化工原理－绪论.ppt

*在分析化工过程和单元操作时，经常要用到物料衡算和热量衡算，平衡关系和过程速率这四个基本概念，这些概念是进行化工设计、计算的出发点。*图1－2虚线框内是我们研究的系统。虚线框是系统的边界。在一段时间内，同时有物流流入和流出系统。流入系统的物流总量用∑M入表示，流出系统的物流量用∑M出表示，系统内积累的量用M表示。图中的物料衡算式可写为：*如：工艺计算时，通常以一个生产过程为衡算系统；设备计算时，以单个设备或其中一部分作为衡算系统，也可以一组设备作为衡算系统。一般用虚线框表示衡算范围。连续性操作：以单位时间为基准；间歇操作：以一次操作过程为基准。衡算的对象可以是全部的物料，也可以是物料中的某一组分，甚至是某一种化学元素，视具体情况而定。（对于有化学变化的过程，衡算对象可选择步发生变化的惰性物质或某一种化学元素为对象；在蒸馏操作中，可选择混合液体中的某一组分为衡算对象）计算物料量时，可以用质量或物质的量表示，一般不用体积表示。特别是气体的体积随温度和压力而变化。此外，还应注意在衡算过程中采用统一的单位。*此题未知量有两个，利用物料衡算需列出两个方程求解。*化工过程在许多情况下都涉及到能量的输入输出，而这种能量的形式，往往以热能为主。因此，我们这里主要讨论的是由能量衡算定律出发进行的热量衡算。*若系统中有化学反应发生时，放热反应：反应热应归入∑Q入项，反应放出的热量是系统得到的热；吸热反应：反应热应归入∑Q出项，反应热是从系统中吸收的热。*焓是个相对量，其值的大小与物料的基准态有关。因此，在进行热量衡算时，也要事先确定衡算基准。热量衡算的基准，除了物流在数量上的基准以外，还要确定与物流的焓有关的温度基准和相态基准。*确定了衡算基准后，就可以进行热量衡算了。在这一过程中，由于忽略了热损失。因此，冷空气通过热交换器获得的热量等于加热蒸汽变成冷凝水放出的热量。由*热量衡算式得：*在化工设计、计算过程中离不开各种数据。其中常用的数据类型大致可分为以下几类：1基础数据：前面介绍了在化工工艺计算中，常需要进行物料衡算和热量衡算。此时，就必然要涉及到物料本身的物理化学性质及有关的状态数据。如：密度（或相对密度）、比热、焓值、相变热等。这些数据属于物性数据，通常可以从手册上查取，用计算机从化工物性数据库中检索。化工物性数据库主要存放纯化合物的物性数据，其中一类是不随温度变化的基本物性常数，如：相对分子量、正常沸点、正常凝固点、临界温度、临界压力、临界压缩系数等。另一类物性是温度的函数，常借用关联式由标准状态下的数值来推算。这类数据有：焓、熵、自由能、蒸发潜热、密度、粘度、导热系数等。2过程参数：与生产过程和操作条件有关的数据。如，操作过程的温度、压力、流速、流量等，称为操作参数。这些参数常作为控制生产过程的主要指标。结构参数：在完成工艺过程的物料衡算和热量衡算以后，还要对工艺设备进行较详细的设计计算，才能决定如换热器、蒸馏塔、反应器等主要装置的几何尺寸。那么表征这些设备结构特征的参数，如直径、高度等称为结构参数。无量纲量：这是一类由各种变量和参数组合而成的无量纲的纯数值数群。量纲：一些被测量之量的种类。如，流体流动过程中，影响管内流体流动类型的诸因素组合成一个数群，称为雷诺数，即是一个无量纲的量。*前面介绍了四类化工数据，除了无量纲量以外，其余三类数据都是由其数值和计量单位组成，缺一不可。没有计量单位，数值也就失去了它的物理意义。因此，我们在讨论具体的化工过程和单元操作之前，有必要了解一下单位制以及不同单位之间的换算。不同的国家和地区，对物理单位的规定各不相同，这就形成了不同的单位制。对于同一个物理量来说，它在不同的单位制中往往具有不同的单位和数值，这样就给工程计算和科技交流带来较大的不便，而且容易引起错误。因此，有必要建立一个国际上统一的，各行业都适用的单位制。由此，产生了国际单位制。*SI导出单位是借助于乘或除运算，由基本单位和（或）辅助单位组合而成的单位。不同的是，有的单位是直接用SI单位表示的，如。。。有的单位则具有专门的名称和符号。如。。。。还有的单位是用具有专门名称的导出单位表示的。如。。。使用这些具有专门的名称的导出单位，以及用它们表示的其它导出单位，比用SI基本单位表示往往要更为简便。例1-2在一列管式热交换器中用压强为136kPa的饱和蒸汽加热298K的冷空气，蒸汽的流量为0.01kg/s，空气的流量为1kg/s。冷凝水在饱和温度381K下排出。若取空气的平均比热为1.005kJ/(kg·K)，试计算空气的出口温度（热损失忽略不计）。解：热