化工原理-流动1.ppt

化工原理（单元操作）主讲：诸爱士课程介绍1.名称：化工原理 B 2.课时：食品、制药、生工 B 54（46+8）+39（31+8） 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：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、姚玉英等工业实例实习车间工艺 1．物料、流体（固、液、气）的输送：泵、风机、真空泵、 皮 带 2．溶液——结晶 3．沉降、旋风分离 除尘（气体） 4．过滤 5．吸收——脱吸 6．锻烧、蒸发、烘烤 7．传热 . 废热锅炉. 热交换器. 8．反应 、发酵、菌种培养 9．流态化 制糖 晒盐： 流体输送、蒸发、结晶、离心分离、干燥等功能成分提取流程大豆分离蛋白啤酒生产工艺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%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(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） 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)=0.012321 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=11.005(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(kgf9.81N/kgf) /(cm210-4m2/cm2)=1.0339.81104 N/m2=1.0133105 N/m2=1.0133105Pa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=(1.4610-4/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单位，需经变换，使式中各符号的单位为：D---m2/s, p---Pa, T—K. 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=1.0133105 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]={ 1.4610-4/(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)} =1.4610- 4/{p’/([atm]1.0133105Pa/atm)}{T’/[[0R](1/1.8)K/0R]}5/2/ {T’/[[0R](1/1.8)K/0R]+441} D’/2.58110-5[m2/s]= {1.4610-4/(p’/1.0133105[Pa])}{(1.8T’/[K])5/2/(1.8T’/[K]+441)} 整理得 D’/[ m2/s]={1.65910-3/(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=(1.65910-3/p)[T5/2/(1.8T+441)]=(9.21710-4/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 P31 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/cm21atm=1.033kgf/cm2=760mmHg=10.33mH2O=1.0133bar=1.0133 105 Pa=0.101MPa 1ata(工程大气压)= 1kgf/cm2 =735.6mmHg=10.0mH2O=0.9807bar=9.807104 Pa 表压强 = 绝压 — 大气压 真空度 = 大气压 — 绝压① 注明 表压or 真空度 未注明为绝压 ！ ② 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P1WP2Z1Z2P0P2=W+P1=ρg(Z2-Z1)A+P1, 除A后得 p2= ρg(Z2-Z1)+p1 p2-p1= ρg(Z2-Z1) 面1上移至液面面2离液面距离为h则得 p=p0 + ρg 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：①.垂直 ②.相等 ③.同一水平面上相等液柱受力分析并推导 p = p0+ρgh h=（p - p0 ）/ ρg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+ρ1g h1+ρ2g 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 =(ρA –ρB)gR ， P1-P2 =(ρA–ρc )gR 例 2 ,3 液位的测量 例 4液封高度计算 例 5 D液封.swfp1111p2p1p2RRρBρBρAρCρAABABpA=p1+ ρBgR pB=p2+ ρAgR p1 -p2 = (ρA –ρB)gRpA=p1+ ρCg(R+H) pB=p2+ ρAgR + ρCgH) p1 -p2 = (ρA –ρC)gRHh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ρ1=800kg/m3，水层高度（指油、水界面与 小孔的距离）h2=0.6m，密度ρ2=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 pah1 B B’hh2A 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+ρ1g h1+ρ2g h2 pA´= pa+ρ2g h所以 pa+ρ1g h1+ρ2g h2 = pa+ρ2g h h=(8000.7+10000.6)/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 0P 7 4 36 5 2 1解：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内，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+ρig(Z0-Z1) 对3-4而言: p4=p3 即p4= p3= p2-ρg(Z4-Z2。