化工原理化學(xué)系第04講

1、作業(yè)題思考題：這種流程有什么弊端？如何改進(jìn)？試畫出流程圖。在上述參數(shù)不變的情況下，再計(jì)算改進(jìn)流程的晶體產(chǎn)量。在生產(chǎn)KNO3的過(guò)程中，20 %(M/M，即質(zhì)量百分比)的KNO3溶液以1000kg/h的流量進(jìn)入一蒸發(fā)器，在422K下蒸發(fā)掉部分水分，得到50%(M/M)的溶液。然后，進(jìn)入結(jié)晶器，在311K下結(jié)晶，得到96 %(M/M)的晶體作為產(chǎn)品取出，母液濃度為37.5。試計(jì)算晶體產(chǎn)品量（連續(xù)進(jìn)料穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)）。蒸發(fā)器結(jié)晶器miciwmococeme母液作業(yè)題蒸發(fā)器結(jié)晶器miciwmococememrcrmr, cr物料衡算步驟及要點(diǎn)1、物流圖 2、確定衡算范圍 3、確定衡算對(duì)象 4、統(tǒng)一計(jì)算單位5

2、、確定衡算基準(zhǔn)第四講 流體流動(dòng) 單元演習(xí)及測(cè)驗(yàn)受力平衡與能量守恒流體靜力學(xué)方程伯努利方程連續(xù)性方程流體受力表面力質(zhì)量力：重力、慣性力法向力：壓力等切向力：摩擦力、剪力能量機(jī)械能熱力學(xué)能：內(nèi)能動(dòng)能位能靜壓能一. 流體的受力與能量二、流體靜力學(xué)基本方程(1). 靜壓強(qiáng)僅與流體的密度和垂直位置有關(guān);(2). 連續(xù)、均一、靜止、不可壓縮流體內(nèi)，任一點(diǎn)的壓強(qiáng)等于液面壓強(qiáng)與液面到該點(diǎn)液柱高度所產(chǎn)生的壓強(qiáng)。(4). 連續(xù)、均一、靜止不可壓縮流體內(nèi)任一點(diǎn)的位能和靜壓能之和為定值。(3). gz表示單位質(zhì)量流體所具有的位能; p/為單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能；1. 流體靜力學(xué)基本方程遵循以下原則和步驟：a. 尋

3、找連續(xù)、均一的流體水平面，以水平面為基準(zhǔn)，確定壓差相同的位置。b. 分別依據(jù)流體靜力學(xué)方程求得基準(zhǔn)水平面上的壓力表達(dá)式。c. 列等式，求解。2.流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用1) U型測(cè)壓管ihRAPa12依據(jù)流體靜力學(xué)方程知：P1P2p1=gh + pAp2=igR + pagh + pA igR + papA igR + pa ghp（表）igR gh若i遠(yuǎn)大于，則有：p（表）igR3.靜力學(xué)方程的應(yīng)用壓力的測(cè)量測(cè)PA2) U型管壓差計(jì)ABZAZBR12p1=p2p1=pA+gZAp2=pB+g(ZBR)+ igR1. ZBZA ， pA pB= (i )gR2. 若壓差一定，減小(i )可增大R；

4、3. 若 i遠(yuǎn)大于 ， pA pB= i gR3. 靜力學(xué)方程的應(yīng)用壓力的測(cè)量pA pB=g(ZBZA)+ (i )gR測(cè)PA-PB若傾斜一定角度，R？RR3) 微壓差計(jì)pApBRhiZ12p1 = p2p1=pA+gZp2=pB+g(Z-R+h)+ igR若di遠(yuǎn)小于d，則有：pA-pB= (i- ) gR3. 靜力學(xué)方程的應(yīng)用壓力的測(cè)量pA-pB=gh+ (i- ) gR雙液型壓差計(jì)4)復(fù)式壓差計(jì)例：P Z4Z3332211Z2Z1HgpaZ0如右圖所示壓差計(jì)，紅色為Hg，藍(lán)色代表水。已知：Z0=1.8m Z1=0.7m Z2=2.0m Z3=0.9m Z4=2.5m，求表壓解：依據(jù)流體靜

5、力學(xué)方程，知：圖上所標(biāo)等高面11，22，33上的壓力分別相等，則有：上面兩式對(duì)應(yīng)相加，并整理得：3. 靜力學(xué)方程的應(yīng)用壓力的測(cè)量測(cè)P-Pa1. 液封高度計(jì)算液封的目的就是防止氣體外瀉。4. 流體靜力學(xué)原理的其他應(yīng)用例如，在鍋爐生產(chǎn)蒸汽的過(guò)程中，往往需要監(jiān)測(cè)鍋爐內(nèi)的壓力，采用如右圖所示的裝置，為防止測(cè)壓管內(nèi)的指示液噴出，往往需要測(cè)壓管有足夠的高度，這就在測(cè)壓的同時(shí)起到了液封的作用。例如，鍋爐內(nèi)的最大壓強(qiáng)為2atm，求測(cè)壓管的最小高度。解：為保證鍋爐內(nèi)壓力最大時(shí)，指示液不會(huì)噴出，需要使測(cè)壓管保證如圖所示的最小高度R。依流體靜力學(xué)方程，有：PARP流體靜力學(xué)原理的其他應(yīng)用2.流體流向判斷兩容器直徑分

6、別為D=1000mm，d=400mm，容器1上方維持不變的真空度100mmHg，容器2為敞口容器。當(dāng)閥門F關(guān)閉時(shí)，兩容器內(nèi)水面高度分別為Z1=2.5m，Z2=1.5m。試問(wèn)：1. 當(dāng)閥門打開(kāi)時(shí)，兩液面能否維持不變？2. 若不能維持原狀，重新達(dá)到平衡時(shí)，液面高度如何變化？DdFZ1Z212對(duì)于流動(dòng)方向的判斷，應(yīng)當(dāng)屬于流體靜力學(xué)問(wèn)題。對(duì)于這道題，首先假定閥門打開(kāi)后，液位維持不變，根據(jù)容器1的壓力參數(shù)求解容器2的虛擬壓力參數(shù)。根據(jù)靜力學(xué)方程，有：而：顯然，假設(shè)不能成立，流體要有流動(dòng)產(chǎn)生。從靜力學(xué)方程可以看出，要增加Z1-Z2的值，才能使p2趨進(jìn)p2，即流體由2向1流動(dòng)。DdFZ1Z212p1p2當(dāng)達(dá)

7、到平衡時(shí)，根據(jù)流體靜力學(xué)方程，應(yīng)當(dāng)有：代入數(shù)據(jù)后，有：又根據(jù)質(zhì)量守恒，有：流出2的流體質(zhì)量流入1的流體質(zhì)量列等式，有：聯(lián)立兩式，解得：三、伯努利方程 有效壓頭 位壓頭 動(dòng)壓頭 靜壓頭 壓頭損失單位重量流體所具有的能量(J/N, m液柱)：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體所具有的能量(J/kg)：解題步驟1. 解決測(cè)壓及流動(dòng)類問(wèn)題的方法：測(cè)壓部分采用靜力學(xué)方程。流體流動(dòng)部分采用伯努利方程求解。 2. 利用伯努利方程求解流動(dòng)問(wèn)題的步驟： 1). 首先畫出流體流動(dòng)簡(jiǎn)圖，標(biāo)注已知量和所求量。 2). 沿流體流動(dòng)方向，確定上游11截面和下游22截面。要求截面與流向垂直，截面間流體連續(xù)，截面上已知參數(shù)盡可能多。 3). 選擇

8、位能基準(zhǔn)面。通常以位置較低的截面作為基準(zhǔn)面。 4).從上游到下游列伯努利方程，能量單位要一致。 5). 求解。液體從高位槽流下，槽內(nèi)液面恒定不變，管口和液面均為大氣壓。當(dāng)液體在管中的流速為1m/s，損失能量為20J/kg，求液面離管口的高度？1122Z例題1解：如圖所示，沿流動(dòng)方向取1-1、2-2截面(出口內(nèi)側(cè))，列伯努利方程，有：有：1122Z例題2 如圖所示，。所有管路直徑d=0.1m，輸送水流量V=84.82 m3/h。水在塔前段管內(nèi)摩擦損失wf=10 J/kg，噴頭內(nèi)壓強(qiáng)較塔內(nèi)高0.02Mpa。水流入下水道的摩擦損失忽略不計(jì)，離心泵總效率 =65%。試求：泵輸入功率N=？離心泵輸入功率

9、的計(jì)算1m1m1m5m0.2m截面的選擇至關(guān)重要解題思路：其中，m為輸送流體的質(zhì)量流率,可由輸水量求得；we為離心泵在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)單位質(zhì)量流體做的功，需由伯努利方程求得。 為泵和電機(jī)的總效率、 已知。電機(jī)功率如圖示，選截面1-1 , 2-2 ,位能基準(zhǔn)為地平面，表壓為準(zhǔn)。列式塔內(nèi)流體不連續(xù)，可分段處理。解：分析NNe ms 、we? 同時(shí)，塔內(nèi)壓強(qiáng) pA及速度u未知需列三個(gè)方程。1122 P2 (pA) 、u2未知據(jù)連續(xù)性方程 再選截面3-3、4-411223344，有u3=u40代入前面式得：we=91 J/kg單元測(cè)驗(yàn)右圖所示，水由高位槽經(jīng)管道從噴嘴流出，已知d1=125mm，d2=100mm，噴嘴d3=75mm，壓差計(jì)讀數(shù)為80mmHg，若忽略阻力損失，求H和pA(表壓)80mmd1d2d3pAH例題3如右圖所示管線，A點(diǎn)接一U型壓差計(jì)，指示液為水，管內(nèi)流體密度為800kg/m3，當(dāng)閥門全關(guān)時(shí)，讀數(shù)R1為300mm，閥門開(kāi)啟后，讀數(shù)R2為100mm。若管內(nèi)流體可視為理想流體，管內(nèi)流速為多少？分析：1.靜力學(xué)分析： 未開(kāi)閥門前，選擇5-5為基準(zhǔn)面，可以用Z，R表示出P3；選擇1-1和3-3截面，也可以表示出P3； 開(kāi)閥門后，選擇測(cè)壓計(jì)等壓面為基準(zhǔn)面，用Z和R