化工原理(流体流动1) 保留

绪论化工原理课程是化工、制药、生物、环境、 过程控制与装备的一门主干课程，是综合运用 数学、物理、化学、计算技术等基础知识，分 析和解决化工类型生产过程中各种物理操作问 题的技术基础课。 学习绪论，掌握五个方面的内容。

一、化工生产过程与单元操作 二、化工原理课程的研究方法 三、化工原理课程学习的要求 四、化工原理课程的五个重要基本概念 五、化工常用量和单位

一、化工生产过程与单元操作化工生产过程： 用化工的手段将原料加工成产品的生产过程，称为化工生产过程。 化 工产品成千上万，每种产品均有它自己特定的生产过程。由于原料、 产品的多样性及生产过程的复杂性，形成了数以万计的化工生产工艺。

例如：乙炔法制取聚氯乙烯的生产是以乙炔和氯化氢为原料进行加成 反应以制取氯乙烯单体，然后单体在0.8MPa、55℃左右进行聚合反应 获得聚氯乙烯。聚氯乙烯的工艺流程图见图1。

HCL 单 体 合 成加 入 成 分 ( (含有少量杂质 ( 水

碱液

全凝器 氯乙烯(CH2=CHCL)

H2O C2H2(g)含有少量杂质 反应釜 水 液体 压缩冷凝水洗

碱洗(除未反应的 HCL) 精馏塔

杂质

产品

(聚氯乙烯)

高压聚合

聚氯乙烯化工生产过程流程示意图干燥

(聚氯乙烯)

(1)化工生产过程的步骤多； (2)各种不同的化工生产过程差别十分大。 人们通过不断的探索、研究、实践、发现，各种各样复杂 的化工生产过程可以抽象并归纳为这样一种过程框图。

原料→前处理→化学反应→后处理→产品(1)化学反应为主的过程(每种产品特有的化学反应过程)

(2)物理操作为主的过程

化工过程中常用单元操作单元操作流体输送 搅拌 过滤 沉降

目 的输送

物 态液或气

原 理输入机械能

传递过程动量传递 动量传递 动量传递 动量传递

混合或分散 固-液 非均相混合物分离 非均相混合物分离

气-液；液-液； 输入机械能 液-固；气-固 液-固；气-固 尺度不同的截留 密度差引起的沉降运动

加热、冷却 升温、降温 改变相态

气或液

利用温度差而传入或移出热量

热量传递 热量传递 质量传递 质量传递 质量传递 热、质同时传递 质量传递

蒸发 溶剂与不挥发性溶质的分离 液 供热以气化溶剂 气体吸收 均相混合物分离 气 各组分在溶剂中溶解度的不同 液体蒸馏 均相混合物分离 液 各组分间挥发度的不同 萃取 均相混合物分离 液 各组分在溶剂中溶解度的不同 干燥 吸附 去湿 固体 供热汽化物料内的湿分 均相混合物分离 液或气 各组分在吸附剂中的吸附能力 不同

人们这么做的目的有两个：1 .

对于任一复杂的化工生产过程，都

可以认为是若干个单元操作通过 某种适当的组合串联而成的过程。

2 .

这样分类有利于将主要精力投入到单元研究中，不具体到某一个工艺上单元操作的特点：

1 .

均为物理反应的操作；2 .

化工过程虽差别大，但均由单元操作适当组合而成，是化工生产过程中 的共有操作； 基本原理一样，进行过程的设备往往是通用的。

3 .

二、化工原理课程研究方法

(1)实验研究方法(经验法) 该方法一般用量纲分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程 变量之间的关系，通常用无量纲数群(或称准数群)构成的关系来表达。 实验研究方法避免了数学方程的建立，是一种工程上通用的基本方法。(2)数学模型法(半经验半理论方法) 该方法是在对实际过程的机理深入分析的基础上，在抓住过程本质的前提 下，作出某些合理简化，建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。 通过实验确定模型参数，这是一种半经验半理论的方法。

三、化工原理课程学习的要求(1)单元操作和设备选择的能力 根据生产工艺要求和物性特性，合理地选择单元操作及设备。 (2)工程设计能力 学习进行工艺过程计算和设备设计，当缺乏现代数据时，要能够从资料中查取 ， 或从生产现场查定或通过实验测取。学习利用计算机辅助设计。 (3)操作和调节生产过程的能力 学习如何操作和调节生产过程。在操作发生故障时，能够查找故障原因，提出 排出故障的措施，了解优化生产过程的途径。 (4)过程开发或科学研究的能力

四、化工原理五个重要基本概念(1)物料衡算 为了弄清化工生产过程中原料、成品以及损失的物料数量， 必须要进行物料衡算。 物料衡算

I

质量守恒定律，即：O

G G GI

GA

输入物料的总和

G

O

输出物料的总和累积的物料量

GA

注意：①无化学反应时，混合物中任何一组分服从此通式 ②当有化学反应时，它只适用于任一元素的衡算 ③若过程中累积的物料量为零，则

G基准选择的原则：

I

GO

(1)对于间歇操作，常用一次投料为基准。 (2)对于连续操作，常用单位时间为基准。

例1:含有A、B、C、D四种组分各0.25(摩尔分率，下同)某混合 液，以1000

kmol/ h 的流量送入精馏塔内分离，得到塔顶与塔

釜两股产品。进料中全部A组分，96%B组分及4%C组分存在于 塔顶产品中；全部D组分存在于塔釜产品中，试计算塔顶和塔釜

产品的流量及其组成。解：依题意画出如本题附图所示的流程图。

x DA塔顶产品 D x DB

x DC原料液 F= 1000 Kmol/h

x FA 0.25 x FB 0.25 x FC 0.25 x FD

0.25xWB塔釜产品 w xWC

xWD

x PC

在全塔范围内列各组分的衡算式，取h为衡算基准。 组分A:

Dx DA FxFA 1000 0.25 250Dx DB FxFB 0.96 0.96 1000 0.25 240

DxDC 0.04 FxFC 0.04 1000 0.25 10上三式相加，得：

D( xDA xDB xDC ) 250 240 10 500

因

xDA xDB xDC 1故 由式(a)得：

D 500 kmol / hx DA 250 0.5 500由式(b)得：

x DB

240 0.48 500

由式(c)得：

x DC

10 0.02 500

在全塔范围内列总物料衡算，得：F D W W F D 1000 500 500 kmol / h

再在全塔范围内列组分B及C的衡算， 得：

Fx FB Dx DB WxWB FxFC Dx DC WxWC或：

1000 0.25 500 0.48 500 xWB 1000 0.25 500 0.02 500 xWC

由上二式分别解得：

xWB 0.02 xWC 0.48 xWD 1 ( xWB xWC ) 1 0.02 0.48 0.5(2)能量衡算 能量衡算

能量守恒定律

机械能、热能、电能、磁能、化学能、原子能等统称为能量。 各种能量之间可以相互转换，但在化工中往往不是能量间的转换问 题，而是总能量衡算，有时甚至简化为热能或热量衡算。 热量衡算的本质是焓的计算，对热量衡算：

Q Q QQLIO

I

QO QL/ KW

--------

随物料进入系统的总能量， KJ

--------

随物料离开系统的总能量， / KW KJ

, --------

向系统周围散失的热量， / KW KJ

上式也可写成：

(WH )

I

(WH ) O QL或

式中：W--------物料的质量或质量流量

k g kg / s

H--------物料的焓

KJ / k g

注意点：①热量衡算和物料衡算一样，要规定衡算基准和范围； ②焓是相对值，要指明基准温度，习惯上选0℃为基准 温度， 规定0℃时液态物质的焓为零。 (3)平衡关系 化工过程中的每一单元操作或化学反应可称为过程，研究过程的规律， 目的是使过程向有利于生产的方向进行。平衡关系，就是研究过程的方 向和过程的极限(过程进行的最大限度)。

平衡关系就是指在一定条件下，过程的变化达到了极限，即达到了平衡 状态。例如，高温物体自动地向低温物体传热，直至两个物体的温度相 等。宏观上热量不再进行传递，即达到了传热的平衡状态。

(4)过程速率过程速率是指在单位时间内过程的变化，即表明过程进行的快慢。 在化工生产中，过程进行的快慢远比过程的平衡更重要。 过程速率=过程推动力 过程阻力

式中：过程推动力指的是直接导致过程进行的动力，例如温差等。 过程阻力因素较多，与体系物性、过程性质、设备结构类型、 操作条件都有关系。

(5)经济效益 经济效益也称为经济效果，一般指经济活动中，所取得的成 果

与劳动消耗之比，即劳动成果 劳动消耗

经济效益=

式中，劳动成果是指最终的合格产品的价值；劳动消耗包含操 作费用(人力、原材料、水电、维修等),设备折旧费用(设 备的造价和使用年限折算)以及占用的固定资产和流动资金。

五、化工常用量和单位

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bab1.html