化工原理流动专

《化工原理流动专》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理流动专（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 化工原理 （单元操作） 主讲：诸爱士 课程介绍 1.名称：化工原理A B 讲什么？有何用？ 2.课时：化工专升本 A 56+48 实验32单独下学期 制药专升本 B 96（80+16） 3.内容结构：理论+实验+课程设计 4.学习方式：听、理解、练习、动手、问 5.考核： 化工-期末考试卷面70%+平时30% 制药-期末考试卷面70%+实验20%+平时10% 6.参考资料：教材-陈敏恒 、谭天恩、姚玉英等 习题何朝洪、姚玉英等 功能成分提取流程 大豆分离蛋白 球蛋白分离 化工原理（上册） 序 一 工业生产过程： 单元操作 + 反应 工艺制造过程 P1 单元操作特点： 物理性操作， 只改状态和

2、物性，不改化性。 共有， 但数目和次序不同 原理相同 设备通用，但可不一样大。 分类： 流体力学 动量传递 热量传递 质量传递 P2 二 单位制 ： 单位 量纲 单位制 质量-物质量的多少， 重量、 力-地球引力的大小 单位换算 例 3 公式分类： 理论 经验 例 4 三 概念 P3 物料衡算 质量守恒定律 体系范围 基准 m入=m出+m积累 例 1 热量衡算-能量守恒定律 边界 基准-温度 相态 例 2 平衡关系-动态平衡 过程速率=过程推动力/阻力 教案1 例1 物料衡算 浓度为20%（质量）的KNO3水溶液以1000kg/h的流量送入蒸发器，在149温度下蒸出 一部分水而得到浓度为50%

3、的水溶液，再送入结晶器，冷却至38后，析出含有4%结晶 水的KNO3晶体并不断取走，浓度为37.5%的KNO3饱和母液则返回蒸发器循环处理。试求结 晶的产品量P，水分蒸发量W，循环母液量R及浓缩溶液量S。 解：首先根据题意，画出过程示意图： 水 W kg 料液1000kg/h 20% KNO3 蒸发器 S kg/h 50% KNO3 结晶器 结晶产品P kg/h 4%水 R kg/h 37.5% KNO3 确定计算基准，以题给1000kg/h KNO3水溶液为准。 1）结晶产品量P及水分蒸发量W 划定范围-整个系统 对其进行衡算 列出式 总物料 1000=W+P 溶质 1000(0.2)=W(

4、0)+P(1-0.04) 解得 P=208.3kg/h W=791.7kg/h 2）循环母液量R及浓缩液量S 划定小范围-结晶器，作总物料衡算及KNO3衡算 S=R+P=R+208.3 S(0.50)=R(0.375)+P(1-0.04) 解得 R=766.6 kg/h S=974.9 kg/h 基准 联系物 单位 教案1 例2热量衡算 设在一管壳加热器中，用压力为136KN/m2的饱和蒸汽加热空气（297K）， 蒸汽流量是0.01kg/s，空气流量是1kg/s，冷凝液在饱和温度（361K）下排 出，若在这温度范围内，空气的平均比热是1.005kJ/kg.K，试计算空的出 口温度。（忽略热损失

5、） 解：取一秒为计算基准，由蒸汽表查出，136KN/m2饱和蒸汽的焓是 2689kJ/kg ， 361K水的焓是368kJ/kg. 蒸汽放出的热=0.01(2689-368)=0.012321 kJ/s=23.2 kW 设空气的出口温度为T，可列出热量衡算，取基准温度为297K，于是进口 空气的焓 为0。 出口空气的焓=1.005(T-297) kJ/kg 空气获得的热=11.005(T-297) kJ/s =(1.005T-298.5) kW 热量衡算，蒸汽放出的热=空气获得的热+热损失 23.2=1.005T-98.5+0 所以 T=321.7/1.005=320 K 教案1 例3 单位换

6、算 已知，1atm=1.033 kg/cm2,试用国家法定单位（Pa=N/m2）表示压强。 解：先列出有关各量不同单位的关系 1kgf = 9.81N 1 cm2=10-4 m2 因此 1atm=1.033 kg/cm2=1.033(kgf9.81N/kgf) /(cm210-4m2/cm2) =1.0339.81104 N/m2=1.0133105 N/m2=1.0133105Pa 教案1 例4 公式换算 水蒸汽在空气中的扩散系数可用如下经验公式计算 D=(1.4610-4/p)T5/2/(T+441) 式中 D-扩散系数英尺2/h;p压强atm，T绝对温度，0R. 因上述单位均属应当废除的

7、单位，需经变换，使式中各符号的单位为： D-m2/s, p-Pa, TK. 解：先列出有关各量不同单位之间的关系： 1英尺= 0.3048 m, 1 h=3600 s, 1 atm=1.0133105 N/m2 ,10R = 1/1.8 K 以D,p,T分别代表扩散系数，压强，温度等三个物理量，则原式可写成： D/英尺2/h= 1.4610-4/(p/atm)(T/0R) 5/2/(T/0R +441) 引入各换算系数进行单位变换 D/英尺2/h (0.3048m/英)2(1/3600h/s) =1.4610-4/p/(atm1.0133105Pa/atm)T/0R(1/1.8)K/0R5/2

8、/ T/0R(1/1.8)K/0R+441 D/2.58110-5m2/s= 1.4610-4/(p/1.0133105Pa)(1.8T/K)5/2/(1.8T/K+441) 整理得 D/ m2/s=1.65910-3/(p/Pa)(T/K) 5/2/(1.8T/K+441) 所以单位变换后的经验公式应为： D=(1.65910-3/p)T5/2/(1.8T+441)=(9.21710-4/p)T5/2/(T+245) 物理量=数字单位 绪论重点： 单元操作特点 P1 单元操作分类 P2 物料衡算、热量衡算，依据、方法 P3 1 流体流动 流体：抗剪与抗张小. 无定形 . 可分为不可压缩与可压

9、缩性流体P6 流动：外力作用 变形 P6 质点：大量分子构成的集团，相对容器与管道很小， 质点运动的 总和- 流动 P6 研究：流体流动和输送； 内容：通过管路系统的压力变化，输送 所需功率，流量测量，输送设备的选择与操作； 应用：流体的输送，压强、流速和流量的测量。 1.1 静止基本方程 重力与压力作用.平衡 1.1.1 密度 l T; g T. P 0 760mmHg 1.1.2 压强 P8 单位 atm, Pa, mmHg, mH2O,kgf/cm2 1atm=1.033kgf/cm2=760mmHg=10.33mH2O=1.0133bar =1.0133 105 Pa=0.101MPa

10、 1ata(工程大气压)= 1kgf/cm2 =735.6mmHg=10.0mH2O=0.9807bar=9.807104 Pa 表压强 = 绝压 大气压 真空度 = 大气压 绝压 注明 表压or 真空度 未注明为绝压 ！ p0与温、湿、地位及海拔有关。 绝对零压线 大气压线 表压强 真空度 绝对压强 P1 W P2 Z1 Z2 P0 P2=W+P1=g(Z2-Z1)A+P1, 除A后得 p2= g(Z2-Z1)+p1 p2-p1= g(Z2-Z1) 面1上移至液面面2离液面距离为h则得 p=p0 + g h 1.1.3 静力学方程推导 在连续的同一种流体内 静压力三特点： .垂直 .相等 .

11、同一水平面上相等 液柱受力分析并推导 p = p0+gh h=（p - p0 ）/ g 说明：1.证明了同一水平面各处压强相等，2.压强与流体上方（大 气压或设备内压强）压强有关，3.压强可用液柱高度表示。 p=pa+1g h1+2g h2 例 1 1.1.4 方程应用 P11-13 例题：压强与压差的测量 U 形管差压计原理 微差压计原理介绍 D测压2.swf P1-P2 =(A B)gR ， P1-P2 =(Ac )gR 例 2 ,3 液位的测量 例 4 液封高度计算 例 5 D液封.swf p1 111 p2 p1 p2 R R B B A C A AB AB pA=p1+ BgR pB

12、=p2+ AgR p1 -p2 = (A B)gR pA=p1+ Cg(R+H) pB=p2+ AgR + CgH) p1 -p2 = (A C)gR H h 教案2 例1静力学方程应用 有一开口容器内盛有油和水，油 层高度h1=0.7m，密度1=800kg/m3，水层高度（指油、水界面与 小孔的距离）h2=0.6m，密度2=1000kg/m3，1)判断下列两关系 式是否成立，即 pA=pA, pB=pB 2)计算水在玻璃管内的高度 h. pa pa h1 B B h h2 A A 解：（1）判断pA=pA关系成立，因A与A 两点在静止的连通着的 同一流体内，并在同一水平面上； pB=pB关系

13、不成立，因B与B两点虽在静止流体的同一水平面上， 但不是连通着的同一种流体。 (2)计算h: 因为 pA=pA pA=pa+1g h1+2g h2 pA= pa+2g h 所以 pa+1g h1+2g h2 = pa+2g h h=(8000.7+10000.6)/1000=1.16 m 教案2 例2 压强测量 蒸汽锅炉上装置一复式U形水银测压计，如图所示，截 面2、4间充满水，已知对某基准面而言，各点的标高为Z0=2.1m, Z2=0.9m, Z4=2.0m, Z6=0.7m,Z7=2.5m，试求锅炉内水面上的蒸汽压强。 Pa 0 P 7 4 3 6 5 2 1 解：按静力学原理，同一种静止

14、流体的连通器内，同一水平面上的压强相等， 故有：p1=p2, p3=p4 , p5=p6 对1-2而言：p2=p1 即p2=pa+ig(Z0-Z1) 对3-4而言: p4=p3 即p4= p3= p2-g(Z4-Z2) 对5-6而言: p6=p4+ig(Z4- Z5) 锅炉内的蒸汽压强为 : p7=p6 - g(Z7-Z6) p= pa+ig(Z0-Z1)+ ig(Z4-Z5)-g(Z4-Z2)-g(Z7-Z6) 则蒸汽的表压为：p-pa=ig(Z0-Z1+ Z4-Z5) -g(Z4-Z2 +Z7-Z6) =136009.81（2.1-0.9+2.0-0.7）-10009.81（2.0-0.9+2.5-0.7） =3.05105 Pa=305 KPa 教案2 例3 压差测量 用U形管压差计测量气体在水平管路上两截面的压强差，指示 液为水，其密度A为1000kg/m3，读数为12mm，精度不高，为 了放大读数，改用微差压计，指示液A是含40%酒精的水溶液， 密度A为920 kg/m3，指示液C是煤油，密度C为850 kg/m3， 问读数可以放大到多少？ 解：用U形管压差计测量气体的压强差时: