绪论 第一章 流体流动

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1、绪论0.1化工过程与单元操作用化工手段将原料加工成产品的生产过程，称为化工生产过程，简称化工过程。一种产品的生产过程中，从原料到成品，往往需要几个或十几个甚至几十个的加工过程。其中除了化学反应(核心)过程外，还有大量的物理加工过程。原料前处理化学加工后处理产品除去杂质，达到必要的纯度、温度和压力物理变化过程反应生成新的物质化学或生物化学变化过程精制、分离、干燥等物理变化过程化学工业产品种类繁多。各种产品的生产过程中，使用着各种各样的物理加工过程。根据它们的操作原理，可以归纳为应用较广的数个基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、萃取、吸附以及干燥等。

2、这些是生产过程的前、后处理操作仅发生物理变化，称为单元操作。化工产品的生产过程都是由若干个单元操作及化学反应过程组合而成的，每个单元操作都在一定的设备中进行的如：吸收操作在吸收塔内进行，干燥操作在干燥器内进行。单元操作不仅在化工生产中占有重要地位，而且在石油、轻工、制药及原子能等工业中也广泛应用各种单元操作存在着一定的联系，按照各单元操作遵循的基本原理，把它们归纳为如下三个基本过程：(1)动量传递过程(简称传动过程)：包括遵循流体力学原理的单元操作，如流体输送、过滤、沉降、离心分离、搅拌及气力输送，固体流化态等。(2)热量传递过程(简称传热过程)：包括遵循热量传递原理的单元操作，如加热

3、、冷却、蒸发和结晶等。(3)质量传递过程(简称传质过程)：包括遵循传质理论的单元操作，如吸收、蒸馏、吸附、萃取、干燥，膜分离等。这三种传递过程合起来就是传递过程这门学科。化工原理就是研究单元操作的基本原理　、典型设备的构造、工艺尺寸计算和选型的一门课程。31研究单元操作必须熟悉物料衡算、能量衡算、速率关系和平衡关系的内容。这里首先介绍前面两种衡算，后两种关系将在以后陆续介绍。介绍之前先介绍有关物理量单位的知识。0.2单位制度与单位换算化工原理用的是国际制单位。由于科学技术的迅速发展和国际学术交流的日益频繁，国际计量会议制定了一种国际上统一的国际单位制，其国际代号为SI。国际单位制中的单

4、位是由基本单位、辅助单位和具有专门名称的导出单位构成的，基本单位由7个，化工中常用的有5个。长度(m)，质量(kg)，时间(s)，温度(k)，物质的量(mol)，电流(A)，发光强度(CD)。辅助单位我们接触的不多如高等数学中的弧度(rad)导出单位如速度，加速度，频率，力，重力，能量，功，等等单位换算：由于各种单位制不同，他们之间就需要进行单位换算。采用同一公式进行计算时，觉对不允许同时采用两种不同的单位制度，这叫单位一致性或量纲一致性。在单位换算时需要换算因数如G＝mg，g＝9.8N/kg。力：1kgf=9.81N功、能、热：1cal=4.187J0.3物料衡算—质量守恒定律进行物

5、料衡算的目的是弄清生产过程中原料、成品及损失的物料数量。根据质量守恒定律，即在任何一个化工生产过程中，进入该过程的物料质量必等于从该过程输出的物料质量与积累于该过程中的物料质量之和，即总物料衡算式为：输入量＝输出量＋积累量若过程中无化学反应，它也适用于物料中任一组分的衡算；有化学反应时，只适用于任一元素的衡算。对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即为稳定操作状态时，过程中不应有物料的积累。则物料衡算关系为：输入量＝输出量用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。物料衡算可按下列步骤进行：(1)首先根据题意画出各物流的流程示意图，用方框表示设备，用箭头表示物料的流向，并标上已知数据

6、与待求量。(2)划定衡算范围。原则是包括未知量和尽可能多的已知量。(3)在写衡算式之前，要确定计算基准，一般选用单位进料量或排料量、时间及设备的单位体积等作为计算的基准。(4)列出衡算式，求解未知量。31[例0-1]用连续操作的蒸发器把含盐浓度为(质量分率)的衡盐水溶液蒸发到浓度为(质量分率)的浓盐水溶液，每小时衡盐水溶液的进料量为Fkg。试求每小时所得浓盐水溶液量W及水分蒸发量V各为多少。解：各股物系的流程图如附图所示，计算基准取1，由于是连续稳定操作。故：总物料衡算式为F＝V＋W溶溶质衡算式为   FxF=Wxw 例0-1 附图两式联解得  W=(xF/xw)F，V=(1-xF/x

7、w)F0.4能量衡算—能量守恒定律机械能、热能、电能、磁能、化学能、原子能等统称为能量，各种能量之间可以相互转化。但在化工中遇到的不是能量转换的问题，而是能量衡算，在本课程中能量衡算的重点是热量的衡算。根据能量守恒定律，对于热量衡算，关系式如下：随物料进入系统总热量=随物料离开系统的总热量+向系统周围散失的热量对于能量衡算的详细情况将在以后的学习中介绍。0.5工程观点化工原理课程属于工程学科，它是理论课向工程专业课过度的桥梁，是解决生产问题的基