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1、化 工 原 理,河北工业大学化工原理教研室,张文林,化工原理（Principles of Chemical Engineering),又称单元操作（Unit Operations) 化工过程及设备上册：流体流动、流体输送机械、流体通过颗粒层 的流动（过滤）、颗粒的沉降和流态化、传热下册：吸收、蒸馏、气液传质设备、液液萃取、 干燥,化工原理（Principles of Chemical Engineering),课堂教学（两学期）：讲课（讨论）、实物教学、 演示实验、录像，单独记成绩实验教学（两学期） ，单独记成绩课程设计（一周半，停课） ，单独记成绩考试上下册分别计成绩。,第一章 流体流动,流
2、体：液体、气体（具有流动性无固定形状） 流体的流动是各单元操作中普遍涉及的现象，化工生产中所处理的原料、半成品以及产品大多数是流体。 涉及流体流动的规律主要有：1、流动阻力及流量计量流体输送需要进行管路设计、输送机械的选择以及所需功率的计算。2、流动对传热、传质及化学反应的影响化工设备中的传热、传质以及反应过程在很大程度上受流体在设备内流动状况的影响。3、流体的混合流体流动基本规律支配流体与流体、流体与固体颗粒在各类化工设备中的混合效果。,第一章 流体流动,无论是管道输送、流量测定、还是输送流体所需的功率的计算和输送设备的选型及操作，都与流体的基本原理和规律密切相关，不仅如此，许多单元操作都同
3、流体流动有关，各种传热和传质过程都是在流体流动的情况下进行的，强化设备的传热和传质过程往往需要先研究流体的流动条件及规律。 流体流动的基本原理和规律是“化工原理”的基础。,连续性假定 从工程出发研究流体流动，主要是研究流体的宏观运动规律。因此，我们把流体视为由无数微团（或称质点）组成的，彼此无间隙、完全充满所占空间的连续介质。（连续性假设）质点是一个含有大量分子的流体微团，微团的尺寸比分子自由程大得多，但远小于设备的尺寸。 本章主要讨论流体流动过程的基本原理和流体在管内流动的规律，并运用这些原理与规律去分析和计算流体的输送问题。,流体流动的基本原理及其流动规律的应用：1、流体输送：管道连接，选
4、用适宜流速，确定管径 输送设备：计算外功，选输送设备2、压强、流速、流量测量：合理选用、安装测量仪 表3、为强化设备提供适宜的流动条件,流体流动中的作用力：1、体积力：作用在流体的每一个质点上，与流体的质量成正比。也称质量力。重力和离心力2、表面力：压力和剪力表面力与表面积成正比。垂直于表面的力称为压力；平行于表面的力称为剪力或切力。单位面积上所受的压力称为压强；单位面积上所受的剪力称为剪应力。,第一节 流体静力学基本方程式,一、流体的密度 流体单位体积所具有的质量称为密度。1、表达式： kg/m3 V0时，流体某点的密度。 常用流体的密度，可由有关书刊或手册中查得，本书附录中列出某些常见得气
5、体和液体的密度，可供做习题时查用。 2、液体、气体的密度 对于任一种流体 =f（P，T）,液体：通常压力对液体的密度影响很小，可忽略不计，故称液体为不可压缩流体。（工程上考虑问题常用的方法） 即 温度对液体的密度有一定的影响 =f（T） 在介绍液体密度时应标明对应的温度条件。气体：具有可压缩性及膨胀性，其密度随压力和温度的不同差别很大。 得不到气体的密度数据时，可按理想气体状态方程式计算（条件：压力不太高，温度不太低）,M气体的分子量；R气体常数；下标“0”表示标准状态,3、混合物的密度 化工生产中的流体，往往是含几个组分的混合物。通常手册中所列出的为纯物质的密度，混合物的平均密度可计算。气体
6、： 公式中 MmM Mm=MA y A+ MB y B+ M n y n MA 、 MB 、 Mn 气体混合物中各组分的分子量；yA 、 yB 、 yn 气体混合物中各组分的摩尔分率。 m= A XVA +B XVB + n XVn XVA、 XVB 、 XVn 气体混合物中各组分的体积分率。,液体： A，B，n 混合物中各纯组分的密度 XWA，XWB，XWn 混合物中各纯组分的质 量分率。（条件：以1kg混合液为基准，各组分混合前后体积不变） 理想溶液注意：气体用摩尔分率或体积分率 液体用质量分率,二、流体的静压强1、定义：在静止的流体内，垂直作用于单位面积上的力,二、流体的静压强,流体受力
7、：体积力、表面力 体积力是作用于每个流体质点上的力，它与流体的质量成正比。对于均匀质量的流体，这个力与体积大小成正比。 重力场中重力、离心力场中离心力 表面力是作用于每个流体质点表面的力，它与表面积成正比。对于任一流体微元表面，表面力一般分为垂直、平行于表面的力，称压力、剪力。,2、单位： SI 制中 Pa（帕斯卡），N/m2，习惯上还采用其它单位 1atm =1.033 kgf/cm2=760 mmHg=10.33 mH2O=1.0133 bar=1.0133105 Pa=0.1MPa 工程上为计算方便，常将1kgf/cm2近似地作为1个大气压，称为1工程大气压。1 at= 1kgf/cm2
8、=736 mmHg=10 mH2O=0.9807 bar=9.807105 Pa3、压强的表示方法（绝压、表压、真空度） 在工业上压强是用压力计来测定的，在压力计上所读出的数值，是被测流体的真实压强（绝对压强）与当地大气压强的差值。,被测流体的真实压力大于大气压强时，压力计所测得的压力值称为表压： 绝对压强 = 大气压强 + 表压 被测流体的真实压力小于大气压强时，压力计所测得的压力值称为真空度： 绝对压强 = 大气压强 - 真空度 不难看出真空度实际上是流体表压的负值。 即：真空度= -表压,在化工计算中，一般采用绝压进行计算，但在某些讨论中有时采用表压强比较方便。 为了避免混淆，须加标注，
9、如：2.5105 Pa（绝压）1.5105 Pa（表压）4103 Pa（真空度） 三者之间关系：(可用图1-6表示）换算：,第一节,三、流体静力学基本方程式 流体静力学是研究流体处于相对静止状态下的平衡规律。在本节中，主要讨论流体在重力场中达到静止平衡。 在重力场中流体除受外加力外，还有本身重力。 在具有密度为的静止流体中，取一微元立方体。边长：dx、dy、dz 分别平行于x、y、z轴。其受力状况如图：,x轴 y轴,=常数，不可压缩流体,静力学基本方程式,静力学基本方程式的意义,1、静止的、连续的同一液体内处于同一平面的各点压强相同。2、当液体上方的P0有改变时，液体内各点的压强也改变同样大小。3、 此式说明压强差的大小可以用一定高度的液体柱表示。如：mmHg、mH2O,四、静力学基本方程式的应用,压强的静力学测量方法：1、简单测压管2、U形测压管（T1）3、U形压差计4、复合压差计（T5）5、微差压差计（T9）6、倾斜液柱压差计7、倒U形压差计（T15）,四、静力学基本方程式的其他应用,1、液位测量 压差法 远程测量装置（习题2）2、液封高度的计算 乙炔发生炉外装安全液封（水封）（T6） 真空操作系统的大气腿（液封）（T7）作业：2、3、4、5、8、9,
