化工原理第一章.ppt
化工原理,齐鸣斋华东理工大学,绪 论,自然科学工程科学 例如：物理课中，炮弹运动轨迹的解析解一、本课程的产生和发展 最早对象：化学工艺学如聚氯乙烯生产：温度,压力,催化剂 CHCH+HClCH2=CHCl-CH2-CHCln-单体 聚合物 副反应 CHCl-CHCl 取走反应热,20世纪初(1900)：各行各业互不相关二十年代提出单元操作第一次抽象主要有：流体输送,搅拌,过滤,沉降,流态化 动量传递换热，蒸发 热量传递吸收，精馏，萃取，干燥结晶，吸附，膜分离 质量传递第二次抽象 传递过程,二、本课程的主要内容和任务 内容：化工单元操作(以传递过程为主线)任务：认识过程和设备的规律 应用于化工设计,生产调节,优化操作1选择合理的过程,设备2强化化工过程,设备3将实验室成果放大到工业规模4发展新技术,新设备,三、基本的研究方法1数学分析法2.量纲分析实验研究法3.数学模型法 要能“由小见大”，“由此及彼”以前：简单问题,严格处理 现在：复杂问题,简化处理4.工程问题处理方法,四、若干工程观点1衡算观点：输入+生成=输出+积累2.平衡观点：热力学平衡指四大平衡 力平衡：高压-低压，极限P相等 热平衡：高温-低温，极限T相等 相平衡：高逸度相-低逸度相，极限f相等 化学平衡：化学反应工程研究，此略 3.速率观点：,1 概述1.1 流体流动的考察方法1.1.1 连续性假定 固体力学：考察对象-单个固体，离散介质 流体力学：考察对象-无数质点，连续介质例如点压强的考察 p(正压力/面积),第一章 流体流动,质点-含有大量分子的流体微团，其尺寸 远小于设备尺寸、远大于分子平均自由程连续性假定-流体是由无数质点组成的，彼此 间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质目的：可用微积分1.1.2 考察方法拉格朗日法-选定质点，跟踪观察描述参数 欧拉法-选定空间位置，考察流体运动参数 轨线与流线的区别 同一流体质点在不同时刻所占空间位置的连线 同一瞬时不同流体质点的速度方向连线系统与控制体的区别,1.2 流体受力1.2.1 体积力：作用于体积中的各个部位，力的大小与体积（质量）有关。如：重力，惯性力，离心力1.2.2 表面力：分解成-垂直于作用面-压力 p-平行于作用面-剪切力,1.2.3 流体黏性黏性的物理本质-分子间引力和分子热运动、碰撞牛顿黏性定律表明流体受剪切力必运动 牛顿型流体与非牛顿型流体的区别=f(物性，温度)t,气，液理想流体:假定=0,1.3 流体流动的机械能 为单位质量流体的动能 gz 为单位质量流体的位能 为单位质量流体的压强能,2 流体静力学2.1 静止流体的压强分布2.1.1 静压强的特性,任意界面上只受到大小相等方向相反的压力作用于任意点不同方位的静压强数值相等压强各向传递,2.1.2 取控制体作力衡算,同样,2.1.3 结合本过程特点解微分方程重力场得 X=0,Y=0,Z=-g因,则积分得 p+gz=常数 或等高等压，等压面,分析方法（数学分析法）取控制体作力衡算结合本过程的特点，解微分方程2.1.4 静力学方程应用条件同种流体且不可压缩(气体高差不大时仍可用)静止(或等速直线流动的横截面-均匀流)重力场单连通2.2 流体的总势能 总势能（压强能与位能之和）虚拟压强,2.3 压强的表示方法2.3.1 单位：N/m2=Pa 106Pa=1MPa 流体柱高度(p=gh)1 atm=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O 1 bar=105Pa 1 at=1kg(f)/cm2=9.81104Pa2.3.2 基准 表压=绝对压-大气压 真空度=大气压-绝对压压力表读数表压；真空表读数真空度,压力表,2.4 静力学方程的工程应用2.4.1 测压：已知：R=180mm,h=500mm求：pA=?(绝压)，(表压),解：pB=pa+汞gR pB=pA+水gh pA=pa+汞gR-水gh=1.013105+136009.810.18-10009.810.5=1.204105Pa(绝压)pA=1.204105-1.013105=1.91104Pa(表压),2.4.2 烟囱拔烟：pA=p2+冷gh pB=p2+热gh 由于冷热,则pApB 所以拔风烟囱拔风的必要条件是什么？,2.4.3 浮力的本质：物体上下所受压强不同取微元：压差力=(p2-p1)dA=ghdA=gdV排 V排=dV排,2.4.4 液封：设备中压力要保持，液体要排出，须用液封,2.4.4 液封：设备中压力要保持，液体要排出，须用液封,2.4.5 流向判别：接通后流向？流水的有无-静力学流水的多少-动力学判据:看z大小，还是p大小？同一水平高度比压强p左=pA+gzA=PAp右=pB+gzB=PB,
