化工原理(全套課件148p)-課件

化工原理梁燕波緒論

根據(jù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)和《化工原理》課程的教學(xué)目的，我們選擇了由何潮洪、馮宵編寫(xiě)的教材《化工原理》。該課程是一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，在整個(gè)專(zhuān)業(yè)教學(xué)過(guò)程中是承前啟后，由理及工的橋梁。要求學(xué)生了解工業(yè)生產(chǎn)中所涉及的問(wèn)題，掌握解決問(wèn)題的途徑，并能運(yùn)用經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)綜合處理問(wèn)題，提高分析和解決問(wèn)題的能力。為學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和工作中，正確而有效地聯(lián)系工業(yè)生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。課程介紹化工原理是一門(mén)工程學(xué)科,是工科類(lèi)化工、制藥、食品、發(fā)酵、等專(zhuān)業(yè)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)課.它以工業(yè)生產(chǎn)中的物理加工過(guò)程為背景，研究工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的基本規(guī)律，應(yīng)用這些規(guī)律解決工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。了解物理、化學(xué)規(guī)律在生產(chǎn)中的應(yīng)用;認(rèn)識(shí)實(shí)際生產(chǎn)的復(fù)雜性和具體過(guò)程的特點(diǎn),化工原理需要用特定的工程規(guī)律和方法來(lái)解決實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題。該課程的設(shè)置目的是使學(xué)生能將所學(xué)理論知識(shí)與工程實(shí)際銜接起來(lái)，使學(xué)生能夠?qū)W會(huì)從工程和經(jīng)濟(jì)的角度去考慮技術(shù)問(wèn)題，并逐步實(shí)現(xiàn)由學(xué)生向工程技術(shù)人員的轉(zhuǎn)變。課程內(nèi)容

本課程緊密結(jié)合專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，圍繞單元操作原理和應(yīng)用為主題，以動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞理論為基礎(chǔ)，系統(tǒng)介紹液體流動(dòng)、流體輸送機(jī)械、傳熱、精餾、吸收等各單元操作的基本原理、基本計(jì)算方法、工程應(yīng)用。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握各單元操作的基本原理及典型設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課程及從事工程實(shí)踐奠定必要的理論基礎(chǔ)。本課程通過(guò)課堂教學(xué)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程見(jiàn)習(xí)等實(shí)踐性環(huán)節(jié)相結(jié)合，使學(xué)生牢固建立起“單元操作”的概念，培養(yǎng)學(xué)生工程分析方法及獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。化工原理課程的要求化工原理分為：理論課和實(shí)踐課(實(shí)驗(yàn)、見(jiàn)習(xí))1、理論課要求1、上課時(shí)間2、所用教材：由馮宵、何潮洪主編由科學(xué)出版社出版的“十一五“國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，《化工原理》上下冊(cè)。3、教學(xué)內(nèi)容：上冊(cè)流體力學(xué)基礎(chǔ)、流體輸送機(jī)械、熱量傳遞基礎(chǔ)、傳熱過(guò)程計(jì)算與換熱器。下冊(cè)質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)、氣體吸收、蒸餾、氣—液傳質(zhì)設(shè)備。4、上課要求：課堂做筆記、每次有作業(yè)，使用計(jì)算器，每周交作業(yè)，每章有測(cè)試。2、實(shí)驗(yàn)課要求實(shí)驗(yàn)獨(dú)立考試1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作2、實(shí)驗(yàn)報(bào)告3、卷面考試2、實(shí)驗(yàn)課要求1、上課時(shí)間：第8-15周2、實(shí)驗(yàn)教材：化學(xué)化工學(xué)院編教材3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：化工原理實(shí)驗(yàn)和化工原理實(shí)訓(xùn)和化工原理仿真4、實(shí)驗(yàn)要求：第8-15周做實(shí)驗(yàn)具體要求、專(zhuān)門(mén)講解。5、工業(yè)見(jiàn)習(xí)：一次，具體時(shí)間、具體要求、專(zhuān)門(mén)講解?？荚囈罂荚嚦煽?jī)由：1、期中考試2、期末考試3、平時(shí)作業(yè)4、出勤5、見(jiàn)習(xí)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)：1.掌握流體流動(dòng)中的作用力和機(jī)械能2.掌握壓強(qiáng)的表示方法及靜力學(xué)測(cè)量方法3.掌握質(zhì)量守衡、機(jī)械能守衡、動(dòng)量守衡的原理及有關(guān)計(jì)算4.掌握流體流動(dòng)的型態(tài)及基本特征5.掌握湍流時(shí)直管阻力損失的實(shí)驗(yàn)研究方法及局部阻力損失的計(jì)算6.掌握簡(jiǎn)單管路的計(jì)算方法§1、1概述1、什么是流體：具有流動(dòng)性的氣體和液體統(tǒng)稱(chēng)流體。2、什么是流體力學(xué)：研究流體流動(dòng)規(guī)律的科學(xué)稱(chēng)為流體力學(xué)，包括流體靜力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)。本章研究的內(nèi)容：結(jié)合化工過(guò)程特點(diǎn)，對(duì)流體靜力學(xué)原理及其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用和流體動(dòng)力學(xué)基本方程的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

§1、2流體靜力學(xué)及其應(yīng)用1、流體靜止時(shí)的性質(zhì)：質(zhì)量m,體積V密度ρ壓強(qiáng)P=壓力P靜止流體所受力---壓強(qiáng)（壓力）1）壓強(qiáng)的定義：靜止流體單位面積上所受到的壓力稱(chēng)為壓強(qiáng)，習(xí)慣上稱(chēng)壓力。2）壓強(qiáng)的符號(hào)：P3）壓強(qiáng)的單位：1atm=101325Pa=760mmHg=10.33mH2O=1.033at4）壓強(qiáng)大小的表征：表壓=絕對(duì)壓強(qiáng)—當(dāng)?shù)卮髿鈮赫婵斩?當(dāng)?shù)卮髿鈮骸^對(duì)壓強(qiáng)壓強(qiáng)大小的表征補(bǔ)充例題：比較下列壓強(qiáng)大小并排序PA=2atm（絕對(duì)壓強(qiáng)），PB=900mmHg（表壓），PC=6420Pa（真空度）解：統(tǒng)一單位、統(tǒng)一基準(zhǔn)

PA=2atm（絕對(duì)壓強(qiáng)）=202650Pa（絕對(duì)壓強(qiáng)）PB=900mmHg（表壓）=221315Pa（絕對(duì)壓強(qiáng)）PC=6420Pa（真空度）=101325-6420=94905Pa（絕對(duì)壓強(qiáng)）結(jié)論：PB>PA>PC作業(yè)：比較下列壓強(qiáng)大小，并排序1、PA=40000Pa（表壓）2、PB=2atm（絕對(duì)壓強(qiáng)）3、PC=500mmHg（真空度）4、Pd=15mH2O(表壓)（用表壓和Pa單位表示）2、流體靜力學(xué)方程2、流體靜力學(xué)方程以圖1-2為例推倒公式1-3和1-4首先復(fù)習(xí)用液柱表示壓強(qiáng)P=ρgh該壓強(qiáng)為點(diǎn)壓強(qiáng)或同一平面的壓強(qiáng)，ρ是流體密度，g為9.8，h為該點(diǎn)或該平面上方的液柱高度，單位為米。解：根據(jù)圖1-2得P1=ρg(h-z1)P2=ρg(h-z2)P2-P1=ρg(h-z1)-ρg(h-z2)=ρg(z1-z2)；P2=P1+ρg(z1-z2)；（P2/ρg）=（P1/ρg）+(z1-z2)上兩式為流體靜力學(xué)方程。補(bǔ)充練習(xí)我們可以用汞柱和水柱表示壓強(qiáng)，也可以用空氣柱表示。P=ρgh；101325=1.29*9.8*h；h=8015m一個(gè)大氣壓相當(dāng)于10.33mH2O，760mmHg，8015m空氣柱。靜力學(xué)方程的應(yīng)用靜力學(xué)方程適用于重力場(chǎng)中靜止、連續(xù)、均勻、不可壓縮流體。等壓面是指在連通體內(nèi)，具有相同高度的平面上的各個(gè)點(diǎn)的壓強(qiáng)相等。判斷連通體，找出等壓面。例1-1如圖所示有三個(gè)容器A、B、C內(nèi)均裝有水，容器C敞口。密閉容器A、B間的液位差Z1=1m,容器B、C間液位差Z2=2m，兩U形管下部液體均為汞，其密度為13600kg/m3，高度差分別為R=0.2m,H=0.1m,試求容器AB上方壓力表的讀數(shù)PA、PB的大小。課堂作業(yè)如圖所示有三個(gè)容器A、B、C內(nèi)均裝有水，容器C敞口。密閉容器A、B間的液位差Z1=1.2m,容器B、C間液位差Z2=2.3m，兩U形管下部液體均為汞，其密度為13600kg/m3，高度差分別為R=0.2m,H=0.15m,試求容器AB上方壓力表的讀數(shù)PA、PB的大小。習(xí)題1畫(huà)圖抄題解題答如圖所示用一U形管壓力計(jì)測(cè)量密封器罐中的壓力，指示液為水，密度ρ0=1000kg/m3。因氣體易溶于水，故在水和氣體之間用惰性溶劑（ρ=890kg/m3）將二者隔開(kāi)?，F(xiàn)已知h=10cm,R=24cm,求器罐內(nèi)的絕對(duì)壓力和表壓（分別用Pa和mH2o表示）。P1=P+ρ0ghP1’=Pa+ρgR因?yàn)镻1=P1’所以P=Pa+ρgR-ρ0gh=101325+1000×9.81×0.24-890×9.81×0.1=102806Pa(絕對(duì)壓強(qiáng))=1481Pa（表壓）P=(102806×10.33)/101325=10.48mH2o(絕對(duì)壓強(qiáng))=10.48—10.33=0.15mH2o（表壓）答：器罐內(nèi)的絕對(duì)壓力為102806Pa和10.48mH2o，表壓為1481Pa和0.15mH2o§1、3流體流動(dòng)的基本方程流體在流動(dòng)的過(guò)程中遵循1、質(zhì)量守恒定律2、能量守恒定律3、動(dòng)量守恒定律將他們應(yīng)用在流體流動(dòng)過(guò)程，可以獲得流體流動(dòng)的基本方程1、連續(xù)性方程2、運(yùn)動(dòng)方程3、能量方程§1、3流體流動(dòng)的基本方程§1、3.1基本概念（1）穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng)：圖示說(shuō)明，目前研究的主要是穩(wěn)定流動(dòng)。（2）流速和流量：定義符號(hào)u,V,m單位表達(dá)式:m=ρVV=A×u=(πd2/4)×u（3）粘性：定義符號(hào)μ單位1pa●s=10P(泊)=1000cP(厘泊)（4）非牛頓型流體：（5）流動(dòng)類(lèi)型和雷諾數(shù)：當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，在不同條件下，可以觀察到兩種截然不同的流型。這一現(xiàn)象是由雷諾在1883年發(fā)現(xiàn)的。Re=duρ/μ

（無(wú)量綱準(zhǔn)數(shù)）雷諾準(zhǔn)數(shù)各項(xiàng)的物理意義及單位。工程上一般認(rèn)為：流體在圓形直管流動(dòng)，當(dāng)Re<2000時(shí)為層流，當(dāng)Re>4000時(shí)為湍流，當(dāng)Re介于2000~4000之間時(shí)，流動(dòng)處于一種過(guò)渡狀態(tài)，稱(chēng)為過(guò)渡區(qū)流動(dòng)。對(duì)非圓形管道，可用當(dāng)量直徑de來(lái)代替直徑d，也可求對(duì)應(yīng)雷諾準(zhǔn)數(shù)。當(dāng)量直徑de=（4×流體流過(guò)的橫截面積）/流體濕潤(rùn)周邊。套管環(huán)隙的當(dāng)量直徑de=D-d(大圓內(nèi)徑-小圓外徑)例1-320°C的水在內(nèi)徑50mm的圓形管內(nèi)流動(dòng)，質(zhì)量流量為0.2t/h.試計(jì)算：雷諾準(zhǔn)數(shù)Re，并判斷流動(dòng)形態(tài)；使管內(nèi)保持湍流的最小流速。補(bǔ)充作業(yè)：套管換熱器的內(nèi)管為Φ24×1.5，外管為Φ57×3.5的無(wú)逢鋼管。液體以5400kg/h的流量流過(guò)環(huán)隙，液體的密度為1200kg/m3,黏度為2×10-3pa

●s。試判斷液體在環(huán)隙中的流動(dòng)形態(tài)。（Re=1.28×104）§1.3.2質(zhì)量恒算方程——連續(xù)性方程1、宏觀質(zhì)量恒算：對(duì)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)有m1=m21、宏觀質(zhì)量恒算：對(duì)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)有m1=m2ρ1u1A1=ρ2u2A2若ρ1=ρ2=ρ則u1A1=u2A2對(duì)圓形管道而言：(πd12/4)×u1=(πd22/4)×u2

整理得：d12

×u1=d22×u2

u1/u2=d22/d12對(duì)有分支的情況：則m0=m1+m2例4-1車(chē)間要求將20°C水以15kg/s的流量送入某設(shè)備中，若選取平均流速為1.1m/s，試計(jì)算所需管子的尺寸。若在原水管上再接出一根Φ159×4.5的支管，如圖所示，以便將水流量的一半該送至另一車(chē)間。求當(dāng)總水量不變時(shí)，此支管內(nèi)水流速度?！?、3.4總能量衡算——機(jī)械能衡算方程首先考慮流體在流動(dòng)過(guò)程中的能量：（1）動(dòng)能(1/2)mu2〔J〕;（2）位能mgz〔J〕;（3）靜壓能mp/ρ〔J〕

在1-1截面上mgZ1+(1/2)mu12+mp1/ρ=Et1在2-2截面上mgZ2+(1/2)mu22+mp2/ρ=Et2對(duì)理想流體而言；在1-1截面上機(jī)械能總和=在2-2截面上機(jī)械能總和mgZ1+mu12/2+mp1/ρ=mgZ2+mu22/2+mp2/ρ (1)同除mg得：理想狀態(tài)的伯努利方程Z1+u12/2g+p1/ρg=Z2+u22/2g+p2/ρg (2)Z：位壓頭〔m〕；u2/2g：動(dòng)壓頭〔m〕;p/ρg：靜壓頭〔m〕;理想流體的伯努利方程Z1+u12/2g+p1/ρg=Z2+u22/2g+p2/ρg (2)gZ1+u12/2+p1/ρ=gZ2+u22/2+p2/ρ (3)2式各項(xiàng)的單位為m，3式各項(xiàng)的單位為J/kg.實(shí)際流體的伯努利方程gZ1+u12/2+p1/ρ+we=gZ2+u22/2+p2/ρ+wf (4)Z1+u12/2g+p1/ρg+he=Z2+u22/2g+p2/ρg+hf (5)wf:摩擦損失或阻力損失；we：外界做的功；he：外加壓頭；hf：損失壓頭；各個(gè)方程的意義，各項(xiàng)的意義，各物理量的單位，理想狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)的區(qū)別。關(guān)于機(jī)械能恒算方程的討論使用機(jī)械能恒算方程時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)例1—6關(guān)于能頭轉(zhuǎn)化例1-7軸功的計(jì)算如圖所示用泵將河水打入洗滌塔中經(jīng)噴嘴噴出，噴淋下來(lái)后流入廢水池。已知管道尺寸為Φ114×4，流量為85m3/h,水在管路中流動(dòng)時(shí)的總摩擦損失為10J/kg,噴頭處壓力較塔內(nèi)壓力高20kPa，水從塔中流入下水道的損失忽略。求泵的有效功率。泵的有效功率泵的有效功率=泵的理論功率=Ne泵的軸功率=泵的實(shí)際功率=NaNe=Vρghe=mghe=mweNa=Ne/η η=Ne/NaNe的值是計(jì)算得來(lái)的，Na的值是買(mǎi)泵時(shí)標(biāo)注在泵上的功率數(shù)。分析：Na—Ne—（he，we）--應(yīng)用伯努力方程—在流體流動(dòng)的方向上選兩個(gè)截面—列出各截面上的Z、u、p值---帶入伯努力方程進(jìn)行計(jì)算解：已知d=114-8=106mm=0.106mV=85m3/h=85/3600=0.0236m3/s,wf=10J/kg,p1=0,u1=0，Z1=0，Z2=7U2=4V/πd2=(4×0.0236)/3.14×0.1062=2.68m/s,根據(jù)公式gZ1+u12/2+p1/ρ+we=gZ2+u22/2+p2/ρ+wf要求we，必須知道p2/ρ?？梢酝ㄟ^(guò)p3/ρ，求p2/ρ根據(jù)公式gZ3+u32/2+p3/ρ=gZ4+u42/2+p4/ρ因?yàn)閡3=u4=0，Z4=0，p4=0所以gZ3+p3/ρ=0p3/ρ=-9.81×1.2=-11.77J/kgp2/ρ=p3/ρ+20000/ρ=-11.77+20=8.23J/kg代入上式gZ1+u12/2+p1/ρ+we=gZ2+u22/2+p2/ρ+wfwe=7×9.81+2.682/2+8.23+10=90.49J/kgNe=mwe=ρVwe=1000×0.0236×90.49=2136w泵的有效功率=泵的理論功率=Ne;泵的軸功率=泵的實(shí)際功率=NaNe=Vρghe=mghe=mwe;Na=Ne/η η=Ne/Na

Ne的值是計(jì)算得來(lái)的，Na的值是買(mǎi)泵時(shí)標(biāo)注在泵上的功率數(shù)。作業(yè)：用泵將容器A中的液體送入塔B中，容器內(nèi)及塔內(nèi)的表壓如圖所示。已知輸送液體的管子的直徑為Φ88×5，輸送量10kg/s，液體密度890kg/m3，液體流經(jīng)管路的總摩擦損失為124J/kg.求泵的有效功率。解：分別取1-1截面和2-2截面，列伯努利方程U2=(4m)/(πρd2)=(4×10)/3.14×890×0.0782=2.35m/sgZ1+u12/2+p1/ρ+we=gZ2+u22/2+p2/ρ+wfwe=gZ2+u22/2+p2/ρ+wf=9.81×33+2.352/2+2100000/890+124=323.73+2.76+2359.55+124=2810J/kgNe=mwe=10×2810=28100w=28.1kw答：泵的有效功率為28.1kw。補(bǔ)充題有一垂直的管道，內(nèi)經(jīng)由Φ300漸縮至Φ200，水由下而上在管中流動(dòng)，測(cè)得粗管口p1=150kPa細(xì)管口p2=100kPa,兩測(cè)壓點(diǎn)間垂直距離4.5m，若摩擦阻力忽略，試求水的體積流量。(m3/s)解：Z1=0,Z2=4.5m,P1=150KPa,P2=100KPa,he=0,hf=0V=A×u=(πd12/4)u1=(πd22/4)u2=d12u1=d22u2,u1=(d22/d12)u2=(0.32/0.22)u2=2.25u2代入方程解之：u1=1.7m/su2=3.83m/sV=0.12m3/s=432m3/h答：水的體積流量432m3/h§1、3.5摩擦阻力的計(jì)算摩擦阻力損失由兩部分組成——直管阻力和局部阻力。流體流經(jīng)直管時(shí)的機(jī)械能損失稱(chēng)為直管摩擦損失。摩擦損失只發(fā)生在管件等局部位置故稱(chēng)局部摩擦損失。阻力符號(hào)：wf〔J/kg〕，hf〔m〕,ΔP〔Pa〕1、直管摩擦損失計(jì)算通式：

wf=λLu2/2dhf=λLu2/2dg ΔP=λLu2ρ/2d

ΔP=ρghfhf=wf/g ΔP=ρghf=ρg2wf（1）層流時(shí)的λ值：λ=64/Re，Re=duρ/μ（2）湍流時(shí)的λ值：可用查圖法求，也可用公式法求。查圖法：需要Re和ε/d用45頁(yè)的圖1—32。練習(xí)：Re=8×105，ε/d=0.001，Re=3×104，ε/d=0.003，公式法：柏拉修斯公式λ=0.3164/Re0.25（2100<Re<105）λ=0.02λ=0.03摩擦系數(shù)或摩擦因數(shù)λ上圖所示是對(duì)數(shù)坐標(biāo),共分四個(gè)區(qū):1、層流:Re小于2000,λ=64/Re,是直線,λ與e/d無(wú)關(guān)。2、過(guò)渡區(qū):Re在2000和4000間,λ由湍流線延伸線查得。3、湍流:Re大于4000,虛線以下部分。高度湍流區(qū):虛線以上部分,λ與Re無(wú)關(guān),只與ε有關(guān)。2、局部摩擦損失的計(jì)算局部摩擦損失的計(jì)算有兩種方法其一當(dāng)量長(zhǎng)度法，其二局部阻力系數(shù)法。當(dāng)量長(zhǎng)度法用當(dāng)量長(zhǎng)度共線圖在49頁(yè)

練習(xí)截止閥全開(kāi)d=100mm,Le=12.5m方角彎頭d=60mm,Le=2m

總阻力wf=λ(L+∑Le)u2/2d局部阻力系數(shù)法wf=ξ(u2/2) hf=ξ(u2/2g)局部阻力系數(shù)可在50頁(yè)查找。局部阻力計(jì)算例：1-8將敞口高位槽中密度870kg/m3、黏度0.8×10-3Pa●s的溶液送入某設(shè)備B中。設(shè)B中壓力為10kPa（表）輸送管道為Φ38×2.5無(wú)縫鋼管，其直徑段部分總長(zhǎng)為10m管路上有一個(gè)90℃標(biāo)準(zhǔn)彎頭，一個(gè)球心閥（全開(kāi)）。為使溶液能以4m3/h的流量流入設(shè)備中，高位槽應(yīng)高出設(shè)備多少。選取高位槽為1-1截面，管出口為2-2截面，列伯努力方程，求高度。簡(jiǎn)單管路的計(jì)算例1-9已知自來(lái)水管（無(wú)縫鋼管）內(nèi)水壓為2×105Pa（表），現(xiàn)需從該處引出一支管將20℃自來(lái)水以3m3/h的流量送至1000m的用戶(hù)（常壓），管路上有10個(gè)90℃標(biāo)準(zhǔn)彎頭，2個(gè)球心閥（半開(kāi)），試計(jì)算該支管的直徑。例1-11用水塔給水槽供水，如圖所示，水塔和水槽均為敞口。已知水塔水面高出管出口12m，輸水管為Φ114×4，管路總長(zhǎng)100m,(包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)管的絕對(duì)粗糙度ε=0.3水溫20°C。試求管路的輸水量。（體積流量）流量計(jì)的使用——轉(zhuǎn)子流量計(jì)作業(yè)88頁(yè)13題（標(biāo)準(zhǔn)閥=球心閥）主要符號(hào)說(shuō)明p84，牢記20個(gè)符號(hào)、意義、單位一、用泵將敞口堿液貯槽中的堿液送往吸收塔頂,經(jīng)蓮蓬頭噴淋。已知堿液貯槽的堿液深度為1m,槽底至蓮蓬頭出口的垂直距離為9m,輸送管路為Φ85×2.5鋼管,堿液從蓮蓬頭噴淋的靜壓強(qiáng)為0.5atm(表壓),堿液的密度ρ=1100kg/m3粘度為0.025Pa*s，計(jì)算長(zhǎng)度l+Σle=30m,堿液的流量為36000kg/h,若泵的效率為55%,問(wèn)該泵的實(shí)際功率應(yīng)為多少kW?作圖求解。二、某石油化工廠用Φ108×4的鋼管,每小時(shí)輸送密度為900kg/m3、粘度為80mPaS的油料20t,已知管路的總長(zhǎng)度l+Σle=160km,管路允許壓力為60atm管路為水平安裝,問(wèn)需要幾個(gè)加壓站?第三章流體輸送機(jī)械（一）教學(xué)目標(biāo)：1.掌握離心泵的工作原理、特性曲線及流量的調(diào)節(jié)2.熟悉離心泵有關(guān)安裝高度的計(jì)算、類(lèi)型及選用3.熟悉往復(fù)泵的工作原理、類(lèi)型及流量調(diào)節(jié)4.了解氣體輸送機(jī)械的工作原理§3、1概述通常把輸送液體的機(jī)械稱(chēng)為“液泵”或“泵”。把輸送氣體的機(jī)械稱(chēng)為“風(fēng)機(jī)”或“壓縮機(jī)”。將某封閉空間的氣體抽去，使之形成負(fù)壓的機(jī)械叫“真空泵”。流體輸送機(jī)械的分類(lèi)

1、按輸送流體的相態(tài)分輸送流體的——泵，離心泵，往復(fù)泵等輸送氣體的——機(jī)。通風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)等2、按機(jī)械原理分速度式容積式詳見(jiàn)表2-13、2速度式流體輸送機(jī)械速度式流體輸送機(jī)械——離心泵為什么能產(chǎn)生能量離心泵輸送流體的工作原理是利用葉輪高速旋轉(zhuǎn)，其中的葉片對(duì)流體作功，從而使流體的靜壓能和動(dòng)能均有所增加。離心泵的結(jié)構(gòu)離心泵的結(jié)構(gòu)分：1、旋轉(zhuǎn)部分（葉輪、轉(zhuǎn)軸）2、靜止部分（吸入室、蝸殼）離心泵工作原理離心泵內(nèi)的液體通過(guò)離心力的作用獲得能量。當(dāng)液體由葉輪中心甩向外周時(shí)，吸入室內(nèi)形成低壓，使被輸送液體的液面和吸入室之間形成了一個(gè)壓差，在該壓差的作用下液體經(jīng)吸入管源源不斷的進(jìn)入泵內(nèi)。離心泵分類(lèi)目前使用最多的常用類(lèi)型有：1、水泵2、耐腐蝕泵3、油泵4、雜質(zhì)泵。離心泵的性能指標(biāo)四個(gè)主要指標(biāo)1、流量（定義），符號(hào)Q,單位（m3/s）2、揚(yáng)程（壓頭），符號(hào)H,單位（m）離心泵的揚(yáng)程或壓頭H是指單位質(zhì)量液體通過(guò)泵獲得的有效能量。3、功率（定義），符號(hào)N,單位（W）功率分為有效功率和軸功率，經(jīng)過(guò)泵或風(fēng)機(jī)后獲得的真實(shí)功率稱(chēng)為有效功率，Ne軸功率Na為購(gòu)買(mǎi)泵時(shí)標(biāo)注功率。一般軸功率>有效功率。η=Ne/Na4、效率（定義），符號(hào)η,效率反映了能量的損失程度。離心泵的三條特性曲線曲線的形狀和變化趨勢(shì)（壓頭——流量）（功率——流量）（效率——流量）離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)1、管路的特性曲線—流體通過(guò)某一特定管路所需要的壓頭與流量的關(guān)系。該關(guān)系可用方程表示:he=A+BQ2

2、離心泵工作點(diǎn)的確定：將離心泵的H-Q與管路的特性曲線he-Q繪在一張圖上，則兩曲線的交點(diǎn)M就是離心泵工作點(diǎn)。此時(shí)，離心泵的流量和壓頭與管路所需要的流量和壓頭一致。書(shū)上例題2.1，分析題意離心泵的安裝和選用1、離心泵的氣蝕——定義及危害2、離心泵的氣蝕余量——最小氣蝕余量，允許氣蝕余量，3、安裝高度——最大安裝高度，允許安裝高度，實(shí)際安裝高度。4、離心泵的氣縛——定義及危害容積式的流體輸送機(jī)械1、往復(fù)泵的工作原理2、往復(fù)泵的優(yōu)點(diǎn)及用途、適應(yīng)范圍3、往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)—主要由兩部分組成其一、把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的液力端（液缸體、活塞、吸入閥、排出閥）其二、將原動(dòng)機(jī)的能量傳給液力端的傳動(dòng)端（曲柄、連桿、十字頭等）往復(fù)泵的工作原理圖往復(fù)泵的特點(diǎn)及分類(lèi)流體輸送機(jī)械的特點(diǎn)1、速度式流體輸送機(jī)械的特點(diǎn)2、容積式流體輸送機(jī)械的特點(diǎn)3、圖示各類(lèi)泵的適應(yīng)范圍第四章、熱量傳遞基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)：1.理解傳導(dǎo)傳熱和對(duì)流傳熱的傳熱機(jī)理,掌握基本方程及其應(yīng)用2.學(xué)會(huì)有關(guān)傳熱問(wèn)題計(jì)算的基本方法3.了解強(qiáng)化和抑制傳熱過(guò)程的途徑4.掌握?qǐng)A形直管中對(duì)流給熱系數(shù)的計(jì)算5.了解熱交換器的基本結(jié)構(gòu)和性能§4、1概述

熱是能量的一種形式，熱量是對(duì)熱在傳遞過(guò)程中的度量，它是一個(gè)過(guò)程量而非狀態(tài)量。只要有溫差就會(huì)有熱量傳遞。熱量是自發(fā)的從高溫向低溫傳遞。§4、1.1基本概念1、傳熱速率符號(hào)Q單位W表達(dá)式Q=Δt/R=過(guò)程推動(dòng)力/過(guò)程阻力2、熱通量符號(hào)q單位W/m2表達(dá)式q=dQ/dA3、潛熱 包括：汽化熱、凝結(jié)熱、升華熱、溶解熱、結(jié)晶熱、稀釋熱等表達(dá)式Q=mγ4、顯熱 表達(dá)式Q=mCpΔt5、穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱6、溫度場(chǎng)與溫度梯度§4、1.2熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式為：傳導(dǎo)傳熱、對(duì)流傳熱、輻射傳熱。以上3種傳熱的定義、微觀機(jī)理、主要發(fā)生在的物體及狀態(tài)?！?、2熱傳導(dǎo)

§4、2.1熱傳導(dǎo)的基本定律——傅利葉定律傅利葉定律的定義及一維問(wèn)題的表達(dá)式q=-λdt/dx其中：λ是導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)λ的定義及單位及計(jì)算方法1、定義：導(dǎo)熱系數(shù)λ的物理意義為物體兩個(gè)面間溫差為1K，厚度為1m，每秒經(jīng)過(guò)1m2，傳熱面積所能傳導(dǎo)的熱量。2、導(dǎo)熱系數(shù)λ的單位：W/m°C或W/m

●K3、導(dǎo)熱系數(shù)λ的取值可查附錄表，從表中知λ氣<λ液<λ固4、一般來(lái)說(shuō),金屬的λ隨溫度升高而變小,大多數(shù)非金屬固體的λ隨溫度升高而變大。穩(wěn)態(tài)的熱傳導(dǎo)1、通過(guò)平面壁的熱傳導(dǎo)單層平面壁的熱傳導(dǎo)多層平面壁的熱傳導(dǎo)2、通過(guò)圓筒壁的熱傳導(dǎo)單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)通過(guò)平面壁的熱傳導(dǎo)

（1）單層平面壁的熱傳導(dǎo)的計(jì)算公式為Q=(λ/b)AΔt=Δt/R，其中R=b/λA（R為熱阻）（2）多層平面壁的熱傳導(dǎo)的計(jì)算公式為Q=多層平面壁的熱傳導(dǎo)的計(jì)算公式

Q=補(bǔ)充題若爐灶的爐壁順序地由厚24cm的耐火磚（λ=0.9w/mk）,12cm的絕熱磚（λ=0.20w/mk）和24cm的建筑磚（λ=0.63w/mk）砌成，傳熱穩(wěn)定后，耐火磚的內(nèi)壁溫度為940°C，普通磚的外壁溫度為50°C.試求各磚層交界面的溫度。（做圖求解）作業(yè)235頁(yè)第一題通過(guò)圓筒壁的熱傳導(dǎo)

（1）單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)計(jì)算公式為

（2）多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)計(jì)算公式為例4—1為了減少熱損失和保證安全工作條件，在外徑為159mm的蒸汽管道上包覆保溫層。蒸汽管道外壁溫度為300°C。保溫材料為水泥珍珠巖制品，水泥珍珠巖制品的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系為λ=0.0651+0.000105t，其中，λ的單位（W/mK），要求包覆保溫層后外壁溫度不超過(guò)50°C，并要求將每米長(zhǎng)度上的熱損失控制在300W/m，則保溫層的厚度為多少？解：保溫層平均工作溫度為t=(300+50)/2=175°C由此得保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.0651+0.000105×175=0.0835（W/mK）In(r2/r1)=2πλ〔(t1-t2)/(Q/L)〕In(d2/d1)=2πλ〔(t1-t2)/(Q/L)〕In(d2/0.159)=2×3.14×0.0835〔(300-50)/(300)〕d2=0.246m保溫層的厚度為（0.246-0.159）/2=0.0435m=43.5mm§4、3對(duì)流傳熱§4、3.1概述1、對(duì)流傳熱的定義：不同溫度的流體之間，流體與壁面之間做整體相對(duì)位移所發(fā)生的熱量傳遞過(guò)程稱(chēng)為對(duì)流傳熱2、牛頓冷卻公式：Q=αAΔt或q=αΔt 研究對(duì)流傳熱的主要目的1、揭示對(duì)流傳熱的影響因素和內(nèi)在聯(lián)系，2、確定對(duì)流傳熱系數(shù)α的具體表達(dá)式。影響對(duì)流傳熱（影響對(duì)流傳熱系數(shù)）的因素可以分為5個(gè)方面流體的相態(tài)變化；引起流動(dòng)的原因；流體的流動(dòng)狀態(tài)；流體的物理性質(zhì)；傳熱面的幾何因素。對(duì)流傳熱系數(shù)α的計(jì)算公式對(duì)于單相流體對(duì)流傳熱，對(duì)流傳熱系數(shù)α主要與下列因素有關(guān)（u、L、μ、λ、ρ、Cp、gβ△t。）因此α=f（u、L、μ、λ、ρ、Cp、gβ△t）無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)NuRePrGr(準(zhǔn)數(shù)名稱(chēng)、定義式、物理意義表4—2)準(zhǔn)數(shù)方程的建立、推導(dǎo)、定性溫度、特性長(zhǎng)度、特性速度、使用條件。管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳熱管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流存在三個(gè)不同的區(qū)域Re<2300層流Re>10000湍流2300<Re<10000過(guò)渡狀態(tài)在三個(gè)區(qū)域內(nèi)流體的對(duì)流傳熱規(guī)律不同。流體在圓形管道內(nèi)做湍流時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算Nu=Nu=αL/λ=αd/λ;α=Nu*（

λ/d）α=0.023

重要的是該公式的適應(yīng)條件：1、流體在圓形管道內(nèi)2、湍流流動(dòng)Re>100003、當(dāng)流體被加熱時(shí)n=0.4，當(dāng)流體被冷卻時(shí)n=0.34、流體與管壁溫差不大5、Re=1*104——1.2*105Pr=0.7——1206、L/d>607、特性長(zhǎng)度是管內(nèi)經(jīng)d8、定性溫度是平均溫度流體管道內(nèi)不同流動(dòng)狀態(tài)下的對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算1、流體在圓形管道內(nèi)做湍流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算2、流體在圓形管道內(nèi)呈過(guò)渡狀態(tài)時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算3、流體在圓形管道內(nèi)做層流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算4、流體在圓形彎管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算5、流體在非圓形管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算作業(yè)：235（5、）有空氣層的傳導(dǎo)傳熱公式冷凝與沸騰傳熱1、冷凝傳熱冷凝的種類(lèi)：膜狀冷凝珠狀冷凝珠狀冷凝的傳熱系數(shù)比膜狀冷凝高幾倍到幾十倍工業(yè)冷凝器設(shè)計(jì)一般都是按膜狀冷凝考慮冷凝傳熱過(guò)程中，ReL＜1800層流，ReL＞1800湍流。冷凝傳熱1、純蒸汽在豎壁上進(jìn)行層流膜狀冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算適應(yīng)條件：1、純蒸汽2、在豎壁上冷凝3、膜狀冷凝4、產(chǎn)生的液膜呈現(xiàn)穩(wěn)定的層流（ReL＜1800層流）2、純蒸汽在豎壁上進(jìn)行湍流膜狀冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算3、水平單管和管束外的冷凝傳熱（冷凝液膜流動(dòng)處于層流狀態(tài)）

適應(yīng)條件：1、純蒸汽2、在水平壁或管束上冷凝3、膜狀冷凝4、產(chǎn)生的液膜呈現(xiàn)穩(wěn)定的層流（ReL＜1800層流）例4-6首先推導(dǎo)雷諾數(shù)的表達(dá)式，再講解例題。作業(yè)235（10、11、12）第5章傳熱過(guò)程計(jì)算與換熱器換熱器的分類(lèi)與形式介紹各種換熱器，重點(diǎn)介紹列管式換熱器間壁式換熱器中的傳熱過(guò)程分析該過(guò)程分為三個(gè)部分：1、熱流體以對(duì)流傳熱的方式將熱量傳至固體壁面。2、熱量以熱傳導(dǎo)方式由間壁的熱側(cè)面?zhèn)鞯嚼鋫?cè)面。3、冷流體以對(duì)流傳熱的方式將間壁傳來(lái)的熱量帶走。傳熱過(guò)程理論1、傳熱過(guò)程的基本方程Q=mhcph(th1-th2)=mccpc(tc2-tc1)=mr

2、總傳熱速率方程Q=KA△tm

K:總傳熱系數(shù)A:總傳熱面積

△tm傳熱過(guò)程中的平均溫差K:總傳熱系數(shù)的計(jì)算以傳熱的外表面做為基準(zhǔn)用K0(用5-16)以傳熱的內(nèi)表面做為基準(zhǔn)用Ki(用5-17)表面積不加說(shuō)明的用K(用5-18)例題5-1作業(yè)277頁(yè)（1、3、）△tm傳熱過(guò)程中的平均溫差的計(jì)算恒溫差的計(jì)算△tm=T-t變溫差的計(jì)算1、并流和逆流的傳熱溫差△tm=（△t1-△t2）/ln(△t1/△t2)補(bǔ)充題：在某規(guī)定尺寸的套管換熱器中，熱流體與冷流體并流換熱。熱流體的進(jìn)出口溫度分別為120℃和70℃，冷流體的進(jìn)出口溫度分別為20℃和60℃。若換熱器及其他條件不變，將并流改為逆流，試求冷熱流體的出口溫度？補(bǔ)充題：在某規(guī)定尺寸的套管換熱器中，熱流體與冷流體并流換熱。熱流體的進(jìn)出口溫度分別為120℃和70℃，冷流體的進(jìn)出口溫度分別為20℃和60℃。若換熱器及其他條件不變，將并流改為逆流，試求冷熱流體的出口溫度？第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)1、質(zhì)量傳遞的定義：2、質(zhì)量傳遞的推動(dòng)力：3、常見(jiàn)的傳質(zhì)單元操作：相組成的表示法1、質(zhì)量分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)2、質(zhì)量比和摩爾比3、質(zhì)量濃度和摩爾濃度例題作業(yè)在20℃的常壓下，測(cè)得1kg水中含氨0.02Kg,此時(shí)液面上的平衡分壓為1205Pa.。求氨在氣、液相中的摩爾分?jǐn)?shù)、摩爾濃度、摩爾比。(x,y,X,Y,CAL,CAG)

第八章氣體吸收1、氣體吸收的定義：分離氣體混合物的單元操作。2、氣體吸收的依據(jù)：混合物中各組分在液相中的溶解度的差異。3、氣體吸收的設(shè)備：填料吸收塔板式塔4、有關(guān)術(shù)語(yǔ)：5、吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用：吸收過(guò)程分類(lèi)1、按性質(zhì)分物理吸收：溶質(zhì)組分從氣相轉(zhuǎn)移到液相，沒(méi)有明顯的化學(xué)反應(yīng).如洗油吸收苯,水吸收二氧化碳等.化學(xué)吸收：吸收過(guò)程有明顯的化學(xué)反應(yīng). 化學(xué)吸收比物理吸收復(fù)雜得多，不僅僅要考慮到氣液平衡關(guān)系，還要考慮化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡.2、按吸收的組分?jǐn)?shù)分

單組分吸收：吸收一種物質(zhì)多組分吸收：同時(shí)吸收兩種以上物質(zhì)3、按吸收的溫度變化分

等溫吸收非等溫吸收我們研究的是低濃度單組分的等溫物理吸收.吸收的相平衡基礎(chǔ)1、氣-液平衡關(guān)系氣-液平衡關(guān)系的定義平衡分壓的定義平衡濃度的定義溶解度的定義亨利定律亨利定律是稀溶液重要的經(jīng)驗(yàn)定律，在低壓和一定溫度下，氣、液相達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，可溶氣體在氣相中的平衡分壓與溶質(zhì)在液相中的濃度之間的關(guān)系。1、數(shù)學(xué)表達(dá)式有三種形式2、三個(gè)系數(shù)之間的關(guān)系式吸收過(guò)程模型最經(jīng)典、最易理解的是雙膜理論，1927年路斯易—霍夫邁提出的.(85年)雙膜理論認(rèn)為：當(dāng)氣體與液體接觸時(shí)，即使流體的主體是湍流，但氣液兩相界面處仍分別存在有穩(wěn)定的氣膜和液膜（層流）,吸收過(guò)程是吸收質(zhì)分子從氣相主體運(yùn)動(dòng)到氣膜，再以分子擴(kuò)散的方式通過(guò)氣膜到達(dá)氣液相界面，在界面處吸收質(zhì)溶入液相，再?gòu)囊好娼缑嫣幰苑肿訑U(kuò)散形式通過(guò)液膜而進(jìn)入液相主體.基本要點(diǎn)有四：1)氣液兩相間有一穩(wěn)定界面，界面兩側(cè)各有一氣膜和液膜，不論流體主體流動(dòng)狀況如何，氣、液膜中總是層流，吸收質(zhì)分子以分子擴(kuò)散的形式通過(guò)氣、液兩膜.2)在相界面處，氣液兩相處于平衡狀態(tài)，滿(mǎn)足平衡關(guān)系.3)在氣膜和液膜以外的流體主體中，流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為湍流，溶質(zhì)組分在主體中的濃度均勻一致，無(wú)濃差，無(wú)傳質(zhì)阻力.4)若氣相主體吸收質(zhì)分壓為PG，界面氣膜吸收質(zhì)分壓為Pi，則推動(dòng)力為，PG-Pi,液相吸收推動(dòng)力為Ci-CL.吸收過(guò)程解吸過(guò)程氣相主體液相主體吸收及解析傳質(zhì)方向傳質(zhì)速率方程由雙膜理論可知?dú)庀鄠髻|(zhì)速率方程：NA=kG(PG-Pi)=kY(y-yi)kY=kGP