化工生產(chǎn)基礎(chǔ)知識(shí)最終版

化工生產(chǎn)基礎(chǔ)知識(shí)吳云龍2011年10月12/11/20221目錄第一部分化工生產(chǎn)概論

第一節(jié)化學(xué)工業(yè)第二節(jié)化工生產(chǎn)過(guò)程的定義和特點(diǎn)第三節(jié)化工生產(chǎn)過(guò)程的基本組成規(guī)律第四節(jié)化工生產(chǎn)過(guò)程的有關(guān)基本概念12/11/20222第二部分化工基本操作第一節(jié)流體輸送第二節(jié)混合物的分離第三節(jié)傳熱第四節(jié)蒸發(fā)第五節(jié)液體的精餾第六節(jié)氣體吸收第七節(jié)干燥第八節(jié)制冷12/11/20223第三部分有機(jī)化學(xué)工業(yè)

第一節(jié)前言第二節(jié)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)第三節(jié)有機(jī)化學(xué)主要產(chǎn)品12/11/20224第四部分己二酸產(chǎn)品及生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介

第一節(jié)己二酸分子式和結(jié)構(gòu)式第二節(jié)己二酸物理性質(zhì)第三節(jié)己二酸用途第四節(jié)己二酸生產(chǎn)方法第五節(jié)本公司己二酸項(xiàng)目生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)原理第六節(jié)己二酸的三種主要原料來(lái)源12/11/20225《化工生產(chǎn)基礎(chǔ)》第一部分化工生產(chǎn)概念第一節(jié)化學(xué)工業(yè)一、化學(xué)工業(yè)的定義以天然物質(zhì)或其他物質(zhì)為原料，通過(guò)化學(xué)方法和物理方法，使其結(jié)構(gòu)、形態(tài)發(fā)生變化，生成新的物質(zhì)，制成生產(chǎn)資料和生活資料的工業(yè)，稱為化學(xué)工業(yè)。12/11/20226二、化學(xué)工業(yè)的重要性1、化學(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要部門2、化學(xué)工業(yè)和人民生活息息相關(guān)3、人類正面臨著資源、能源、環(huán)境等危機(jī)，解決這些的根本途徑也有賴于化學(xué)工業(yè)4、核能的利用為解決能源危機(jī)開(kāi)辟了廣闊前景，但核能工業(yè)和化學(xué)工業(yè)的關(guān)系非常密切?；瘜W(xué)工業(yè)上述的作用要通過(guò)化工生產(chǎn)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。12/11/20227第二節(jié)化工生產(chǎn)過(guò)程一、化工生產(chǎn)過(guò)程的定義化工生產(chǎn)過(guò)程（又稱：化工工藝過(guò)程）主要指原材料進(jìn)入化工生產(chǎn)裝置，經(jīng)過(guò)物理方法和化學(xué)方法的加工到制成合格產(chǎn)品的過(guò)程?；どa(chǎn)過(guò)程對(duì)化工企業(yè)創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富起著決定性作用，是構(gòu)成化工企業(yè)的主體。12/11/20228二、化工生產(chǎn)過(guò)程的四個(gè)特點(diǎn)1、化工生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)性和間接性化工生產(chǎn)過(guò)程是通過(guò)一定的工藝流程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，屬于流程型生產(chǎn)。工藝流程指的是以反應(yīng)設(shè)備為骨干，由系列單元設(shè)備通過(guò)管路串聯(lián)組成的系統(tǒng)裝置。

流程型生產(chǎn)一般具有連續(xù)性和間接性：12/11/20229（1）連續(xù)性體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①空間的連續(xù)性，生產(chǎn)過(guò)程是一條連鎖式的生產(chǎn)線，各個(gè)工序緊密相聯(lián)，首尾串通，無(wú)論哪個(gè)工序失調(diào)，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。②時(shí)間的連續(xù)性，生產(chǎn)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，晝夜不停，各個(gè)班次緊密銜接，無(wú)論哪班出故障，都會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的正常運(yùn)行。12/11/202210（2）間接性性體現(xiàn)在操作作人員一般般不和物料料直接接觸觸，生產(chǎn)過(guò)過(guò)程在密閉閉的設(shè)備內(nèi)內(nèi)進(jìn)行，對(duì)對(duì)物料的運(yùn)運(yùn)行看不見(jiàn)見(jiàn)，摸不著著，操作人人員要借助助管道識(shí)別別物料，靠靠檢測(cè)儀表表、分析化化驗(yàn),了解解生產(chǎn)情況況,用儀表表和計(jì)算機(jī)機(jī)控制生產(chǎn)產(chǎn)運(yùn)行.12/6/2022112、、生生產(chǎn)產(chǎn)技技術(shù)術(shù)的的復(fù)復(fù)雜雜性性和和嚴(yán)嚴(yán)密密性性（1））復(fù)復(fù)雜雜性性化工工的的工工藝藝流流程程多多數(shù)數(shù)比比較較復(fù)復(fù)雜雜,當(dāng)當(dāng)今今的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)化化學(xué)學(xué)正正朝朝著著大大型型化化和和高高度度自自動(dòng)動(dòng)化化發(fā)發(fā)展展；；而而應(yīng)應(yīng)用用化化學(xué)學(xué)工工業(yè)業(yè)正正朝朝著著精精細(xì)細(xì)化化、、專專用用化化、、高高性性能能和和深深加加工工發(fā)發(fā)展展。。（2））嚴(yán)嚴(yán)密密性性由于于化化工工反反應(yīng)應(yīng)對(duì)對(duì)其其應(yīng)應(yīng)具具備備的的條條件件要要求求非非常常嚴(yán)嚴(yán)格格，，每每種種產(chǎn)產(chǎn)品品都都有有一一套套嚴(yán)嚴(yán)密密的的工工藝藝流流程程，，必必須須嚴(yán)嚴(yán)格格執(zhí)執(zhí)行行，，否否則則不不僅僅制制造造不不出出合合格格產(chǎn)產(chǎn)品品，，還還會(huì)會(huì)造造成成事事故故。。12/6/202212（3））原原料料、、產(chǎn)產(chǎn)品品和和工工藝藝的的多多樣樣性性化工工生生產(chǎn)產(chǎn)可可以以用用不不同同原原料料制制造造同同一一產(chǎn)產(chǎn)品品，，也也可可用用同同一一原原料料制制造造不不同同產(chǎn)產(chǎn)品品。?；すぎa(chǎn)產(chǎn)品品一一般般都都有有兩兩種種以以上上的的生生產(chǎn)產(chǎn)工工藝藝。。即即使使用用同同樣樣原原料料制制造造同同一一產(chǎn)產(chǎn)品品，，也也常常有有幾幾種種不不同同的的工工藝藝流流程程。。（4））安安全全生生產(chǎn)產(chǎn)極極端端重重要要化工工生生產(chǎn)產(chǎn)一一般般具具有有高高溫溫高高壓壓、、易易燃燃易易爆爆、、有有毒毒有有害害的的特特點(diǎn)點(diǎn)，，這這些些特特點(diǎn)點(diǎn)決決定定了了化化工工生生產(chǎn)產(chǎn)中中安安全全的的機(jī)機(jī)器器重重要要性性。。學(xué)習(xí)化化工生生產(chǎn)知知識(shí)，，要特特別注注重學(xué)學(xué)習(xí)掌掌握安安全生生產(chǎn)的的知識(shí)識(shí)和技技能。。12/6/202213第三節(jié)節(jié)化化工工生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)程程的基基本組組成規(guī)規(guī)律一、基基本組組成規(guī)規(guī)律主主要有有三條條第一、、化工工生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)程程是由由若干干單元元操作作和單單元反反應(yīng)等等基本本加加工過(guò)過(guò)程構(gòu)構(gòu)成的的，他他們?nèi)缛缤どa(chǎn)過(guò)過(guò)程的的構(gòu)件件；第二、、化工工生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)程程是由由原料料的預(yù)預(yù)處理理、化化學(xué)反反應(yīng)和和反應(yīng)應(yīng)產(chǎn)物物加工工這三三個(gè)基基本步步驟構(gòu)構(gòu)成的的；第三、、化工工生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)程程貫穿穿著兩兩種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，，即物物質(zhì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換和和能量量轉(zhuǎn)換換。12/6/202214二、、單單元元操操作作和和單單元元反反應(yīng)應(yīng)1、、單單元元操操作作和和單單元元反反應(yīng)應(yīng)的的定定義義在化化工工生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程中中，，具具有有共共同同的的特特點(diǎn)點(diǎn)，，遵遵循循共共同同的的物物理理學(xué)學(xué)和和化化學(xué)學(xué)規(guī)規(guī)律律，，所所用用設(shè)設(shè)備備相相似似，，作作用用相相同同的的基基本本加加工工過(guò)過(guò)程程稱稱為為單單元元操操作作或或單單元元反反應(yīng)應(yīng)。。其其中中：：具有有物物理理變變化化特特點(diǎn)點(diǎn)的的基基本本加加工工過(guò)過(guò)程程成成為為單單元元操操作作（（也也稱稱物物理理過(guò)過(guò)程程））具有有化化學(xué)學(xué)變變化化特特點(diǎn)點(diǎn)的的基基本本加加工工過(guò)過(guò)程程成成為為單單元元反反應(yīng)應(yīng)（（也也稱稱單單元元過(guò)過(guò)程程或或化化學(xué)學(xué)過(guò)過(guò)程程））。。12/6/202215舉例例說(shuō)說(shuō)明明：：尿素素產(chǎn)產(chǎn)品品的的生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程示示意意如如下下：：液氨氨→→液氨氨泵泵→預(yù)熱熱→合?吸收→循環(huán)氣氣CO2→→壓縮→成→分離→過(guò)濾→蒸發(fā)?循環(huán)液液造粒尿素產(chǎn)品品合成原料的預(yù)預(yù)處理化學(xué)反應(yīng)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物物加工12/6/2022162.常用用的單元元操作單元操作作和單元元反應(yīng)為為數(shù)并不不多，加加起來(lái)不不過(guò)幾十十種，但但它們能能組合成成各種各各樣的化化工生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)程，，就像26個(gè)英英文字母母能組成成無(wú)數(shù)的的單詞和和詞句一一樣。常用的單單元操作作有18種，見(jiàn)見(jiàn)下表：：12/6/202217類別名稱作用設(shè)備舉例流體流動(dòng)過(guò)程流體輸送液體輸送把液體物料從一處輸送到另一處泵氣體輸送把氣體物料從一處輸送到另一處風(fēng)機(jī)氣體壓縮提高氣體壓力，克服輸送阻力壓縮機(jī)非均相物系分離沉降用沉降的方法把懸浮顆粒從液體或氣體中分離出來(lái)沉降機(jī)過(guò)濾用多孔物質(zhì)阻擋固體顆粒，使之從氣體或液體中分離出來(lái)過(guò)濾機(jī)離心分離在離心力作用下，分離懸浮液或乳濁液離心機(jī)固體流態(tài)化用流體使大量固體顆粒懸浮而具有流體特點(diǎn)流化床反應(yīng)器12/6/202218傳熱過(guò)程傳熱使物料升溫、降溫或改變相態(tài)

換熱器蒸發(fā)用氣化的方法，使非揮發(fā)性物質(zhì)的稀溶液濃縮成較濃的溶液

蒸發(fā)器結(jié)晶使溶質(zhì)成為晶體，從溶液中析出結(jié)晶器傳質(zhì)過(guò)程蒸餾通過(guò)氣化和冷凝將液體混合物分離精餾塔吸收用液體吸收劑將氣體混合物分離吸收塔萃取用液體萃取劑將液體混合物分離萃取塔干燥一般指用加熱氣化的方法除去固體物料所含水分干燥器12/6/202219熱力過(guò)程冷凍將物料溫度降到比常溫低的操作冷凍循環(huán)裝置機(jī)械過(guò)程粉碎在機(jī)械外力作用下，使固體顆粒變小粉碎機(jī)篩分將固體顆粒分為大小不同的部分網(wǎng)形篩固體輸送把固體物料從一處輸送到另一處皮帶運(yùn)輸機(jī)說(shuō)明：(1)流體體流動(dòng)過(guò)程程的單元操操作遵循流體動(dòng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律律進(jìn)行的操操作過(guò)程，，如液體輸輸送、氣體體輸送、氣氣體壓縮、、過(guò)濾、沉沉降等。12/6/202220(2)熱熱量傳遞遞過(guò)程的的單元操操作遵循熱量量傳遞規(guī)規(guī)律進(jìn)行行的操作作過(guò)程，，也叫傳傳熱過(guò)程程，如傳傳熱、蒸蒸發(fā)等。。(3)質(zhì)質(zhì)量傳遞遞過(guò)程的的單元操操作物質(zhì)從一一個(gè)相轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移到另另一個(gè)相相的操作作過(guò)程，，也叫傳傳質(zhì)過(guò)程程，如蒸蒸餾、吸吸收、萃萃取等。。(4)熱熱力過(guò)程程的單元元操作遵循熱力力學(xué)原理理進(jìn)行的的單元操操作，如如冷凍等等。(5)機(jī)機(jī)械過(guò)程程的單元元操作靠機(jī)械加加工或機(jī)機(jī)械輸送送的單元元操作，，如粉碎碎、固體體輸送等等。12/6/202221三、結(jié)論論化工生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)程的的表現(xiàn)形形式是由由若干操操作和單單元反應(yīng)應(yīng)串聯(lián)組組成的一一套工藝藝流程，，通過(guò)三三個(gè)步驟驟（即〈〈1〉原原料預(yù)處處理；〈〈2〉化化學(xué)反應(yīng)應(yīng)；〈3〉反應(yīng)應(yīng)產(chǎn)物加加工。）），進(jìn)行行兩種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換（即即物質(zhì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換與能能量轉(zhuǎn)換換），將將化工原原料制成成化工產(chǎn)產(chǎn)品。12/6/202222第四節(jié)化化工生產(chǎn)過(guò)程程的有關(guān)基本本概念一、相和相相變化工生產(chǎn)過(guò)程程有化學(xué)變化化和物理變化化物理變化有相相變和非相變變之分，如結(jié)結(jié)晶、溶解、、蒸發(fā)等操作作，物質(zhì)的相相態(tài)發(fā)生了變變化，屬于相相變，粉碎、、篩分等操作作，只改變形形態(tài)，沒(méi)有相相態(tài)的變化，，屬于非相變變。12/6/202223二、下面介紹紹有關(guān)相和相相變的基本概概念1、系統(tǒng)和環(huán)環(huán)境為了研究和計(jì)計(jì)算的方便，，人們常將研研究的部分從從周圍事物中中劃分出來(lái)，，作為研究的的對(duì)象。被劃分出來(lái)的的部分稱為系系統(tǒng)（也叫體體系、物系、、系）。系統(tǒng)以外與系系統(tǒng)有關(guān)的物物質(zhì)和空間稱稱為環(huán)境（也也叫外界）。。系統(tǒng)可以是一一個(gè)產(chǎn)品的整整個(gè)流程，也也可以是一個(gè)個(gè)工序，一個(gè)個(gè)設(shè)備。12/6/2022242、相相和相相數(shù)系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)的物物質(zhì)，，具有有相同同物理理性質(zhì)質(zhì)和相相同化化學(xué)性性質(zhì)的的并且且完全全均勻勻的部部分，，稱為為相。。系統(tǒng)中中相的的數(shù)目目，稱稱為相相數(shù)。。例如一一杯水水，杯杯中各各部分分的水水都具具有相相同的的物理理性質(zhì)質(zhì)和化化學(xué)性性質(zhì)，，就整整杯水水來(lái)說(shuō)說(shuō)，他他們性性質(zhì)是是均勻勻的。。因此此，若若以水水為系系統(tǒng)，，不論論水量量多少少，它它為一一相。。如果果杯中中有幾幾塊冰冰，雖雖然水水和冰冰有共共同的的化學(xué)學(xué)性質(zhì)質(zhì)，但但在水水和冰冰的界界面上上其物物理性性質(zhì)發(fā)發(fā)生了了突變變，若若以水水和冰冰為系系統(tǒng)，，它就就是兩兩相。。顯然然，若若以水水、冰冰和水水面上上的氣氣體為為系統(tǒng)統(tǒng)，它它就是是三相相。12/6/202225確定混混合物物相的的數(shù)目目，主主要看看其組組成是是否均均勻。。組成成均勻勻的是是一相相，稱稱單相相混合合物；；否則則就是是多相相，稱稱為多多相混混合物物。氣體混混合物物無(wú)論論有幾幾種氣氣體組組成，，一般般是均均勻的的，所所以是是一相相。液體混混合物物中，，如果果幾種種液體體是完完全互互溶的的，就就是一一相。。例如如酒精精的水水溶液液是一一相。。如果果幾種種液體體不是是完全全互溶溶的，，就不不是一一相。。例如如水和和油混混合在在一起起是兩兩相。。12/6/202226固體混混合物物一般般情況況只是是摻和和，無(wú)無(wú)論粉粉碎的的多么么細(xì)，，其組組成也也不均均勻，，所以以每種種固體體各自自成為為一相相。一種物物質(zhì)可可以有有多個(gè)個(gè)相，，水、、冰和和水蒸蒸氣就就是水水的三三相。。12/6/2022273、、相相變變和和相相平平衡衡物質(zhì)質(zhì)從從一一個(gè)個(gè)相相轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變到到另另一一個(gè)個(gè)相相的的過(guò)過(guò)程程稱稱為為相相變變過(guò)過(guò)程程。。當(dāng)外外界界條條件件變變化化時(shí)時(shí)，，才才會(huì)會(huì)發(fā)發(fā)生生相相變變。。如如水水凝凝結(jié)結(jié)成成冰冰，，冰冰融融化化成成水水，，水水汽汽化化成成水水蒸蒸氣氣，，水水蒸蒸氣氣凝凝結(jié)結(jié)成成冰冰，，都都是是相相變變過(guò)過(guò)程程。。12/6/202228相變規(guī)律律在化工工生產(chǎn)中中得到廣廣泛應(yīng)用用，人們們常常為為了生產(chǎn)產(chǎn)的需要要，有意意識(shí)的促促使物質(zhì)質(zhì)發(fā)生相相變。例例如，將將輕油為為原料生生產(chǎn)氨，，必須先先將液態(tài)態(tài)的輕油油氣化，，才能同同水蒸氣氣發(fā)生轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化反應(yīng)應(yīng)。許多多氣體混混合物的的分離，，必須在在液相的的情況下下進(jìn)行。。例如，，空分制制氧和氮氮的工藝藝。如果兩個(gè)個(gè)以上的的相共存存，在較較長(zhǎng)時(shí)間間內(nèi)，從從表面上上看沒(méi)有有任何物物質(zhì)在各各相之間間傳遞時(shí)時(shí)，可以以認(rèn)為這這些相之之間已達(dá)達(dá)到平衡衡，稱為為相平衡衡。12/6/202229二.過(guò)程程的平衡衡關(guān)系和和過(guò)程速速率化學(xué)工程程中所說(shuō)說(shuō)的“過(guò)過(guò)程”有有其特定定的含義義：當(dāng)系系統(tǒng)發(fā)生生變化時(shí)時(shí)，發(fā)生生變化的的經(jīng)過(guò)視視為過(guò)程程?；すどa(chǎn)中中的每一一種物理理變化或或化學(xué)變變化，每每一種單單元操作作或單元元反應(yīng)，，都可視視為過(guò)程程。研究究過(guò)程的的規(guī)律，，目的是是使過(guò)程程的進(jìn)行行有利于于生產(chǎn)。。平衡關(guān)關(guān)系和過(guò)過(guò)程速率率就是其其中兩條條重要規(guī)規(guī)律。12/6/2022301、過(guò)程程的平衡衡關(guān)系過(guò)程的平平衡關(guān)系系是指任任何過(guò)程程都在變變化著，，都是在在一定條條件下由由不平衡衡向平衡衡狀態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化。平平衡狀態(tài)態(tài)是變化化的極限限。例一：蒸蒸發(fā)和凝凝結(jié)的平平衡，如如在一個(gè)個(gè)密閉容容器內(nèi)液液體，蒸蒸發(fā)和凝凝結(jié)處于于動(dòng)態(tài)平平衡。例二：可可逆反應(yīng)應(yīng)。12/6/2022312、過(guò)過(guò)程速速率過(guò)程速速率是是單位位時(shí)間間內(nèi)過(guò)過(guò)程進(jìn)進(jìn)行的的變化化量。。如傳傳熱過(guò)過(guò)程的的速率率是單單位時(shí)時(shí)間內(nèi)內(nèi)傳遞遞的熱熱量；；傳質(zhì)質(zhì)過(guò)程程的速速率是是單位位時(shí)間間內(nèi)傳傳遞的的質(zhì)量量。任何過(guò)過(guò)程速速率都都與過(guò)過(guò)程的的推動(dòng)動(dòng)力成成正比比，與與過(guò)程程的阻阻力成成反比比?？煽捎靡砸韵禄娟P(guān)關(guān)系式式表示示:過(guò)程速速率=12/6/202232過(guò)程的的推動(dòng)動(dòng)力是是指直直接導(dǎo)導(dǎo)致過(guò)過(guò)程進(jìn)進(jìn)行的的動(dòng)力力。如如流體體流動(dòng)動(dòng)過(guò)程程的推推動(dòng)力力是壓壓差或或位差差，傳傳熱過(guò)過(guò)程的的推動(dòng)動(dòng)力是是冷熱熱流體體的溫溫度差差，吸吸收過(guò)過(guò)程的的推動(dòng)動(dòng)力是是濃度度或分分壓差差。過(guò)程的的阻力力因素素，與與過(guò)程程的性性質(zhì)、、操作作條件件都有有關(guān)系系。提高過(guò)過(guò)程速速率的的途徑徑是加加大過(guò)過(guò)程的的推動(dòng)動(dòng)力和和減少少過(guò)程程的阻阻力。。研究究怎樣樣加大大過(guò)程程推動(dòng)動(dòng)力和和減少少阻力力，是是提高高產(chǎn)品品收率率的關(guān)關(guān)鍵問(wèn)問(wèn)題。。12/6/202233三、、化化工工生生產(chǎn)產(chǎn)常常用用的的量量和和單單位位1、、法法定定計(jì)計(jì)量量單單位位由國(guó)國(guó)家家依依法法令令形形式式規(guī)規(guī)定定允允許許使使用用的的單單位位叫叫法法定定計(jì)計(jì)量量單單位位。。它它是是在在1984年年由由中中華華人人民民共共和和國(guó)國(guó)國(guó)國(guó)務(wù)務(wù)院院公公布布實(shí)實(shí)施施的的中國(guó)國(guó)的的法法定定計(jì)計(jì)量量單單位位是是以以國(guó)國(guó)際際單單位位制制（（英英文文縮縮寫寫SI））為為基基礎(chǔ)礎(chǔ)，，并并根根據(jù)據(jù)本本國(guó)國(guó)實(shí)實(shí)際際情情況況以以適適當(dāng)當(dāng)選選用用了了一一些些非非國(guó)國(guó)際際單單位位所所構(gòu)構(gòu)成成的的。。12/6/2022342、、化化工工生生產(chǎn)產(chǎn)常常用用的的法法定定計(jì)計(jì)量量單單位位（1））化化工工常常用用的的5種種SI基基本本單單位位①長(zhǎng)長(zhǎng)度度基本本單單位位是是米米（（m）），，其其倍倍數(shù)數(shù)和和分分?jǐn)?shù)數(shù)單單位位有有千千米米(Km)、、厘厘米米（（cm））、、毫毫米米（（mm））②時(shí)時(shí)間間基本本單單位位是是秒秒（（s））。。國(guó)國(guó)家家選選定定的的SI之之外外時(shí)時(shí)間間單單位位還還有有分分（（min））、、﹝﹝小小﹞﹞時(shí)時(shí)（（h））、、天天（（日日，，d））12/6/202235③質(zhì)量（法定定計(jì)量單位有有3種）千克（公斤，，kg），是是基本單位克（g）及其其部分倍數(shù)和和分?jǐn)?shù)單位，，如兆克（Mg）、毫克克（mg）等等噸（t）及其其倍數(shù)單位④熱力學(xué)溫度度基本單位是開(kāi)開(kāi)﹝爾文﹞（（K）與攝氏溫度t（℃）的關(guān)關(guān)系K=273.16+℃⑤物質(zhì)的量基本單位是摩摩爾（mol），其倍數(shù)數(shù)、分?jǐn)?shù)單位位有kmol、mmol等。12/6/202236（2）化工生生產(chǎn)常用法定定計(jì)量單位見(jiàn)見(jiàn)表（25種種）量的名稱量的符號(hào)SI單位SI值外法定計(jì)量單位單位名稱單位符號(hào)單位名稱單位符號(hào)長(zhǎng)度L；l米m

時(shí)間t秒s分[小]時(shí)天（日）minhd質(zhì)量m千克（公斤）kg噸t熱力學(xué)單位T開(kāi)[爾文]K

物質(zhì)的量n摩[爾]mol

12/6/202237力F牛[頓]N

壓力，壓強(qiáng)p帕[斯卡]Pa

能[量]功熱[量]FWQ焦[耳]J千瓦[特小]時(shí)

功率P瓦[特]W

面積A平方米㎡

體積V立方米m3升L速度υ米每秒m/s

密度ρ千克每立方米kg/cm3

相對(duì)密度d

1

粘度η(μ)帕[斯卡]秒Pa·s

12/6/202238體積流量qv立方米每秒m3/s

比熱容c千焦[耳]每千克開(kāi)[爾文]kg/(m.K)

導(dǎo)熱系數(shù)λ瓦[特]每米開(kāi)[爾文]W/(m.K)

傳遞系數(shù)K瓦[特]每平米開(kāi)[爾文]W/(㎡.K)

摩爾質(zhì)量M千克每摩[爾]kg/(㎡.k)

B的質(zhì)量濃度ρB千克每立方米kg/m3克每升g/LB的[物質(zhì)的量]濃度CB；[B]摩[爾]每立方米mol/m3摩[爾]每升mol/LB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωB

1

B的摩爾分?jǐn)?shù)xB，（yB）

1

B的體積分?jǐn)?shù)φB

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12/6/2022393、常常用單單位換換算法定計(jì)量單位不應(yīng)使用的單位量的單位單位名稱單位符號(hào)單位名稱單位符號(hào)單位制與法定計(jì)量單位的換算長(zhǎng)度米m英尺英寸Ftin英制1ft=0.3048m1in=25.4mm時(shí)間秒s1min=60s1h=3600s1d=86400s12/6/202240質(zhì)量千克（公斤）噸kgt(103kg)市斤kg.s2/m市制工程1市斤=500g1kg.s2/m=9.81kg熱力學(xué)溫度攝氏度開(kāi)爾文攝氏度K℃物質(zhì)的量摩爾mol克分子克當(dāng)量按當(dāng)量粒子相當(dāng)于mol力牛頓N千克力達(dá)因kgfdyncgs1kgf=9.81N1dyn=10-5N12/6/202241壓力壓強(qiáng)帕斯卡Pa(N/m2)千克每平方厘米kgf/m2cgs1kgf/m2=9.81×104Pa公斤每平方米kg/m2工程1kg/m2=9.81Pa毫米水柱mmH2O1mmH2O=9.81Pa毫米汞柱mmHg1mmHg=133.32Pa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓atm1at,=101.3Pa12/6/202242能量能量焦耳J/(N.m)千克米kgf.mcgs1kgf.m=9.81J卡cal1cal=4.1868J功率瓦特W公斤米每秒kg.m/s工程1kg.m/s=9.81W密度克每立方厘米g/cm3質(zhì)量熱容焦耳每千克卡爾文J/kg.k千卡每公斤攝氏度kcal/kg.℃工程1kcal/kg.℃=4.2kJ/kg.K12/6/202243四.物料料計(jì)算和和能量計(jì)計(jì)算化工生產(chǎn)產(chǎn)貫穿著著物料轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換和能能量轉(zhuǎn)換換。準(zhǔn)確確地掌握握這兩種種轉(zhuǎn)換的的數(shù)量關(guān)關(guān)系，就就要進(jìn)行行物料衡衡算和能能量衡算算?；すぴO(shè)計(jì)必必須要進(jìn)進(jìn)行物料料衡算和和能量衡衡算，它它是設(shè)計(jì)計(jì)的重要要依據(jù)。。而化工工生產(chǎn)管管理和化化工操作作，也應(yīng)應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的物物料衡算算和能量量衡算，，通常稱稱其為物物料計(jì)算算和能量量計(jì)算，，它是生生產(chǎn)管理理和班組組核算的的重要內(nèi)內(nèi)容。依依次可以以判定操操作優(yōu)劣劣，分析析經(jīng)濟(jì)效效益，提提供工藝藝數(shù)據(jù)，，為嚴(yán)密密地控制制生產(chǎn)運(yùn)運(yùn)行打下下基礎(chǔ)。。12/6/2022441、質(zhì)量量守恒，，物料計(jì)計(jì)算物料衡算算的依據(jù)據(jù)是質(zhì)量量守恒定定律，即即化學(xué)反反應(yīng)中，，反應(yīng)物物的質(zhì)量量總和等等于生成成物的質(zhì)質(zhì)量總和和。這個(gè)定律律用于化化工生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)程，，可表述述為：任任何一個(gè)個(gè)生產(chǎn)過(guò)過(guò)程，其其原料消消耗量應(yīng)應(yīng)為產(chǎn)品品量與物物料損失失量之和和。輸入的物物料質(zhì)量量=輸出出的物料料質(zhì)量+損失物物料的質(zhì)質(zhì)量上述這個(gè)個(gè)公式是是物料衡衡算（物物料計(jì)算算）的通通式。12/6/202245物料衡算的的步驟，按按以下六步步進(jìn)行：（1）分析析題意。（2）畫示示意圖將輸入、輸輸出的所有有物料逐個(gè)個(gè)標(biāo)在圖上上，用箭頭頭表示方向向。（3）選擇擇系統(tǒng)系統(tǒng)中應(yīng)包包括盡可能能多的已知知量和盡可可能少的未未知量。如如果系統(tǒng)選選擇得恰當(dāng)當(dāng)，可以很很簡(jiǎn)便地求求出解來(lái)。。否則會(huì)使使求解復(fù)雜雜化，甚至至求不出解解。選定系系統(tǒng)后，在在圖上用虛虛線畫出方方框表示，，虛線表示示邊界。12/6/202246（4））選定定衡算算對(duì)象象和基基準(zhǔn)衡算對(duì)對(duì)象就就是對(duì)對(duì)哪種種物料料進(jìn)行行衡算算?；鶞?zhǔn)可可以是是一定定的時(shí)時(shí)間，，也可可以是是一定定質(zhì)量量的物物料。。整個(gè)個(gè)計(jì)算算必須須依據(jù)據(jù)同一一基準(zhǔn)準(zhǔn)。（5））寫出出物料料平衡衡方程程式，，并計(jì)計(jì)算，，求解解。（6））列出出物料料平衡衡表，，并用用平衡衡表驗(yàn)驗(yàn)算。。12/6/20224712/6/202248注意點(diǎn)：：①物料衡衡算題，，應(yīng)按以以上步驟驟進(jìn)行。。②計(jì)算時(shí)時(shí)用的單單位應(yīng)統(tǒng)統(tǒng)一。③物料衡衡算是質(zhì)質(zhì)量的衡衡算，物物料衡算算方程式式只能用用質(zhì)量單單位，不不能用體體積單位位。應(yīng)用舉例例：含有60%（質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)）乙醇醇的溶液液，以每每小時(shí)1000Kg的的加料量量進(jìn)入精精餾塔，，要求塔塔頂產(chǎn)90%濃濃度乙醇醇，塔釜釜出來(lái)的的殘液中中含乙醇醇小于10%，，計(jì)算每每小時(shí)的的乙醇產(chǎn)產(chǎn)量和殘殘液量。。12/6/202249（產(chǎn)品）12/6/202250解：（1）分分析題意后，，畫乙醇精餾餾流程示意圖圖。（2）設(shè)加料料量為F，產(chǎn)產(chǎn)量為D，殘殘液量為W，，則F=D+W①對(duì)總物料進(jìn)進(jìn)行衡算：1000=D+W，或W=1000-D②對(duì)乙醇進(jìn)進(jìn)行衡算加料中乙醇醇含量=1000﹡60%=600kg,產(chǎn)品中乙醇醇含量=D﹡90%，殘液中乙醇醇含量=W﹡10%1000﹡60%=D﹡90%+W﹡10%=D﹡0.9+(1000-D)﹡0.1解該一元一一次方程，，得D=625kg代入得W=1000-D,得得W=1000-625=375kg12/6/202251③計(jì)算結(jié)果:每小時(shí)的乙乙醇產(chǎn)量為625kg,殘液量為375kg。。2.能量守恒恒，能量計(jì)算算化工生產(chǎn)中，，能量消耗是是一項(xiàng)重要的的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，，它是衡算工工藝過(guò)程、設(shè)設(shè)備設(shè)計(jì)、操操作水平是否否合理的重要要指標(biāo)之一。。能量衡算是以以物料衡算為為基礎(chǔ)的，同同時(shí)又是設(shè)備備計(jì)算的基礎(chǔ)礎(chǔ)。通過(guò)能量量衡算可以求求出設(shè)備的熱熱負(fù)荷，進(jìn)行行確定設(shè)備的的傳熱面積以以及加熱或冷冷卻劑的用量量。12/6/202252化工生產(chǎn)中熱熱量的消耗是是能量消耗的的主要部分，，因此化工生生產(chǎn)中的能量量衡算主要是是熱量衡算。。熱量衡算的依依據(jù)是能量守守恒定律，即即輸入體系的的熱量等于輸輸出體系的熱熱量加上體系系內(nèi)積累或損損失的熱量。。熱量衡算的步步驟，按以下下六步進(jìn)行：：12/6/202253（1）明明確計(jì)算算任務(wù)明確熱量量衡算類類型是分分別進(jìn)行行物料衡衡算和熱熱量衡算算，還是是兩者聯(lián)聯(lián)算。此此外還應(yīng)應(yīng)了解是是屬于單單個(gè)設(shè)備備的熱量量衡算，，還是屬屬于由多多個(gè)單元元設(shè)備組組成的復(fù)復(fù)雜化工工過(guò)程的的熱量衡衡算。12/6/202254（2）繪出熱熱量衡算示意意圖熱量衡算一般般是在物料衡衡算的基礎(chǔ)上上進(jìn)行的，因因此必須先畫畫出物料流程程圖，在圖中中標(biāo)明各物流流與熱量有關(guān)關(guān)的變量，如如溫度、壓力力、相態(tài)等。。（3）搜集數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)查閱手冊(cè)冊(cè)得到各物料料有關(guān)的熱性性質(zhì)數(shù)據(jù)，如如溫度、壓力力、熱熔、焓焓值、化學(xué)反反應(yīng)熱等。12/6/202255（4）確定計(jì)計(jì)算基準(zhǔn)為了計(jì)算方便便，可取0℃℃為基準(zhǔn)。鑒鑒于手冊(cè)上查查到的熱力學(xué)學(xué)數(shù)據(jù)大多為為25℃時(shí)的的數(shù)據(jù)，所以以也常選25℃為計(jì)算基基準(zhǔn)。（5）列出熱熱量衡算式，，求解∑Q入=∑Q出（6）列表并并校核計(jì)算結(jié)結(jié)果12/6/202256應(yīng)用用舉舉例例用20℃℃的的冷冷卻卻水水將將物物料料2000kg/h在在一一個(gè)個(gè)換換熱熱器器內(nèi)內(nèi)由由80℃℃冷冷卻卻到到40℃℃，，冷冷卻卻水水從從換換熱熱器器出出口口溫溫度度為為35℃℃，，計(jì)計(jì)算算每每小小時(shí)時(shí)需需要要多多少少kg冷冷卻卻水水通過(guò)過(guò)查查閱閱手手冊(cè)冊(cè)，，已已得得到到在在0℃℃時(shí)時(shí)，，水水的的比比熱熱容容為為1kcal/(kg··℃℃)；；物物料料的的比比熱熱容容0.4kcal/(kg··℃℃)12/6/202257解：：（（1））繪繪出出熱熱量量衡衡算算示示意意圖圖(2000Kg/h)(2000Kg/h)12/6/202258（2）選選0℃為為基準(zhǔn)溫溫度（3）求求解：設(shè)設(shè)每小時(shí)時(shí)需要的的冷卻水水量為W水①進(jìn)入入熱量：：物料帶入入熱量Q1=2000（80-0））﹡0.4=64000kal/h冷卻水帶帶入熱量量Q2=W水﹡（20-0）﹡1=20W水②放出熱熱量物料帶出出熱量Q3=2000（40-0））﹡0.4=32000kcal/h冷卻水帶帶出熱量量Q4=W水﹡（35-0）﹡1=35W水12/6/202259③列出熱熱量衡算算式，并并代入：：Q1+Q2=Q3+Q464000+20W水=32000+35W水W水=32000/15=2133kg/h即:每小小時(shí)需要要20℃℃冷卻水水2133kg/h12/6/202260五、化化工生生產(chǎn)中中常用用的指指標(biāo)指標(biāo)在在化工工生產(chǎn)產(chǎn)中具具有重重要的的作用用，它它是反反映生生產(chǎn)狀狀況的的標(biāo)志志，檢檢驗(yàn)質(zhì)質(zhì)量的的基準(zhǔn)準(zhǔn)，指指導(dǎo)生生產(chǎn)操操作的的規(guī)范范，與與生產(chǎn)產(chǎn)操作作有關(guān)關(guān)的指指標(biāo)主主要有有技術(shù)術(shù)經(jīng)濟(jì)濟(jì)指標(biāo)標(biāo)和工工藝指指標(biāo)。。12/6/202261技術(shù)經(jīng)濟(jì)指指標(biāo)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指指標(biāo)是經(jīng)濟(jì)濟(jì)指標(biāo)的一一種。技術(shù)術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)標(biāo)是每個(gè)行行業(yè)、企業(yè)業(yè)結(jié)合自己己的實(shí)際情情況制定的的一套適合合本行業(yè)、、本企業(yè)生生產(chǎn)技術(shù)特特點(diǎn)情況的的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)標(biāo)，它是反反映本行業(yè)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)術(shù)水平的標(biāo)標(biāo)志。化工生產(chǎn)管管理與操作作中經(jīng)常接接觸到的技技術(shù)經(jīng)濟(jì)指指標(biāo)有：12/6/202262（1）產(chǎn)品品產(chǎn)率產(chǎn)品產(chǎn)率是是實(shí)際產(chǎn)量量與理論計(jì)計(jì)算產(chǎn)量的的百分比。。即：產(chǎn)品產(chǎn)產(chǎn)率=實(shí)際際產(chǎn)量/理理論產(chǎn)量﹡100%（2）單位位產(chǎn)品消耗耗量（又稱稱：?jiǎn)魏模﹩挝划a(chǎn)品消消耗量是生生產(chǎn)每單位位產(chǎn)品平均均消耗原料料、能源的的數(shù)量。即：?jiǎn)挝划a(chǎn)產(chǎn)品原料消消耗量=原原料消耗總總量/產(chǎn)品品產(chǎn)量單位產(chǎn)品耗耗電量=用用電總量/產(chǎn)品產(chǎn)量量12/6/202263（3）原料利利用率原料利用率是是原料理論消消耗量與實(shí)際際消耗量的百百分比。其中中，原料理論論消耗量是指指根據(jù)化學(xué)方方程式計(jì)算的的生產(chǎn)單位產(chǎn)產(chǎn)品應(yīng)消耗的的原料量。即:原料利用用率=理論原原料消耗量/實(shí)際原料消消耗量﹡100%12/6/202264（4）化學(xué)反應(yīng)應(yīng)過(guò)程的轉(zhuǎn)化化率、選擇性性、收率①轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率是指某某一反應(yīng)物參參加反應(yīng)而轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化的數(shù)量占占該反應(yīng)起始始量的百分比比。轉(zhuǎn)化率=某某一反應(yīng)物的的轉(zhuǎn)化量/該該反應(yīng)的起始始量﹡100%②選擇性選擇性是指體體系中轉(zhuǎn)化成成目的產(chǎn)物的的某反應(yīng)物量量與參加反應(yīng)應(yīng)所有反應(yīng)而而轉(zhuǎn)化的改反反應(yīng)物總量之之比。選擇性=轉(zhuǎn)化化為目的產(chǎn)物物的某反應(yīng)物物的量/該反反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化化總量12/6/202265③收收率率收率率是是從從產(chǎn)產(chǎn)物物角角度度來(lái)來(lái)描描述述反反應(yīng)應(yīng)過(guò)過(guò)程程的的效效率率。。收率率=轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為目目的的產(chǎn)產(chǎn)物物的的某某反反應(yīng)應(yīng)物物的的量量/該該反反應(yīng)應(yīng)物物的的起起始始量量12/6/2022662、、工工藝藝指指標(biāo)標(biāo)工藝藝指指標(biāo)標(biāo)是是指指生生產(chǎn)產(chǎn)加加工工過(guò)過(guò)程程中中對(duì)對(duì)各各種種工工藝藝條條件件的的要要求求標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，，它它是是工工藝藝規(guī)規(guī)程程的的重重要要組組成成部部分分。。生產(chǎn)產(chǎn)操操作作中中常常用用的的工工藝藝指指標(biāo)標(biāo)有有以以下下四四種種：：（1））原原料料質(zhì)質(zhì)量量指指標(biāo)標(biāo)它是是指指原原料料的的質(zhì)質(zhì)量量指指標(biāo)標(biāo)（2））生生產(chǎn)產(chǎn)操操作作指指標(biāo)標(biāo)它是是指指操操作作過(guò)過(guò)程程中中的的工工藝藝控控制制參參數(shù)數(shù)，，如如溫溫度度、、壓壓力力、、流流量量等等。。12/6/202267（3）中中間控制制指標(biāo)它是指各各工序中中間產(chǎn)品品質(zhì)量控控制指標(biāo)標(biāo)，簡(jiǎn)稱稱中控指指標(biāo)，按按照工藝藝規(guī)程分分析方法法測(cè)定。。（4）成成品質(zhì)量量指標(biāo)它是指最最終產(chǎn)品品的質(zhì)量量指標(biāo)，，是依據(jù)據(jù)產(chǎn)品的的國(guó)家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)（或或部頒標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、企企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)）制定定的，要要求按照照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)規(guī)定的分分析方法法測(cè)定。。12/6/202268第二部分分化化工工基本操操作第一節(jié)流流體體輸送具有流動(dòng)動(dòng)性的液液體和氣氣體（簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱流體體）在化化工生產(chǎn)產(chǎn)中進(jìn)行行蒸發(fā)、、精餾、、吸收等等操作，，通常需需要把它它們從一一個(gè)設(shè)備備送到另另一個(gè)設(shè)設(shè)備，或或從一個(gè)個(gè)車間送送到另一一個(gè)車間間，因此此流體運(yùn)運(yùn)輸是化化工廠的的一個(gè)基基本操作作。12/6/202269一流體體力學(xué)基礎(chǔ)礎(chǔ)1壓強(qiáng)強(qiáng)及單位（1）壓強(qiáng)強(qiáng)——流體體垂直作用用于單位面面積上的力力，稱為流流體的靜壓壓力，簡(jiǎn)稱稱流體的壓壓強(qiáng)。（2）單單位①法定計(jì)量量單位中，，壓強(qiáng)的單單位為帕斯斯卡，代號(hào)號(hào)pa，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱帕1千帕（kpa）=1000帕（pa）1兆帕（mpa）=1000千帕（kpa）1兆帕（mpa）=106帕帕（pa））12/6/202270②化工工生產(chǎn)產(chǎn)中，，壓強(qiáng)強(qiáng)也有有用液液位高高度來(lái)來(lái)表示示。如如毫米米汞柱柱。③壓強(qiáng)強(qiáng)法定定計(jì)量量單位位與壓壓強(qiáng)公公制單單位的的換算算：0.1mpa=1kg/cm21物理理大氣氣壓=760mmHg柱柱=10.33mH2O柱=1.033kg/cm2=0.1013mpa=101.3kpa2絕絕對(duì)對(duì)壓強(qiáng)強(qiáng)、表表壓和和真空空度絕對(duì)壓壓強(qiáng)和和表壓壓或真真空度度的關(guān)關(guān)系，，用公公式表表示如如下：：絕對(duì)壓壓強(qiáng)=表壓壓+大大氣壓壓強(qiáng)真空度度=大大氣壓壓強(qiáng)-絕對(duì)對(duì)壓強(qiáng)強(qiáng)12/6/202271應(yīng)用舉舉例：：某設(shè)備備出、、進(jìn)口口測(cè)壓壓的壓壓力表表讀數(shù)數(shù)分別別為45mmHg柱柱（真真空度度）和和700mmHg（（表壓壓），，求這這兩處處的絕絕對(duì)壓壓強(qiáng)差差為多多少kpa？解：出出口絕絕對(duì)壓壓強(qiáng)=760-45=715mmHg進(jìn)口絕絕對(duì)壓壓強(qiáng)=760+760=1460mmHg柱兩處壓壓強(qiáng)差差=1460-715=745mmmHg==99.3kpa12/6/202272二、、流流體體流流動(dòng)動(dòng)的的性性質(zhì)質(zhì)1、、流流量量和和流流速速（1））流流量量————單單位位時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)流流經(jīng)經(jīng)管管道道任任一一截截面面流流體體的的量量。。流量量可可以以用用體體積積流流量量和和質(zhì)質(zhì)量量流流量量?jī)蓛煞N種方方法法表表示示。。①體體積積流流量量————單單位位時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)流流經(jīng)經(jīng)管管道道任任一一截截面面的的流流體體體體積積。。公式式：：qv=v/t（（式式中中v為為體體積積，，t為為時(shí)時(shí)間間））單位位：：m3/s,m3/h②質(zhì)量流流量———單位時(shí)時(shí)間內(nèi)流流經(jīng)管道道任一截截面流體體的質(zhì)量量。12/6/202273③質(zhì)量流流量與體體積流量量的關(guān)系系式：式中：qm為質(zhì)量流流量；qv為體積流流量，ρ為流體體密度。。（2）流流速---單位位時(shí)間內(nèi)內(nèi)流體在在流動(dòng)方方向流過(guò)過(guò)的距離離。（由于流流體在管管道截面面上各點(diǎn)點(diǎn)的流速速不同，，管中心心速度最最快，利利中心越越遠(yuǎn)的流流速越慢慢。緊靠靠管壁處處流速為為0。因因此，通通常所指指的流速速是指整整個(gè)管道道截面上上平均流流速。））公式：=（式中qv為體積流流量，A為管道道截面積積）單位：m/s。。12/6/202274應(yīng)用舉例例：用截面積積為0.1m2的管道來(lái)來(lái)輸送密密度為1.5××103kg/m3的酸，要要求每小小時(shí)輸送送360噸，求求該管道道中酸的的體積流流量、質(zhì)質(zhì)量流量量和流速速。解：質(zhì)量量流量=360t/h==100kg/s===0.067m3/s===0.67m/s12/6/2022752、流體穩(wěn)定流流動(dòng)時(shí)的物料料衡算假定流體在管管道中流動(dòng)時(shí)時(shí)，與流體流流動(dòng)有關(guān)的速速度、壓強(qiáng)等等都不隨時(shí)間間而變化，這這樣的流動(dòng)稱稱為穩(wěn)定流動(dòng)動(dòng)。如果速度、壓壓強(qiáng)等隨時(shí)間間而變化，則則稱為不穩(wěn)定定流動(dòng)。穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，，流體在圓形形管道中總是是充滿的，如如流體是液體體，則通過(guò)管管道中任一截截面的流體質(zhì)質(zhì)量應(yīng)相等，，即得：12/6/20227612/6/202277m1=m2(式中：m表示質(zhì)量)(式中：A、μ、ρ分別表示截面積積、流速、密密度)∵管道中中為同一種液液體，=∴=又∵A1=，，A2=（式中：d表表示管道內(nèi)直直徑）12/6/202278……流體穩(wěn)穩(wěn)定流流動(dòng)的的物料料平衡衡方程程式上述這這個(gè)方方程式式表明明流速速與管管道的的內(nèi)直直徑平平方成成反比比，這這個(gè)式式子稱稱為流流體穩(wěn)穩(wěn)定流流動(dòng)時(shí)時(shí)的物物料平平衡方方程式式（又又稱：：連續(xù)續(xù)性方方程式式）。。12/6/202279應(yīng)用舉舉例：：水泵站站使用用的一一臺(tái)水水泵，，吸水水管外外徑為為108mm，，壁厚厚為4mm，出出水管管外徑徑為76mm，，壁厚厚為2.5mm。已已知吸吸水管管中水水的流流速為為1.5m/s，求求泵出出水管管中的的水流流速。。解：由由已知知得代入答：泵泵出管管中的的水流流速為為2.98m/s。。12/6/202280三、流流體穩(wěn)穩(wěn)定流流動(dòng)下下的能能量計(jì)計(jì)算1、流流體流流動(dòng)中中的能能量變變化的的規(guī)律律（1））流體體具有有的能能量流動(dòng)著著的流流體具具有一一定的的機(jī)械械能，，具體體表現(xiàn)現(xiàn)為位位能、、動(dòng)能能和靜靜壓能能。①位能能在重力力作用用下流流體質(zhì)質(zhì)量中中心高高于基基準(zhǔn)水水面而而具有有的能能量稱稱為位位能。。（它它相當(dāng)當(dāng)于把把流體體從基基準(zhǔn)水水平面面升舉舉到某某一位位置所所做的的功））12/6/202281設(shè)有mKg的流體體，其在在基準(zhǔn)水水平面以以上h（（米）處處，則其位能能E位=mgh（（單位為為焦耳，，J）1N（即即：?jiǎn)挝晃恢亓浚┝黧w所所具有的的位能稱稱為位壓壓頭，位壓頭=（（單位位為米，，m）②動(dòng)能流體以一一定的速速度流動(dòng)動(dòng)而具有有的能量量，稱為為動(dòng)能。。若流體的的質(zhì)量m（kg），流流速為μμ（m/s），，則其具具有的動(dòng)動(dòng)能E動(dòng)=（（單位位為焦耳耳，J））821N流體體所具有有的動(dòng)能能稱為動(dòng)動(dòng)壓頭動(dòng)壓頭=（（單位位為米，，m）③靜壓能能與靜止流流體一樣樣，流動(dòng)動(dòng)著的流流體由于于靜壓強(qiáng)強(qiáng)存在而而推動(dòng)流流體運(yùn)動(dòng)動(dòng)而具有有的能量量，稱為為靜壓能能。E靜=（（單位為為焦耳，，J）12/6/2022831N流體體的靜壓能能稱為靜壓壓頭靜壓頭=（（單單位為米，，m）（式中：p為壓強(qiáng)、、ρ為密度、g為重力加加速度）以上三種壓壓頭之和稱稱為總壓頭頭，以H表表示。H=h++上式表示了了據(jù)基準(zhǔn)面面為h處，，流速為,壓壓強(qiáng)為p的的1N流體體所具有的的總機(jī)械能能。12/6/202284（2）外加加能量流體在流動(dòng)動(dòng)過(guò)程中，，假如中間間加了輸送送設(shè)備（如如泵），則則便將機(jī)械械能作用于于流體。通常常把把流流體體從從輸輸送送設(shè)設(shè)備備獲獲得得的的機(jī)機(jī)械械能能稱稱為為外外加加能能量量。。1N流流體體所所獲獲得得的的外外界界能能量量稱稱為為外外加加壓壓頭頭。。用用符符號(hào)號(hào)He表表示示。。12/6/202285（3）損失能能量流體在流動(dòng)時(shí)時(shí)，由于分子子間的內(nèi)摩擦擦，產(chǎn)生了摩摩擦阻力。為為了克服這部部分阻力，就就消耗了流體體的一部分能能量，這部分分能量稱為系系統(tǒng)損失能量量。1N流體在流流動(dòng)中因摩擦擦阻力而損失失的能量稱為為損失壓頭，，用符號(hào)h損表示。12/6/2022862、流體在穩(wěn)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的的能量衡算式式──柏努力方程式式（1）柏努力力方程式定義義在下圖所示的的液體輸送設(shè)設(shè)備中，在截截面1-1和和2-2間裝裝有泵，兩截截面中心離基基準(zhǔn)水平面高高度分別為h1和h2，液體在截面面1-1和2-2處的流流速分別為、、和和壓強(qiáng)分分別為p1、p2，流體密度為為。根根據(jù)能量守恒恒原則，在截截面1-1和和2-2間的的輸送設(shè)備中中，輸入的總總能量等于輸輸出的總能量量。12/6/20228712/6/202288▲輸入的能能量有兩項(xiàng)：：①1N液體體從1-1截面面流進(jìn)進(jìn)時(shí)帶帶入的的能量量為H1；=②泵對(duì)對(duì)液體體做了了功，，1N液體體所獲獲外加加能量量為12/6/202289輸出出的的能能量量也也有有兩兩項(xiàng)項(xiàng)：：①1N液液體體從從2-2截截面面流流出出時(shí)時(shí)帶帶走走的的能能量量為為H2：=②1N液液體體在在流流動(dòng)動(dòng)中中因因摩摩擦擦阻阻力力損損失失的的能能量量為為h損。12/6/202290根據(jù)能量量守恒原原則可得得：上式是不不可壓縮縮流體在在穩(wěn)定流流動(dòng)下的的能量衡衡算式，，習(xí)慣上上稱為：：柏努力方方程式。12/6/202291（2）柏柏努力方方程式的的應(yīng)用利用柏努努力方程程式可以以解決生生產(chǎn)中很很多實(shí)際際問(wèn)題，，如計(jì)算算流體的的速度、、流量及及輸送機(jī)機(jī)械的功功率，測(cè)測(cè)定管路路阻力損損失，流流量計(jì)數(shù)數(shù)值的換換算等。。下面列列舉兩個(gè)個(gè)應(yīng)用實(shí)實(shí)例。12/6/202292a）管路中流流體流速、流流量計(jì)算。[例題1]如如附圖所所示，高位槽槽水面保持穩(wěn)穩(wěn)定，水面距距水管出口為為5m，所用用管路為φ108×4mm鋼管，若若管路壓頭損損失為4.5m，求該系系統(tǒng)每小時(shí)的的送水量。解：取水槽頁(yè)頁(yè)面為1-1截面，水管管出口為2-2截面，并并以出口管中中心線為基準(zhǔn)準(zhǔn)水平面，列列出截面1-1和2-2間的柏努力力方程。12/6/20229312/6/202294+=+h損已知h1=5m，h2=0p1=p2=0（表壓壓）≈0（高位位槽截面很很-大，很很小，，可忽略不不計(jì)）=0h損=4.5md均=0.108-2××4=0.1m12/6/202295代入柏努力力方程式，，5=+4.5解得：=3.13m··s-1則每小時(shí)輸輸水量為==0.785×0.12×3.13×3600=88.5m3·h-112/6/202296b）泵外加加能量的計(jì)計(jì)算[例題2]附附圖所示示為洗滌塔塔的供水系系統(tǒng)。洗滌滌塔內(nèi)壓強(qiáng)強(qiáng)為300kPa（（絕壓），，貯槽水面面壓強(qiáng)為100kPa（絕絕壓），塔塔內(nèi)水管與與噴頭連接接處的壓強(qiáng)強(qiáng)為320kPa（絕壓）），塔內(nèi)水水管出口處處高于貯槽槽內(nèi)水面20m，管管路為φ57×2.5mm鋼鋼管，送水水量為14m3/h，系統(tǒng)能能量損耗4.3m水水柱，求水水泵所需的的外加壓頭頭。12/6/20229712/6/202298解取取貯槽內(nèi)內(nèi)水面為為1-1截面，，以此為為基準(zhǔn)面面，塔內(nèi)內(nèi)水管與與噴頭連連接處為為2-2截面，，列出截截面1-1與2-2間間的柏努努力方程程式。移移項(xiàng)整理理得：已知h1=0，h2=20m，p1=100kPa（絕絕壓），，p2=320kPa（絕絕壓），，=0，=4.3m根據(jù)題意意算出：：=m/s12/6/202299將已知知值代代入上上式得得：H==20+22.43+0.171+4.3=46.9m12/6/2022100（3））應(yīng)用用柏努努力方方程式式時(shí)要要注意意以下下兩點(diǎn)點(diǎn)：第一、、正確確選定定計(jì)算算截面面。一一般將將上游游截面面定為為1-1截截面，，下游游截面面定為為2-2截截面，，兩截截面間間的流流體必必須連連續(xù)，，截面面與流流動(dòng)方方向垂垂直。。第二、、合理理確定定基準(zhǔn)準(zhǔn)水平平面。。把基基準(zhǔn)水水平面面定在在一個(gè)個(gè)較低低的截截面處處可以以簡(jiǎn)化化計(jì)算算。計(jì)計(jì)算中中的單單位要要統(tǒng)一一，尤尤其是是截面面間壓壓強(qiáng)的的表示示方法法要一一致（（同為為表壓壓或絕絕壓））。12/6/20221011、流流體的的粘度度流體在在流動(dòng)動(dòng)時(shí)，，由于于分子子間存存在吸吸引力力，使使流體體內(nèi)部部存在在一種種影響響流動(dòng)動(dòng)的阻阻力，，這種種阻力力稱為為內(nèi)摩摩擦力力。流體在在流動(dòng)動(dòng)時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生內(nèi)內(nèi)摩擦擦力的的這種種性質(zhì)質(zhì)，稱稱為流流體的的粘性性。把把衡量量流體體粘性性大小小的物物理量量稱為為粘度度，用用符號(hào)號(hào)表表示示。流體的的粘度度大，，流動(dòng)動(dòng)時(shí)內(nèi)內(nèi)摩擦擦力大大，即即液體體阻力力大，，輸送送也較較困難難。在法定定單位位制中中，粘粘度單單位為為帕秒秒，單單位符符號(hào)是是Pa·s12/6/20221022、流體體的流動(dòng)動(dòng)類型流體的流流動(dòng)狀態(tài)態(tài)分為層層流（或或滯流））和湍流流（或紊紊流）兩兩種。當(dāng)流體在在管道中中流動(dòng)時(shí)時(shí)，其質(zhì)質(zhì)點(diǎn)始終終沿著管管道中心心向平行行的方向向流動(dòng)，，質(zhì)點(diǎn)之之間互不不混合，，這種流流動(dòng)稱為為層流。。假如流體體質(zhì)點(diǎn)除除沿管道道向前流流動(dòng)外，，各質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)速度在在大小和和方向上上都隨時(shí)時(shí)發(fā)生變變化，質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間彼彼此碰撞撞，互相相混合，，這種流流動(dòng)狀態(tài)態(tài)稱為湍湍流。12/6/2022103在化工生生產(chǎn)條件件下，由由于管路路、流體體的密度度和粘度度均已確確定，影影響流動(dòng)動(dòng)類型的的主要因因素是流流速。因因而，減減少流體體的流速速，流體體的流動(dòng)動(dòng)類型將將為層流流；增大大流體的的流速，，流動(dòng)類類型將為為湍流。。流體處于于湍流狀狀態(tài)時(shí)，，由于流流體的質(zhì)質(zhì)點(diǎn)相互互混合，，對(duì)提高高傳熱和和傳質(zhì)速速率有利利，且可可增大流流體的輸輸送量。。因此，，生產(chǎn)中中一般要要求流體體處于湍湍流狀態(tài)態(tài)。12/6/20221043、減低流體體阻力流體阻力越大大，則輸送流流體所消耗的的能量越大，，流體在輸送送系統(tǒng)中阻力力增大，會(huì)影影響流體的輸輸送能力和生生產(chǎn)能力。因因此，在化工工生產(chǎn)中應(yīng)盡盡量減低流體體的阻力，一一般從下面幾幾點(diǎn)著手。（1）在不影影響管路布置置的基本要求求下，盡量縮縮短管路的長(zhǎng)長(zhǎng)度。（2）管路中中接頭、三通通、彎頭、閥閥門以及管徑徑突然變大或或者變小都會(huì)會(huì)對(duì)流體產(chǎn)生生阻力，為此此管路每安裝裝一個(gè)管件或或閥門都要認(rèn)認(rèn)真考慮。例例如，在管路路布置中，應(yīng)應(yīng)盡量少裝彎彎頭。12/6/2022105（3））適適當(dāng)當(dāng)放放大大管管徑徑。。例例如如，，將將管管徑徑增增大大一一倍倍，，阻阻力力將將變變?yōu)闉樵瓉?lái)來(lái)的的，，這這是是流流體體的的動(dòng)動(dòng)力力消消耗耗大大大大降降低低。。但但管管徑徑不不能能放放得得太太大大，，從從而而增增加加金金屬屬的的消消耗耗，，使使基基建建費(fèi)費(fèi)增增大大。。（4））在在流流體體中中加加入入某某種種添添加加劑劑。。當(dāng)當(dāng)這這些些添添加加劑劑加加入入流流體體后后，，可可使使管管壁壁附附近近流流體體的的層層流流層層變變薄薄，，還還能能阻阻止止漩漩渦渦的的產(chǎn)產(chǎn)生生，，使使阻阻力力降降低低。。12/6/2022106五．．管管路路布布置置1、、管管徑徑的的選選擇擇化工工廠廠管管道道投投資資費(fèi)費(fèi)用用較較貴貴，，因因此此合合理理選選擇擇管管徑徑對(duì)對(duì)節(jié)節(jié)約約管管材材和和保保證證流流體體正正常常輸輸送送具具有有十十分分重重要要的的作作用用。。在講講解解““流流量量和和流流速速””這這小小節(jié)節(jié)中中，，我我們們懂懂得得了了公公式式：：=（（公公式式中中：：──流流速速m/s；；──體體積積流流量量m3/s；；A──管管道道截截面面積積m2））∵圓圓型型管管道道截截面面積積A=（（公公式式中中d──管管道道內(nèi)內(nèi)直直徑徑m））12/6/2022107代入入上上式式，，整整理理后后得得：：d=從上上述述這這個(gè)個(gè)公公式式可可知知，，當(dāng)當(dāng)流流體體的的體體積積流流量量一一定定時(shí)時(shí)，，流流速速越越快快，，則則所所需需的的管管徑徑越越小?。?；反反之之，，流流速速越越慢慢，，則則所所需需的的管管徑徑越越大大。。某些些流流體體在在管管道道中中的的常常用用流流速速根根據(jù)據(jù)生生產(chǎn)產(chǎn)經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)確確定定，，如如下下所所表表示示：：12/6/2022108流體種類流速范圍（m/s）流體種類流速范圍（m/s）水及一般液體1.5~3.0飽和水蒸氣0.3kPa（表壓）0.8kPa（表壓）20~4040~60粘性液體，如油0.5~1.0常壓下一般氣體壓10~20強(qiáng)較高的氣體15~25過(guò)熱水蒸氣30~5012/6/2022109根據(jù)工工藝上