以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
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4. 流体的特征
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。
不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。 返回 31
13.7
QL 13.7kW
热损失：
100% 6.54%
257.3 47.8
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例4 非稳定热量衡算举例
罐内盛有20t重油，初温
T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热
冷 凝
器升温至恒定的100℃后又 水
W=8t/h T3=100℃
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回 11
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如：
传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。
(1)物料衡算（质量衡算）
物料衡算反映原料、产品、损失等各种物料流股间 量(质量/摩尔流量)的关系。
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物料衡算可以表示为：
GI = GO + GA (0-2)
输入的各 输出的各 设备内积累
种物料 种物料
的各种物料
此式为总物料衡算式，也适用
D,xD
于物料中的某个组分。如精馏：
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
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返回 5 03:06:50
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2 . 单元操作（Unit Operation） 单元操作按其遵循的基本规律分类：
D 2 Hdv
4
d 内 加 入 的 有 机气体量
d 内 排 出 的 有 机气体量
d 内 罐 内 浓 度 改变量
整理并积分：
2 d D2H 0.001 dv
1
4 1.5
0.06 v
|

42 10
0.001 dv
0.001
83.73(ln v )
总流量物料衡算：F=D+W
A组分物料衡算：FxF=DxD+WxW F,xF
(因稳定操作，故无积累一项。)
注意：在有化学反应的情况下，物料 衡算式只适用于任一元素的衡算。
W,xw
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例1(清华版，P6)：稳态时的总物料衡算及组分物料衡算 生产KNO3的过程中，质量分率为0.2的KNO3水溶液，
磺化器 静电除雾器
碱洗塔
（反应）
（分离）
液体磺酸
（化学吸收）
布袋除尘
大
NaOH
反应器
气
其它液、 固计量
配料缸
喷雾干燥 塔
（干燥）
旋转混 合器
包装
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单元操作的研究内容与方向：
研究内容 研究方向
单元操作的基本原理； 单元操作典型设备的结构； 单元操作设备选型设计计算。 设备的改进及强化； 高效率、低能耗、环保； 开发新的单元操作; 单元操作集成工艺与技术。
☆ 稳定操作
以单位时间为基准， 如 ： h ， min ， s 。 参数=f(x,y,z)
非稳定操作
以每批生产周期所用 的时间为基准。参数 =f(x,y,z,)
=0
=
uA恒定
uB 返回 13
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dy
dz
三维
dx
微分衡算(非稳态)
衡算
一维
dz
总体衡算(稳态) 其范围可以是某设备的大部分、 全部，或是由几个设备组成的一段生产流程、一 个车间甚至整个工厂。
质量衡算与能量衡算的异同点：
同：都须划定衡算的范围和时间基准。
异：1) 热量衡算须选择物态和温度基准，这是因为物料所含 热量（焓）是温度和物态的函数。液态物质的温度基准常取 273K。
2) 对于有化学反应的系统，须考虑反应物、生成物的差异， 因为既使同温，若浓度不同，则它们的焓值及反应热亦不同。
3)热量除随物料输入/出外，还可通过热量传递的方式输入/ 出系统。
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0.2 单位制与单位换算
一、基本单位与导出单位
基本单位：选择几个独立的物理量，以使用方便 为原则规定出它们的单位；
导出单位：根据其本身的意义，由有关基本单 位组合而成。 单位制度的不同，在于所规定的基本单位及单位 大小不同。
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二、常用单位制
➢ 国际单位 制（SI制）
120℃饱和水 0.095kg/s
求：换热器热损失QL占水蒸气提供热量的百分数?
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解： 如图虚线为衡算范围
稳定操作无积累QA=0，则有 QI=QO+QL 即蒸汽带入Q1 + 溶液带入Q2 = 凝液带出Q3 + 溶液带出Q4 + QL
查 P357 附 录 九 ： 120℃ 水 蒸 气 焓 值 为 2708.9kJ/kg ， 120℃饱和水焓值为503.6kJ/kg。
化工原理
Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
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热量衡算的依据是能量守恒定律，即：
QI = QO + QL + QA 式中下标符号的意义:
I: 进入 O: 离开 L: 散失 A: 积累
例3 (P8 例 0-5)
120℃饱和水蒸气 0.095kg/s
QL=?
25℃溶液 1.0kg/s
80℃溶液 1.0kg/s
溶液的平均比热为3.56kJ/(kg.℃)
GI=GO+GA
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KNO3 组分的物料衡算： F20% = W 0% + P (100 － 4) %
1000 20% = 0 + P 96 % 则：P = 208.3 kg/h 2．水分蒸发量W (物衡范围同1.) 总物料衡算式： F = W + P 则：W = F－P = 1000－208.3 = 791.7 kg/h 3．循环的饱和溶液量R 此时以蒸发器或冷却结晶器划定为物衡范围均可，
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三、单位换算
物理量的单位换算 换算因数：同一物理量，若单位不同其数值就不 同，二者包括单位在内的比值称为换算因数。
（附录二）
经验公式的单位换算
经验公式是根据实验数据整理而成的，式中各符 号只代表物理量的数字部分，其单位必须采用指 定单位。
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0.3 物料衡算与能量衡算
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1.1 流体的物理性质 1.2 流体静力学基本方程 1.3 流体流动的基本方程 1.4 流体流动现象 1.5 流体在管内的流动阻力 1.6 管路计算 1.7 流量的测量
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1. 研究流体流动问题的重要性
（1）遵循流体动力学基本规律的单元操作：包括 流体输送、沉降、过滤、固体流态化等；
（2）遵循热量传递基本规律的单元操作：包括加 热、冷却、冷凝、蒸发等；
（3）遵循质量传递基本规律的单元操作：包括蒸 馏、吸收、萃取、结晶、干燥、膜分离等； 返回 7
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洗衣粉的工艺流程
净气放空
燃硫
转化塔
气
从工程实际情况出发，流动规律的研究采用宏观方 法，主要研究流体的宏观运动规律。因此将流体视为 “连续介质”—无数微团(或称质点)组成，其间无间 隙、完全充满所占据的空间。★ 高真空状态除外!
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3.流体在流动中受到的力
a.体积力—作用于每个质点上的力，与流体质量成 正比。对于质量均匀的流体则与体积成正比。重力 和离心力是两个典型的体积力。 b.表面力—作用于流体质点表面的力，与表面积成 正比。表面力一般分为两类：一为垂直于表面的力称 压力，一为平行于表面的力称剪力。
则：热衡式：WCpT3 d = WCpTd+ GCpdT
化简得：W(T3－T) d = GdT
积分有：
2 d G 80 dT 20 ln 100 20 3.47h
1
W 20 T3 T 8 100 80