化工原理第一章01

化工原理齊鳴齋華東理工大學(xué)緒論

自然科學(xué)→工程科學(xué)例如：物理課中，炮彈運(yùn)動(dòng)軌跡的解析解一、本課程的產(chǎn)生和發(fā)展最早對(duì)象：化學(xué)工藝學(xué)如聚氯乙烯生產(chǎn)：溫度,壓力,催化劑

CH≡CH+HCl→CH2=CHCl→-[CH2-CHCl]n-

單體聚合物副反應(yīng)→CHCl-CHCl

取走反應(yīng)熱20世紀(jì)初(1900)：各行各業(yè)互不相關(guān)二十年代提出單元操作—第一次抽象主要有：流體輸送,攪拌,過(guò)濾,沉降,流態(tài)化動(dòng)量傳遞換熱，蒸發(fā)熱量傳遞吸收，精餾，萃取，干燥結(jié)晶，吸附，膜分離

質(zhì)量傳遞第二次抽象傳遞過(guò)程二、本課程的主要內(nèi)容和任務(wù)內(nèi)容：化工單元操作(以傳遞過(guò)程為主線)

任務(wù)：認(rèn)識(shí)過(guò)程和設(shè)備的規(guī)律應(yīng)用于化工設(shè)計(jì),生產(chǎn)調(diào)節(jié),優(yōu)化操作1．選擇合理的過(guò)程,設(shè)備2．強(qiáng)化化工過(guò)程,設(shè)備3．將實(shí)驗(yàn)室成果放大到工業(yè)規(guī)模4．發(fā)展新技術(shù),新設(shè)備三、基本的研究方法1．?dāng)?shù)學(xué)分析法2.量綱分析實(shí)驗(yàn)研究法3.數(shù)學(xué)模型法要能“由小見(jiàn)大”，“由此及彼”以前：簡(jiǎn)單問(wèn)題,嚴(yán)格處理現(xiàn)在：復(fù)雜問(wèn)題,簡(jiǎn)化處理4.工程問(wèn)題處理方法四、若干工程觀點(diǎn)1．衡算觀點(diǎn)：輸入+生成=輸出+積累2.平衡觀點(diǎn)：熱力學(xué)平衡指四大平衡力平衡：高壓--→低壓，極限P相等熱平衡：高溫--→低溫，極限T相等相平衡：高逸度相--→低逸度相，極限f相等化學(xué)平衡：化學(xué)反應(yīng)工程研究，此略3.速率觀點(diǎn)：1概述1.1流體流動(dòng)的考察方法1.1.1連續(xù)性假定固體力學(xué)：考察對(duì)象--單個(gè)固體，離散介質(zhì)流體力學(xué)：考察對(duì)象--無(wú)數(shù)質(zhì)點(diǎn)，連續(xù)介質(zhì)例如點(diǎn)壓強(qiáng)的考察p(正壓力/面積)第一章流體流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)---含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸、遠(yuǎn)大于分子平均自由程連續(xù)性假定---流體是由無(wú)數(shù)質(zhì)點(diǎn)組成的，彼此間沒(méi)有間隙，完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)目的：可用微積分1.1.2考察方法拉格朗日法---選定質(zhì)點(diǎn)，跟蹤觀察描述參數(shù)歐拉法---選定空間位置，考察流體運(yùn)動(dòng)參數(shù)軌線與流線的區(qū)別同一流體質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻所占空間位置的連線同一瞬時(shí)不同流體質(zhì)點(diǎn)的速度方向連線系統(tǒng)與控制體的區(qū)別1.2流體受力1.2.1體積力：作用于體積中的各個(gè)部位，力的大小與體積（質(zhì)量）有關(guān)。如：重力，慣性力，離心力1.2.2表面力：分解成--垂直于作用面--壓力p--平行于作用面--剪切力τ1.2.3流體黏性黏性的物理本質(zhì)---

分子間引力和分子熱運(yùn)動(dòng)、碰撞牛頓黏性定律表明①流體受剪切力必運(yùn)動(dòng)②牛頓型流體與非牛頓型流體的區(qū)別

μ=f(物性，溫度)t↑,μ氣↑，μ液↓理想流體:假定μ=01.3流體流動(dòng)的機(jī)械能

為單位質(zhì)量流體的動(dòng)能

gz為單位質(zhì)量流體的位能為單位質(zhì)量流體的壓強(qiáng)能2流體靜力學(xué)2.1靜止流體的壓強(qiáng)分布2.1.1靜壓強(qiáng)的特性①任意界面上只受到大小相等方向相反的壓力②作用于任意點(diǎn)不同方位的靜壓強(qiáng)數(shù)值相等③壓強(qiáng)各向傳遞

2.1.2取控制體作力衡算,同樣,2.1.3結(jié)合本過(guò)程特點(diǎn)解微分方程重力場(chǎng)得X=0,Y=0,Z=-g因,,則積分得p+ρgz=常數(shù)或等高等壓，等壓面分析方法（數(shù)學(xué)分析法）①取控制體②作力衡算③結(jié)合本過(guò)程的特點(diǎn)，解微分方程2.1.4靜力學(xué)方程應(yīng)用條件①同種流體且不可壓縮(氣體高差不大時(shí)仍可用)②靜止(或等速直線流動(dòng)的橫截面---均勻流)③重力場(chǎng)④單連通2.2流體的總勢(shì)能總勢(shì)能（壓強(qiáng)能與位能之和）虛擬壓強(qiáng)2.3壓強(qiáng)的表示方法2.3.1單位：N/m2=Pa106Pa=1MPa

流體柱高度

(p=ρgh)1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O1bar=105Pa1at=1kg(f)/cm2=9.81×104Pa2.3.2基準(zhǔn)表壓=絕對(duì)壓-大氣壓真空度=大氣壓-絕對(duì)壓壓力表讀數(shù)—表壓；真空表讀數(shù)—真空度壓力表2.4靜力學(xué)方程的工程應(yīng)用2.4.1測(cè)壓：已知：R=180mm,h=500mm求：pA=?(絕壓)，(表壓)

解：pB=pa+ρ汞gR

pB=pA+ρ水gh

pA=pa+ρ汞gR-ρ水gh=1.013×105+13600×9.81×0.18-1000×9.81×0.5=1.204×105Pa(絕壓)pA=1.204×105-1.013×105=1.91×104Pa(表壓)2.4.2煙囪拔煙：

pA=p2+ρ冷ghpB=p2+ρ熱gh由于ρ冷>ρ熱,則pA>pB

所以拔風(fēng)煙囪拔風(fēng)的必要條件是什么？2.4.3浮力的本質(zhì)：物體上下所受壓強(qiáng)不同取微元：壓差力=(p2-p1)dA=ρghdA=ρgdV排

V排=ΣdV排2.4.4液封：設(shè)備中壓力要保持，液體要排出，須用液封2.4.4液封：設(shè)備中壓力要