Download - The principles of Chemical Engineering - 化学化工学院 · PDF file化工原理课件 YANTAI UNIVERSITY The principles of Chemical Engineering 主讲、、制作制作：：齐世学齐世学

化工原理课件化工原理课件化工原理课件化工原理课件

YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y The principles of Chemical EngineeringThe principles of Chemical EngineeringThe principles of Chemical EngineeringThe principles of Chemical Engineering

主讲主讲主讲主讲、、、、制作制作制作制作：：：：齐世学齐世学齐世学齐世学

烟台大学化学生物理工学院烟台大学化学生物理工学院烟台大学化学生物理工学院烟台大学化学生物理工学院


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

绪论绪论绪论绪论（（（（Introduction））））

§§§§1 1 1 1 概述概述概述概述

§§§§2 2 2 2 化工过程中的常用基本概念与方法化工过程中的常用基本概念与方法化工过程中的常用基本概念与方法化工过程中的常用基本概念与方法

§§§§3 3 3 3 单位和因次单位和因次单位和因次单位和因次

先修课程先修课程先修课程先修课程：：：：高等数学高等数学高等数学高等数学，，，，物理学物理学物理学物理学，，，，物理化学物理化学物理化学物理化学教材教材教材教材：：：：《《《《化工原理化工原理化工原理化工原理》》》》天津大学化工原理教研室天津大学化工原理教研室天津大学化工原理教研室天津大学化工原理教研室参考书参考书参考书参考书：：：：《《《《化学工程化学工程化学工程化学工程》《》《》《》《化工原理化工原理化工原理化工原理》》》》等等等等


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

§§§§1 1 1 1 概述概述概述概述

化学工业生产是将自然界中的各种物化学工业生产是将自然界中的各种物化学工业生产是将自然界中的各种物化学工业生产是将自然界中的各种物

质质质质，，，，经经经经化学和物理变化化学和物理变化化学和物理变化化学和物理变化处理处理处理处理→→→→products的过的过的过的过

程程程程（（（（生产资料和生活资料生产资料和生活资料生产资料和生活资料生产资料和生活资料）。）。）。）。其应用十分其应用十分其应用十分其应用十分

广泛广泛广泛广泛：：：：石油石油石油石油、、、、冶金冶金冶金冶金、、、、轻工轻工轻工轻工、、、、制药制药制药制药、、、、原子能原子能原子能原子能

工业等工业等工业等工业等。。。。

例如例如例如例如：：：：高压聚乙烯高压聚乙烯高压聚乙烯高压聚乙烯、、、、聚丙烯聚丙烯聚丙烯聚丙烯（（（（塑料制塑料制塑料制塑料制

品品品品、、、、代替玻璃等代替玻璃等代替玻璃等代替玻璃等）。）。）。）。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

化工原理就是研究化工生产过程中的化工原理就是研究化工生产过程中的化工原理就是研究化工生产过程中的化工原理就是研究化工生产过程中的

一些最基本的共同规律问题一些最基本的共同规律问题一些最基本的共同规律问题一些最基本的共同规律问题。。。。

二十世纪初化学工程学科二十世纪初化学工程学科二十世纪初化学工程学科二十世纪初化学工程学科→→→→二十年代二十年代二十年代二十年代

末末末末→→→→ 《《《《单元操作单元操作单元操作单元操作》》》》、、、、《《《《化学工业过程及设化学工业过程及设化学工业过程及设化学工业过程及设

备备备备》》》》、、、、《《《《化学过程化学过程化学过程化学过程》》》》。。。。

unit operations


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

1. 1. 1. 1. 技术基础课技术基础课技术基础课技术基础课

一一一一、、、、课程的性质课程的性质课程的性质课程的性质、、、、任务与内容任务与内容任务与内容任务与内容

基础学科基础学科基础学科基础学科工业实践工业实践工业实践工业实践！！！！

原料来源广泛原料来源广泛原料来源广泛原料来源广泛、、、、加工过程复杂多样加工过程复杂多样加工过程复杂多样加工过程复杂多样、、、、

产品五花八门产品五花八门产品五花八门产品五花八门。。。。但除化学反应之外但除化学反应之外但除化学反应之外但除化学反应之外，，，，其余步其余步其余步其余步

骤可归纳为骤可归纳为骤可归纳为骤可归纳为为数不多为数不多为数不多为数不多的基本的基本的基本的基本物理物理物理物理过程过程过程过程，，，，即化即化即化即化

工单元操作工单元操作工单元操作工单元操作——unit operations。。。。

这些物理过程占全过程的这些物理过程占全过程的这些物理过程占全过程的这些物理过程占全过程的95%以上以上以上以上。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

动量传递动量传递动量传递动量传递：：：：

热量传递热量传递热量传递热量传递：：：：

质量传递质量传递质量传递质量传递：：：：

反应工程反应工程反应工程反应工程（（（（化学反应化学反应化学反应化学反应））））

物理过程

物理过程

物理过程

物理过程

化学过程

化学过程

化学过程

化学过程

三传

一反

三传

一反

三传

一反

三传

一反

化工生产化工生产化工生产化工生产=单元操作单元操作单元操作单元操作＋＋＋＋化学反应化学反应化学反应化学反应化学工程化学工程化学工程化学工程=化工原理化工原理化工原理化工原理＋＋＋＋反应工程反应工程反应工程反应工程=三传一反三传一反三传一反三传一反


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

研究化工单元操作的基本原理研究化工单元操作的基本原理研究化工单元操作的基本原理研究化工单元操作的基本原理、、、、典型典型典型典型

设备的构造设备的构造设备的构造设备的构造、、、、操作特性及工艺尺寸的计算操作特性及工艺尺寸的计算操作特性及工艺尺寸的计算操作特性及工艺尺寸的计算

（（（（选型选型选型选型）。）。）。）。

培养运用基本理论分析和解决实际化培养运用基本理论分析和解决实际化培养运用基本理论分析和解决实际化培养运用基本理论分析和解决实际化

工生产问题的能力工生产问题的能力工生产问题的能力工生产问题的能力。。。。以便能在化工生产以便能在化工生产以便能在化工生产以便能在化工生产、、、、

科研及设计工作中达到强化生产过程科研及设计工作中达到强化生产过程科研及设计工作中达到强化生产过程科研及设计工作中达到强化生产过程、、、、提提提提

高产品质量高产品质量高产品质量高产品质量、、、、提高设备能力及效率提高设备能力及效率提高设备能力及效率提高设备能力及效率、、、、降低降低降低降低

设备投资及产品成本设备投资及产品成本设备投资及产品成本设备投资及产品成本、、、、降低能耗降低能耗降低能耗降低能耗、、、、防止污防止污防止污防止污

染和加速新技术开发等染和加速新技术开发等染和加速新技术开发等染和加速新技术开发等。。。。

2. 2. 2. 2. 任务与内容任务与内容任务与内容任务与内容


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

二二二二、、、、课程的的特点和计划课程的的特点和计划课程的的特点和计划课程的的特点和计划

1. 1. 1. 1. 工程性强工程性强工程性强工程性强

工程观念与工程观点工程观念与工程观点工程观念与工程观点工程观念与工程观点。。。。

☻过程影响因素多过程影响因素多过程影响因素多过程影响因素多：：：：物性物性物性物性、、、、操作操作操作操作、、、、结构结构结构结构；；；；

☻过程制约条件多过程制约条件多过程制约条件多过程制约条件多；；；；

☻经验公式与经验数据多经验公式与经验数据多经验公式与经验数据多经验公式与经验数据多；；；；

☻效益是评价工程合理性的最终判据效益是评价工程合理性的最终判据效益是评价工程合理性的最终判据效益是评价工程合理性的最终判据。。。。

工业过程的目的工业过程的目的工业过程的目的工业过程的目的：：：：最大限度地取得经最大限度地取得经最大限度地取得经最大限度地取得经济效益和社会效益济效益和社会效益济效益和社会效益济效益和社会效益。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

2. 2. 2. 2. 计算内容多计算内容多计算内容多计算内容多

☻以单元操作为主线以单元操作为主线以单元操作为主线以单元操作为主线，，，，掌握传递过程的掌握传递过程的掌握传递过程的掌握传递过程的

基本规律基本规律基本规律基本规律、、、、设备结构分析设备结构分析设备结构分析设备结构分析、、、、设备设计设备设计设备设计设备设计

计算计算计算计算。。。。

☻重点重点重点重点：：：：基本过程基本过程基本过程基本过程、、、、基本规律基本规律基本规律基本规律、、、、基本概基本概基本概基本概

念念念念。。。。

☻应用高等数学应用高等数学应用高等数学应用高等数学、、、、物理化学物理化学物理化学物理化学、、、、物理学等物理学等物理学等物理学等

先修基础课程的知识多先修基础课程的知识多先修基础课程的知识多先修基础课程的知识多。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

§§§§2 2 2 2 常用基本概念与方法常用基本概念与方法常用基本概念与方法常用基本概念与方法

为研究单元操作过程始末和过程中各为研究单元操作过程始末和过程中各为研究单元操作过程始末和过程中各为研究单元操作过程始末和过程中各

股物料的数量股物料的数量股物料的数量股物料的数量、、、、组成之间的关系及吸收和组成之间的关系及吸收和组成之间的关系及吸收和组成之间的关系及吸收和

释放的能量释放的能量释放的能量释放的能量，，，，必须作出必须作出必须作出必须作出物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算和和和和能量衡能量衡能量衡能量衡

算算算算（（（（最常用手段最常用手段最常用手段最常用手段）；）；）；）；在计算设备工艺尺寸在计算设备工艺尺寸在计算设备工艺尺寸在计算设备工艺尺寸

时时时时，，，，必须依赖必须依赖必须依赖必须依赖平衡关系平衡关系平衡关系平衡关系来了解过程进行的来了解过程进行的来了解过程进行的来了解过程进行的

方向与极限方向与极限方向与极限方向与极限，，，，而用而用而用而用速率关系速率关系速率关系速率关系分析过程进行分析过程进行分析过程进行分析过程进行

的快慢的快慢的快慢的快慢（（（（过程原理过程原理过程原理过程原理）；）；）；）；为求以最少投入获为求以最少投入获为求以最少投入获为求以最少投入获

得最大收益得最大收益得最大收益得最大收益，，，，必须进行必须进行必须进行必须进行经济核算经济核算经济核算经济核算。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

研究方法研究方法研究方法研究方法

实验研究方法实验研究方法实验研究方法实验研究方法：：：：数群与递级放大数群与递级放大数群与递级放大数群与递级放大

数学模型方法数学模型方法数学模型方法数学模型方法：：：：半理论与半经验半理论与半经验半理论与半经验半理论与半经验

一一一一、、、、物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算(material balance)

1. 1. 1. 1. 概念概念概念概念：：：：

AOI mmm ∆∆∆∆++++ΣΣΣΣ====ΣΣΣΣ

物料输入量物料输入量物料输入量物料输入量=输出量输出量输出量输出量+积累量积累量积累量积累量

☻系统系统系统系统：：：：指定的计算范围指定的计算范围指定的计算范围指定的计算范围(control volume)，，，，

也叫控制体积也叫控制体积也叫控制体积也叫控制体积。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

☻适用于任何系统中的所有物料适用于任何系统中的所有物料适用于任何系统中的所有物料适用于任何系统中的所有物料；；；；

☻总物料衡算与分物料衡算总物料衡算与分物料衡算总物料衡算与分物料衡算总物料衡算与分物料衡算：：：：

AioiIi mmm ,,, ∆∆∆∆++++ΣΣΣΣ====ΣΣΣΣ

☻适用于各种生产过程适用于各种生产过程适用于各种生产过程适用于各种生产过程：：：：间歇间歇间歇间歇(batch)过程过程过程过程与与与与

连续连续连续连续(continuous)过程过程过程过程，，，，稳定稳定稳定稳定(stable)过程过程过程过程

与不稳定与不稳定与不稳定与不稳定(unstable)过程过程过程过程。。。。

),,,( ττττzyxf

),,( zyxf物料参数物料参数物料参数物料参数= 均匀物料均匀物料均匀物料均匀物料


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

2. 2. 2. 2. 物料衡算的应用物料衡算的应用物料衡算的应用物料衡算的应用

①①①①可用质量流量衡算可用质量流量衡算可用质量流量衡算可用质量流量衡算：：：： )/( skgwm

====∆∆∆∆θθθθ

θθθθd

dmww A

OI ++++ΣΣΣΣ====ΣΣΣΣ ：：：：积累速率积累速率积累速率积累速率θθθθd

dmA

②②②②分物料衡算分物料衡算分物料衡算分物料衡算：：：：θθθθd

dmww

Ai

OiIi

,

,, ++++ΣΣΣΣ====ΣΣΣΣ

③③③③稳定过程稳定过程稳定过程稳定过程：：：：无积累无积累无积累无积累 OI ww ΣΣΣΣ====ΣΣΣΣ

④④④④有化学反应有化学反应有化学反应有化学反应：：：：对原子或元素进行衡算对原子或元素进行衡算对原子或元素进行衡算对原子或元素进行衡算。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y 干干干干燥燥燥燥器器器器

1T

15%

A

1%

B

5%

C

10%

3%E

D

例例例例0-1 含水含水含水含水1%的热空气干燥含水的热空气干燥含水的热空气干燥含水的热空气干燥含水15%的物料的物料的物料的物料，，，，干干干干

燥后物料含水燥后物料含水燥后物料含水燥后物料含水5%，，，，而用过的热空气水份为而用过的热空气水份为而用过的热空气水份为而用过的热空气水份为10%，，，，

其中一部分循环使用其中一部分循环使用其中一部分循环使用其中一部分循环使用，，，，其与新鲜热空气混合其与新鲜热空气混合其与新鲜热空气混合其与新鲜热空气混合后含水后含水后含水后含水

ⅠⅠⅠⅠ

3%。。。。求求求求：：：：干燥干燥干燥干燥1T 湿物料需湿物料需湿物料需湿物料需

多少空气多少空气多少空气多少空气？？？？干燥出多少物干燥出多少物干燥出多少物干燥出多少物

料料料料？？？？放出多少废气放出多少废气放出多少废气放出多少废气？？？？多少废多少废多少废多少废

气循环使用气循环使用气循环使用气循环使用？（？（？（？（稳定过程稳定过程稳定过程稳定过程））））

解解解解：：：：①①①①取系统取系统取系统取系统ⅠⅠⅠⅠ，，，，以以以以

1000kg物料为基准物料为基准物料为基准物料为基准，，，，进行总进行总进行总进行总

物料衡算和分物料衡算物料衡算和分物料衡算物料衡算和分物料衡算物料衡算和分物料衡算：：：：


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y 干干干干燥燥燥燥器器器器

1T

15%

A

1%

B

5%

C

10%

3%E

D

ⅠⅠⅠⅠ

CBA ++++====++++1000

%)51(%)151(1000 −−−−====−−−− B

%)101(%)11( −−−−====−−−− CA

总物衡总物衡总物衡总物衡：：：：

干物料干物料干物料干物料：：：：

干空气干空气干空气干空气：：：：

kgA 0.1053====

kgB 7.894====

kgC 3.1158====

ⅡⅡⅡⅡ

②②②②取系统取系统取系统取系统ⅡⅡⅡⅡ：：：：

EDA ====++++

EDA 03.01.001.0 ====++++

总物衡总物衡总物衡总物衡：：：：

水份水份水份水份：：：：

kgE 6.1353====

kgD 6.300====


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

例例例例0-2一车间一车间一车间一车间，，，，V=30××××10××××8 m3 , 产生产生产生产生SO2，，，，含量含量含量含量

高于高于高于高于0.2%对人体有害对人体有害对人体有害对人体有害。。。。采用间歇通风进行排气采用间歇通风进行排气采用间歇通风进行排气采用间歇通风进行排气，，，，

风量为风量为风量为风量为120m3/min，，，，且与车间内空气混合均匀且与车间内空气混合均匀且与车间内空气混合均匀且与车间内空气混合均匀，，，，通通通通

风期间产生的风期间产生的风期间产生的风期间产生的SO2可忽略可忽略可忽略可忽略，，，，问通风问通风问通风问通风20分钟后分钟后分钟后分钟后，，，，车间车间车间车间

的的的的SO2含量为多少含量为多少含量为多少含量为多少？（？（？（？（视为理想气体视为理想气体视为理想气体视为理想气体）。）。）。）。

min/ 120 3m min/ 120 3mx

解解解解：：：：不稳定过程不稳定过程不稳定过程不稳定过程。。。。车间内排出的车间内排出的车间内排出的车间内排出的SO2含量不断含量不断含量不断含量不断

变化变化变化变化，，，，而而而而P、、、、T不变不变不变不变，，，，则可用体积进行物料衡算则可用体积进行物料衡算则可用体积进行物料衡算则可用体积进行物料衡算。。。。

任何时刻车间内与排出的空气中任何时刻车间内与排出的空气中任何时刻车间内与排出的空气中任何时刻车间内与排出的空气中SO2含量相含量相含量相含量相

同同同同，，，，设某时刻其含量为设某时刻其含量为设某时刻其含量为设某时刻其含量为x，，，，在在在在dt分钟内对进行物料分钟内对进行物料分钟内对进行物料分钟内对进行物料

衡算衡算衡算衡算：：：：

dxxdt )81030(1200 ××××××××++++====


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

x

dx

x

dxdt

20

120

2400 −−−−====−−−−====

∫∫∫∫∫∫∫∫ −−−−====x

x

dxdt

%2.0

20

020

%074.0====x

☻取系统取系统取系统取系统：：：：使所求未知量穿过系统使所求未知量穿过系统使所求未知量穿过系统使所求未知量穿过系统；；；；

☻取基准取基准取基准取基准：：：：方便计算方便计算方便计算方便计算（（（（间歇过程中取一间歇过程中取一间歇过程中取一间歇过程中取一

批批批批、、、、连续过程取单位时间等连续过程取单位时间等连续过程取单位时间等连续过程取单位时间等）；）；）；）；

☻找联系物料找联系物料找联系物料找联系物料：：：：如在过程中不发生变化如在过程中不发生变化如在过程中不发生变化如在过程中不发生变化，，，，

或只存在于某些物料中或只存在于某些物料中或只存在于某些物料中或只存在于某些物料中。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

二二二二、、、、能量衡算能量衡算能量衡算能量衡算(energy balance)

能量守恒能量守恒能量守恒能量守恒。。。。能量形式多样能量形式多样能量形式多样能量形式多样，，，，且可互相转且可互相转且可互相转且可互相转

化化化化。。。。化工设备中往往不考虑这种转化化工设备中往往不考虑这种转化化工设备中往往不考虑这种转化化工设备中往往不考虑这种转化，，，，则可则可则可则可

简化为机械能与热量简化为机械能与热量简化为机械能与热量简化为机械能与热量（（（（焓焓焓焓））））衡算衡算衡算衡算。。。。

AOI EEE ∆∆∆∆++++ΣΣΣΣ====ΣΣΣΣ

AOI QQQ ∆∆∆∆++++ΣΣΣΣ====ΣΣΣΣ

AOI QwHwH ∆∆∆∆++++ΣΣΣΣ====ΣΣΣΣ )()(

☻衡算方法与物料衡算相同衡算方法与物料衡算相同衡算方法与物料衡算相同衡算方法与物料衡算相同。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

☻物料携带的能量物料携带的能量物料携带的能量物料携带的能量=显热显热显热显热+潜热潜热潜热潜热————————焓焓焓焓：：：：

焓为相对值且与物料状态有关焓为相对值且与物料状态有关焓为相对值且与物料状态有关焓为相对值且与物料状态有关。。。。通常规通常规通常规通常规

定基准态定基准态定基准态定基准态：：：：0℃℃℃℃、、、、液态焓值为零液态焓值为零液态焓值为零液态焓值为零。。。。如如如如：：：：100℃℃℃℃

的饱和水蒸气焓为的饱和水蒸气焓为的饱和水蒸气焓为的饱和水蒸气焓为2677 kJ/kg。。。。

1kg 0℃℃℃℃

液态水液态水液态水液态水

1kg 100℃℃℃℃

液态水液态水液态水液态水

1kg 100℃℃℃℃

水蒸气水蒸气水蒸气水蒸气

kJ 6.418 kJ 258.42

☻热损热损热损热损QL应计入应计入应计入应计入ΔΔΔΔQA中中中中：：：：

稳定过程稳定过程稳定过程稳定过程：：：： LOI QQQ ++++ΣΣΣΣ====ΣΣΣΣ


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

换热过程换热过程换热过程换热过程（（（（无相变无相变无相变无相变）：）：）：）： kWTTwcQ p )( 21 −−−−====

☻反应的热效应反应的热效应反应的热效应反应的热效应。。。。

)(Tfc p ==== 可取平均值可取平均值可取平均值可取平均值。。。。pc

①①①①计算流体的初温计算流体的初温计算流体的初温计算流体的初温、、、、终温终温终温终温；；；；

②②②②计算所需加热介质流量计算所需加热介质流量计算所需加热介质流量计算所需加热介质流量；；；；

③③③③计算加热时间计算加热时间计算加热时间计算加热时间。。。。

LOI QwHwH ++++ΣΣΣΣ====ΣΣΣΣ )()(


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

例例例例0-3 一容器盛有一容器盛有一容器盛有一容器盛有20℃℃℃℃的重油的重油的重油的重油20T，，，，用用用用100℃℃℃℃同样同样同样同样

的重油将其加热到的重油将其加热到的重油将其加热到的重油将其加热到80℃℃℃℃（（（（混合混合混合混合），），），），100℃℃℃℃的重油和的重油和的重油和的重油和

混合后的重油流量均为混合后的重油流量均为混合后的重油流量均为混合后的重油流量均为6T/h，，，，容器内温度均匀容器内温度均匀容器内温度均匀容器内温度均匀，，，，求求求求

加热时间加热时间加热时间加热时间？？？？(比热视为不变比热视为不变比热视为不变比热视为不变)。。。。

解解解解：：：：非稳态非稳态非稳态非稳态。。。。在在在在dt时间内油温变化为时间内油温变化为时间内油温变化为时间内油温变化为dT，，，，油量油量油量油量

为为为为G，，，，瞬时温度为瞬时温度为瞬时温度为瞬时温度为T：：：：

dTGcdtTwcdtTwc ppp ++++==== 21

dTTdtdt 2061006 ++++××××====××××

T

dTdt

−−−−====

1006

20

hrt 62.4====

100

/ 6

1 ====

====

T

htw

T

TT

htw

====

====

2

/ 6

tG 20====

∫∫∫∫∫∫∫∫−−−−

====80

200 1006

20

T

dTdt

t


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

三三三三、、、、平衡关系平衡关系平衡关系平衡关系(equilibrium relation)

平衡状态是广泛存在的自然现象平衡状态是广泛存在的自然现象平衡状态是广泛存在的自然现象平衡状态是广泛存在的自然现象：：：：饱饱饱饱

和与不饱和和与不饱和和与不饱和和与不饱和、、、、溶解与析出溶解与析出溶解与析出溶解与析出，，，，终态终态终态终态为平衡状为平衡状为平衡状为平衡状

态态态态：：：：液固液固液固液固、、、、气液气液气液气液、、、、气固气固气固气固……………………

用平衡关系可判断过程能否进行用平衡关系可判断过程能否进行用平衡关系可判断过程能否进行用平衡关系可判断过程能否进行、、、、进进进进

行的方向和限度行的方向和限度行的方向和限度行的方向和限度，，，，从而可以确定设备的工从而可以确定设备的工从而可以确定设备的工从而可以确定设备的工

艺尺寸艺尺寸艺尺寸艺尺寸。。。。

平衡是化工热力学研究的问题平衡是化工热力学研究的问题平衡是化工热力学研究的问题平衡是化工热力学研究的问题。。。。化工化工化工化工

原理主要基础之一就是原理主要基础之一就是原理主要基础之一就是原理主要基础之一就是化工热力学化工热力学化工热力学化工热力学。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

四四四四、、、、速率关系速率关系速率关系速率关系(transport rate)

过程速率或传递速率过程速率或传递速率过程速率或传递速率过程速率或传递速率，，，，即单位时间内即单位时间内即单位时间内即单位时间内

的传递量的传递量的传递量的传递量（（（（质量质量质量质量、、、、热量热量热量热量、、、、动量等动量等动量等动量等）。）。）。）。它决它决它决它决

定过程进行的快慢定过程进行的快慢定过程进行的快慢定过程进行的快慢。。。。

K========传递速率传递速率传递速率传递速率

传递量传递量传递量传递量

传递时间传递时间传递时间传递时间

推动力推动力推动力推动力

阻力阻力阻力阻力

☻推动力推动力推动力推动力：：：：所处状态与平衡态的距离所处状态与平衡态的距离所处状态与平衡态的距离所处状态与平衡态的距离；；；；

☻阻力阻力阻力阻力：：：：多种因素对过程速率总体影响多种因素对过程速率总体影响多种因素对过程速率总体影响多种因素对过程速率总体影响；；；；

☻传递原理是化工原理的另一重要基础传递原理是化工原理的另一重要基础传递原理是化工原理的另一重要基础传递原理是化工原理的另一重要基础。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

五五五五、、、、经济核算经济核算经济核算经济核算(economic evaluation)

电阻电位差电能

摩擦力速度差动量

传质阻力浓度差传质

热阻温差传热

阻力推动力过程性质

不同设备型式和材料不同设备型式和材料不同设备型式和材料不同设备型式和材料、、、、同一设备不同同一设备不同同一设备不同同一设备不同

的操作参数的操作参数的操作参数的操作参数，，，，经济核算经济核算经济核算经济核算设计方案设计方案设计方案设计方案。。。。

☻多多多多、、、、快快快快、、、、好好好好、、、、省省省省，，，，避免急功近利避免急功近利避免急功近利避免急功近利。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

§§§§3 3 3 3 单位与因次单位与因次单位与因次单位与因次

一一一一、、、、单位现状及研究单位制的任务单位现状及研究单位制的任务单位现状及研究单位制的任务单位现状及研究单位制的任务

任何物理量的大小均用数字与单位的任何物理量的大小均用数字与单位的任何物理量的大小均用数字与单位的任何物理量的大小均用数字与单位的

乘积表示乘积表示乘积表示乘积表示，，，，并一并参加运算并一并参加运算并一并参加运算并一并参加运算。。。。

历史原因历史原因历史原因历史原因、、、、公式不同表达形式及不同公式不同表达形式及不同公式不同表达形式及不同公式不同表达形式及不同

的科学领域的科学领域的科学领域的科学领域→→→→单位混乱单位混乱单位混乱单位混乱→→→→标准化标准化标准化标准化→→→→国际单国际单国际单国际单

位制位制位制位制（（（（SI制制制制）。）。）。）。

过渡期及习惯原因过渡期及习惯原因过渡期及习惯原因过渡期及习惯原因，，，，仍需熟练掌握不仍需熟练掌握不仍需熟练掌握不仍需熟练掌握不

同单位制及其换算同单位制及其换算同单位制及其换算同单位制及其换算。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

二二二二、、、、几种不同的单位制几种不同的单位制几种不同的单位制几种不同的单位制

基本单位与导出单位的总称叫单位制基本单位与导出单位的总称叫单位制基本单位与导出单位的总称叫单位制基本单位与导出单位的总称叫单位制。。。。

基本量基本量基本量基本量（（（（基本单位基本单位基本单位基本单位））））

☻导出单位有的有专门名称导出单位有的有专门名称导出单位有的有专门名称导出单位有的有专门名称，，，，有的则没有有的则没有有的则没有有的则没有。。。。（（（（如如如如：：：：牛顿牛顿牛顿牛顿、、、、Pa、、、、m2……）。）。）。）。

导出量导出量导出量导出量（（（（导出单位导出单位导出单位导出单位））））

1.1.1.1.SI单位制单位制单位制单位制：：：：

1960年第十一届国际计量大会在米年第十一届国际计量大会在米年第十一届国际计量大会在米年第十一届国际计量大会在米(公公公公)制制制制

的基础上制定的基础上制定的基础上制定的基础上制定。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

如如如如：：：：；；；；

热热热热、、、、功及能量的本质相同功及能量的本质相同功及能量的本质相同功及能量的本质相同，，，，所以单位均所以单位均所以单位均所以单位均

用用用用J。。。。在工程单位制中在工程单位制中在工程单位制中在工程单位制中，，，，热热热热(kcal)和功和功和功和功(kgf⋅⋅⋅⋅m)

换算时要加系数换算时要加系数换算时要加系数换算时要加系数——热功当量热功当量热功当量热功当量。。。。

七个基本量及其基本单位七个基本量及其基本单位七个基本量及其基本单位七个基本量及其基本单位：：：：

L(m)、、、、m(kg)、、、、θθθθ(s)、、、、T(K)、、、、物质量物质量物质量物质量(mol)、、、、

I(A)、、、、发光强度发光强度发光强度发光强度(cd.)

☻通用性通用性通用性通用性：：：：适用于各科技领域适用于各科技领域适用于各科技领域适用于各科技领域；；；；

☻一贯性一贯性一贯性一贯性：：：：导出单位时不用加任何系数导出单位时不用加任何系数导出单位时不用加任何系数导出单位时不用加任何系数。。。。

Nsmkg 1/11 2====××××


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

②②②②工程单位制工程单位制工程单位制工程单位制（（（（重力单位制重力单位制重力单位制重力单位制）：）：）：）：m, kgf, s

2222．．．．米制米制米制米制（（（（公制公制公制公制））））

①①①①绝对单位制绝对单位制绝对单位制绝对单位制：：：：CGS（（（（物理物理物理物理）：）：）：）：

MKS（（（（绝对实用绝对实用绝对实用绝对实用）：）：）：）：

三三三三、、、、单位换算单位换算单位换算单位换算

包括同一单位制内包括同一单位制内包括同一单位制内包括同一单位制内、、、、不同单位制之间的不同单位制之间的不同单位制之间的不同单位制之间的

换算换算换算换算。。。。经验式经验式经验式经验式的单位换算的单位换算的单位换算的单位换算。。。。

换算过程中物理量本身大小并不改变换算过程中物理量本身大小并不改变换算过程中物理量本身大小并不改变换算过程中物理量本身大小并不改变，，，，

只是由于采用了不同单位只是由于采用了不同单位只是由于采用了不同单位只是由于采用了不同单位，，，，数值改变数值改变数值改变数值改变。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

例例例例0-4 通用气体常数通用气体常数通用气体常数通用气体常数R=0.08206 L·atm/(mol·K), 试试试试

用法定单位用法定单位用法定单位用法定单位（（（（SI制制制制））））J/(mol·K)表示之表示之表示之表示之。。。。

解解解解：：：： PaatmmL 533 10013.11 ; 101 ××××========−−−−

)/( 313.8

10013.11008206.0

3

53

KmolPam

R

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====

××××××××××××====∴∴∴∴−−−−

332 /1/1/11 mJmmNmNPa ====⋅⋅⋅⋅========

)/(313.8 KmolJR ⋅⋅⋅⋅====∴∴∴∴

☻找等量关系找等量关系找等量关系找等量关系；；；；

☻换算系数和单位一起换算换算系数和单位一起换算换算系数和单位一起换算换算系数和单位一起换算。。。。


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

例例例例0-5在在在在400～～～～700℃℃℃℃时时时时，，，，SO2氧化反应的平衡氧化反应的平衡氧化反应的平衡氧化反应的平衡

常数可以表示为常数可以表示为常数可以表示为常数可以表示为logkp=4905.5/T-4.6455，，，，其中其中其中其中，，，，kp

为平衡常数为平衡常数为平衡常数为平衡常数（（（（at -0.5），），），），T为绝对温为绝对温为绝对温为绝对温（（（（K），），），），试将此试将此试将此试将此

表达式换算为表达式换算为表达式换算为表达式换算为SI制表示制表示制表示制表示。。。。

解解解解：：：：设设设设kp'、、、、T '分别为分别为分别为分别为SI制下的对应物理量制下的对应物理量制下的对应物理量制下的对应物理量数数数数

值值值值，，，，单位分别为单位分别为单位分别为单位分别为：：：：kp'——Pa-0.5；；；；T '——K。。。。

要适合公式要适合公式要适合公式要适合公式必须必须必须必须换算成要求的单位换算成要求的单位换算成要求的单位换算成要求的单位：：：：5.05.065.06 )()10869.9(1 ; 10869.91 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

××××====××××==== atPaatPa

6455.45.4905

])10869.9(lg['

5.06'−−−−====××××••••

−−−−−−−−

Tk p

1484.75.4905

lg −−−−====T

k p


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

四四四四、、、、因次及因次的一致性因次及因次的一致性因次及因次的一致性因次及因次的一致性

1.1.1.1.因次因次因次因次：：：：

用符号表示基本量用符号表示基本量用符号表示基本量用符号表示基本量：：：：L、、、、M、、、、θθθθ、、、、T……

则导出量可用相应的表达式表示则导出量可用相应的表达式表示则导出量可用相应的表达式表示则导出量可用相应的表达式表示：：：：

速度速度速度速度—— ；；；；力力力力——

若某物理量可用若某物理量可用若某物理量可用若某物理量可用：：：：表示表示表示表示，，，，则则则则a、、、、

b、、、、c称为称为称为称为因次因次因次因次，，，，叫叫叫叫因次因次因次因次(量纲量纲量纲量纲)式式式式。。。。它它它它

表示了物理量的单位与基本量单位之间的关表示了物理量的单位与基本量单位之间的关表示了物理量的单位与基本量单位之间的关表示了物理量的单位与基本量单位之间的关

系系系系。。。。

2−−−−θθθθML

1−−−−θθθθL

cba LM θθθθ

cba LM θθθθ


YA

NT

AI U

NIV

ER

SIT

Y

当当当当a=b=c=0时时时时，，，， ——无无无无

因次因次因次因次。。。。如液体的比重如液体的比重如液体的比重如液体的比重（（（（比密度比密度比密度比密度）。）。）。）。

]1[][ 000====θθθθLM

2.2.2.2.因次一致性因次一致性因次一致性因次一致性：：：：

物理量等式两端的因次必须保持一致物理量等式两端的因次必须保持一致物理量等式两端的因次必须保持一致物理量等式两端的因次必须保持一致，，，，

称为因次的一致性称为因次的一致性称为因次的一致性称为因次的一致性。。。。

这是对物理方程的最基本要求这是对物理方程的最基本要求这是对物理方程的最基本要求这是对物理方程的最基本要求。。。。

Download - The principles of Chemical Engineering - 化学化工学院 · PDF file化工原理课件 YANTAI UNIVERSITY The principles of Chemical Engineering 主讲、、制作制作：：齐世学齐世学

Top Related