化工原理课件(天大版)优质PPT.ppt

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,02:

25,8,02:

25,9,单元操作的研究内容与方向:

研究内容,研究方向,02:

25,10,0.2单位制与单位换算,一、基本单位与导出单位,基本单位:

选择几个独立的物理量,以使用方便为原则规定出它们的单位;

导出单位:

根据其本身的意义,由有关基本单位组合而成。

单位制度的不同,在于所规定的基本单位及单位大小不同。

25,11,二、常用单位制,我国法定单位制为国际单位制(即SI制),02:

25,12,三、单位换算,物理量的单位换算,换算因数:

同一物理量,若单位不同其数值就不同,二者包括单位在内的比值称为换算因数。

(附录二),经验公式的单位换算,经验公式是根据实验数据整理而成的,式中各符号只代表物理量的数字部分,其单位必须采用指定单位。

25,13,以单位时间为基准,如:

h,min,s。

参数=f(x,y,z),以每批生产周期所用的时间为基准。

参数=f(x,y,z,),稳定操作非稳定操作,0.3物料衡算与能量衡算,02:

25,14,衡算,

(1)物料衡算(质量衡算),物料衡算反映原料、产品、损失等各种物料流股间量(质量/摩尔流量)的关系。

总体衡算(稳态)其范围可以是某设备的大部分、全部,或是由几个设备组成的一段生产流程、一个车间甚至整个工厂。

25,15,物料衡算可以表示为:

GI=GO+GA(0-2),此式为总物料衡算式,也适用于物料中的某个组分。

如精馏:

注意:

在有化学反应的情况下,物料衡算式只适用于任一元素的衡算。

25,16,例1(清华版,P6):

稳态时的总物料衡算及组分物料衡算,解:

首先根据题意画出过程的物料流程图,生产KNO3的过程中,质量分率为0.2的KNO3水溶液,以F=1000kg/h的流量送入蒸发器,在422K下蒸发出部分水得到50%的浓KNO3溶液。

然后送入冷却结晶器,在311K下结晶,得到含水0.04的KNO3结晶和含KNO30.375的饱和溶液。

前者作为产品取出,后者循环回到蒸发器。

过程为稳定操作,试计算KNO3结晶产品量P、水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。

25,17,蒸发器422K,冷却结晶器311K,F=100020%,S50%,R,37.5%,W,0.0%,P1-0.04,解题思路:

题求三个量,如何列物料衡算式。

首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。

1求KNO3结晶产品量P,按虚线框作为物料衡算范围,只涉及两个未知量。

GI=GO+GA,02:

25,18,KNO3组分的物料衡算:

F20%=W0%+P(1004)%100020%=0+P96%则:

P=208.3kg/h,2水分蒸发量W(物衡范围同1.)总物料衡算式:

F=W+P则:

W=FP=1000208.3=791.7kg/h,3循环的饱和溶液量R此时以蒸发器或冷却结晶器划定为物衡范围均可,但前者涉及4个量,后者仅3个量1个已知,因此宜以结晶器为衡算范围。

总物衡式:

S=R+P即:

S=R+208.3,02:

25,19,KNO3组分物衡:

0.5S=0.375R+0.96P,两式联立解得:

R=766.6kg/h,例2:

非稳态时的物料衡算(P6例0-4)用1.5m3/s送风量将罐内有机气体由6%吹扫至0.1%(体积),求所需时间。

解:

罐内气体浓度随时间变化,用微分衡算。

25,20,在d时间内,对有机气体的“体积”作衡算:

根据GI=GO+GA,有,1.5m3/s空气0d=1.5m3/s有机气vd+,整理并积分:

25,21,

(2)能量衡算,能量有很多种,如机械能、热能、电能、磁能、化学能、原子能、声能、光能等。

化工过程中主要涉及物料的温度与热量的变化,因此:

热量衡算是化工中最常用的能量衡算。

质量衡算与能量衡算的异同点:

同:

都须划定衡算的范围和时间基准。

异:

1)热量衡算须选择物态和温度基准,这是因为物料所含热量(焓)是温度和物态的函数。

液态物质的温度基准常取273K。

2)对于有化学反应的系统,须考虑反应物、生成物的差异,因为既使同温,若浓度不同,则它们的焓值及反应热亦不同。

3)热量除随物料输入/出外,还可通过热量传递的方式输入/出系统。

25,22,热量衡算的依据是能量守恒定律,即:

QI=QO+QL+QA,式中下标符号的意义:

I:

进入O:

离开L:

散失A:

积累,例3(P8例0-5),溶液的平均比热为3.56kJ/(kg.)求:

换热器热损失QL占水蒸气提供热量的百分数?

25,23,解:

查P357附录九:

120水蒸气焓值为2708.9kJ/kg,120饱和水焓值为503.6kJ/kg。

稳定操作无积累QA=0,则有QI=QO+QL即蒸汽带入Q1+溶液带入Q2=凝液带出Q3+溶液带出Q4+QL,如图虚线为衡算范围,Q1=0.0952708.9=257.3kwQ2=13.56(250)=89kwQ3=0.095503.67=47.8kwQ4=13.56(800)=284.8kw,即:

热损失:

25,24,例4非稳定热量衡算举例,W=8t/hT3=100,水蒸气,冷凝水,G=20t,罐内盛有20t重油,初温T1=20,用外循环加热法进行加热,重油循环量W=8t/h。

循环重油经加热器升温至恒定的100后又送回罐内,罐内的油均匀混合。

问:

重油从T1升至T2=80需要多少时间,假设罐与外界绝热(QL=0)。

非稳态,有QA项,以罐为物衡范围,1h为时间基准,0为温度基准。

25,25,在d时间内:

输入系统重油的焓=WCpT3d输出系统重油的焓=WCpTd系统内积累的焓=GCpdT,则:

热衡式:

WCpT3d=WCpTd+GCpdT化简得:

W(T3T)d=GdT,积分有:

25,26,第一章流体流动FlowofFluid,02:

25,27,1.1流体的物理性质,1.2流体静力学基本方程,1.3流体流动的基本方程,1.4流体流动现象,1.5流体在管内的流动阻力,1.6管路计算,1.7流量的测量,02:

25,28,1.研究流体流动问题的重要性,因此,流体流动成为各章都要研究的内容。

流体流动的基本原理和规律是“化工原理”的重要基础。

流体流动的强度对热和质的传递影响很大。

强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动条件和规律。

传热冷、热两流体间的热量传递;

传质物料流间的质量传递。

化工生产过程中,流体(液体、气体)的流动是各种单元操作中普遍存在的现象。

如:

25,29,流体流动规律在流体输送及传热/质方面的应用在以后各章具体介绍。

2.本章主要研究内容:

1流体流动规律(主要管内)流体动力学;

静止流体的规律流体静力学;

流体静力学在测量压强、流速(量)、液位及保持设备内压强(或常压)方面的应用,从工程实际情况出发,流动规律的研究采用宏观方法,主要研究流体的宏观运动规律。

因此将流体视为“连续介质”无数微团(或称质点)组成,其间无间隙、完全充满所占据的空间。

高真空状态除外!

流体流动的研究方法:

25,30,3.流体在流动中受到的力,b.表面力作用于流体质点表面的力,与表面积成正比。

表面力一般分为两类:

一为垂直于表面的力称压力,一为平行于表面的力称剪力。

a.体积力作用于每个质点上的力,与流体质量成正比。

对于质量均匀的流体则与体积成正比。

重力和离心力是两个典型的体积力。

25,31,4.流体的特征,具有流动性;

无固定形状,随容器形状而变化;

受外力作用时内部产生相对运动。

不可压缩流体:

流体的体积不随压力变化而变化,如液体;

可压缩性流体:

流体的体积随压力发生变化,如气体。

25,32,1.1流体的物理性质,1.1.1密度一、定义单位体积流体的质量,称为流体的密度。

kg/m3,二、单组分密度,液体密度仅随温度变化(极高压力除外),其变化关系可从手册中查得。

25,33,气体当压力不太高、温度不太低时,可按理想气体状态方程计算:

手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下之值,若条件不同,则密度需进行换算。

M气体的摩尔质量;

R8.315103J/(kmolK)下标“”表示标准状态,实际上,某状态下理想气体的密度可按下式进行计算:

25,34,三、混合物的密度,混合气体各组分在混合前后质量不变,则有,气体混合物中各组分的体积分率。

或,混合气体的平均摩尔质量,气体混合物中各组分的摩尔(体积)分率。

25,35,混合液体假设各组分在混合前后体积不变,则有,液体混合物中各组分的质量分率。

四、比容,单位质量流体具有的体积,是密度的倒数。

m3/kg,02:

25,36,流体静力学,流体静力学主要研究流体静止时流体内部各种物理量的变化规律,特别是在重力场作用下,静止流体内部的压力变化规律。

1.2流体静力学基本方程式,02:

25,37,1.2.1静止流体的压力,流体垂直作用于单位面积上的力,称为流体的静压强,习惯上又称为压力。

一、压力的特性流体压力与作用面垂直,并指向该作用面;

任意界面两侧所受压力,大小相等、方向相反;

作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。

二、压力的单位,SI制:

N/m2或Pa;

25,38,或以流体柱高度表示:

用液柱高度表示压力时,必须指明流体的种类,如600mmHg,10mH2O等。

标准大气压的换算关系:

1atm=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O,三、压力的表示方法,绝对压力以绝对真空为基准测得的压力。

表压或真空度以大气压为基准测得的压力。

25,39,表压=绝对压力大气压力真空度=大气压力绝对压力,注:

表压强和真空度均需加以标注。

25,40,1.1.3流体静力学基本方程式,一、静力学基本方程,重力场中对液柱进行受力分析:

(1)上端面所受总压力,

(2)下端面所受总压力,(3)液柱的重力,设流体不可压缩,,方向向下,方向向上,方向向下,p1,p2,02:

25,41,液柱处于静止时,上述三项力的合力为零:

静力学基本方程,压力形式,能量形式,02:

25,42,讨论:

(1)适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体;

(2)物理意义:

单位质量流体所具有的位能,J/kg;

单位质量流体所具有的静压能,J/kg。

在同一静止流体中,处在不同位置流体的位能和静压能各不相同,但二者可以转换,其总和保持不变。

25,43,(3)在静止的、连续的同种流体内,处于同一水平面上各点的压力处处相等。

压力相

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