化工原理教学ppt课件

1化工原理主讲：韩永霞辅导：杨敏2参考书*教材*谭天恩等，《化工原理》*天大，姚玉英主编《化工原理》*南京化工，赵汝溥等编《化工原理》*清华《化工原理》*丛德滋等编《化工原理示例与练习》*姚玉英主编《化工原理例题与习题》3*《化工原理》及《化学反应工程》公式例解测验*清华，周荣琪等编《化工原理学习指引》*TQ02H96《化工原理学习指导》TQ02-44H5《化工原理学习指导》TQ022.1H2《化工流体流动与传热》TQ0270《化工原理操作型问题的分析》4）弯一下？2）泵—类型？结构？原理？修好？80-2化工过程与单元操作（1）化工生产过程“原料→化学反应器→（中间）产品”前处理后处理9（2）单元操作*物料的输送*沉降*过滤*流态化*加热与冷却*蒸发*气体吸收*液体蒸馏*固体干燥*液液萃取*膜分离100-3《化工原理》课程（1）内容*基础理论——流体力学、传热学、传质学基础*若干典型单元操作11（2）性质属技术基础课（3）作用*单元操作知识与有关的基础理论知识*掌握分析与解决工程问题的方法论120-4单位制与单位换算★(1)CGS制（物理单位制）厘米-克-秒制(2)MKS制（绝对单位制）米-千克-秒制(3)工程单位制米-公斤（力）-秒13(4)SI制（国际单位制）以MKS制基础基本单位：长度——米（m)质量——千克(kg)时间——秒(s)温度——开尔文(k)物质的量——摩尔(mol)14重要导出单位：力——F=ma；N压强——P=F/面积；N/m2Pa能量、功、热——F×距离；N.mJ功率——功/时间；J/sW比热——热/质量·温度；J/kg.K单位换算？15单位换算换算因数：1in.=25.4mm1614.251mmin1in.=25.4mminmm14.2511714.251mmin1in.=25.4mminmm14.25118换算因数？----彼此相等而各有不同单位的两个物理量之比。纯数119【例】已知1atm=1.033kgf/cm2,试将此压强换算为SI单位。解：1kgf=9.81N1m=100cm∴1atm=1.033kgf/cm2221100181.9033.1mcmkgfNcmkgf20222110000181.9033.1mcmkgfNcmkgf=1.013×105N/m2210-5物料衡算★——质量守恒原理的具体应用（1）确定控制体——即进行衡算的空间范围22（2）确定衡算基准——1s或1h（3）列出衡算式mi-mo=ma对于连续生产：mi-mo=0230-6能量衡算★机械能、热量、电能、化学能等统称为能量。依据--------能量守恒定律。重点——热量衡算衡算式：式中Qi——随物料进入控制体的热量，kJ或kW;Qo——随物料离开控制体的热量，kJ或kW;QL——向控制体周围散失的热量，kJ或kW。QLQoQi24也可写成：式中W——物料的质量，kg或kg/s；H——物料的焓，kJ/kg。适用于间歇过程（kJ)、连续过程（kW)LoiQ(WH))(WH25方法：（1）确定控制体（范围）（2）确定衡算基准由于焓是相对值，故应（3）指明基准温度，基准状态。通常以0°C、液态为基准。（4）列出衡算式26[例]在换热器里将平均比热为3.56kJ/(kg.°C)的某溶液自25℃加热到80℃，溶液流量为1.0kg/s。加热介质为120℃的饱和水蒸汽，其耗量为0.095kg/s,蒸汽冷凝成同温度的饱和水排出。求此换热器的热损失占蒸汽供热的百分数。25°C溶液1.0kg/s80°C溶液1.0kg/s120°C饱和水蒸汽120°C饱和水27解：由P364附录查出120°C饱和水蒸汽的焓值为2708.9kJ/kg,120°C饱和水的焓值为503.67kJ/kg.基准：s控制体：25°C溶液1.0kg/s120°C饱和水蒸汽120°C饱和水80°C溶液1.0kg/sQ2Q1Q3Q4QL28作热量衡算：随物料带入换热器的总热量：Qi=Q1+Q2其中：Q1=0.0952708.9=257.3kWQ2=13.56(25-0)=89kW∴Qi=257.3+89=346.3kW随物料带出换热器的总热量：Qo=Q3+Q429其中：Q3=0.095503.67=47.8kWQ4=13.56(80-0)=284.8kW∴Qo=47.8+284.8=332.6kW由Qi=Qo+QL∴QL=Qi-Qo=13.7kW30∴热量损失百分数==6.54%%100*8.473.2577.1331绪论小结•化工原理在学科体系的地位与作用•化工过程与单元操作•《化工原理》课程•单位制与单位换算•物料衡算•能量衡算32第一章流体流动1.1概述1.1.1流体——气体和液体特性：（1）流动性（2）压缩性分类:(1)不可压缩流体：液体；（若P,t变化小，气体）(2)可压缩流体：实际流体，气体331.1.2几个物理名词(1)密度——kg/m3重度——kgf/m3,其数值同密度。比容——m3/kg,密度的倒数。(2)流量——有两种a.体积流量qv——m3/s,m3/h；b.质量流量qm——kg/s，kg/h；qm=qv(3)流速(u)——m/s341.1.3流体流动中的作用力(1)体积力(质量力)重力:G=mg=ρgV离心力:muT2/r=ρVuT2/r(2)表面力压力:表面的力压强:剪力://表面的力剪应力:351.1.4牛顿粘性定律实验性定律，是通过实验得出的江面流速分布示意图36在圆管中流动的流体选相邻两薄圆筒流体（1，2）进行分析37实验证明，对于一定流体，内摩擦力F′……...dyduAFdyduAF''dyduAF')(A38——剪应力,N/m2；——速度梯度；——粘度或动力粘度。式（A）----牛顿粘性定律一句话，即流体内部所受的剪应力与速度梯度成正比。AF'dydu39（1）流体分类：★牛顿型流体★非牛顿型流体非﹑﹑﹑﹑﹑有三种：①塑性流体②假塑性流体③涨塑性流体许多高分子溶液、涂料、泥浆等属于非牛顿型流体。40（2）流体在圆管内的速度分布a.粘性流体（µ‡0）——实际流体b.理想流体（µ=0）41（4）影响粘性的因素a.温度实验表明:t,g,l原因：气体粘性分子热运动液体粘性分子引力b.压强影响很小42（5）粘度——衡量流体粘性大小的物理量单位？据牛顿粘性定律：1Pa.S=1000mPaS112msmdydumNSPa43物理单位制中：1P（泊）=100cP（厘泊）1cP=10-3Pa.S=1mPa.S另：/=运动粘度44（6）流体流动中的机械能位能：mgz,Jgz,J/kg动能：mu2/2,Ju2/2,J/kg压强能：mP/,JP/,J/kg实际流体粘性内摩擦力机械能损失输送机械做功451.2流体静力学46弯一下？等问题471.2流体静力学研究静止或相对静止状态的流体……1.2.1流体静力学基本方程A任取481.2.1.1受力分析水平方向：相互抵消垂直方向：上端面的总压力:P1=p1A下端面的总压力:P2=p2A重力：G=Vg=g(Z1-Z2)AZ1Z2GP1P2P049∵液柱静止∴P1+G-P2=0p1A+g(Z1-Z2)A-p2A=0p1+g(Z1-Z2)-p2=0移项：p2=p1+g(Z1-Z2)（1）50若液柱的上端面取在容器的液面，P0,液柱高h,则：p2=p0+gh将式（1）移项：p2+gZ2=p1+gZ1（2）式（2）/：——静力学基本方程)3....(..........2211gzpgzp51∵液柱是任取的：∴对任意两点1和2：)3....(..........2211gzpgzp常数gZp2211gzpgzp12z2z1521.2.1.2几个概念(1)等压面由式(3)(静力学基本方程):当Z1=Z2,1=2p1=p2即(相对)静止的,连续连通的同一种流体(1=2),同一水平面上的压强相等,这样的水平面称为等压面.换句话说,即静压强仅与垂直位置有关,而与水平位置无关.53.CBAABC54(2)压强能与位能P/的单位:故称P/为压强能gZ的单位:故称gZ为位能kgJkgmNmkgmN.//32kgJkgmNgZMM.55这说明：静止的流体具有位能和压强能，两项能量总和恒为常量。若位能小，则P/大；反之若gZ大，则P/小。说明位能和压强能可以相互转换，但总能量守恒。561.2.2压强（1）压强的表示方法A.以PaB.工程上以液柱高度mH2O柱,mmHg柱换算关系：571atm(标准大气压）=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O1at(工程大气压）=1kgf/cm2=9.807104Pa=10mH2O58(2)压强的基准A.绝对真空——绝对压强B.大气压表压（正压）压力表真空度（负压，吸力）真空表0Pa大气压PP1P2绝表真绝590Pa大气压PP1P2绝表真绝P表=P绝-Pa；P真=Pa-P绝；则P表=-P真；注意：P要同一基准。601.2.3流体静力学的应用1.2.3.1压强测量（1）U形管压差计指示液：水银；甘油；水；CCl4等指示液i被测流体61取等压面ab(兼基准面)即Pa=Pb据静力学基本方程:Pa=P1+gZ1Pb=P2+g(Z2-R)+igR62Pa=P1+gZ1Pb=P2+g(Z2-R)+igR整理:(P1+gZ1)-(P2+gZ2)=(i-)gR(P1+gZ1)-(P2+gZ2)=(i-)gR“P1”-”P2”=(i-)gR虚拟压强差63“P1”-”P2”=(i-)gR结论:U形压差计测得的读数R是两点的虚拟压强差.64注意:(1)当管道水平,Z1=Z2,则P1-P2=(i-)gR压差(i-)越小……65(2)指示液△测液体:用Hg或CCl4△测气体:水+染料且∵gi(水）故(i-)iP1-P2=igR66(3)测任一处的压强一端通大气,P2=PaP1-Pa=(i-)gRP1表=(i-)gR(4)其它微差/倒U形/斜管…...671.2.3.2液位测量(1)玻璃管液面计68(2)远距离测量液位P75,习题269小结:1.2流体静力学1.2.1流体静力学基本方程P1/+gZ1=P2/+gZ2等压面;总势能;虚拟压强1.2.2压强______表示方法基准1.2.3静力学应用__________（虚拟）压强（差）测量液位测量70711.3流体流动中的守恒原理1.3.1质量守恒1.3.1.1概念(1)流量体积----:qv,m3/s,m3/h质量----：qm,kg/s,kg/h72(2)流速平均----:m3/(m2s)=m/s质量----:kg/(m2s)uAAuAqAqGvmAquv73(3)定态与非定态流动A.定态流动u,P,qvf()B.非定态流动u,P,qv=f()741.3.1.2质量守恒方程1122u1u2qm1qm275qm1=qm2∵qm=qv=uAu1A11=u2A22对不可压缩流体：不变：u1A1=u2A21221AAuu76对圆管：24dA22221144dudu21221dduu771.3.2机械能守恒J/kg:位能：gz;压强能：P/;动能：u2/21.3.2.1理想流体的机械能守恒无粘性，在流动过程中无摩擦损失。78791kg流体：对不可压缩流体：1=2=即：常数柏努利方程222221121122PugZPugZ1