第一章化学工业与化学工程.ppt

* 国化学工业已经发展成一个有化学矿、石油化工、化学肥料、基本化工原料(酸、碱)、无机盐、有机原料、合成材料(塑料、合成橡胶、合成纤维)、农药、染料、涂料、感光材料、化工新型材料、精细化工、橡胶制品、助剂(试剂及催化剂)、化工机械，化工建筑安装等十七个行业的生产建设部门。 * * * * * * * * * * * * * * * * 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 1. 动量传递过程：遵循流体力学基本规律的单元操作 流体输送、搅拌、沉降、过滤、离心分离等。 2. 热量传递过程：遵循热交换基本规律的单元操作： 传导、对流和辐射传热、热交换（加热、冷却、冷凝）、蒸发等。 3. 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、蒸馏、吸附、萃取、结晶、干燥等。 2）按单元操作遵循的基本规律分： 3.3 常用基本概念 1. 物料平衡： 质量守恒定律: 输入量 - 输出量 = 累积量 2. 能量守恒：能量守恒定律: 物料进入系统的总热量 = 物料进入系统的总热量 + 向系统周围散失的热量 3. 平衡关系 4. 过程速率 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 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！ 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％ ×7200 ＝68.28 吨/年 热量衡算： 热量衡算的依据是能量守恒定律。 热量衡算的目的是： 计算单位产品的能耗 了解过程中能量的利用和损失情况 确定生产过程中需要输入、输出的热量 设计换热设备 积累 Q ∑Q入 ∑Q出 系 统 图1-3 热量衡算示意图 热量衡算式： ∑Q入 ＝ ∑Q出 ＋ Q 稳定的连续性操作：∑Q入 ＝ ∑Q出 (1-3) (1-4) 物料进入系统中，除带入一部分质量以外，还带入一部分热量。热量的多少，与物料所处的热状态有关。 在热力学上，用 “焓”表示物料所处的热状态。式 (1-3) 改写为： ∑(w·H)入 ＝ ∑ (w·H)出 ＋ Q * w — 物料的质量或质量流量 H — 焓 热量衡算基准： 数量基准、温度基准、相态基准 例1-2 在一列管式热交换器中用压强为 136 kPa 的饱和蒸汽加热 298 K 的冷空气，蒸汽的流量为 0.01 kg/s，空气的流量为 1 kg/s。冷凝水在饱和温度 381 K下排出。若取空气的平均比热为 1.005 kJ/(kg·K)，试计算空气的出口温度（热损失忽略不计）。 解： 热空气