绪 论
一、《化工原理》课程的研究对象与性质 1. 研究对象
《化工原理》课程是研究化工生产过程中共有的物理操作过程的基本原理、所用典型设备的结构和设备工艺尺寸的计算与设备选型。通常将这些物理操作过程称为单元操作。 2. 单元操作（Unit Operations）
使物质发生状态、组成、能量上变化的操作称为单元操作。单元操作的研究包括“过程”和“设备”两个方面的内容，故单元操作又称为化工过程和设备。化工原理是研究诸单元操作共性的课程。一切化工生产过程不论其生产规模大小，除化学反应外，其它均可分解为一系列的物理加工过程。这些物理加工过程称为“单元操作”。流体输送、过滤、沉降、搅拌、颗粒流态化、气力输送、加热冷却、蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶等。
3. 《化工原理》课程的内容
? 通过什么样的工程方法和设备来实现其工艺过程？ 反应物如何供给、产物又如何分离？
? 如何提供反应所需的热量及使用反应放出的热量？ ? 怎样才能从工业规模生产中获得最佳的经济效益？ 4. 《化工原理》在化工领域中的地位
本课程不是教学生如何合成得到新的物质？如何提取新的物质？如何表征新的物质？这是化学家的事情。化学工程研究的是如何把化学家们的小试研究成果开发放大为中试，再开发为生产规模。是在科学实验与化工之间架桥的工作，是直接为人类服务的创造价值的劳动。
5. 共同的研究对象——传递过程
. 物理性操作，即只改变物料的状态或物性，并不改变化学性质；
. 它们都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异；
. 对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现 ；
. 某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同，进行该操作的设备也往往是通
用的。具体应用时也要结合各化工过程的特点来考虑，如原材料与产品的理化性质，生产规模等。
实际问题的复杂性—过程、体系、设备、工程性强、计算量大 6. 单元操作按操作的目的分类如下：
. 物料的加压、减压和输送、物料的混合、非均相混合物的分离－－动量传递过程 . 物料的加热或冷却――热量传递过程 . 均相混合物的分离――质量传递过程
以上三种传递过程简称“三传”。是《化工原理》的共同规律和联系。 《化工原理》课程研究对象就是研究“三传”理论和“三传”理论的应用。
“三传理论的建立”是单元操作在理论上的进一步发展和深化。传递过程是联系各单元操作的一条主线。 7. 性质
《化工原理》课程是高等数学、物理、物理化学等课程的后继课程。它是一门专业技术课程，属于工程学科，具有工程性、应用性。在我们的教学计划中起到了自然学科与应用学科的桥梁作用。作为一门综合性技术学科的一个重要组成部分，主要研究各单元操作的基本原理，所用的典型设备结构，工艺尺寸设计和设备的选型的共性问题，是一门重要的专业基础课。、本课程是一门实践性很强的工程学科，在长期的发展过程中，形成两种基本研究方法，即：
．实验研究方法（经验法） ．数学模型法（半经验半理论方法） 8. 化工原理课程的两条主线
. 动量传递、传热和传质皆属于传递过程，是本门课程统一的研究对象，是联系各单元操作的一条主线。
. 研究工程问题的方法论是联系各单元操作的另一条主线。 各单元操作有共同的研究方法。
a. 实验研究方法（经验的方法）
一般用因次分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通过无因次数群（或称准数）构成的关系式来表达。是一种工程上通用的基本方法。 b. 数学模型法（半经验半理论的方法）
在对实际过程的机理深入分析的基础上，在抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化，建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。通过实验确定模型参数。如一个物理过程的影响因素较少，各参数之间的关系比较简单，能建立数学方程并能直接求解，则称为解析法。
二、《化工原理》课程的任务
1.研究与掌握化工单元操作过程的基本原理并能进行过程的选择； 2.进行设备工艺尺寸的计算及设备的选型计算；
3.根据生产的不同的要求进行操作和调节，并具有一定寻找故障的原因及排除故障的能力； 4.了解强化过程的途径。
通过本课程的学习，培养学生有分析和解决单元操作中各种问题的能力，即在科学研究和生产实践中对设备应具有操作管理、设计、强化与过程开发的 本领。总之，学习《化工原理》的目的是：掌握规律、开发工艺、创新设计、诊断过程、强化操作。 三、单位制度及单位换算
任何物理量的大小都是由数字和单位联合来表达的，二者缺一不可。如管长为10m，水的流速为3.5m/s等。 （一）单位制度
在工程和科学中，单位制度有不同的分类方法。 1．基本单位和导出单位
基本单位：一般选择几个独立的物理量（如质量、长度、时间、温度等），根据使用方便的原则规定出它们的单位，这些选择的物理量称为基本物理量，其单位称为基本单位。 导出单位：其它的物理量（如速度、加速度、密度等）的单位则根据其本身的物理意义，由有关基本单位组合而成。这种组合单位称为导出单位。我国的法定计量单位（简称法定单位）是以国际单位制为基础，同时选用了一些非国际单位制的单位构成。见本教材P327附录一。
国际上趋向于采用国际单位制（SI制）。SI制基本单位7个：
长度L：米（m）；质量M：千克（kg）；时间T：秒（s）；热力学温度θ：开尔文（k）；物质的量：摩尔（mol）；电流I ：安培（A）；发光强度：坎德拉（cd） SI制主要优点：
①通用性：是一套完整的单位制，适合于各个领域；
②一贯性：每种物理量只有一个单位，如热功都用J（焦耳）表示。
化工生产中，还使用一些非SI单位，如：温度有℃，时间 min、hr、d、Yr，压强单位除了Pa外，有atm、mmHg、m水柱、bar、ata等。 （二）单位换算
在化工计算中，各种数据来源不同，故其单位不一定符合公式的要求，计算时则需要进行单位换算。换算原则是：连同换算因子一起换算。
换算因子：彼此相等而单位不同的两个同名物理量（包括单位在内）的比值称为换算因子。如1m和100cm的换算因子为100cm/m。包括单位在内的任何换算因子在本质上都是纯数1。任何物理量乘以或除以换算因子，都不会改变原物理量的大小。常用的单位换算关系要牢记，复杂的单位逐个分解代入换算。常用的单位换算因子数据见教材P328附录二。 1．物理量的单位换算
同一物理量，若采用不同的单位则数值就不相同。例如最简单的一个物理量，圆形反应器的直径为1m，在物理单位制度中，单位为cm，其值为100；而在英制中，其单位为ft，其值为。它们之间的换算关系为：反应器的直径D = 1m = 100cm = 3.2808ft。若查不到一个导出物理量的单位换算关系，则从该导出单位的基本单位换算入手，采用单位之间的换算因数与基本单位相乘或相除的方法，以消去原单位而引入新单位。
物理量＝数字×单位 单位＝物理量／数字
将物理量单位由一种制度换算成另一种制度时，换算时只需乘以两相关物理单位之间的换算系数。经验公式（又称数字公式，根据实验结果整理而得）中各符号只代表物理量的数字部分，而它们的单位必须采用指定的单位。 例0—1.通用气体常数R＝ ，试用国际单位J/表示。 解：R＝ ＝1m31000L ＝ ＝ J/ 2．经验公式（或数字公式）的单位换算
化工计算中常遇到的公式有两类：一类为物理方程，它是根据物理规律建立起来的，物理方程遵循单位或因次一致的原则。同一物理方程中绝不允许采用两种单位制度。用一定单位制度的基本物理量来表示某一物理量，称为该物理量的因次。在SI单位制度中，基本物理量质量、长度、时间、热力学温度的因次分别用M、L、T与θ表示，力的因次为MLT－2；因次一致的原则是因次分析方法的基础。另一类为经验方程，它是根据实验数据而整理成的公式，式中各物理量的符号只代表指定单位制度的数据部分，因而经验公式又称数
字公式。当所给物理量的单位与经验公式指定的单位制度不相同时，则需要进行单位换算。可采取两种方式进行单位换算： 将诸物理量的数据换算成经验公式中指定的单位后，再分别代入经验公式进行计算；若经验公式需经常使用，对大量的数据进行单位换算很繁琐，则可将公式加以变换，使式中各符号都采用所希望的单位制度。 四、五个基本概念
物料衡算、能量衡算、物料的平衡关系、过程速率和经济核算五个基本概念贯穿于各个单元操作的始终。化工过程计算可分为设计型计算和操作型计算两类，其在不同计算中的处理方法各有特点，但是不管何种计算都是以质量守恒、能量守恒、平衡关系和速率关系为基础的。
五、学习本课程的基础和学习方法 1. 物料衡算
根据质量守恒定律，即在稳定过程中，依输入的物料＝输出的物料，进行物料衡算： ?G1＝?G0＋G，该公式称为总物料衡算式。在定态操作过程中，该式可简化为：A定态过程（稳定过程）：一般连续不断的流水作业（即连续操作）为定态过程，其特点是在设备的各个不同位置上，物料的流速、浓度、温度、压强等参数可各自不相同，但在同一位置上这些参数都不随时间而变。物料的累积量GA＝0。
若过程中有物料累积，则属于非定态过程（非稳定过程），一般的间歇操作（即分批操作）或连续操作中的开车、波动状态及发生故障时属于非定态过程，在设备的同一位置上诸参数随时间而变。 物料衡算步骤及要点：
①物流图；②确定衡算体系；③确定衡算基准；④确定衡算物料；⑤列衡算方程。 2. 能量衡算
根据能量守恒和转换定律，即在稳定过程中，依输入的能量＝输出的能量，进行能量衡算；如：热量衡算： 热量衡算步骤及要点：
①物流图（标明温度、比热）；②确定衡算体系；③确定衡算基准；④确定衡算物料；⑤确定基准温度（焓值：相对值）；⑥列衡算方程；⑦注意热损失。 3. 平衡关系（equilibrium relation）
可以用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。
化工原理绪论
