化工基础-流体送及机械.ppt

化工基础(上)Fundamentals of Chemical Engineering 吴卫生 博士、副教授 上海交通大学化工系（化学楼218室） Tel: 021E-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 化学工业的发展简史 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） 化工生产过程将原料（Raw Materials） 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（Unit Operation)：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：Phase Equilibrium 物料衡算、能量衡算和过程速率 物料衡算(Mass Balance)： 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(Energy Balance)： 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(Fluid Flow) 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(specific gravity)和比容(specific volume) 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） 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（Volume Flux）： Vs= V/θ （单位时间流过管路任一截面的流体体积） 质量流量(Mass Flux)：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(Mass Velocity) ：G=ms/A (质量流量与管截面的比值） 稳定流动（Steady Flow）— p、ρ、z等物理量不随时间θ变化 不稳定流动（Unsteady Flow）— p、ρ、z等物理量随时间θ变化 总质量衡算(Mass Balance)—连续性方程(Equation of Continuity) ms1=ms2 u1A1ρ1=u2A2ρ2　或uAρ＝常数 若ρ为常数，则u1A1＝ u2A2=常数 总能量衡算(Energy Balance) H1 + gz1 + u12/2 + qe