化工基础总复习资料

2020/2/16RTpM液体混合物：气体：----------理想气体状态方程气体混合物：...2211xMxMMm1、密度12020/2/16压强大小的两种表征方法绝对压力表压---以绝对真空为基准---以当地大气压为基准表压＝绝对压力－当地大气压真空度＝当地大气压－绝对压力绝对压强表压大气压真空度绝对压强绝对零压线大气压线2、压强22020/2/161.牛顿型流体流体在运动状态下，有一种抗拒内在的向前运动的特性，称为粘性。流体不管在静止还是在流动状态下，都具有粘性，但只有在流体流动时才能显示出来。随流体状态的不同，粘性的差别非常悬殊。粘性是流动性的反面。由于粘性存在，流体在管内流动时，管内任一截面上各点的速度并不相同（1）粘性3、粘度3例1：已知乙醇水溶液中各组分的质量分数分别为：乙醇0.8，水0.2，计算293K时的密度？案例例2：若空气的组成近似看作为：氧气和氮气的体积分数分别为0.21和0.79。试求100KPa和300k时的空气密度？例3：在兰州地区操作苯乙烯真空蒸馏塔的压力表读数是80*103Pa，而在天津地区应该如何操作时。兰州地区大气压为85.3*103Pa，天津地区的大气压为101.33*103Pa。2020/2/1642020/2/16p0p1p2G如图所示：容器中盛有密度为的静止液体。现从液体内部任意划出一底面积为A的垂直液柱。若以容器底部为基准水平面，液柱的上、下底面与基准水平面的垂直距离分别为z1和z2，以p1和p2分别表示高度为z1和z2处的压力，液面上方的压力为p0。分析垂直方向上液柱的受力：向上：p2A向下：p1AG＝gA(z1-z2)4、流体静力学基本方程式52020/2/16当液柱处于相对静止状态时，说明作用在此液柱上诸力的合力为零，即：p2A－p1A－gA(z1-z2)＝0化简得：p2＝p1＋g(z1-z2)(1)或：(2)若液柱上表面取在液面上，令z1-z2=h，则上式可写为：p2＝p0＋gh(3)(4)上述式子均称为流体静力学基本方程式。它反映了流体不受水平外力作用，只在重力作用下流体内部压力（压强）的变化规律。2112zzgpphgpp0262020/2/161.当容器液面上方的压强p0一定时，静止液体内任一点压强的大小，与液体本身的密度和该点距液面的深度h有关。因此，在静止的、连通的同一种液体内，处于同一水平面上的各点的压强都相等。此压强相等的面，称为等压面。2.当p0改变时，液体内部各点的压强也将发生同样大小的改变—帕斯卡原理。3.压强或压强差的大小可用液柱高度来表示。4.将(2)式移项整理得：(5)或适用场合：绝对静止、连续、均质、不可压缩流体流体静力学基本方程式的讨论gpzgpz2211常数gpz7案例：如图所示，三个设备内的水面在同一个水平面上，连通管的下部是水银，问：（1）.1、2、3三处的压力是否相等？（2）.4、5、6三处的压力是否相等？2020/2/168案例：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m,密度31/800mkg，水层高度h2=0.6m，密度为32/1000mkg1）判断下列两关系是否成立PA＝PA’，PB＝P’B。2）计算玻璃管内水的高度h。2020/2/169U型管压差计baPP根据流体静力学方程RmgPPBa1gRmzgPPABb)(2)(21gRmzgPRmgPABB流体静力学方程的应用2020/2/1610二、液位的测量液位计的原理——遵循静止液体内部压强变化的规律,是静力学基本方程的一种应用。液柱压差计测量液位的方法：•由压差计指示液的读数R可以计算出容器内液面的高度。•当R＝0时，容器内的液面高度将达到允许的最大高度，容器内液面愈低，压差计读数R越大。2020/2/16113、液封高度的计算液封的作用：•若设备内要求气体的压力不超过某种限度时，液封的作用就是：当气体压力超过这个限度时，气体冲破液封流出，又称为安全性液封。•若设备内为负压操作，其作用是：防止外界空气进入设备•液封需有一定的液位，其高度的确定就是根据流体静力学基本方程式。2020/2/1612例：如图所示，某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过10.7×103Pa（表压），需在炉外装有安全液封，其作用是当炉内压强超过规定，气体就从液封管口排出，试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。2020/2/16135、流量与平均流速1、流量与流速流量qm=ρqV──如为稳定流动，qV，qm在系统中恒定。qVm3/sqmkg/s单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。2020/2/1614对于圆形管道，24dA24Vqud4Vqdu——管道直径的计算式2020/2/1615列管换热器列管换热器的管束由121根φ×2.5cm的钢管组成。空气以9m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50℃﹑压强为196×103Pa(表压)，当地大气压为98.7×103Pa。试求：⑴空气的质量流量；⑵操作条件下，空气的体积流量.2020/2/1616流动体系的分类管系中任一截面上的参数u,p,ρ等随时间变化──不稳定流动──参数随时间变化不随时间变化──稳定流动──参数不随时间变化，但却可能随位置变化2020/2/1617湍流:总体向前，同时有杂乱径向运动(脉动)Re2000──层流2000Re4000──过渡区Re4000──湍流层流湍流过渡区红墨水玻璃管层流:分层流动，互不混杂流动类型流动类型2020/2/1618案例已知常温下，水平均流速为2m/s，水的密度和粘度分别为998.2kg/m3和100.5×10-5Pa.s，试判断水在内径为50mm的圆管内流动的型态。450.052998.2Re9.9310100.510du解：Re4000故流动为湍流19对一稳态、连续流动的任两截面间,以衡算基准1s，则有：qm1=qm2ρ1u1A1=ρ2u2A2=ρ3u3A3=……6、连续性方程qm1qm2不可压缩流体u1A1=u2A2=u3A3=……2020/2/1620)4()4(222211dudu液体在圆管中流动：212221dduu说明：不可压缩流体在圆管内作稳态流动，速度与管径的平方呈反比。2020/2/1621案例流体从内径100mm的钢管流入内径80mm的钢管，流量为60m3/h，试求在稳定流动条件下，两管内的流速。2020/2/1622案例如附图所示的输水管道，管内径为：d1=2.5cm；d2=10cm；d3=5cm。（1）当流量为4L/s时，各管段的平均流速为若干？（2）当流量增至8L/s或减至2L/s时，平均流速如何变化？d1d2d32020/2/1623fehpugZWpugZ2222121122————柏努利方程2020/2/1624案例R=40mm300mm200mm水如图所示，已知：ρ=1.2kg/m3求：qv。解：取截面如图，以管的轴心线所在平面为基准水平面。在1-2间列柏努力方程feWpugZWpugZ2222121122式中：Z1=Z2=0，We=0，∑hf=0，上式简化为22212122pupu1210009.810.04392.4AppgRPa222121392.432721.2uupp连续性方程22112111220.30.2AduuuuAd1225.2uusmu/7.121（1）（2）223110.312.70.90/44qvdums122020/2/1625用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽和反应器均与大气连通，要求料液在管内以1m·s-1的速度流动。设料液在管内流动时的能量损失为20J·kg-1（不包括出口的能量损失），试求高位槽的液面应比虹吸管的出口高出多少？案例解：取高位槽液面为1-1截面，虹吸管出口内侧截面为2-2截面，并以2-2为基准水平面。在两截面间列柏努力方程得：2211221222fupupgZWegZh式中：Z1=h（为题中欲求得未知数）；Z2=0；p1=p2=0(表压)∵1-1截面比2-2截面面积大得多，在流量相同情况下，槽内流速比管内流速就小得多，故槽内流速就可忽略不计，即u1≈0u2=1m/s∑hf=20J/kgWe=0将上列数值代入柏努利方程式，并简化解得h=2.09m2020/2/16267、流体阻力产生流体阻力的原因有两个：流体间的内摩擦和流体流动形成的涡流。流体在流动时流体质点间存在相互牵制作用，即内摩擦力。由于内摩擦作用的结果，导致流体在流动时为反抗质点间的相互牵制作用而损耗能量。由于流体在流动过程中往往会因流动方向或流道截面的改变而产生涡流，由于涡流的自旋及与流体的逆向流动过程均需消耗大量的机械能。2020/2/1627如何计算直管阻力？22fluEdλup1p21122FFdl直圆管内阻力公式的推导212u2fflpPPEdρλρ2020/2/1628案例在异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面的压强差。当水的流量为10800kg/h时，U管压差计读数R为100mm，粗细管的直径分别为Ф60×3.5mm与Ф45×3.5mm。计算:(1)1kg水流经两截面间的能量损失。(2)与该能量损失相当的压强降为若干Pa？2020/2/1629思考题：流体阻力越大，流体输送的动力消耗也越大，造成操作费用增加；另一方面，流体阻力的增加还能造成系统压力的下降，严重时将影响工艺过程的正常进行。因此生产中应尽量减小流体阻力，试写出你认为能减小流体阻力的方法。2020/2/1630案例密度为850kg/m³，粘度为8×10-3Pa·s的液体在内径为14mm的钢管内流动，溶液的流速为1m/s。试计算：（1）计算雷诺数，并指出属于何种流型？（2）该管路为水平管，若上游压强为147×10³Pa，液体流经多长的管子其压强才下降到127.5×10³Pa？2020/2/1631一定量的液体在圆形直管内做滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？案例2020/2/16329、流量计2020/2/1633化工管路是化工、石油、环保等许多行业生产中所涉及的各种管路形式的总称。管路是生产装置不可缺少的部分，只有管路通畅，阀门调节得当，才能保证各车间及整个工厂生产的正常进行。因此了解管路的构成与作用、合理布置管路，是非常重要的。10、化工管路管路是由管子、管件和阀门等按一定的排列方式构成。2020/2/1634阀门的异常现象及处理方法阀门的工作情况直接关系到化工生产的好坏。为了使阀门正常工作，必须做好阀门的维护工作。1》保持清洁与润滑良好，使传动部件灵活动作。2》检查有无渗漏，如有及时修复。3》安全阀要保持无挂污与无渗漏，并定期校验其灵敏度。4》注意观察减压阀的减压效能，若减压值波动较大，应及时检修。5》阀门全开后，必须将手轮倒转少许，以保持螺纹接触严密，不损伤。6》电动阀应保持清洁及接点的良好接触，防止水、汽和油的沾污。7》露天阀门的传动装置必须有防护罩，以免大气及雨雪的浸蚀。8》要经常测听止逆阀阀芯的跳动情况，以防止掉落。9》做好保温与防冻工作，应排净停用阀门内部积存的介质。10》及时维修损坏的阀门零部件，发现异常及时处理。2020/2/1635化工管路的布置原则1.管路短、阀件少，流体阻力降到最低。2.合理安排管路，保持间距。3.合理排列管路。4.采用标准件。5.冷热补偿措施。6.管路高度。7.明装、地埋。2020/2/1636离心泵的基本机构1.叶轮{作用？分类？}2.泵壳{作用？导轮？}3.轴封装置{作用？分类？}11、离心泵2020/2/1637气缚离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋