【大学课件】化工原理Principles of Chemical Engineering（多学时课堂教学）

化工原理化工原理是化学工程学科的核心课程，涵盖了化学工程的基本原理和单元操作本课程将深入探讨物质平衡、能量平衡、反应动力学等关键概念课程概述目标内容培养学生掌握化工过程的基涵盖物质平衡、能量平衡、本原理和应用能力反应动力学等核心知识点地位是化工专业的基础课程，为后续专业课程奠定基础物质平衡一般原理定义物质在化工过程中的输入、输出和积累关系基本方程输入=输出+积累应用用于分析和设计化工过程，确保物料的合理利用物质平衡在单元操作中的应用蒸馏萃取计算各组分在不同相中的分配确定溶剂用量和萃取效率吸收计算气体吸收量和吸收剂用量能量平衡一般原理定义1系统能量的输入、输出和转化关系基本方程2∆E=Q-W（能量变化=热量-功）应用3优化化工过程的能量利用，提高能效能量平衡在单元操作中的应用换热器反应器蒸发器计算热交换效率和所需传热面积分析反应热效应，确定冷却或加热需求计算蒸发所需能量和蒸汽消耗量化学反应动力学基本概念反应速率反应级数单位时间内反应物浓度的变化反应速率与反应物浓度的数学关系速率常数活化能反映反应速度快慢的参数反应发生所需的最小能量化学反应动力学影响因素温度1影响反应速率常数压力2影响气相反应的平衡浓度3直接影响反应速率催化剂4降低活化能，加快反应速度反应器设计及应用反应动力学分析1确定反应速率方程反应器类型选择2批量、连续搅拌或管式反应器尺寸计算3基于物料平衡和能量平衡操作条件优化4温度、压力和停留时间传质操作扩散原理分子扩散分子随机运动导致的传质对流传质流体整体运动引起的传质界面传质两相之间的物质传递传质操作在单元操作中的应用吸收吸附萃取气体组分向液相的传递气体或液体组分在固体表面的富集溶质在两种不互溶液体间的分配流体力学流体性质及测量密度粘度单位体积的质量，影响流体流体内部摩擦力，影响流动静压力阻力表面张力测量方法液体表面的收缩力，影响界密度计、粘度计和表面张力面现象仪等流体力学流动原理连续性方程伯努利方程雷诺数描述流体质量守恒原理描述流体能量守恒原理判断流体流动状态的无量纲数流体流动在单元操作中的应用泵压缩机用于液体输送，选型基于流量和压用于气体压缩，考虑压缩比和功耗头管道流体输送系统，计算压降和流速热量传递基本原理导热1热量在固体中的传递对流2热量在流体运动中的传递辐射3通过电磁波传递热量热量传递在单元操作中的应用换热器蒸发器利用导热和对流原理实现热量通过相变实现热量传递和浓缩交换冷凝器加热炉利用相变原理实现气体冷却和结合辐射和对流原理实现高温液化加热蒸馏基本原理及应用理论基础1利用组分沸点差异实现分离平衡关系2气液相平衡决定分离效果操作方式3连续蒸馏和间歇蒸馏应用领域4石油分馏、酒精提纯等吸附与离子交换原理及应用吸附原理离子交换原理应用利用固体表面吸附特性分离气体或液体利用离子交换树脂选择性交换离子气体纯化、废水处理、软化水等中的组分萃取基本原理及应用原理利用溶质在两种不互溶液体中的不同溶解度进行分离萃取剂选择基于分配系数和选择性操作方式单级萃取和多级逆流萃取应用药物提取、金属分离等干燥基本原理及应用原理干燥曲线通过蒸发或升华去除固体中描述含水率随时间的变化的水分干燥方法应用对流干燥、接触干燥和辐射食品加工、制药、化工产品干燥干燥等混合与分离操作的综合应用混合过滤均匀分散多种组分分离固液混合物离心分离利用密度差分离混合物过程设计工艺流程图符号标准1使用统一的设备和管道符号物料流向2清晰标注各物流的走向主要设备3标明反应器、分离设备等控制点4标注关键参数的控制位置过程设计设备选型和参数确定设备类型尺寸计算根据工艺要求选择合适的设备基于物料平衡和能量平衡确定类型设备尺寸材料选择操作参数考虑腐蚀性、温度等因素选择确定温度、压力、流量等关键材料参数过程控制基本原理1234反馈控制前馈控制级联控制比例积分微分控制根据输出调节输入预测干扰提前调节多层次控制策略PID控制器的应用过程控制自动控制系统设计控制目标确定明确需要控制的参数控制策略选择选择适合的控制方法仪表选型选择合适的传感器和执行器控制器调优优化控制参数以提高系统性能环境保护污染防治技术废水处理废气处理物理、化学和生物处理方法吸附、吸收和催化燃烧等技术固废处理资源化、无害化处理技术安全与环保作业场所安全个人防护设备安全正确使用防护设备定期检查和维护设备应急预案安全培训制定并演练紧急情况处置方案定期开展安全意识和操作培训化工原理实验教学目的内容方法加深对理论知识的理解，培养实践操作包括流体流动、传热、传质等典型单元结合理论讲解、实际操作和数据分析能力操作实验化工原理知识的拓展与前沿发展《化工原理》课程总结基础知识1物质平衡、能量平衡等核心概念单元操作2流体输送、传热、传质等基本操作过程设计3工艺流程设计、设备选型等实践应用前沿技术4新兴分离技术、绿色化工等发展方向。