化工原理_流体流动课件

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1、0.绪论0.1化工生产过程化学工业是对原料进行化学加工以获得有用产品的工业。其核心问题是化学反应过程及其设备-反应器，为了使反应过程有效进行，反应器内应保持适宜的压力、温度和物料组成等。而原料必须预处理，反应产物经过各种后处理加以精制，获得最终产品。例如，乙炔法制取聚氯乙烯塑料。原料乙炔和氯化氢气体中的有害物质必须除去，防止催化剂中毒。生成的氯乙烯中含有未反应的氯化氢气体和其它副产物。未反应的氯化氢气体必须除去以免腐蚀设备，其它副产物除去防止影响聚合反应和聚合物的质量，聚合物颗粒经脱水、干燥成为产品。生产过程如下图。乙炔提纯单体合成单体精制单体压缩冷凝聚合脱水干燥氯化氢提纯成

2、品反应热反应热从上图可见，整个生产过程分两个过程，即化学反应和单元操作。化学反应过程有单体合成和聚合。单元操作过程有气体流动、输送和压缩，传热、精馏、干燥、固体流态化等过程。化工原理就是研究各种单元操作的原理和单元操作设备。0.2单元操作各种单元操作的目的可分为（1）物料的增压、减压和输送；（2）物料的混合和分散；（3）物料的加热和冷却；（4）非均相混合物的分离；（5）均相混合物的分离。表1化学工业中常用的单元操作单元操作目的物态原理传递过程流体输送搅拌过滤沉降加热、冷却蒸发气体吸收液体精馏液体萃取干燥吸附输送混合或分散非均相混合物的分离非均相混合物的分离升温、降温、相变溶剂

3、与不挥发溶质的分离均相混合物的分离均相混合物的分离均相混合物的分离去湿均相混合物的分离液或气气-液；液-液；固-液液-固；气-固液-固；气-固液或气液气液液固体液或气输入机械能输入机械能尺度不同的截流密度差引起的沉降运动利用温度差引起热量的变化供热以汽化溶剂各组分在溶剂中的不同溶解度各组分挥发度的不同各组分在溶剂中的不同溶解度供热汽化各组分吸附能力不同动量传递动量传递动量传递动量传递热量传递热量传递物质传递物质传递物质传递热质传递物质传递由于被加工物料相态不同，也可以进一步细分。为了达到同样的目的，依据不同的原理采用不同的方法。例如，液体的分离可以采用精馏，也可以采用溶剂萃取

4、分离。53化学工业中常用的单元操作，如表1所示。随着化学工业的发展，新的单元操作又不断发展。0.3化工原理课程的两条主线第一条主线，单元操作过程多种多样，从物理本质上说只有三种：动量传递过程-流体流动和输送，热量传递过程-传热，物质传递过程-传质。因此传递过程成为统一的研究对象，即联系各单元操作的一条主线。第二条主线，研究工程问题的方法论-各单元操作有共同的研究方法。化工原理是一门工程学科，它解决的不单是过程的基本规律，而且面临真实的、复杂的生产问题-特定的物料在特定的设备中进行特定的过程。因此直接采用数学描述和方程求解是十分困难的，探索合理的研究方法是发展这门工程学科的重要

5、方面。这门工程学科有两种基本研究方法。一种是实验研究方法，即经验方法，它直接通过实验测取各种变量之间的关系。另一种是数学模型方法，即半理论半经验的方法，它立足于复杂的实际问题作出合理简化，从而使方程得以建立。0.4化工原理课程所回答的问题1、如何根据各单元操作在技术上和经济上的特点，进行过程和设备的选择，以适应指定物系的特征，经济而有效地满足工艺要求。2、如何进行过程的计算和设备的选择。在缺乏数据时，如何组织实验以取得必要的设计数据。3、如何进行操作和调节以适应生产的不同要求。在操作发生故障时如何寻找故障的缘由。0.5化工原理在化工领域中的地位53531.流体流动化工生产涉及

6、的物料大部分是流体，同时在流动条件下进行的。流体流动规律是本课程的最重要基础。流体流动规律主要讨论以下几方面的问题。（1）流体流动阻力及流量的计算。各种流体的输送，管路的设计、输送机械的选择以及所需功率的计算。（2）流体流动对传热、传质及化学反应的影响。化工设备中传热、传质以及反应过程在很大程度上受设备内流体流动状态的影响。（3）流体的混合。各种混合过程的混合效果受流体流动基本规律支配。1.1概述1.1.1流体流动的考察方法连续性假设流体包括液体和气体。由大量的彼此之间有一定间隙的单个分子组成，而各单个分子作随机的、混乱的运动。如果以单个分子作为研究对象，流体是一种不连续的介

7、质，运动也是随机的，问题将非常复杂。在研究流动规律时，考察的是流体的宏观机械运动，以流体质点为考察对象。这样，可以假设流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。流体的物理性质和运动参数在空间作连续分布，从而可以用连续的数学函数来描述。实践证明，这样的连续性假设是适合的，特殊情况例外。运动的描述方法——拉格朗日法和欧拉法对于流体的流动，通常有两种不同的考察方法。拉格朗日法：选定一个流体质点，对其跟踪观察，描述其运动参数与时间的关系。欧拉法：固定空间位置，观察流体空间各质点的运动参