化工原理

化学工业中将原料进行大规模的加工处理使其不仅在状态与物物理性质发生变化，而且在化学性质上也发生变化成为合乎要求的产品。这一过程既为化学工业的生产过程。简称化工过程。

一个化工过程可所包含的步骤分为两大类。一类是进行化学反应为主，通常是在反应器中进行。

化工过程中还有一类很重要的并不进行化学反应的步骤。 二． 单元操作

1．它们都是物理性操作，即只改变物料的物理性质不改变其化学性质。 2．它们都是化工生产过程中共有的操作在不同的化工过程中所包含的单元

操作数目.名称 排列顺序不同。

3．某单元操作用于不同的化工过程其原理并无不同，进行该操作的设备往

往也是通用

单元操作按其所根据的内在理论基础可分为三类

1．以流体力学为基础 包括流体的输送，沉降，过滤，离心分离，搅拌固体

硫化等。

2．以热量传递为基础 包括吸热 放热，蒸发等。

3．以质量传递为基础 包括蒸馏，吸收，吸附，萃取，干燥，结晶膜分离等。 三． 几个基本概念

1．国际单位制：长度单位米（ m ）质量单位千克（ kg ）时间单位秒（ s ）温度单位开尔文（ K ）物质量单位摩尔（ mol ）.

2．质量与重量的区别：一个物体的质量是它包含物质的多少；他的重量则是它所受地球吸引力（重力）的大小。一件物体的质量是固定的，它的重量却随着距离地球的远近而变化。通常所谓的重量是指在地球表面的重量而言。 四．流体力学

1．密度

单位体积的质量，称为流体的密度，密度单位是kg/m3

压力与温度一定，流体的密度亦为一定，压力改变时其密度随压力改变很小的流体称为不可压缩流体，若有显著的改变则成为可压缩流体。 2．压强

流体压强是流体垂直作用于单位面积上的力，严格说称为压强（压力强度）但习惯上仍多称为压力。 2

压强单位是Pa既N/m

表压以一个大气压为起点。用（ G ）表示。

绝对压强：以绝对零度为起点计算的压强（ 完全真空 ）当涉及流体的本身性质是，用绝对压强，用（ A ）表示。 表压=绝压—大气压 真空度=大气压—绝压

真空度最大可达到 0.1Mpa 流体静力平衡

P2=P1+ρg（Z1—Z2）

任一点的压强与深度，密度有关： P2随P1改变而改变：

静止连续的同一流体同一水平面上的各点压力相等。 U行管压差计

P1—P2=（ρA—ρb）Gr

若被测流体为气体，式子简化为 P1—P2=ρogR

U行管压差计玻璃管内装有液体A称为指示液。指示液要与被测流体B不互溶，其密度要大于所测流体密度。

体积流量：流体单位时间内流过任一截面的体积。VS=V/θ（m3 /S） 质量流量：单位时间内流过任一截面的质量。mS=m/θ(kg/s)

流速：工程以体积流量除于管截面之所得之商作为平均速度。u=VS/A(m/s)

2

管径的确定：V=（∏/4）d2 ·u=0.785u·d

一般液体的流速为（0.5～3m/s）粘度大的液体为（0.5～1m/s）气体为（10～30m/s）

稳定流动与不稳定流动

按物体流动是的流速以及其他和物体流动相关的物理量（压力，密度）是否随时间变化，可将流体分为类：稳定流动和不稳定流动。 物料衡算——连续性方程 ms1=ms2

u1A1ρ1= u2A2ρ2 uAρ=常数

若流体不可压缩，ρ=常数上式可简化为uA=常数 一个稳定流动的连续性方程 总能量衡算

① 内能，mU，单位J，内能是贮存与物质内部的能量，由原子与分子的运动及彼此的的相互作用而来。它与物体的温度有关，压力的影响一般可以忽略。

② 位能，mgz,单位J，这是流体因处于地球重力场内而具有的能量。 ③ 动能，mu 2 /2,单位J，是流体因运动而产生的能量，等于从静止加速到流速u所需功

④ 压力能，pV,单位J，将流体压进划定体积需要对抗压力作功。 ⑤ 热，mqe,单位J，若管路上安有加热器或者换热器，流体流过是变吸热或放热。吸热为正，放热为负。

⑥ 功mwe，单位J，若管路上安装了泵或鼓风机等流体输送机械向流体作功，便有能量从外界输入到划定体积内。流体接受外功为正，向外界作功为负。

总能量衡算式为

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mU1+mgz1+(mu12 )/2+p1V1+mqe+mwe=mU2+mgz2+(mu2 d )/2+p2V2

U1+gz1+u1 /2+p1

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