《化工原理习题课》教学课件

《化工原理习题课》教学课件本课件旨在帮助学生理解和掌握化工原理的基本概念和理论，并能运用这些知识解决实际问题课程内容涵盖了化工原理的各个方面，包括物料衡算、热量衡算、流体力学、传热学、化学反应工程等，并通过大量的习题讲解和案例分析，使学生能够更深入地理解和应用化工原理知识课程目标掌握化工原理的基本概念和理论提高解决化工问题的能力培养学生的逻辑思维和批判性思维能力学生能够理解并掌握化工原理的基本概念学生能够运用所学知识解决化工生产和科和理论，包括物料衡算、热量衡算、流体研中遇到的实际问题，并能运用数学工具学生能够通过学习化工原理课程，培养逻力学、传热学、化学反应工程等进行分析和计算辑思维和批判性思维能力，并能够有效地进行分析和解决问题课程安排绪论1介绍化工原理课程的基本内容、学习方法和重要性，并对化工原理课程的学习目标进行阐述物料衡算2介绍物料衡算的基本原理、方法和应用，并通过大量的习题讲解和案例分析，使学生能够掌握物料衡算的方法和技巧热量衡算3介绍热量衡算的基本原理、方法和应用，并通过大量的习题讲解和案例分析，使学生能够掌握热量衡算的方法和技巧化学反应器设计4介绍化学反应器的基本类型、设计方法和参数计算，并通过大量的习题讲解和案例分析，使学生能够掌握化学反应器设计的基本原理和方法分离过程设计5介绍分离过程的基本原理、方法和应用，并通过大量的习题讲解和案例分析，使学生能够掌握分离过程设计的基本原理和方法流体力学6介绍流体力学的基本概念、理论和应用，并通过大量的习题讲解和案例分析，使学生能够掌握流体力学的基本原理和方法传热学7介绍传热学的基本概念、理论和应用，并通过大量的习题讲解和案例分析，使学生能够掌握传热学的基本原理和方法绪论化工原理的定义化工原理的意义化工原理的学习方法化工原理是研究化工过程基本规律的学化工原理是化工专业的核心课程，是学学习化工原理需要理论联系实际，通过科，它以物理化学、化学工程、机械工习其他专业课程的基础，也是从事化工大量的习题练习和案例分析来加深理解程等学科为基础，研究化工过程中的物生产和科研工作的必备知识和掌握知识，并能够运用所学知识解决质传递、能量传递和化学反应等基本原实际问题理，为化工过程的设计、操作和优化提供理论依据物料衡算基础物料衡算的概念物料衡算的基本原理物料衡算的应用物料衡算是在特定系统中，对进入系统、物料衡算基于质量守恒定律，即在没有物物料衡算在化工生产、科研和环境保护等离开系统和系统内部的物料进行定量分析，质生成或消失的情况下，系统的总质量保领域都有广泛的应用，例如，确定化学反以确定系统内物料的积累或消耗情况持不变应器的产率、优化反应过程、控制环境污染等物料衡算常用方法节点分析法流程图法方程式法123节点分析法是将系统分解成多个节点，流程图法是根据系统的流程图，对各方程式法是根据化学反应方程式，对然后分别对每个节点进行物料衡算，单元操作进行物料衡算，最终得到整各组分的物质的量进行计算，最终得最终得到整个系统的物料平衡个系统的物料平衡到整个系统的物料平衡一元线性方程组的解法高斯消元法矩阵法数值计算法高斯消元法是一种常用矩阵法是利用矩阵的运数值计算法是利用计算的解线性方程组的方法，算来解线性方程组，它机程序来解线性方程组，它通过对方程组进行一将方程组转化为矩阵方它通过迭代的方式，逐系列的初等变换，将方程，然后通过矩阵运算步逼近未知数的解程组化为上三角矩阵，得到未知数的解然后逐个解出未知数线性方程组示例问题描述一个化学反应器中，输入物料和，输出产物，已知反应方程式为，反应器A B C A+B=C1中的转化率为，求反应器中的产量A90%C方程式列写2根据物料衡算原理，可以列写出以下方程式，A_in-A_out=C_out，A_out=

0.1*A_in C_out=A_in-A_out解方程组3将上述方程式联立求解，可以得到，即反应C_out=

0.9*A_in器中的产量为输入物料的C A90%非线性方程组的解法牛顿迭代法牛顿迭代法是一种常用的解非线性方程组的方法，它通过对函数的泰勒展开，得到一个迭代公式，然后通过迭代的方式逐步逼近未知数的解割线法割线法也是一种解非线性方程组的方法，它通过构造一条直线，然后通过迭代的方式，逐步逼近未知数的解数值计算法数值计算法是利用计算机程序来解非线性方程组，它通过迭代的方式，逐步逼近未知数的解非线性方程组示例问题描述1一个化学反应器中，输入物料和，输出产物，已知反应速率方程为，反应器中的初始浓度A B C r=k*A^2*B A为，的初始浓度为，反应时间为小时，求反应器中的产量1mol/L B2mol/L1C方程式列写2根据化学反应速率方程，可以列写出以下方程式，，dC/dt=k*A^2*B A=A_0-CB=B_0-C解方程组3将上述方程式联立求解，可以得到的产量为，即反C

0.5mol/L应器中的产量为输入物料的C A50%热量衡算基础热量衡算的概念热量衡算的基本原理热量衡算的应用热量衡算是在特定系统中，对进入系统、热量衡算基于能量守恒定律，即在没有能热量衡算在化工生产、科研和环境保护等离开系统和系统内部的热量进行定量分析，量生成或消失的情况下，系统的总能量保领域都有广泛的应用，例如，确定化学反以确定系统内热量的积累或消耗情况持不变应器的热量需求、优化反应过程、控制环境污染等热量衡算常用方法节点分析法流程图法焓变法节点分析法是将系统分解成多个节点，流程图法是根据系统的流程图，对各焓变法是根据物料的焓变来计算热量然后分别对每个节点进行热量衡算，单元操作进行热量衡算，最终得到整变化，最终得到整个系统的热量平衡最终得到整个系统的热量平衡个系统的热量平衡热量衡算示例112问题描述焓变计算一个化学反应器中，输入物料，输出根据物料的焓变公式，可以计算出的A B产物，已知反应器中的转化率为焓变为B A100kJ/mol，反应器中的温度为℃，80%B100求反应器中的热量变化B3热量变化根据焓变和物料的流量，可以计算出B的热量变化为80kJ/s热量衡算示例2热量衡算根据热量衡算原理，可以得到蒸馏塔的热2问题描述量输出为100kW一个蒸馏塔中，输入混合液，输出馏A1出液和釜残液，已知蒸馏塔的热量输BC入为，求蒸馏塔的热量输出热量分配100kW蒸馏塔的热量输出分配到馏出液和釜残B液，可以根据它们的焓变和流量来计算C3热量衡算示例3问题描述一个换热器中，输入热流体，输出冷流体，已知的温度为A BA℃，的温度为℃，求换热器的热量传递速率100B20热量传递速率根据热量传递公式，可以计算出换热器的热量传递速率为80kW热量平衡根据热量平衡原理，可以得到的热量损失等于的热量增加A B流量计算流量计流量计的安装流量计的校准流量计是一种用于测量流体流量的仪器，它流量计的安装需要考虑流体的性质、流量范为了保证流量计的准确性，需要定期对流量可以根据流体的速度、压力、体积或质量来围、精度要求等因素，并需要根据厂家提供计进行校准，校准方法可以根据流量计的类测量流量的说明书进行安装型来选择流量计算示例1流量计算2根据流量公式，可以计算出流体的流量为

0.1m^3/s问题描述一个管道中，流体的速度为，管1m/s1道的截面积为，求流体的流量

0.1m^2流量单位流量的单位通常为立方米每秒（）m^3/s3或升每分钟（）L/min流量计算示例212问题描述流量单位换算一个流量计的读数为，求流将流量单位从换算成，可100L/min L/min m^3/s体的流量以得到流体的流量为

0.00167m^3/s3流量应用流量计算在化工生产、科研和环境保护等领域都有广泛的应用，例如，确定化学反应器的进料速率、优化反应过程、控制环境污染等流量计算示例3化学反应器物料衡算反应器类型物料衡算方法应用场景化学反应器是进行化学反应的设备，根据化学反应器物料衡算的方法与一般的物料化学反应器物料衡算在化工生产中应用广反应类型和工艺要求，可以分为间歇式反衡算方法类似，但需要考虑反应方程式、泛，例如，确定反应器的产率、优化反应应器、连续式反应器、半间歇式反应器等反应速率等因素过程、控制反应条件等化学反应器热量衡算反应热热量衡算12反应热是指化学反应过程中放化学反应器热量衡算需要考虑出或吸收的热量，反应热的大反应热、物料的比热容、温度小取决于反应物的性质和反应变化等因素条件应用场景3化学反应器热量衡算在化工生产中应用广泛，例如，确定反应器的热量需求、优化反应过程、控制反应温度等化学反应器设计实例1问题描述1设计一个间歇式搅拌釜，用于合成某有机产品，已知反应物和的初始浓A B度、反应时间、反应温度等物料衡算2根据反应方程式和反应条件，可以计算出反应器中产物的产量和副产物的产量热量衡算3根据反应热、物料的比热容、温度变化等因素，可以计算出反应器所需的热量输入或输出设备选型4根据反应条件和产量要求，可以选择合适的反应器类型和规格化学反应器设计实例2问题描述设计一个连续式管式反应器，用于生产某化工产品，已知原料的流量、反应温度、反应压力等1物料衡算2根据反应方程式和反应条件，可以计算出反应器中产物的产量和副产物的产量热量衡算3根据反应热、物料的比热容、温度变化等因素，可以计算出反应器所需的热量输入或输出设备选型4根据反应条件和产量要求，可以选择合适的反应器类型和规格化学反应器设计实例3问题描述设计一个固定床反应器，用于催化加氢反应，已知反应物和的初始浓度、A B反应温度、反应压力等物料衡算根据反应方程式和反应条件，可以计算出反应器中产物的产量和副产物的产量热量衡算根据反应热、物料的比热容、温度变化等因素，可以计算出反应器所需的热量输入或输出设备选型根据反应条件和产量要求，可以选择合适的反应器类型和规格分离过程物料衡算分离过程类型物料衡算方法应用场景分离过程是将混合物分离成纯净组分的过分离过程物料衡算需要考虑各组分的物料分离过程物料衡算在化工生产中应用广泛，程，常见的分离过程包括蒸馏、萃取、结平衡、分离效率等因素例如，确定分离设备的规格、优化分离过晶、吸附等程、提高分离效率等分离过程热量衡算热量变化热量衡算分离过程中，由于物料的状态变分离过程热量衡算需要考虑热量化，会发生热量的变化，例如，变化、物料的比热容、温度变化蒸馏过程中，需要输入热量来汽等因素化液体应用场景分离过程热量衡算在化工生产中应用广泛，例如，确定分离设备的加热或冷却需求、优化分离过程、提高分离效率等分离过程设计实例1物料衡算问题描述根据混合液的组成和分离要求，可以计1A设计一个蒸馏塔，用于分离混合液，已A算出馏出液和釜残液的产量和组成BC2知混合液的组成、分离要求等A热量衡算设备选型4根据物料的焓变、温度变化等因素，可以根据分离要求和产量要求，可以选择合适3计算出蒸馏塔所需的热量输入或输出的蒸馏塔类型和规格分离过程设计实例2问题描述物料衡算热量衡算设备选型设计一个萃取设备，用于分离根据混合液的组成和萃取剂根据物料的焓变、温度变化等根据分离要求和产量要求，可A混合液，已知混合液的组的选择，可以计算出萃取液因素，可以计算出萃取设备所以选择合适的萃取设备类型和A AB成、萃取剂的选择等和萃余液的产量和组成需的热量输入或输出规格C分离过程设计实例3问题描述设计一个结晶器，用于分离混合液，已知混合液的组成、结晶条件等A A物料衡算根据混合液的组成和结晶条件，可以计算出结晶产物的产量和组成A热量衡算根据物料的焓变、温度变化等因素，可以计算出结晶器所需的热量输入或输出设备选型根据分离要求和产量要求，可以选择合适的结晶器类型和规格流体力学基础流体力学定义流体力学意义流体力学应用流体力学是研究流体运动规律的学科，它流体力学是化工原理的重要基础学科，它流体力学在化工生产、科研和环境保护等以牛顿运动定律、连续性方程、能量守恒为化工设备的设计、操作和优化提供理论领域都有广泛的应用，例如，化工设备的定律等为基础，研究流体在静止和运动状依据，例如，管道设计、泵的设计、搅拌设计、操作和优化，环境污染的治理等态下的特性器的设计等流体力学常用方法控制体积法微分方程法数值计算法123控制体积法是将流体系统分解成多个微分方程法是利用微分方程来描述流数值计算法是利用计算机程序来模拟控制体积，然后分别对每个控制体积体的运动规律，它可以得到流体的速流体的运动，它可以得到流体的速度、进行流体力学分析，最终得到整个系度、压力、密度等参数的变化规律压力、密度等参数的空间分布和时间统的流体运动规律变化流体力学示例112问题描述雷诺数计算一根水平管道中，流体的速度为根据雷诺数公式，可以计算出流体的1，管道的直径为，求流体雷诺数为m/s

0.1m2000的雷诺数3流动状态根据雷诺数的大小，可以判断流体的流动状态，雷诺数小于为层流，2000雷诺数大于为湍流4000流体力学示例2压强差计算2根据流体静压强公式，可以计算出流体的压强问题描述差为981Pa一根竖直管道中，流体的速度为，管道的01直径为，流体的高度差为，求

0.1m10m压强单位流体的压强差压强的单位通常为帕斯卡（）或千帕斯卡Pa（）kPa3流体力学示例3问题描述摩擦阻力计算阻力影响因素一根管道中，流体的速度为，管根据流体摩擦阻力公式，可以计算出流体流体的摩擦阻力会受到流体速度、管道长1m/s道的长度为，流体的粘度为的摩擦阻力为度、流体粘度等因素的影响10m

0.1N/m^2，求流体的摩擦阻力

0.001Pa·s传热基础传热定义传热意义传热应用传热是指热量从高温物体向低温物体传递传热是化工原理的重要基础学科，它为化传热在化工生产、科研和环境保护等领域的过程，常见的传热方式包括热传导、热工设备的设计、操作和优化提供理论依据，都有广泛的应用，例如，化工设备的设计、对流和热辐射例如，换热器的设计、反应器的温度控制操作和优化，环境污染的治理等等传热常用方法热传导热对流热传导是指热量通过物体内部的热对流是指热量通过流体运动来分子运动来传递的过程，它需要传递的过程，它需要流体作为介物质作为介质质热辐射热辐射是指热量通过电磁波来传递的过程，它不需要物质作为介质传热示例112问题描述热流量计算一根管道的内壁温度为℃，外壁温根据热传导公式，可以计算出管壁的热流100度为℃，管壁的厚度为，材料量为

200.1m400W/m^2的热导率为，求管壁的热

0.5W/m·K流量3热流量影响因素管壁的热流量会受到管壁的温度差、管壁的厚度、材料的热导率等因素的影响传热示例2沸腾热流量2水的沸腾热流量是指水从液体状态转变为气体状态所需的热量，它是一个常数，为2260问题描述kJ/kg一锅水中，水的温度为℃，水的沸点为1100沸腾热流量应用℃，求水的沸腾热流量100沸腾热流量在化工生产中应用广泛，例如，确定蒸发器的加热需求、优化蒸发过程、提高蒸3发效率等传热示例3问题描述一个太阳能热水器，接收太阳辐射的面积为，太阳辐射1m^2的强度为，求热水器的热量吸收速率1kW/m^2热量吸收速率根据热辐射公式，可以计算出热水器的热量吸收速率为1kW热量吸收影响因素热水器的热量吸收速率会受到太阳辐射的强度、热水器的面积、热水器的吸收率等因素的影响总结与评价本课件系统地讲解了化工原理的基本概念、理论和应用，通过大量的习题讲解和案例分析，使学生能够更深入地理解和应用化工原理知识希望本课件能够帮助学生掌握化工原理的知识，并能运用这些知识解决实际问题。