《化工基础》(上)电子教案.pdf
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1、重庆市工业老松班微;今航111化工基砒电3敖嗓第一章结论(第一周4学时)学习导言 第一节 化学工业及其发展 第二节课程的性质和内容第二F化工生产中的几个基本概念第四节 学习本课程的任务和方法 第五节 单位制及单位换算 本章小结第一章学习目标 掌握本课程所学的内容 掌握本课程的学习任务及方法 掌握单位及其换算方法 了解化学工业及其发展 了解物料、热量衡算等基本概念第一节化学工业及其发展 化学工业:为一行业,生产品种多样(基本、精细、医药化工等)化学工程-门学科 化学工艺-工艺技术 化工产品生产过程一般由以下步骤组成:原料前处理一化学反应一(产品)后处理单元操作一一生产的核心一一单元操作思考与提问
2、 谈谈在你以前学习与生活的印象中,你对化工的一些3W本认识情况?化学工业的发展概况?第二节课程的性质和内容一、本课程的研究对象1、单元操作:化工生产过程中,普遍采用的、遵 循共同的物理学定律、所用设备相似的基本操作。图 1-1.12以及表11的认识与掌握;如:流体输送、传热。图11高压法生产聚乙烯方块流化工单元操作在化工生产中的应用化工车间)化工企业外貌图化工企业管路网图12尿素生产方块流程图表1-1(1)常用的单元操作元作 单操目的物态依据葩过流体输送、提液体、气体输入机械动输送高能量能里搅混合、分气一液、液一液、传拌散固一液递过非均相物液一固、气一固流体与固滤系分离体粒子间沉非均相物液一固
3、、气一固作相对运降系分离_刀可表1-1(2)常用的单元操作)疙下息一职操一目的物态依据一递程一传加热、冷却、液体、气体利用温度热热冷凝、保温差别量蒸不挥发溶质液体供热使溶传发的分离剂汽化体递结晶晶形物质液一固过饱和度表1-1(3)常用的单元操作单元操 作目的物态依据递程气体吸气体均相物气一液气一液气体各组物收系分离分溶解度的差异质液液萃液体均相物液一液各组分溶解度的传取系分离差异递液体蒸液体均相物液一气液体中各组分之储系分离间的挥发性差异干燥去湿固一气供热使湿物料中热、/r7/恭的湿分汽化_-7!A-质 2、单元反应过程:化学反应过程是化工生产过程的核心,如:氧化、硝化等。3、本课程的研究对象
4、:单元操作的基本原理和设备;化学反应器;化学工艺学。思考与提问化工过程的研究对象是什么?本课程的重点研究对象又是什么?二、本课程的性质、内容、任务 1、性质:专业技术基础课。2、内容:“三传一反”及化学工艺学。,3、任务:掌握常见单元操作的基本原理及计算。掌握典型设备构造、性能、设计或选用。寻求“最佳”“最适宜”的操作条件,探索强化 过程的方向和改进设备潜能的途径。掌握典型的化工产品的工艺过程。第三节化工生产过程中的几个基本概念各种单元操作的操作原理及设备的计算都是以物料 衡算、能量衡算、相平衡关系及过程速率四个基本概 念为基础的。了解本课程常用基本概念(1)物料衡算:稳定操作时:带进=带出
5、能量衡算:EQ1=EQO+QL 热量利用和热量 损失 平衡关系:表示过程的方向和极限程度。如热平衡、相平衡、溶解平衡等。第三节 化工生产过程中的几个基本概念了解本课程常用基本概念(2)过程速率:表示过程进行的快慢速度。在生产中速 率较重要,反映经济效益。本课程中:过程速率=过程推动力/过程阻力思考与提问 本课程的主要任务是什么?本课程的一些基本概念及其用途是什么?第四节 学习本课程的任务及方法一、学习方法1、五个环节:理论课的学习一一课前要求能自觉预习,上 课主动举手回答问题,大胆提问。作作业(习题)一一基本原理的消化,要求 画出示意图;大型作业要求人人能参与,个个 出主意。实验(包括仿真实验
6、)一一理解、验证理论,wr msu七壮心.WnAvt组心心r h+wk+w第三节化工生产过程中的几个基本概念课程设计一一知识的综合运用能力。工厂实际锻炼(实习)一一通过实习把所学 的理论运用到实际生产中去解决生产实际问题。2、三个方面:树立工程技术观念:理论正确,技术可行,操作安全,经济合理。理解和掌握基本理论及。一,一、熟悉典型工艺及其工程计算备精一日第三节化工生产过程中的几个基本概念各种单元操作的操作原理及设备的计算都是以物料 衡算、能量衡算、化学平衡关系及过程速率四个基本 概念为基础的。二、学习要求1、分析061、062化工基础成绩项目比例许定办法表施)业笔 作及记5%作业是对学生所学内
7、容的掌握情况的检查,以及对学习态度进行了解;笔记是对学生 平时听课的认真程度进行检查。5%检查学生前半期的学习情况,为后半期的 教学工作改进打卜基础。时核 平考20%包括主动提问(5分左右)、自动举手抢 答问题(13分)、老师提问(02 分)、考勤情况(5分左右)、上课纪录(10分左右)、大型作业讨论及完成情况(15分左右)等奖励与惩罚分,所有学生 以5分为平均分,其总值在020分取值。分析061、062化工基础成绩评定办法表(2)项目比例说明验其核 实及考40%平时实验占30分,考核实验占10分;实 验包括两大部分:一部分是现场实验(20 分),另一部分是仿真实验(10分);实 验过程包括实
8、验理论课一实验预习(预 习报告)一实验过程记录一实验操作 要点检查一实验报告,四个组成部分;实验期间要进行考勤(03分)、检查纪 录(01分)、实验指导书(0.5分)、实验记录本(0.5分)及实验记录(1分)情况。期末30%检查学生的整体学习效果以对学生进行全 2、课堂要求:认真听讲、不讲话、不打闹、不看与本课 程无关的书籍,总之不干与本课程无关的一切事。3、作业要求:按时交作业、不抄袭、不懂就问、每题尽量画出示意图。4、实验要求:按要求完成所有现场及仿真实验。第五节 单位制及单位换算1、国际单位制:7个基本单位,2个辅助单位 2、法定计量单位:A、国际单位制单位。B、国际单 位制单位的导出单
9、位。C、选定的其他单位。3、单位统一:A、本课程涉及的物理量及公式较多,多种单位并存,在计算过程中一定注意单位的统一,即 统一到SI制上。B、学会单位的换算方法,难点是换算思考与提问 1、我们这门课程要求统一到什么单位制上来?2、我们在本课学习过程中有哪几个单位换算较难?总结与作业本次课小结:1.2.3.4.掌握单元操作等基本概念。了解化工基础的主要学习方法。建立学习工程学科的学习思维方法。熟练掌握单位及其换算。1.2.作业:复习题2练习题1、4O第二章 学习目标掌握流体连续稳定流动时的计算方法一一伯努利方程式的应用。掌握流体流动阻力的计算及其应用。了解流体静力学基本方程在测量压力及流量方面
10、的运用。了解化工管路的构成情况。了解流量测量的有关仪器及其测定方法。了解流体输送机械。第二章流体流动与输送机械第一节流体的基本性质(第二周4一、流体的密度1、密度:云多学时)Kg/m32、相关的几种表示方法:A、流体的比容:“=2B、相对密度(比重):$=。C、重度3、气停与液体的主要差别:气体具有可压缩性,其密度远小于液体。XX XA:液体混合物的密度:五二十方.十年B:气体混合物的密度:、m、平均分子量Mm:P,MPm 1000R*T4、密度值一般通过查找(物性数据表或经验公式)来 得到二、流体的粘度1、粘度的表示:绝对粘度(又称动力粘度),运动粘度,条件粘度(如:恩氏粘度)2、绝对粘度的
11、单位换算lPa.s(帕.秒)=10P(泊)=1000cP(厘泊)3、绝对粘度与运动粘度间的关系叱=*。4、粘度值一般通过查找(物性数据表或经验公式)来 得到第二节流体静力学 一、流体静压力及其特性1.流体静压力(了解)2.压力的单位换算la tm=760mmHg=10.33idH20=1.013 x 105PaIkgf/cm2=la t=735mmHg=10mH20=9.807 x 104Pa3.流体静压力可以用不同基准来表示:A:以绝对真空为基准:称为绝对压力。B:以当地大气压力为基准:称为表压或真空度。掌握表压、真空度与绝对压力的关图产真空度之间的绝压、绝对零压线二、流体静力学基本方程二、
12、流体静力学基本方程(推导略)1、P2=Pi+p gh它表明了在重力作用下,静止液体内部压力的变化规律即重 力液体内任一点的流体静压力等于自表面上的压力加上液体 重力与该点淹没深度的乘积。2、流体静力学方程的应用 2、静力学方程的应用一在静止的连通的同一种流体内,等压面为等 高面,反之亦然。当液面上方的压力P。有变化时,液体内部各 点压力也发生同样大力 的改变。=h E说的压力可以用液柱高度表示,但必须注明 为何种液体。三、流体静力学基本方程的应用举例I、液柱为色力(压差)计一一U型管压力(压差)计,见图222一3U形管压强计构造:U形管、指示液、读数标尺。指示液:着色水、油、CCL及Hg。测压
13、差的原理:PaPb=(。指一。被测)Rg大。指Rg(对于气体)U型管压力(压差)计2U型管压力(压差)计2、液位的测量2、液位的测量:在化工生产中为了解决各种 贮槽,计量槽等容器内物料贮存量或需要控 制设备内的液面,都要使用液面计进行液位 的测量,见图25。H=R3、液封高度的计算及应用3、液封高度的计算及应用,见图27。作用:防止泄漏、倒流或有毒气体的逸出,又称水封或安全水封。压力表P安全水封槽水4、远程测量若容器离控制室较远或埋在地面以下,测量其液位可采 用图26进行测量。流体静力学方程式总结与作业 流体静力学方程式总结1.掌握静力学方程的应用2.掌握U型管压力计的使用3.了解液位的测量及
14、液封高度的计算4.掌握压力间的单位换算作业:复习题5,6,10o习题课(分组完成的大型作业)(第二周2学时)1、首先分组(课前进行),大致7-8人一组,每组同学围成一进行讨论式的学习。(5分钟)2、由学生自己对本组人员进行分工一一查阅资料、出注意、记录、制图、计算及整理完善形成文件。(大略1学时左右)3、在完成此作业过程中,老师应对学生的完成情 况进行辅导与适当的检查,尤其是每组中参与不 积极的同学进行抽查。.4、题目:遛课鳍呼整个鹦堂善叔下的。、制作一个农村村民家用的沼气池用的压力表,材料:软皮管、玻璃管等。、制作一工厂用的湿式低压 气柜,材料:自选为主,参考用金属钟罩、建筑砖、各种管子及阀
15、门等材料。5、每组对制作结果展示于黑板上,并作适当的说明一一尤其是制作的结果在使用过程中的优缺点。(大略1学时)6、由学生代表每组评定出相应的成绩。本此课小结:按以下顺序进行:分组一一分工一一 辅导 抽查 展示 评定 奖励第三节流体连续稳定流动时的衡(第三周4学时)1、定义:略(质量或体积)2、质量流量(w)与体积流量(V)关系:w=V。*(二)、流速1、定义:略。(u:m/s)2、流量与流速的关系:V=uA w=uA p 工业生产中常用流体适宜的流速范围:参见下页。流量与流速的关系1流量与流速的关系(圆形),2流速与质量流速的关系4VV u=G=2W _pVS 7idpu3园型管道的直径计算
16、式4Vd=Lt/L-I-M V-T/+件叵旦口:111)坯7匕围(思考:这些数据怎样得到的?有何流体的类别及相见人流速(m/s)范围自来水(3X105Pa左右)1-1.5水及低粘度液体(1X1051X106Pa)153.0高粘度液体0.51.0工业供水(8X105Pa以下)1.5-3.0饱和供水(8X105Pa以下)3.0蛇管、螺旋管内冷却水1.0过热蒸气3050一般气体(常压)10-20高压空气1525低压空气1215稳定流动与不稳定流动(1)图28稳定与不稳定流动典型 流程图(找出a图与b图的差别?(a)尸讨稳定流动与不稳定流动(2)1如图28:在流体流动系统中,若任一截面上流体的流速、压
17、力等与流动相关的物理量仅随位置改变丕 时间而改变的流动.叫稳定流动。在流体流动系统中,若任一截面上流体的流速、压力等nv与流动相关的物理量既随位置改变乂同面改变的流动,叫不稳定流动。2、本教材只讨论在化工连续生产过程中的一般情况一 一稳定流动。流体用定流动时百物料衡算一1、如图2甚皤煤每括舒 根据质量守衡定律:叫二二服二二吗.贝u Wsi二二Ws2二S3.连续性方程式2、对于不可压缩流体:(即液体)1 P 2 P 3-Vsi二二 Vs2二二 VS3即连续性方程式一一应用于液体稳定 1、液体在圆形直管内稳定流动时的 连续性方程式 2、怎样使用此连续性方程式?(自学例23后上台讲解,着重讲解工业
18、方面的应用)2四、流体稳定流动时能量衡算一一 伯出朝褊勰蝴算式)如图210,为一般流动系统:衡算范围:11与22截面之间。衡算基准:1均流体;(每项单位:J/kg)o基准水平面:可任任意选择,如00平面。四、流体稳定流动时能量衡算一一伯努 利方程式(机械能衡算式)(2)内能:2、动能:1%流体专 3、位能:1%流体-一一一-,8乙”gZ2 4、静压能:流体具有静压力而有的特殊能量形式。热能:Q 6、外加功:叱 一乙一e 2 2 根据能量守衡定律:a+B+gZ+且+2+W/+今+gz?+区 上式中的能量形式可分为两大类:机械能:动能、位能、静压能、外加赤;可相互转变。内能和热能;不能相互转变。柏
19、努利方程式的几种不同形式 1、以单位质量为研究对象,单位:J/kg(重点掌握)2 0 u gN+,+吩 P 22+%=/+母+邙 e 乙 p 2 J 12 2、以单位重量为研究对象,单位:J/N或m 液柱乙+1 r ePg 2M/+宗+震+3、以单位体积为研究对象,单位:J/或Pa 2PgZ+n+华2pu+Pe=PgZ2+P2+Pf X-22柏努利方程的应用讨论1、理想流体、无外加功:理想流体的概念:流体在流动过程中不发生能量损失,则此流体称为理想流体。理想流体的特征:密度不随压力而变化,没有内摩擦 力,不具有粘性,流动时无阻力。即:E=常数,三种能量形式可以相互转化。2 27 21%丁 夕
20、2“2必+2+3=展2+万*2、流体输送设备的有效功率:2=W6 叱机械能的相互转化说明思考与提问 1、若系统中的流体处于静止状态,其伯努利 方程式是否为下式?与流体静力学方程式本质一 样吗?2、本笛5舞如?+,3、为了节能尽可能增大还是减少管径?为了 减少投资,尽可能增大还是减少管径?头驳一(埋想流体的)和务程实验柏努利方程实验嘉大糜箍省慈验测定数据及记 录要求)柏努利方程实验原始数据记录各位置的内径d l二?d 2=?d 3=?d 4=?d 5=?t=?【单位:mm序号hih2h3h4h5V现象123-1习题课(分组完成的大型作业)一组,每组同学围成一圈进行讨论式的学习。(5分钟)大致7-
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