操作.下册.杭州：浙江,大学出版社，,1993,谭天恩等.化工原理.上册.第二版.北京：化学工,业出版社，,1990,谭天恩等.化工原理.下册.第二版.北京：化学工,业出版社，,1998,42/50,陈敏恒等.化工原理.上册.第二版.北京：化学工,业出版社，,1999,陈敏恒等.化工原理.下册.第二版.北京：化学工,业出版社，,王绍亭等.化工传递过程基础.北京：化学工业出,版社，,1987,成都科技大学化工原理编写组.化工原理.上册.,成都：成都科技大学出版社，,1991,成都科技大学化工原理编写组.化工原理.下册.,成都：成都科技大学出版社，,1991,43/50,大连理工大学化工原理教研室.化工原理.上册.,大连：大连理工大学出版社，,1993,大连理工大学化工原理教研室.化工原理.下册.,大连：大连理工大学出版社，,1992,蒋维均等化工原理.上册北京：清华大学出,版社，,1992,蒋维均等化工原理.下册北京：清华大学出,版社，,1993,姚玉英等.化工原理.上、下册.天津：天津大学,出版社，,1996,44/50,Unit operation in chemical engineering;WarrenL.McCabe,JulianC.Smith,Peter Harriott.McGraw-Hill,1992(5th ed),Unit operations and equipment of Chemical engineering;A.Planovsky,P.Nikolaev.Mir Pub.,c1990,End,45/50,化工生产过程,46/50,x,1,W,1,W,2,F,0,=5000kg/h,x,0,=0.12,F,1,F,2,x,2,=0.3,蒸发器1,蒸发器2,47/50,x,1,W,1,W,2,F,0,=5000kg/h,x,0,=0.12,F,1,F,2,x,2,=0.3,蒸发器1,蒸发器2,48/50,换热器,120饱和水蒸气,0.095kg/s,120饱和水,0.095kg/s,1.0kg/s,25溶液,80溶液,1.0kg/s,49/50,换热器,120饱和水蒸气,0.095kg/s,120饱和水,0.095kg/s,1.0kg/s,25溶液,80溶液,1.0kg/s,50/50,