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化工原理hgyl.ppt

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上传者: wang080811110035 2011-05-12 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《化工原理hgylppt》,可适用于工程科技领域,主题内容包含化工原理主讲:韩永霞辅导:杨敏参考书*教材*谭天恩等《化工原理》*天大姚玉英主编《化工原理》*南京化工赵汝溥等编《化工原理》*清华《化工原理》*丛德符等。

化工原理主讲:韩永霞辅导:杨敏参考书*教材*谭天恩等《化工原理》*天大姚玉英主编《化工原理》*南京化工赵汝溥等编《化工原理》*清华《化工原理》*丛德滋等编《化工原理示例与练习》*姚玉英主编《化工原理例题与习题》*《化工原理》及《化学反应工程》公式例解测验*清华周荣琪等编《化工原理学习指引》*TQH《化工原理学习指导》TQH《化工原理学习指导》TQH《化工流体流动与传热》TQ《化工原理操作型问题的分析》http:agdzdlahuteducn化工原理教学资料化工原理上册绪论化工原理在整个学科体系的地位与作用)弯一下?)泵类型?结构?原理?修好?化工过程与单元操作()化工生产过程“原料化学反应器(中间)产品”前处理后处理()单元操作()单元操作*物料的输送*沉降*过滤*流态化*加热与冷却*蒸发*气体吸收*液体蒸馏*固体干燥*液液萃取*膜分离《化工原理》课程()内容*基础理论流体力学、传热学、传质学基础*若干典型单元操作()性质属技术基础课()作用*单元操作知识与有关的基础理论知识*掌握分析与解决工程问题的方法论单位制与单位换算()CGS制(物理单位制)厘米克秒制()MKS制(绝对单位制)米千克秒制()工程单位制米公斤(力)秒()SI制(国际单位制)以MKS制基础基本单位:长度米(m)质量千克(kg)时间秒(s)温度开尔文(k)物质的量摩尔(mol)重要导出单位:力F=maN压强P=F面积NmPa能量、功、热F距离NmJ功率功时间JsW比热热质量温度JkgK单位换算?单位换算换算因数:in=mmin=mmin=mm换算因数?彼此相等而各有不同单位的两个物理量之比。纯数【例】已知atm=kgfcm,试将此压强换算为SI单位。解:kgf=Nm=cmatm=kgfcm=Nm物料衡算质量守恒原理的具体应用()确定控制体即进行衡算的空间范围()确定衡算基准s或h()列出衡算式mimo=ma对于连续生产:mimo=能量衡算机械能、热量、电能、化学能等统称为能量。依据能量守恒定律。重点热量衡算衡算式:式中Qi随物料进入控制体的热量kJ或kWQo随物料离开控制体的热量kJ或kWQL向控制体周围散失的热量kJ或kW。也可写成:式中W物料的质量kg或kgsH物料的焓kJkg。适用于间歇过程(kJ)、连续过程(kW)方法:()确定控制体(范围)()确定衡算基准由于焓是相对值故应()指明基准温度基准状态。通常以C、液态为基准。()列出衡算式例在换热器里将平均比热为kJ(kgC)的某溶液自加热到溶液流量为kgs。加热介质为的饱和水蒸汽其耗量为kgs,蒸汽冷凝成同温度的饱和水排出。求此换热器的热损失占蒸汽供热的百分数。C溶液kgsC溶液kgsC饱和水蒸汽C饱和水解:由P附录查出C饱和水蒸汽的焓值为kJkg,C饱和水的焓值为kJkg基准:s控制体:C溶液kgsC饱和水蒸汽C饱和水C溶液kgsQQQQQL作热量衡算:随物料带入换热器的总热量:Qi=QQ其中:Q==kWQ=()=kWQi==kW随物料带出换热器的总热量:Qo=QQ其中:Q==kWQ=()=kWQo==kW由Qi=QoQLQL=QiQo=kW热量损失百分数==绪论小结绪论小结化工原理在学科体系的地位与作用化工过程与单元操作《化工原理》课程单位制与单位换算物料衡算能量衡算第一章流体流动概述流体气体和液体特性:()流动性()压缩性分类:()不可压缩流体:液体(若P,t变化小气体)()可压缩流体:实际流体气体几个物理名词()密度kgm重度kgfm,其数值同密度。比容mkg,密度的倒数。()流量有两种a体积流量qvms,mhb质量流量qmkgskghqm=qv()流速(u)ms流体流动中的作用力()体积力(质量力)重力:G=mg=ρgV离心力:muTr=ρVuTr()表面力压力:表面的力压强:剪力:表面的力剪应力:牛顿粘性定律实验性定律是通过实验得出的江面流速分布示意图在圆管中流动的流体选相邻两薄圆筒流体()进行分析实验证明对于一定流体内摩擦力F′……剪应力,Nm速度梯度粘度或动力粘度。式(A)牛顿粘性定律一句话即流体内部所受的剪应力与速度梯度成正比。()流体分类:牛顿型流体非牛顿型流体非有三种:塑性流体假塑性流体涨塑性流体许多高分子溶液、涂料、泥浆等属于非牛顿型流体。()流体在圆管内的速度分布a粘性流体(µ‡)实际流体b理想流体(µ=)()影响粘性的因素a温度实验表明:t,g,l原因:气体粘性分子热运动液体粘性分子引力b压强影响很小()粘度衡量流体粘性大小的物理量单位?据牛顿粘性定律:PaS=mPaS物理单位制中:P(泊)=cP(厘泊)cP=PaS=mPaS另:=运动粘度()流体流动中的机械能位能:mgz,Jgz,Jkg动能:mu,Ju,Jkg压强能:mP,JP,Jkg实际流体粘性内摩擦力机械能损失输送机械做功流体静力学弯一下?等问题流体静力学研究静止或相对静止状态的流体……流体静力学基本方程A任取受力分析水平方向:相互抵消垂直方向:上端面的总压力:P=pA下端面的总压力:P=pA重力:G=Vg=g(ZZ)AZZGPPP液柱静止PGP=pAg(ZZ)ApA=pg(ZZ)p=移项:p=pg(ZZ)()若液柱的上端面取在容器的液面P,液柱高h,则:p=pgh将式()移项:pgZ=pgZ()式():静力学基本方程液柱是任取的:对任意两点和:zz几个概念()等压面由式()(静力学基本方程):当Z=Z,=p=p即(相对)静止的,连续连通的同一种流体(=),同一水平面上的压强相等,这样的水平面称为等压面换句话说,即静压强仅与垂直位置有关,而与水平位置无关CBAABC()压强能与位能P的单位:故称P为压强能gZ的单位:故称gZ为位能这说明:静止的流体具有位能和压强能两项能量总和恒为常量。若位能小则P大反之若gZ大则P小。说明位能和压强能可以相互转换但总能量守恒。压强()压强的表示方法A以PaB工程上以液柱高度mHO柱,mmHg柱换算关系:atm(标准大气压)=Pa=mmHg=mHOat(工程大气压)=kgfcm=Pa=mHO()压强的基准A绝对真空绝对压强B大气压表压(正压)压力表真空度(负压吸力)真空表Pa大气压PPP绝表真绝Pa大气压PPP绝表真绝P表=P绝PaP真=PaP绝则P表=P真注意:P要同一基准。流体静力学的应用压强测量()U形管压差计指示液:水银甘油水CCl等指示液i>被测流体取等压面ab(兼基准面)即Pa=Pb据静力学基本方程:Pa=PgZPb=Pg(ZR)igRPa=PgZPb=Pg(ZR)igR整理:(PgZ)(PgZ)=(i)gR(PgZ)(PgZ)=(i)gR“P””P”=(i)gR虚拟压强差“P””P”=(i)gR结论:U形压差计测得的读数R是两点的虚拟压强差注意:()当管道水平,Z=Z,则PP=(i)gR压差(i)越小……()指示液测液体:用Hg或CCl测气体:水染料且g<<i(水)故(i)iPP=igR测任一处的压强一端通大气, P=PaPPa=(i)gRP表=(i)gR()其它微差倒U形斜管…液位测量()玻璃管液面计()远距离测量液位P,习题小结:流体静力学流体静力学基本方程PgZ=PgZ等压面总势能虚拟压强压强表示方法基准静力学应用(虚拟)压强(差)测量液位测量流体流动中的守恒原理质量守恒概念()流量体积:qv,ms,mh质量:qm,kgs,kgh()流速平均:m(ms)=ms质量:kg(ms)()定态与非定态流动A定态流动u,P,qvf()B非定态流动u,P,qv=f()质量守恒方程uuqmqmqm=qmqm=qv=uAuA=uA对不可压缩流体:不变:uA=uA对圆管:机械能守恒Jkg:位能:gz压强能:P动能:u理想流体的机械能守恒无粘性在流动过程中无摩擦损失。kg流体:对不可压缩流体:==即:常数柏努利方程uuZZ实际流体管流的机械能衡算()粘性流体()外加能量能(入)=能(出)u,P,Zu,P,Z校正系数工程上:故:单位:Jkg柏努利方程的讨论()若流体静止,则:u=,hf=,he=于是:gZP=gZP此即静力学基本方程()为常数,适于不可压缩流体对可压缩流体,当以代()不同形式的柏努利方程a以单位质量流体为基准,Jkgb以单位重量流体为基准,JN=mc以单位体积流体为基准,Jm()应用求:(ZZ)P(orP)u(oru)hehf()注意A截面的选取a流向b流体须连续c不能选在阀门弯头处B基准面须是水平面C压强可用P表,也可P绝,但P,P须同D有效功he有效功率Pe=heqmJkgkgs=Js=w小结流体流动中的守恒原理质量守恒uA=uA即uu=AA机械能守恒理想流体的:常数实际流体的:不同形式的柏努利方程a以单位质量流体为基准,Jkgb以单位重量流体为基准,JN=mc以单位体积流体为基准,Jm流体流动的内部结构流动的型态两种流型雷诺实验()层流(或滞流)()湍流(或紊流)流型的判据雷诺准数Re()当Re<时,层流区()当<Re<时,过渡区()当Re>时,湍流区湍流的基本特征()径向随机的脉动时间速度()湍流时的层流内层和过渡层圆管内流体流动的速度分布()层流时的速度分布抛物线u=umaxumax()湍流时的速度分布比较均匀u=umax阻力损失化工管路=直管管件两种:直管阻力:直管局部阻力:管件(弯头,三通,阀门)阻力与流动的关系水泵房车间车间水泵房kPakPa直管阻力u=u由机械能衡算式:即阻力损失表现为流体势能的降低实验层流时直管阻力经理论推导:泊稷叶方程湍流时直管阻力的实验研究方法()析因实验h=(d,l,,,)()()析因实验h=(d,l,,,)()()因次分析据因次的一致性湍流:()数据处理直管阻力损失的计算式()摩擦系数层流(Re<)时,=Rehfu?hfu湍流(?):Re>=(Re,d)P式()P图=(d),hfu,阻力平方区()实际管的当量绝对粗糙度由试验反求:测hf算图d()非圆管的当量直径dede==局部阻力损失的计算有两种方法:()阻力系数法hƒ=局部阻力系数,实验测定()当量长度法hƒ=le当量长度由实验测定管路总阻力损失单位:Jkg小结:流体流动的内部结构流动的型态湍流的基本特征圆管内流体流动的速度分布阻力损失阻力损失与流动的关系直管阻力直管阻力损失的计算式局部阻力损失的计算管路总阻力损失流体输送管路计算管路分类()简单管路()并联管路()分支管路简单管路计算()已知u或qv,d等,不必迭代(试差)的类型如图:已知物性(,)流速u(或qv)以及管径d,求:液位高度H求H=l,le,d,,qv,解:取高位槽液面为,管出口外侧为截面,以截面的中心线为基准面,列柏努利方程:Z=H,u=,P=(表),Z=,u=,P=(表)求H=则:gH=hf()若u(qv)或d未知,须迭代(试差)的类型若已知H,d,求qv=已知H试差过程:设某未知量为一定值后计算,然后校核若已知d,而未知qv,此类问题的解题思路:已知HhfqvRe’’=柏式u重设设值是否qv并联管路计算规律:若为常量则:()qv=qvqvqvqvqvqv,d,(lle)qv,d,(lle)qv,d,(lle)AB()hfAB=hf=hf=hf分支与汇合管路的计算()qv=qvqv()Ehf=EhfOOqvqvqv管道的选择qv一定,若d小,u大,hf大若d大,u小,hf小总费用最低小结:流体输送管路计算管路分类简单管路计算并联管路计算分支与汇合管路的计算管道的选择按流速选择管道按允许压降选择管道流速和流量的测定测速管(毕托管)()结构和原理uPuPRu=(驻点),则:“P””P”=(i)gR                       孔板流量计()结构和原理A结构RB原理缩脉()流量方程式Z=ZARAR恒截面变压差流量计孔流系数C,……C=f(Red,m)m=AARed以管径计算的Red=duRedCm文氏流量计文丘里喉孔转子流量计()结构和原理()流量计算式受力平衡转子:Vf,Af,f流体:总压力差=浮力动能差平衡时:(PP)Af=Vffg=常数即:Vffg=Vfgu特点:变截面,恒压差,恒流速,恒压降()刻度换算刻度:C水orCkPa的空气。在同一刻度下A相同换算:A标定B待测小结:流速和流量的测定测速管(毕托管)孔板流量计文氏流量计转子流量计某新建的居民小区居民用水拟采用建水塔方案为居民楼供水如图所示。第二章流体输送机械概述输送流体所需的能量He=AHf管路特性方程qvHe管路特性曲线qvHe低阻高阻流体输送机械分类()动力式离心式,轴流式()容积式往复式,旋转式()其它离心泵工作原理()主要构件叶轮,蜗壳化工离心泵自吸式离心油泵()工作原理()气缚现象无自吸能力灌泵离心泵的理论压头(扬程)()理论压头HTu切向D叶轮直径n转速,rmin()理论压头HT()讨论norD,HT叶片的几何形状流动角径向=后弯<前弯>径向=,ctg=,HT=ug,HTf(qv)后弯<,ctg>,HT<ug,qv,HT前弯>,ctg<,HT>ug,qv,HTHTqvug前弯>径向=后弯<的影响HT与无关实际压头HqvHT~qv,TH~qv离心泵的性能参数与特性曲线()性能参数流量qv,mh压头(扬程)H,m(总)效率(总)效率a容积效率vb机械效率Mc水力效率h=v*M*h轴功率PaPa=PeWPe有效功率Pe=gqvHeHe有效压头qv实际流量()特性曲线HeqvqvPaqvqvHeqvqvPaqvHeqvPaqvqv()影响因素液体密度aqvT=RbcsinabH与无关c不变dPa=gHeqv液体粘度的影响,阻力,He,qv,修正离心泵转速的影响泵的比例定律叶轮直径D的影响泵的切割定律小结:第二章流体输送机械概述输送流体所需的能量管路特性方程分类离心泵工作原理离心泵的理论压头实际压头离心泵的性能参数与特性曲线离心泵的操作()泵的工作点管路特性方程He=f(qve)泵的特性方程H=f(qv)qvH()流量调节阀Hqv改变转速n大n小qvH()泵的串联操作H′=Hqv′=qv同一流量扬程相加H,qvH,qvqvHqvH管路串联单泵()泵的并联操作同一扬程流量相加n一定qvH并单管()组合方式的选择qv低阻高阻串并单H低阻:qv并>qv串qv低阻高阻串并单串并高阻:qv串>qv并qv低阻高阻串并单并串H离心泵的安装高度(A)(B)()泵内压强分布P位置泵吸入口叶轮入口叶轮出口泵排出口PvPPK排液HgK()汽蚀现象Z=,u=,P=Pa,Z=Hg()离心泵的安装高度限制最大安装高度Hg,max在与KK间列机械能衡算式:Z=,u=,P(绝压),PK=Pv,ZK=Hg,max则:(NPSH)c临界汽蚀余量,实验测得(NPSH)r必需汽蚀余量,(NPSH)r=(NPSH)c安全量最大允许安装高度Hg注意:(NPSH)r与qv有关,qv,(NPSH)r……(NPSH)c临界汽蚀余量,实验测得(NPSH)r必需汽蚀余量,(NPSH)r=(NPSH)c安全量最大允许安装高度Hg离心泵的类型与选用()类型清水泵IS单级单吸式D多级Sh双吸式耐腐蚀泵F油泵YYS(双吸)液下泵FY屏蔽泵无密封泵,无泄漏泵()选用选泵的类型据qv,He选泵的型号qv,泵qv,管路H,泵He,管路核算Pa(轴功率)若液体水Pa=qvHgP图IS型离心泵的系列特性曲线()离心泵的安装和使用安装高度启动前出口阀时启动停车(泵)前先小结:离心泵的操作()泵的工作点()流量调节()泵的串联操作()泵的并联操作()组合方式的选择离心泵的安装高度离心泵的类型与选用往复泵(容积泵)构造和工作原理()构造泵缸活(柱)塞单向活门()原理冲程()流量A单缸单动B单缸双动C三缸单动应用()压头大流量小的场合()流量调节旁路调节旁路阀安全阀往复泵的流量与压头()单动泵qvT=A•S•nmmin实际qvP<qvT()H与qv无关。qvHqvTqvqvTH往复泵与离心泵的比较往复泵离心泵原理无能量转换有启动自吸能力有无灌泵不需需出口阀开关流量变不变流量调节旁路调节出口阀气体输送机械特点()体积庞大()压头大()V与T变分类()通风机出口P<kPa(表),压缩(强)比()鼓风机kPaMPa(表)<()压缩机>MPa(表)>()真空泵MPa(表)。离心通风机低压中压高压()结构和工作原理()性能参数与特性曲线风量qvms风压Jm=Nm=PaPT实验测定风机进口,出口:全风压静风压动风压PsPk()离心通风机的选用qv)风机qv)需要PT)风机PT)需要注意:铭牌PT′C,MPa,′=kgm鼓风机两种:旋转式离心式()罗茨鼓风机容积式出口安

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