《化工原理复习提纲》PPT课件

一 、 流 体 的 主 要 物 理 性 质 1 密 度 、 相 对 密 度 和 比 体 积（ 1） 密 度 单 位 体 积 的 流 体 所 具 有 的 质 量 ，则 ： 单 位 ： kg/m3Vm(2)相 对 密 度 流 体 密 度 与 4 时 水 的 密 度 之 比 , 习 惯 称 为 比 重 。 符 号 ： d4 20 即 ： d4 20 = / 水 水 在 4 时 的 密 度 为 1000 /m 3， （ 3） 比 体 积 ,习 惯 称 为 比 容 。 符 号 ： ； 单 位 ：m3/kg。例 1:某 设 备 的 表 压 强 为 50kPa， 则 它 的 绝 对 压 强 为 kPa；另 一 设 备 的 真 空 度 为 360 mmHg柱 ， 则 它 的 绝 对 压 强为 mmHg柱 。 （ 当 地 大 气 压 为 101.33 kPa）已 知 某 溶 液 的 密 度 为 800kg/m3， 该 溶 液 的 比 体 积 为 m3/ kg，相 对 密 度 为 。 2. 压 强 的 表 示 方 法 绝 对 压 强 （ 绝 压 ） 、 表 压 强 （ 表 压 ） 、 真 空 度 压 强 的 单 位 及 其 换 算1 atm=101.3 kPa=1.033 kgf/cm2 =760mmHg =10.33mH2O 表 压 = 绝 对 压 强 （ 外 界 ） 大 气 压 强 真 空 度 =（ 外 界 ） 大 气 压 强 绝 对 压 强 例 2.已 知 大 气 压 为 100kPa， 若 设 备 内 的 表 压 强为 0.2MPa,设 备 内 的 绝 对 压 强 为 kPa； 如果 设 备 内 的 真 空 度 为 80kPa， 设 备 内 的 绝 对 压强 为 kPa。 例 3.已 知 当 地 大 气 压 为 750mmHg柱 ， 如 果 设 备内 的 表 压 为 200mmHg柱 ,则 设 备 内 的 绝 对 压 力 为 mmHg柱 。 U管 压 差 计 p1-p2=(指 -)Rg 微 差 压 差 计 gRpp CA 21 例 4、 水 在 如 图 所 示 的 水 平 变 径 管 路 中 作 稳 定 流 动 ， 已 知 粗 管内 直 径 为 200mm， 细 管 内 直 径 为 150mm， 水 在 粗 管 中 的 流 速 为1.5m/s。 在 粗 细 两 管 上 连 有 一 U形 管 压 差 计 ， 指 示 液 为 水 银 ，其 密 度 为 13600kg/m3。 水 的 密 度 为 1000kg/m3， 若 忽 略 阻 力 损失 ， 求 ： U形 管 两 侧 指 示 液 的 液 面 之 差 R为 多 少 mm。分 析 :先 求 水 在 细 管 中 的 流 速 和 1-1与 2-2两截 面 间 的 压 强 差 ； 再 根 据p 1-p2=(指 -)Rg求 得 U形 管 两 侧 指 示 液 的 液 面 差 R。 三 、 流 量 方 程 式1 流 量 （ 1） 体 积 流 量 ： 符 号 ： qv ， 单 位 ： m3/s或 m3/h。 mq m /VqV Vm qq 2 流 速 AqAqu mV 或 者uAq V Auqm 21221 dduu即 流 速 与 管 径 的 平 方 成 反 比 分 析 :对 于 刚 才 的 例 4， 水 在 细 管 中 的 流 速可 以 根 据 如 下 公 式 求 算 ：例 ： 管 路 由 直 径 为 57 3.5mm 的 细 管 ， 逐 渐 扩 大 到 108 4mm 的 粗 管 ，若 流 体 在 细 管 内 的 流 速 为 4m/s。 则 在 粗 管 内 的 流 速 为 。 四 、 柏 努 利 方 程 式 1kg： 损功 hpugzWpugz 22 222211 损功 HgpguzHgpguz 22221211 221N： （ 1） 若 0 损h 且 W功 = 0 时 常 数 Epugzpugz 22221211 22理 想 流 体 的 柏 努 利 方 程 即 ： 理 想 流 体 进 行 稳 定 流 动 时 ， 在 管 路 任 一截 面 处 流 体 的 总 机 械 能 是 一 个 常 数 。 （ 2） 若 W功 = 0 ； 且 0 损h流 体 自 然 流 动 时 损hEE 21即 ： 21 EE 流 体 自 发 流 动 时 ， 只 能 从 机 械 能 较 高 处 流向 机 械 能 较 低 处 ， （ 3） 若 u1=u2= 0 则 0 fh W功 = 0即 流 体 静 止 时 ： 2211 pgzpgz ghpp 12 )( 21 zzh 流 体 静 力 学 基 本 方 程 式 （ 4） 输 送 设 备 的 有 效 功 率单 位 时 间 内 液 体 从 输 送 机 械 中 获 得 的 有 效 能 量 。 gHqqWp vm 功功有 （ 1） 确 定 流 速 及 流 量 例 4.如 图 将 密 度 为 1840kg/m3的 溶 液 从 贮 槽 用 泵 打 到 20m高 处 。 已 知 泵 的 进 口 管 路 为 108mm 4mm， 溶 液 的 流速 为 1m/s。 泵 的 出 口 管 路 为 68mm 4mm， 损 失 压 头 为3m液 柱 。 试 求 泵 出 口 处 溶 液 的 流 速 和 所 需 的 外 加 压 头 。 例 5、 水 在 如 图 所 示 的 水 平 变 径 管 路 中 作 稳 定 流 动 ， 已 知 粗 管内 直 径 为 200mm， 细 管 内 直 径 为 150mm， 水 在 粗 管 中 的 流 速 为1.5m/s。 在 粗 细 两 管 上 连 有 一 U形 管 压 差 计 ， 指 示 液 为 水 银 ，其 密 度 为 13600kg/m3。 水 的 密 度 为 1000kg/m3， 若 忽 略 阻 力 损失 ， 求 ： U形 管 两 侧 指 示 液 的 液 面 之 差 R为 多 少 mm。分 析 :用 求 出 水 在 细 管 中 的 流 速 后 ， 在 1-1与 2-2两 截 面 间列 柏 努 利 方 程 可 求 压 强 差 ， 再 根 据p 1-p2=(指 -)Rg求 得 U形 管 两 侧 指 示 液 的 液 面 差 R。21221 dduu （ 1） 根 据 题 意 画 出 流 动 系 统 的 示 意 图 ， 标 明 流体 的 流 动 方 向 ， 定 出 上 、 下 游 截 面 ， 明 确 流动 系 统 的 衡 算 范 围 ；（ 2） 位 能 基 准 面 的 选 取 必 须 与 地 面 平 行 ； 宜 于 选 取 两 截 面 中 位 置 较 低 的 截 面 ； 若 截 面 不 是 水 平 面 ， 而 是 垂 直 于 地 面 ， 则 基准 面 应 选 过 管 中 心 线 的 水 平 面 。 （ 3） 截 面 的 选 取 与 流 体 的 流 动 方 向 相 垂 直 ； 两 截 面 间 流 体 应 是 稳 定 连 续 流 动 ； 截 面 宜 选 在 已 知 量 多 、 计 算 方 便 处 。（ 4） 各 物 理 量 的 单 位 应 保 持 一 致 ， 压 力 表示 方 法 也 应 一 致 ， 即 同 为 绝 压 或 同 为 表 压 （ 1） 做 图 并 正 确 选 取 截 面 ；（ 2） 列 方 程 式 并 简 化 方 程 ；（ 3） 代 入 已 知 条 件 ， 求 解 未 知 量 。 例 6 某 水 塔 塔 内 水 的深 度 保 持 3 m， 塔 底 与一 内 径 为 100mm的 钢 管连 接 ， 今 欲 使 流 量 为90 m3/h， 塔 底 与 管 出口 的 垂 直 距 离 应 为 多少 ？ 设 损 失 能 量 为196.2J/kg。 解 :取 塔 内 水 面 为 1-1 截 面 ,钢 管 截 面 为 2-2 面 ,以 钢 管 水 平 面 为 基 准 面 ,则 有 :z1=(x+3)m,u1=0,p1=p2=0(表 压 ),w=0,z2=0,u2=qv/A=90/(3600 x0.12x3.14/4)=3.2m/s, h损 =196.2J/kg,则 有 (x+3)X9.81=3.22/2+196.2X=17.52m答 :塔 底 与 管 出 口 的 垂 直 距 离 应 为 17.52m. 例 7、 附 图 所 示 为 洗 涤 塔 的 供 水 系 统 。 贮 槽 液 面 压 力为 100kPa（ 绝 压 ） ， 塔 内 水 管 与 喷 头 连 接 处 的 压 力为 320 kPa（ 绝 压 ） ， 塔 内 水 管 出 口 高 于 贮 槽 内 水 面20m， 管 路 为 57mm 2.5mm钢 管 ， 送 水 量 为 14m3/h，系 统 能 量 损 失 4.3m水 柱 ， 求 水 泵 所 需 的 外 加 压 头 。 练 习 ： 课 本 P40 1-7， 1-12， 1-16 1 雷 诺 实 验 （ 1） 流 体 的 两 种 流 动 类 型 层 流 （ 或 滞 流 ） 、 湍 流 （ 或 紊 流 ）流 动 类 型 判 定 依 据 雷 诺 准 数 Re2000时 ， 流 动 为 层 流 ， 此 区 称 为 层 流 区 ； Re4000时 ， 一 般 出 现 湍 流 ， 此 区 称 为 湍 流 区 ； 2000 Re 4000 时 ， 流 动 可 能 是 层 流 ， 也 可 能 是 湍流 ， 该 区 称 为 不 稳 定 的 过 渡 区 。 udRe 离 心 泵 的 工 作 原 理 （ 1） 工 作 前 ， 先 向 泵 壳 内 灌 满 水 （ 2） 启 动 电 机 （ 3） 排 液 （ 4） 吸 液 （ 5） 气 缚 现 象 特 点 ： 无 自 吸 能 力 注 意 :1.离 心 泵 启 动 时 应 关 闭 出 口 阀 ,离 心 泵 启 动 时 应 关闭 出 口 阀 ， 为 避 免 电 机 超 载 和 加 大 电 负 荷 ， 待 电 机 运 转 正常 后 ， 再 逐 渐 打 开 出 口 阀 调 节 所 需 流 量 ; 往 复 泵 启 动 时 应打 开 出 口 阀 。 离 心 泵 的 流 量 调 节 是 采 用 出 口 阀 门 调 解 ， 往复 泵 的 流 量 应 该 用 旁 路 调 解 。 2.离 心 泵 启 动 前 应 向 泵 内 灌 液 ， 否 则 将 发 生 气 缚 现 象 。 3.离 心 泵 的 实 际 安 装 高 度 不 能 大 于 其 允 许 安 装 高 度 ， 是 为了 避 免 气 蚀 现 象 的 发 生 。 4. 离 心 泵 的 扬 程 是 指 泵 对 单 位 重 量 液 体 所 提 供的 有 效 能 量 5. 离 心 泵 效 率 最 高 点 称 为 设 计 点 。 6. 通 风 机 性 能 表 上 所 列 出 的 风 压 是 指 全 风 压 。 7. 判 断 流 体 流 动 类 型 的 是 Re准 数 。 (1)降 尘 室 降 尘 室 结 构 ：第 四 章 非 均 相 物 系 的 分 离 气 体 入 室 减 速 颗 粒 沉 降 的 同 时 并 随 气 体 运 动颗 粒 沉 降 运 动 时 间 气 体 停 留 时 间 分 离 降 尘 室 的 生 产 能 力 ： 降 尘 室 单 位 时 间 所 处 理 的含 尘 气 体 的 体 积 流 量 。 符 号 ： qv 。颗 粒 在 降 尘 室 的 停 留 时 间 ：tuL颗 粒 沉 降 到 室 底 所 需 的 时 间 ： tt uH为 了 满 足 除 尘 要 求 ： t tv BLuq 降 尘 室 的 生 产 能 力降 尘 室 的 生 产 能 力 只 与 降 尘 室 的 沉 降 面 积 BL和颗 粒 的 沉 降 速 度 ut有 关 ， 而 与 降 尘 室 的 高 度 无 关 例 8:含 尘 气 体 通 过 长 4m， 宽 3m， 高 1m的 降尘 室 ， 已 知 颗 粒 的 沉 降 速 度 为 0.25m/s， 求降 尘 室 的 生 产 能 力 。 一 、 传 热 的 基 本 方 式热 传 导 、 热 对 流 、 热 辐 射tKAQ 二 、 传 热 速 率 方 程 无相变：有相变：若忽略热损失，则热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量 或或三 、 热 负 荷 和 载 热 体 用 量 的 计 算 t均的数值与流体流动情况有关。四 、 平 均 温 度 差 均tKAQ 用 传 热 速 率 方 程 式 计 算 换 热 器 的 传 热 速 率 时 ， 因 传热 面 各 部 位 的 传 热 温 度 差 不 同 ， 必 须 算 出 平 均 传 热温 度 差t均代 替t，即1.恒 温 传 热 时 的 平 均 温 度 差 t均 =T-t流 体 的 流 动 方 向 对 t无 影 响 。 2.变 温 传 热 时 的 平 均 温 度 差（1）单侧变温时的平均温度差 一侧流体变温时的温差变化 式中取t 1t 2取。 t 1和t 2取为传热过程中最除、最终的两流体之间温度差 在工程计算中，当 时，可近似采用算术平均值 （ 2） 双 侧 变 温 时 的 平 均 温 度 差工 厂 中 常 用 的 冷 却 器 和 预 热 器 等 ， 在 换 热 过 程 中 间 壁 的一 侧 为 热 流 体 ， 另 一 侧 为 冷 流 体 ， 热 流 体 沿 间 壁 的 一 侧流 动 ， 温 度 逐 渐 下 降 ， 而 冷 流 体 沿 间 壁 的 另 一 侧 流 动 ，温 度 逐 渐 升 高 。 式中取t 1t 2取。 t 1和t 2取为传热过程中最除、最终的两流体之间温度差 在工程计算中，当 时，可近似采用算术平均值 A、并流和逆流时的平均温度差 例 10.在 一 套 管 式 换 热 器 中 ， 内 管 为 57mm 3.5mm的 钢 管 ， 流 量 为 2500kg/h，平 均 比 热 容 为 2.0kJ/（ kg ） 的 热 流 体 在 内管 中 从 90 冷 却 至 50 ， 环 隙 中 冷 水 从 20被 加 热 至 40 ， 已 知 传 热 系 数 K值 为 200W/（ m2 ） ， 试 求 ： （ 1） 冷 却 水 用 量 ， kg/h；（ 2） 并 流 流 动 时 的 平 均 温 度 差 及 所 需 的 套管 长 度 ， m。课 本 练 习 5-5 练 习 ： 5-6、 5-9、 5-10 五 、 热 传 导 基 本 方 程 上 式 称 为 热 传 导 方 程 式 ， 或 称 为 傅 里 叶 定 律 。 把 上 式 改 写 成 下 面 的 形 式 式 中 为 导 热 过 程 的 推 动 力 。 为 单 层 平 壁 的 导 热 热 阻 。 W/（ mK） 或 W/（ m ) 导 热 系 数 的 意 义 是 ： 当 间 壁 的 面 积 为 1m2， 厚 度 为 1m， 壁 面 两 侧 的 温 度差 为 1K时 ， 在 单 位 时 间 内 以 热 传 导 方 式 所 传 递 的 热 量 。 显 然 ， 导 热 系 数 值 越 大 ， 则 物 质 的 导 热 能 力 越 强 。 各 种 物 质 的 导 热 系 数 通 常 用 实 验 方 法 测 定 。 一 般 来 说 ， 金 属 的 导 热 系 数最 大 ， 非 金 属 固 体 次 之 ， 液 体 的 较 小 ， 而 气 体 的 最 小 。 （ 1） 固 体 的 导 热 系 数 ;（ 2） 液 体 的 导 热 系 数 ;（ 3） 气 体 的 导 热 系 数 例 ： 空 气 、 水 、 铁 的 导 热 系 数 分 别 是 1、 2和 3， 其 大 小顺 序 是 123。 例 11.对 间 壁 式 换 热 器 ， 当 对 流 传 热 系 数 1 2时 ， 提 高 哪 一 个 值 对 传 热 更 有 利 ？这 时 壁 温 接 近 于 1侧 还 是 2侧 流 体 的 温 度 ？ 例 12. 某 间 壁 换 热 器 一 侧 通 过 的 流 体 为 热 水 ， 温 度 为 60 、 对 流 给热 系 数 1=250 W/m2 ， 器 壁 另 一 侧 为 空 气 ， 温 度 为 16 、对 流 给 热 系 数 2=1 W/m2 。 若 要 加 强 传 热 ， 采 取 下 列 措 施之 一 ， （ 1） 1增 大 1倍 ； （ 2） 2增 大 1倍 。 采 取 第 措 施 较 好 ， 理 由 是 。 换 热 器 壁 面 温 度 接 近 度 。 练 习 P126 5-15P113 例 题 5-9 蒸 发 操 作 :利 用 加 热 的 方 法 使 溶 液 中 的 部 分 溶 剂 汽 化 并 不 断 除 去 ， 以 提高 溶 液 中 溶 质 的 浓 度 或 得 到 纯 溶 质 的 操 作 .蒸 发 过 程 的 实 质 : 恒 温 传 热 .即 传 热 壁 面 一 侧 的 蒸 汽 冷 凝 与 另 一 侧 的 溶 液沸 腾 间 的 传 热 过 程 .蒸 发 过 程 中 引 起 温 度 差 损 失 的 原 因 有 （ 1） 溶 液 沸 点 升 高 （ 2） 液 柱 静 压 力 ，（ 3） 管 路 流 动 阻 力 。在 蒸 发 操 作 中 ， 溶 液 的 沸 点 升 高 与 溶 液 类 别 、 浓 度 及 压 强 都 有 关 一 、 蒸 馏 分 离 的 依 据液 体 混 合 物 各 组 分 挥 发 性 （ 沸 点 ） 的 差 异 。二 、 理 想 溶 液 的 汽 液 相 平 衡 关 系 拉 乌 尔 定 律 定 律 内 容 ： 对 于 完 全 互 溶 的 理 想 溶 液 ， 在 一 定 的 温 度 下 当 汽 液两 相 达 到 平 衡 时 ， 溶 液 上 方 汽 相 中 任 意 组 分 的 分 压 等 于 此 纯组 分 在 该 温 度 下 的 饱 和 蒸 汽 压 乘 以 其 在 液 相 中 的 摩 尔 分 数 。xpp 0 A组 分 ： AAA xpp 0B组 分 ： ABBBB xpxpp 100 泡 点 方 程 00 0BA BA pp ppx 露 点 方 程 pxpy AAA 0 两 条 线 ： 气 相 线 （ 露 点 线 ） 液 相 线 （ 泡 点 线 ）三 个 区 域 ： 液 相 区 、 气 液 共 存 区 、 气 相 区t-x-y图 构 成 例 13： 1.已 知 在 100 时 ， 纯 苯 的 饱 和 蒸 气压 为 =179.2kPa， 纯 甲 苯 的 饱 和 蒸 气 压 为=73.86kPa。 试 求 总 压 为 101.3kPa下 ，苯 -甲 苯 溶 液 在 100 时 的 汽 、 液 相 平 衡组 成 。 该 溶 液 为 理 想 溶 液 。 对 角 线 y=x 为 辅 助 曲 线 xy曲 线 上 各 点 具 有 不 同 的 温 度 ； 平 衡 线 离 对 角 线 越 远 ， 挥 发 性 差 异越 大 ， 物 系 越 易 分 离 。xxy )1(1 相 平 衡 方 程 例 14.若 苯 甲 苯 混 合 液 中 含 苯 0.4（ 摩 尔 分 数 ） ， 试 根 据 下图 求 ： （ 1） 该 溶 液 的 泡 点 温 度 及 其 平 衡 蒸 汽 的 瞬 间 组 成 ； （ 2） 将 该 溶 液 加 热 到 100 ， 这 时 溶 液 处 于 什 么 状 态 ？ 各 相组 成 分 别 为 多 少 ？ （ 3） 将 该 溶 液 加 热 到 什 么 温 度 才 能 全 部 气 化 为 饱 和 蒸 汽 ?这时 蒸 汽 的 瞬 间 组 成 为 多 少 ？ 液 体 多 次 部 分 汽 化 同 时进 行 汽 体 多 次 部 分 冷 凝 。 汽 相 ： 自 下 而 上 易 挥 发 组分 浓 度 逐 渐 增 大 。 液 相 ： 自 上 而 下 难 挥 发 组分 浓 度 逐 渐 增 大 。 温 度 ： 自 上 而 下 逐 渐 增 大 。 精 馏 段 的 作 用 ： 自 下 而 上 逐 步 增 浓 气 相 中 的 易挥 发 组 分 ， 以 提 高 产 品 中 易 挥 发 组 分 的 浓 度 。 提 馏 段 的 作 用 ： 自 上 而 下 逐 步 增 浓 液 相 中 的 难挥 发 组 分 ， 以 提 高 塔 釜 产 品 中 难 挥 发 组 分 的 浓度 。 所 以 ， 精 馏 塔 在 操 作 中 ， 塔 顶 得 到 的 是 较 纯 的 易挥 发 组 分 ； 塔 底 得 到 的 是 较 纯 的 难 挥 发 组 分 。 WD WF xx xxFD )( F, xF D, xDW, xW WDF WxDxFx WDF WD FD xx xxFW )( （ 1） 精 馏 段 操 作 线 方 程 Dnn DxLxVy DLV 1 Dnn xDLDxDL Ly 1 令 ： DLR 回 流 比111 RxxRRy Dnn 精 馏 段 操 作 线 方 程 其 意 义 ： 表 示 在 一 定 的 操 作 条 件 下 ， 精 馏 段 内 自 任意 第 n块 板 下 降 液 相 组 成 xn与 其 相 邻 的 下 一 块 （ 即n+1） 塔 板 上 升 蒸 汽 组 成 y(n+1)之 间 的 关 系 。 精 馏 段 操 作 线 :当 R, D, xD为 一 定 值 时 ,该 操 作 线 为 一 直 线 。斜 率 : VL1RR截 距 : 1 DRx y x1DRx xD操 作 线 为 过 点 a（ x D， xD ） 及 点 c（ 0， xD /(R+1)）的 一 条 直 线 。 Wmm WxyVxL WVL 1 wm wmm xWLWxWLL xVWxVLy 1提 馏 段 操 作 线 方 程 其 意 义 ： 表 示 在 一 定 的 条 件 下 ， 提 馏 段 内自 任 意 第 m块 塔 板 下 降 液 相 组 成 xm与 其 相 邻的 下 一 块 （ 即 m+1） 塔 板 上 升 蒸 汽 组 成 ym+1之 间 的 关 系 。 11 qxxqqy Fqq q线 方 程 或 进 料 方 程在 x-y 相 图 上 是 通 过 点 e( xF ,xF )的 一 条 直 线 ，其 斜 率 为 1qq 例 15.连 续 精 馏 塔 的 操 作 线 方 程 如 下 ： 精 馏 段 y=0.73x+0.26 提 馏 段 y=1.32x-0.024 试 求 ： 原 料 液 、 馏 出 液 和 釜 残 液 的 组 成 及回 流 比 （ 泡 点 进 料 ） 。 练 习 7-5 7-7 7-8 7-10