南京科技旅游资源评价及其开发管理模式

化工原理（单元操作）主讲：诸爱士课程介绍1.名称2.课时：72（60+12）+54（42+12）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Wkg料液1000kg/h20%KNO3蒸发器Skg/h50%KNO3结晶器结晶产品Pkg/h4%水Rkg/h37.5%KNO3确定计算基准，以题给1000kg/hKNO3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/hW=791.7kg/h2）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+208.3S(0.50)=R(0.375)+P(1-0.04)解得R=766.6kg/hS=974.9kg/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2321kJ/s=23.2kW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=320K教案1例3单位换算已知，1atm=1.033kg/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=9.81N1cm2=10-4m2因此1atm=1.033kg/cm2=1.033(kgf9.81N/kgf)/(cm210-4m2/cm2)=1.0339.81104N/m2=1.0133105N/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]=0.3048m,1h=3600s,1atm=1.0133105N/m2,10R=1/1.8K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.P0℃760mmHgmv,pMTpRTTp12121:imiaaal1122:;,mmiimmiipMgMMyRT1.1.2压强P8单位atm,Pa,mmHg,mH2O,kgf/cm21atm=1.033kgf/cm2=760mmHg=10.33mH2O=1.0133bar=1.0133105Pa=0.101MPa1ata(工程大气压)=1kgf/cm2=735.6mmHg=10.0mH2O=0.9807bar=9.807104Pa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②p0与温、湿、地位及海拔有关。PpA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)+p1p2-p1=ρg(Z2-Z1)面1上移至液面面2离液面距离为h则得p=p0+ρgh1.1.3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+ρghh=（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+ρ1gh1+ρ2gh2例11.1.4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测压2.swfP1-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液封.swf0pphgp1111p2p1p2RRρBρBρAρCρAABABpA=p1+ρBgRpB=p2+ρAgRp1-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.papah1BB’hh2AA’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+ρ1gh1+ρ2gh2pA´=pa+ρ2gh所以pa+ρ1gh1+ρ2gh2=pa+ρ2ghh=(8000.7+10000.6)/1000=1.16m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。Pa0P7436521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)对5-6而言:p6=p4+ρig(Z4-Z5)锅炉内的蒸汽压强为:p7=p6-ρg(Z7-Z6)p=pa+ρig(Z0-Z1)+ρig(Z4-Z5)-ρg(Z4-Z2)-ρg(Z7-Z6)则蒸汽的表压为：p-pa=ρig(Z0-Z1+Z4-Z5)-ρg(Z4-Z2+Z7-Z6)=136009.81（2.1-0.9+2.0-0.7）-10009.81（2.0-0.9+2.5-0.7）=3.05105Pa=305KPa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ρA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ρA为920kg/m3，指示液C是煤油，密度ρC为850kg/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:p1-p2≈ρAgR（气体密度很小可忽略）用微差压计测量气体的压强差时:p1-p2=(ρA´-ρC)gR´换用微差压计后，所测得的压强差并没有变化，即(p1-p2)不变则R´=ρAR/(ρA´-ρC)式中R=12mm,ρA=1000kg/m3，ρA´=920kg/m3，ρC=850kg/m3则R´=121000/(920-850)=171mm读数可提高到原来的171/12=14.3倍。教案2例4液位测量用远距离测量液位的装置来测量贮罐内对硝基氯苯的液位，其流程如图，自管口通入压缩氮气，用调节阀调节其流量，管内氮气的流速控制得很小，只要在鼓泡观察器内看出有气泡缓慢逸出即可，因此，气体通过吹气管4的流动阻力可以忽略，管内某截面上的压强用U管压差计来测量，压差计读数R的大小，反映出贮罐内液面的高度。现已知U管压差计的指示液为水银，其上读数R=100mm，罐内对硝基氯苯的密度ρ=1250kg/m3，贮罐上方与大气相通，试求罐中液面离吹气管出口的距离为h若干?鼓泡式液位测量装置示意图.swfpa压缩氮气bRpahaH解：由于吹气管内氮气的流速很小，且管内不能存有液体，故可以认为管子出口a处与U管压差计b处的压强近似相等，即pa≈pb,ρN2小，Δhab忽略若与用表压强表示，根据流体静力学基本方程式得:pa=ρghpb=ρHggR所以h=RρHg/ρ=13600100/1250=1.09m教案2例5液封高度计算某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过10.7103Pa（表压），需在炉外装有安全液封（又称水封）装置，其作用是