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化工原理第一章01要点
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 CH≡CH+HCl→CH2=CHCl→-[CH2-CHCl]n- 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τ 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①流体受剪切力必运动 ②牛顿型流体与非牛顿型流体的区别 μ=f(物性,温度) t↑, μ气↑,μ液↓ 理想流体: 假定μ=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 ①任意界面上只受到大小相等方向相反的压力 ②作用于任意点不同方位的静压强数值相等 ③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+ρgz=常数 或 等高等压,等压面 分析方法(数学分析法) ①取控制体 ②作力衡算 ③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 ①同种流体且不可压缩(气体高差不大时仍可用) ②静止(或等速直线流动的横截面---均匀流) ③重力场 ④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=ρgh ) 1 atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O 1 bar=105Pa 1 at=1kg(f)/cm2=9.81×104Pa 2.3.2 基准 表压=绝对压-大气压 真空度
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