第一章 化学工业与化学工程教学精品.pptVIP

第四节实验室研究与化工生产的差别 1.化学实验室研究与化工生产的差别 设备大小、结构和材质的差异 热量和传质传递过程的差异 操作手段和条件的差异 100ml—0.1L。传热面积0.032m2/L 以它为100%计算，扩大到50L。 则传热面积为：0.54m2 例如，沸腾床反应器在实验室用体积为Vl＝πd2h/4，若扩大反应，将反应器直径和长度均扩大10倍，则反应器体积V2＝（π/4）（10d）2（10）h＝1000πd2h/4，即放大后的反应器体积比实验室反应器体积增大1000倍，而反应器表面积仅仅扩大100倍，即：A2/A3=π（10d）（10）h＝100。 因此，化学反应过程中必然会造成放热量与散热量的不均。 2.从实验室研究到工业化生产 在对化工过程的研究中，由于实际生产过程复杂，涉及的变量较多，致使大多数化工单元操作不可能像物理学那样建立反映实际过程的简单的数学方程式。 多数情况下只能采用实验研究方法，通过实验数据制成经验曲线图，或整理得到经验方程式。近代所采用的数学模型法，虽将过程经过一定理论分析，获得一些反映过程规律的数学方程，但仍须通过实验验证后方能使用。 用理论分析和科学实验相结合得到的描述过程规律的数学方程，一般称为半理论、半经验方程式。 第五节 化工数据 1.化工数据的分类 （1）基础数据 在化工工艺设计中，首先应对工艺过程作物料平衡和能量平衡计算。此时必然要涉及到物料本身的物理化学性质及有关状态数据，如：相对密度、比热容、粘度等；同时也必须作平衡常数、焓等大量物性推算工作。这类数据也属于物性数据，通常可从手册上查取或在计算机上从化工物性数据库中检索。 (2)过程参数 这是一类与生产过程进行和操作条件有关的数据、如温度、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。 (3)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，才能正确决定如换热器、蒸馏塔、反应器等主要装置各部分的几何尺寸和工艺操作条件，以满足工艺过程的要求。上述表征设备结构特征参数如直径、高度等设备的几何尺寸称为结构参数。 (4)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群。 5．2单位与单位制 由于历史原因，在自然科学和工程界曾使用过各种不同的单位制。有厘米·克·秒(cgs)制单位，称为绝对制或物理制；米·千克．秒(mks)制单位一一米制；米．千克力．秒(mkfs)制单位——重力制(工程制)，还有英制单位等。 目前，我国法定计量单位是以国际单位制——SI单位为基础，根据我国具体情况，由国家选定了一些非国际单位制构成的。SI有两大优点：首先是具有通用性。所有物理量的单位都可以由七个基本单位——米(m)、千克(kg)、秒(s)、开(K)、摩(mol)、安(A)、坎(cd)导出 。 5．3单位制换算 化工计算中所用到的公式一般分为两类： 一类是根据物理规律建立的理论公式，反映过程所涉及的各物理量之间的关系，称为物理量方程。 另一类是根据实验数据整理得到的经验公式，它只反映有关物理量的数值之间的关系，而数值的大小都是与一定单位相对应的，故在使用经验公式时，各物理量必须采用指定的单位。 （1） CGS制（物理单位制） cm-g-s 厘米-克-秒制 （2） MKS制（绝对单位制） m-kg-s 米-千克-秒制 （3） 工程单位制 米-公斤（力）-秒 (4) SI制（国际单位制） 是在MKS制的基础上发展起来的。 基本单位：长度- 米 ;质量 -千克 ; 时间 - 秒 ;温度-开尔文; 物质的量- 摩尔 【例0-1】 已知, 试将此压强换算为SI单位。 解：1公斤（力）等于1千克质量的物体所受到的重力。 即1公斤（力） ∴ 本讲的要点 ▲化工原理或单元操作是化学工程学的分支，它研究化工生产中共有的物理操作过程的基本原理、典型设备及其选用、计算方法，是一门工程性较强的技术基础课。 ▲过程清楚、能分析与解决典型单元操作过程中的实际问题是教学的主要目标，了解化工过程的基本概念。 ▲了解实验室与化工生产中存在差异。 ▲了解各种单位制及熟悉单位换算是学好本课的必备技巧，应在学习中逐步掌握。 主要参考书目 武汉大学，化学工程基础，高等教育出版社，2001 杨国泰等，化学工程基础学习指导，化学工业出版社，2003 温瑞媛等，化学工程基础，北京大学出版社，2002 王志魁，化工原理（第三版），化学工业出版社，2005 第一章 化学工业与化学工程 化学工业的定义