1、化工原理化工原理(制药专业适用制药专业适用)齐鸣斋等编齐鸣斋等编化学工业出版社化学工业出版社绪绪 论论一、制药过程与单元操作一、制药过程与单元操作 例如：中药制药例如：中药制药药材药材浸取浸取反应反应分离分离干燥干燥成品药成品药 若加工不当：药用成分流失或变性若加工不当：药用成分流失或变性 使之使之“虽有药名，终无药实虽有药名，终无药实”“脉准、方对、不治病脉准、方对、不治病”二、本课程性质与任务二、本课程性质与任务单元操作单元操作主要有：主要有：流体输送流体输送,搅拌搅拌,过滤过滤,沉降沉降 动量传递动量传递换热，蒸发换热，蒸发 热量传递热量传递精馏，萃取，浸取，干燥精馏，萃取，浸取，干燥结
2、晶，吸附，膜分离结晶，吸附，膜分离 质量传递质量传递课程主线课程主线 传递过程传递过程单元操作单元操作目目 的的原原 理理传递过程传递过程流体输送流体输送搅拌搅拌过滤过滤沉降沉降加热冷却加热冷却蒸发蒸发液体精馏液体精馏萃取萃取浸取浸取干燥干燥吸附吸附结晶结晶反渗透反渗透电渗析电渗析输送输送混合或分散混合或分散非均相混合物分离非均相混合物分离非均相混合物分离非均相混合物分离升温、降温，改变相态升温、降温，改变相态溶剂与不溶剂与不挥发溶质分离挥发溶质分离均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离去湿去湿均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分
3、离均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离输入机械能输入机械能输入机械能输入机械能尺度不同的截留尺度不同的截留密度差引起的沉降运动密度差引起的沉降运动利用温度差而传入或移出热量利用温度差而传入或移出热量供热以汽化溶剂供热以汽化溶剂各组分挥发度的不同各组分挥发度的不同各组分在溶剂中溶解度的不同各组分在溶剂中溶解度的不同各组分在溶剂中溶解度的不同各组分在溶剂中溶解度的不同供热汽化供热汽化各各组分在吸附剂组分在吸附剂中吸附中吸附能力不同能力不同溶质在溶剂中的过饱和溶质在溶剂中的过饱和各组分尺度不同的截留各组分尺度不同的截留电解质离子选择性的传递电解质离子选择性的传递动量传递动量传递动
4、量传递动量传递动量传递动量传递动量传递动量传递热量传递热量传递热量传递热量传递质量传递质量传递质量传递质量传递质量传递质量传递热质同传热质同传质量传递质量传递质量传递质量传递质量传递质量传递质量传递质量传递三、单位换算三、单位换算 SI制：基本量制：基本量-单位：长度单位：长度m，质量，质量kg，时间，时间s 导出量导出量-单位：力单位：力N=kgm/s2，密度，密度kg/m3 CGS制：长度制：长度cm，质量，质量g，时间，时间s 工程单位制：长度工程单位制：长度m，力，力kgf，时间，时间s 1kgf=9.81N1 概述概述 流体：流体：气体气体,液体液体,超临界物质超临界物质,悬浮液悬浮
5、液,气溶胶气溶胶 流体流动涉及：流动阻力，流量计量流体流动涉及：流动阻力，流量计量 传热速率，传质速率，流体混合传热速率，传质速率，流体混合1.1 流体流动中的作用力流体流动中的作用力 连续性假定连续性假定 固体力学：考察对象固体力学：考察对象-单个固体，离散介质单个固体，离散介质 流体力学：考察对象流体力学：考察对象-无数质点，连续介质无数质点，连续介质 目的：可用微积分目的：可用微积分 第一章第一章 流体流动和流体输送机械流体流动和流体输送机械定态流动：流体运动空间各点状态不随时间变化定态流动：流体运动空间各点状态不随时间变化流线：同一时刻不同流体质点的速度方向连线流线：同一时刻不同流体质
6、点的速度方向连线控制体控制体-考察对象考察对象流线演示流线演示流体受力流体受力1 1 体积力：作用于体积中的各个部位，体积力：作用于体积中的各个部位，力的大小与体积（质量）有关。力的大小与体积（质量）有关。如：重力，惯性力，离心力如：重力，惯性力，离心力2 2 表面力：表面力：分解成分解成-垂直于作用面垂直于作用面-压力压力 -平行于作用面平行于作用面-剪切力，剪应力剪切力，剪应力3 3 压强压强p p：单位面积所受压力，：单位面积所受压力，N/m2=Pa4 4 流体密度流体密度液体液体-不可压缩流体，与压强无关不可压缩流体，与压强无关气体气体-可压缩流体，与压强有关可压缩流体，与压强有关厂里
7、用厂里用 标标m3/h(Nm3/h)表示气体流量表示气体流量 1kmol=22.4Nm3标准状态下：标准状态下：换算：换算：TTpp000 5 5 流体黏性流体黏性黏性的物理本质黏性的物理本质-分子间引力和分子热运动、碰撞分子间引力和分子热运动、碰撞牛顿黏性定律牛顿黏性定律表明流体受剪切力必运动表明流体受剪切力必运动 牛顿型流体与非牛顿型流体的区别牛顿型流体与非牛顿型流体的区别 =f(物性，温度物性，温度)t,气气，液液6 6 理想流体理想流体:假定假定=0流体黏性流体黏性1.2 流体流动的机械能流体流动的机械能 为单位质量流体的动能为单位质量流体的动能 gz 为单位质量流体的位能为单位质量流
8、体的位能 为单位质量流体的压强能为单位质量流体的压强能22u)2(2mum)(mmgz p)(dVpdAdl 2 2 流体静力学流体静力学2.1 2.1 静力学方程静力学方程静压强的特性静压强的特性任意界面上只受到大小相等方向相反的压力任意界面上只受到大小相等方向相反的压力作用于任意点不同方位的静压强数值相等作用于任意点不同方位的静压强数值相等压强各向传递压强各向传递 取控制体作力衡算取控制体作力衡算p2A-p1A-A(z1-z2)g=0静力学方程静力学方程等高等压，等压面等高等压，等压面 2211gzpgzp ghpzzgppaa )(212分析方法（数学分析法）分析方法（数学分析法）取控制
9、体取控制体作力衡算作力衡算结合本过程的特点，得到方程结合本过程的特点，得到方程2.2 2.2 静力学方程应用静力学方程应用流体的总势能流体的总势能 （压强能与位能之和）（压强能与位能之和）虚拟压强虚拟压强应用条件：应用条件：同种流体且不可压缩同种流体且不可压缩(气体高差不大时仍可用气体高差不大时仍可用)静止静止(或等速直线流动的横截面或等速直线流动的横截面-均匀流均匀流)重力场重力场单连通单连通 压强的表示方法压强的表示方法1 1 单位单位：N/m2=Pa 106Pa=1MPa 流体柱高度流体柱高度(p=gh)1 atm=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O 1 bar=1
10、05Pa 1 at=1kg(f)/cm2=9.81104Pa2 2 基准基准 表压表压=绝对压绝对压-大气压大气压 真空度真空度=大气压大气压-绝对压绝对压压力表读数压力表读数表压；真空表读数表压；真空表读数真空度真空度压力表压力表U U形管指示的是什么？形管指示的是什么？P PA-P PB=pA-pB pC=pA+gR pC=pB+igRP PA-P PB=R(i-)g指示的是虚拟压差，只有等高时才是压差指示的是虚拟压差，只有等高时才是压差3 3 静力学方程的工程应用静力学方程的工程应用例例1 1 测压：测压：已知：已知：R=180mm,h=500mm求：求：pA=?(绝压绝压)，(表压表压
11、)解：解：pB=pa+汞汞gR pB=pA+水水gh pA=pa+汞汞gR-水水gh =1.013105+136009.810.18-10009.810.5 =1.204105Pa(绝压绝压)pA=1.204105-1.013105=1.91104Pa(表压表压)例例2 2 烟囱效应：烟囱效应：pA=p2+冷冷gh pB=p2+热热gh 由于由于冷冷热热,则则pApB 所以拔风所以拔风烟囱拔风的必要条件是什么？烟囱拔风的必要条件是什么？例例3 3 液封：液封：设备中压力要保持，液体要排出，须用液封设备中压力要保持，液体要排出，须用液封例例3 3 液封：液封：设备中压力要保持，液体要排出，须用液
12、封设备中压力要保持，液体要排出，须用液封例例4 4 流向判别：流向判别：接通后流向？接通后流向？流水的有无流水的有无-静力学静力学流水的多少流水的多少-动力学动力学判据判据:看看z大小，还是大小，还是p大小大小？同一水平高度比压强同一水平高度比压强p左左=pA+gzA=P PAp右右=pB+gzB=P PB单位换算单位换算SI单位，单位，cgs单位，工程单位单位，工程单位质量：质量：1kg=1000g长度：长度：1m=100cm=1000mm=106m时间：时间：1s=1000ms,1h=60min=3600s力：力：1N=105dyn，1kg(f)=9.81N压强：压强：1at=1kg(f)
13、/cm2=9.81104Pa密度密度：1000kg/m3=1g/cm3动力黏度动力黏度：1P(泊泊)=1dyn s/cm21Pa s=1000mPa s=10P(泊泊)=1000cP(厘泊厘泊)运动黏度运动黏度=/：1m2/s=104cm2/s界面张力界面张力：1N/m=1000mN/m=1000dyn/cm3 3 流体流动中的守恒原理流体流动中的守恒原理3.1 3.1 质量守恒质量守恒质量流量质量流量 qm=qV 平均流速平均流速 定态，定态，1u1A1=2u2A2定态，不可压缩流体定态，不可压缩流体 u1A1=u2A2 截面小速度大截面小速度大气体：气体：直管：质量流速直管：质量流速 不随
14、温度压力变化不随温度压力变化AquV 3.2 3.2 机械能守恒机械能守恒1 1 柏努利方程柏努利方程 ,J/kg柏努利方程的物理意义：三项机械能之和为常数柏努利方程的物理意义：三项机械能之和为常数或或 ，J/N=m 几何意义：位头、压头、速度头总高为常数几何意义：位头、压头、速度头总高为常数2222222111upgzupgz gugpzgugpz2222222111 柏努利方程的应用条件：柏努利方程的应用条件：1 1）重力场，定态流动，不可压缩的）重力场，定态流动，不可压缩的 理想流体沿流线理想流体沿流线 满流满流2 2）无外加机械能或机械能输出）无外加机械能或机械能输出2 2 机械能衡算
15、式机械能衡算式：理想流体理想流体黏性损失引入黏性损失引入hf加入机械能加入机械能引入引入hefehuhu22222211PP应用时注意：应用时注意：3 3 工程应用：工程应用：例例1 1 测风量测风量由由1-11-1至至2-22-2排方程排方程 压差计：压差计：可得可得：2222uppa gRppia 2 iagRppu2)(222 22uAqV 例例2 2 虹吸虹吸 从从1-11-1至至2-22-2排方程排方程222upgHpaa gHu22 例例3 3 马利奥特容器马利奥特容器 求水面在求水面在a-aa-a面以上面以上时的放水速度：时的放水速度：由由a-aa-a面至出口小孔面至出口小孔截面
16、截面2-22-2排方程排方程这时的流动条件是定态的这时的流动条件是定态的实际实际:22upgzpaaa agzu2 agzCu20 马里奥特容器马里奥特容器 盐水瓶盐水瓶 饮水机饮水机拟定态处理拟定态处理已知：已知：D=1m,d=40mm,h=0.5m求：放完水所需时间求：放完水所需时间 解：从解：从1至至2截面排柏努利方程截面排柏努利方程任一瞬时任一瞬时 对桶内液体作质量衡算对桶内液体作质量衡算 输入输入+生成生成=输出输出+积累积累 22ugh ghu2 dtdhDud224400 ghudtdhdD222 hdhgdDdt222 shdhgdDdt200205.0220 问题：问题：1 1。行使的列车旁，人为什么不能靠得太近？。行使的列车旁，人为什么不能靠得太近？2 2。飞机的升力如何来的？。飞机的升力如何来的？3 3。旋转的乒乓球为什么走弧线？。旋转的乒乓球为什么走弧线？4 4。穿堂风是什么？。穿堂风是什么？空气对流原理空气对流原理5 5。山上的瀑布是如何形成的？。山上的瀑布是如何形成的？本次讲课习题：本次讲课习题：第一章第一章 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10
