化工基础-流体输送及机械

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1、化工基础(上)FundamentalsofChemicalEngineering吴卫生博士、副教授上海交通大学化工系（化学楼218室）Tel:021-54747454E-mail:wuws@sjtu.edu.cn科学和化工、化学科学的十二大类：哲学、经济学、历史学、农学、医学、管理学、理学、工学、军事学、法学、文学、教育学。化学工程与技术为隶属工学的一级学科，包含五个二级学科：化学工程、化学工艺、应用化学、生物化工和工业催化化学为隶属理学的一级学科，包含五个二级学科：有机化学、无机化学、分析化学、物

2、理（理论）化学和高分子化学与物理化学工程与技术研究以化学工业为代表的各类过程工业中有关化学过程与物理过程的基本规律和应用技术的工程技术学科。本学科以过程工业为背景和研究对象，学科内容体现基础和应用并重，包括基础理论、基本方法和基本实验技术，产品研制、工艺开发、过程设计、系统模拟与优化和操作控制等。过程工业与加工工业的区别比较项目过程工业加工工业物质结构和形态实现方法所依靠设备产品计量变化各种反应及分离过程釜、罐、塔器、泵质量或体积（千克、吨、升等不变化不同的加工工序适当的设备件数（片、支、粒等）化学

3、工程与技术的五个二级学科化学工程：研究各类化学过程和物理过程的一般原理、共性规律、工程基础和应用技术；化学工艺：研究化学品的精化原理、生产原理、产品开发、工艺实施、过程设计和优化；生物化工：研究有生物体或生物活性物质参与的过程的基本原理和工程技术问题；应用化学：研究精细化学品、专用化学品、功能材料及器件等的制备原理和工艺技术；工业催化：研究催化剂和催化反应过程的理论基础及其设计、开发和工业应用。化学工业的发展简史1746年铅室法制取硫酸，世界上第一个化工厂1791年路布兰制碱法1861年索尔维制碱法

4、1862年硝化甘油炸药投入生产1905年哈伯合成氨法1929年青霉素被发现1934年高压聚乙烯被制成1939年尼龙66工业化1941年侯氏联合制碱法1957年聚四氟乙烯纤维的投产化学工业的特点化学工业与人类的生存与发展息息相关原料、工艺和产品的多样性技术密集型能源密集型资金密集型化学工业的发展趋势产品精细化化学工业和生物技术结合煤化工的兴起新材料的研究与开发化学工业的分类（中国）化学矿无机盐有机化工原料化学肥料化工农药合成纤维单体涂料、颜料染料及其中间体感光和磁性材料化学试剂石油化工化学医药合成树脂

5、和塑料酸、碱合成橡胶催化剂、试剂和助剂煤化工橡胶制品化工机械化工新型材料化工生产过程将原料（RawMaterials）通过物理或化学方法转变成产品(Products)化学反应：使物质的结构、组成或性质发生变化单元操作（UnitOperation)：只有物理性质的变化，不涉及化学反应常见的单元操作：流体输送；物料的加热和冷却；蒸发；蒸馏；吸收；萃取；干燥、结晶等单元操作的理论基础：“三传”：动量(Momentum)、热量(Heat)和质量(Mass)传递(Transfer)相平衡：PhaseEquil

6、ibrium物料衡算、能量衡算和过程速率物料衡算(MassBalance)：输入物料量=输出物料量+累积物料量稳态过程：输入物料量=输出物料量能量衡算(EnergyBalance)：输入能量=输出能量+系统累积能量稳态过程：输入能量=输出能量过程速率=过程推动力/过程阻力本课程的教学内容单元操作54学时化学反应工程基础18学时化工热力学基础18学时第一章流体流动(FluidFlow)流体输送：化工过程中最普遍的单元操作之一本章的研究内容（对象）：压力、功率、流量等流体流动：内部存在相对运动；质点运动

7、的总和质点：大量分子的聚集体刚体运动：内部不存在相对运动第一节流体静止的基本方程（流体静力学）流体的密度（density)、比重(specificgravity)和比容(specificvolume)密度：单位体积流体的质量，比重：某物质的密度对水的密度之比比容：单位质量物质的体积，压力（压强）表压＝绝对压力－大气压真空度＝大气压－绝对压力流体静力学基本方程式描述静止流体内部压强随位置高低变化的规律（数学表达式）在静止的连续的同一流体内等高处压强相等流体静力学基本方程式的应用——液柱压差计U型压差

8、计双液体U型压差计倾斜U型压差计串联U型压差计第二节流体流动的基本方程流量与流速稳定流动与非稳定流动总质量衡算—连续性方程总能量衡算机械能衡算—柏努利方程柏努利方程的应用流量与流速（Flux&Velocity）体积流量（VolumeFlux）：Vs=V/θ（单位时间流过管路任一截面的流体体积）质量流量(MassFlux)：ms=m/θ(单位时间流过管路任一截面的流体质量）流速(Velocity)：u=Vs/A(体积流量除以管截面所得的平均速度）质量流速(MassVel