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化工原理_教学课件_1
绪 论 化工原理课程的内容、性质和任务 ?内容:三传理论(动量传递理论、热量传递理论、质量传递理论) ?性质:重要的专业技术基础课 ?任务:研究基本原理、典型设备,掌握 分析和解决工程问题的基本法, 培养解决实际问题的能力。 实际问题求解的典型方法: ?数学模型法:纯理论的数学推导过程,结论具有普遍性; ?因次分析法:又称半经验半理论方法,实验研究的一般方法,结论往往仅适用于某些特定的、具体的实验约束条件和对象。 ?重要的基本理论及工程概念 ?质量守恒定律 ?能量守恒定律 ?工程观点: 工程应用的观点 经济核算的观点 一、物理量的单位 基本量 基本单位:长度(m)、质量(Kg)、时间(s)、电流(A)、热力学温度(K)、物质的量(mol)、发光强度(cd坎德拉) 导出单位:由有关基本单位组合构成。 国际单位 二、物料衡算 遵守质量守恒定律 输入物料的总和等于输出物料的总和和累积的物料量 双效并流蒸发器是将待浓缩的原料液加入第一效中浓缩到某浓度后由底部排出送至第二效,再继续浓缩到指定的浓度,完成液由第二效底部排出。加热蒸汽也送入第一效,在其中放出热量后冷凝水排至器外。由第一效溶液中蒸出的蒸汽送至第二效作为加热蒸汽,冷凝水也排至器外。由第二效溶液中蒸出的蒸汽送至冷凝器中。 每小时将5000kg无机盐水溶液在双效并流蒸发器中从12%(质量百分浓度,下同)浓缩到30%。已知第二效比第一效多蒸出5%的水分。试求: (1)每小时从第二效中取出完成液的量及各效蒸出的水分量: (2)第一效排出溶液的浓度。 解:①根据题意画出如本题附图所示的流程示意图,在图上用箭头标出物料的流向,并用数字和符号说明物料的数量和单位。 (1)每小时从第二效中取出完成液的量及各效蒸出的水分量 在图中虚线1范围内列盐及总物料衡算。这里要说明两点:一是第一效蒸发器的加热蒸汽与冷凝水都是穿越虚线1的两个流股,它们进、出虚线1各一次,只与系统有热量交换而没有质量交换,故不参与衡算;二是第一效蒸出的Wlkg/h的蒸汽送至第二效蒸发器放出热量后排至外界,故W1应参与衡算。 盐的衡算 三、能量衡算 物料进入系统的总热量等于随物料离开系统的总热量和向系统周围散失的热量总和 上式可以用焓表示: 在换热器里将平均比热容为3.56kJ/(kg·℃)的某种浴液自25℃热到80℃,溶液流量为1.0kg/s。加热介质为120℃的饱和水蒸气,其消耗量为0.095kg/s,蒸汽冷凝成同温度的饱和水后排出。以计算此换热器的热损失占水蒸汽所提供热量的百分数。 冷凝水带出的热量Q3=0.095×503.67=47.8kW 溶液带出的热量Q4=1×3.58(80-0)=284.8kW 随股流带出换热器的总热量ΣQO=Q3+Q4 =47.8+284.8=332.6kW 将以上诸值带入公式中: 346.3=332.6+QL QL=13.7kW 热损失百分数= 应当指出,连续性假设在绝大多数情况下是适用的,但在高真空的情况下,由于气体稀薄,这种假设将不再成立。四、不可压缩性流体与可压缩性流体 若流体的体积不随压力及温度变化,则称其为不可压缩性流体。 解:以高位槽液面为上游截面1-1,输液管出口内侧为下游截面2-2,并以截面2-2的中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程,即 根据ε/d=0.2/40=0.005,从图1-27查得λ=0.03,故设λ=0.03,代入方程式,得 20℃的水在内径为50mm的管内流动,流速为2m/s。试分别用法定单位制和物理单位制计算Re准数的数值。 解(1)用法定单位制计算 水在20℃时的密度ρ=998.2kg/m3,μ=1.005mPa·s。 已知:管径d=0.05m,流速u=2m/s。则 Re= (ρd u)/μ=(0.05×2×998.2)/(1.005×10-3) =99320 (2)用物理单位制计算 ρ=998.2kg/m3=0.9982g/cm3 μ=1.005×10-3Pa·s=(1.005×10-3 ×1000)/100P=1.005×10-2g/(cm·s) u=2m/s=200cm/s d=5cm Re=(5×200×0.9982)/(1.005×10-2) =99320 流体在圆形管内的速度分布 实际上流体流经管道时在同一截面不同点上速度都不相同,即速度随位置的变化而变化,这种变化关系称为速度分布。 对圆形直管而言,由于流体在管内流动是轴向对称的,所以速度分布可用点速度与该点在径向的位置来表示。 无论层流或湍流,管壁处流体均为零,越靠近管中心流速越大,管中心流速最大。不同的
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