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1、化工原理（上）,绪论,1本课程的性质和内容,1)性质：化工原理是在高等数学、物理学、物理化学等课程的基础上开设的一门技术基础课程，属工程学科，具有工程性和实用性,应用范围广。,2）内容：把原材料加工成有价值产品的过程。,一个化工生产过程所包括的步骤分为两类：一是化学反应过程二是单元操作过程：化工生产中基本的物理处理过程。,单元操作特点：1）.都是物理操作。2）.都是化工生产过程中共有的操作。3）.用于不同化工生产过程的同一单元操作，其原理相同，所用设备亦通用。,化工单元操作的目的是：物料的输送；物料物理状态的改变；混合物料的分离。,三传理论：动量；热量；质量一反：化学反应,2 单位制与单位换算
2、,1）单位制,7个基本量：长度:m；时间:s；质量:kg；电磁强度:A(安培)；发光强度:cd(烛光)；物质的量:mol(摩尔)；热力学温度:K。2个辅助量：平面角:rad(弧度)；立体角:sr(球面度)。特点：1.通用性；2.一贯性。,2）单位换算,.物理量：由一种单位换算成另一种单位时，量本身并不变化，只是数值要变化，换算时要乘或除以两单位间的换算因数。换算因数：如；1m100cm，则换算因数为100cm/m 或0.01m/cm例0-1：已知1atm=1.033kgf/cm2,试用Pa表示。解：查附录1知：1kgf=9.81N,1cm2=10-4m2换算因数：9.81N/kgf,10-4m
3、2/cm2,3）经验公式(数字公式),借助实验或半实验、半理论的方法处理得到的公式。它只反映各有关物理量之间的数字关系，每个符号只代表物理量的数字部分，而这些数字又与特定单位对应。因此，使用经验公式时，各物理量必须采用指定单位。经验公式的单位换算，也可采用换算因数将规定单位换算成所要求单位。例0-2:水蒸汽在空气中扩散系数为：,式中：D扩散系数，ft2/h；P压强，atm；T兰氏温度，oR。试将式中各符号单位换算成 D:m2/s；P:Pa；T:K,3 物料衡算 遵循质量守恒定律,通式：GiGo+GA 适用于：1.任何指定的空间范围；2.过程所涉及的全部变化：无化学变化；混合物任一组分都符合此通
4、式；有化学变化：各元素符合此通式；3.间歇、连续操作：间歇操作：GA0连续操作：GA0,物料衡算的步骤：,1.绘简图：方框表设备，箭头表输入输出物流方向，箭头旁注明条件。2.定基准：间歇操作：以一批物料为基准；连续操作：以单位时间为基准。3.划范围：其边界要与待计算的物流相交4.列算式：总物料衡算式，1个某组分物料衡算式，N-1个,物料衡算举例,例0-1:已知原料液流量为1000kg/h，含20KNO3，进入蒸发器，蒸出水分W kg/h，浓缩液为S kg/h，含KNO350进入结晶器，结晶产品为P kg/h，含96KNO3，循环母液R kg/h，含37.5KNO3，回到蒸发器再循环，求W,S,
5、P,R各为多少kg/h？,解：1.绘简图：,2.定基准：1h,3.划范围：范围I，II，III见图,4.列算式：方框I：总物料：1000=W+PKNO3组分:10000.2=W0+P0.96,W=791.7 kg/hP=208.3 kg/h,方框II：总物料：S=P+RKNO3组分:S0.5=P0.96+R0.375,S=974.8 kg/hR=766.5 kg/h,4 热量衡算 遵循能量守恒定律,热量衡算通式：Qi=Qo+Q(wH)i=(wH)o+Q,1物料所具有的热量由显热与潜热两部分组成，称为焓(H，kJ/kg)。焓值为一相对值，且与状态有关，所以热量衡算时必须规定基准温度和基准状态，通
6、常基准选273K液态(即此时H)。2热量除了伴随物料进出系统外，还可通过设备外壳、管壁由系统向外界散失或由外界传入系统，只要系统与外界存在温度差，就有热量的散失或传入，称热损失QL。,热量衡算举例,例0-2:在换热器中将平均比热为3.56kJ/(kg.)的某种溶液自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，其消耗量为0.095kg/s，蒸汽冷凝成同温度的饱和水后排出。试计算换热器的热损失占水蒸汽所提供热量的百分数。,3.划范围：以换热器为衡算范围,4.列算式：查附录九：120饱和水蒸汽H=2708.9kJ/kg，120饱和水H=503.67kJ/kg，则：1.03
7、.56(25-0)+0.0952708.9=1.03.56(80-0)+0.095503.67+QL,换热器,QL=13.70 kW,水蒸汽提供热量：Q=0.095(2708.9-503.67)209.5 kW,热损失百分数13.70/209.5=6.54,本章总结,掌握单元操作与化工生产过程的概念掌握物料衡算、热量衡算、单位制与单位换算了解本课程的性质、任务与内容,第一章 流体流动,1.0 概述：流体：气体和液体的统称。流体的特性：流动性；无固定形状，随容器的形状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。流体流动规律在化工生产中的应用：解决流体的输送问题；压力、流速、流量的测量；为强化设备能力
8、提供适宜的条件。,1.1.1 流体的密度,定义：单位体积流体所具有的质量称为密度，用表示，单位kg/m。其表达式：,密度为流体的物性参数，随温度、压力而变化。1.纯气体的密度气体的密度与温度和压力有关。一般当压力不太高、温度不太低的情况下，可按理想气体处理。这样，纯气体的密度计算公式为：,1.1 流体的物理性质,1).根据状态方程计算,上标“”表查的状态无上标表操作状态,下标“0”表标准状态无下标表操作状态,2).根据标准状态计算,3).根据操作状态计算,2 气体混合物的平均密度,对理想气体，各组分混合前后质量不变，则1m3混合液体的质量等于各组分单独存在时的质量之和。即混合气体的密度m可按下
9、式计算：m=yii 式中：yi组分i在混合物中的体积分率(质量分率)；i组分i单独存在时密度，kg/m3。,仿照纯气体密度的计算：,式中：Mm混合物平均分子量，g/kmol。Mm=Miyi Mi组分i的分子量，kg/kmol；yi组分i的摩尔分率。,3.纯液体的密度液体的密度一般只随温度而变化，压力的影响可忽略不计。纯液体的密度可从有关手册中查取。4 液体混合物的平均密度对理想溶液，各组分混合前后体积不变，则1kg混合液体的体积等于各组分单独存在时的体积之和。即混合液体的密度m可按下式计算：1/m=ai/i 式中：ai组分i在混合物中的质量分率；i组分i单独存在时密度，kg/m3。,1.1.2
10、 流体的粘性和理想流体,1 牛顿粘性定律流体具有的特性：一方面，具有流动性，即无固定形状，在外力作用下其内部产生相对运动。另一方面，在运动的状态下，流体还具有抗拒内在向前运动的特性，称为粘性。这两方面是互为矛盾的两方面。粘性的存在使得流体流过固体壁面时，对壁面有粘附力作用，因而形成了一层静止的流体层。同时由于流体内部分子间的相互作用，静止的流体层对与其相邻的流体层的流动有着约束作用，使其流速变慢，这种约束作用随壁面远离而减弱，这种流速的差异造成了流体内部各层之间的相对运动。,2、流体的黏度,FSu/y,实验证明，对于一定的液体，内摩擦力F与两流体层的速度差u成正比，与两层之间的垂直距离y成反比,与两层间的接触面积S成正比,即:,=F/S=u/y,
