【正文】 化肥生產工藝技術資料匯編二分公司工藝科二 零 一零 年 十一月 份第一部分 化工基礎知識計算一、流體密度的計算：流體的密度：單位體積流體所具有的質量稱為流體的密度。其數學表達式為：ρ=M/V 式中：ρ流體的密度，kg/m3；M流體的質量，kg；V流體的體積，m3；流體的密度一般可在物理化學手冊或有關資料中查得，如果查得的數據不是以SI制表示的，可換算為SI制。(1)液體的密度： 若知比重為d，則ρ=1000d； 如：d笨=，則ρ苯=880kg/m3 若某種液體是由N種不同的液體混合而成，其密度ρm可由下式計算： 1/ρm=xA/ρA + xB/ρB +……+ xN/ρN (22) 式中： xA、xB、……xN各組分的質量分率。ρA、ρB、……ρN各組分的密度。例21：已知20176。C時水、甘油的密度分別為998kg/m1260kg/m3求50%甘油水溶液的密度。解：1/ρm=+ (2)氣體的密度： 在氣體的溫度不太低，壓力不太高的情況下，氣體的密度可按理想氣體狀態(tài)方程式計算： ρ= PM/RT 式中：M氣體分子量； P氣體的絕對壓強；T氣體的絕對溫度；R氣體常數，K氣體混合物的密度ρm的計算與純氣體的密度計算式類似，只不過將M改為Mm即可，而Mm為平均分子量，即ρm=PMm/RT 而 Mm=MAYA+MBYB+……+MNYN 式中：MA、MB、……MN各組分的分子量； YA、YB、……YN各組分的摩爾分率；：流體垂直作用于單位面積上的壓力，稱謂流體的靜壓強，其數學表達式為：P=F/A （25）式中：P流體的壓強，N/m2或Pa；A作用面的面積，m2；F面積A上的作用力，N；在工業(yè)生產上，有時把壓強也稱為壓力，請予以注意。在工業(yè)生產上，經常用到標準大氣壓和工程大氣壓，它們與常見的壓強單位換算關系如下：1atm=101325Pa=760mmHg柱=。1at=1kgf/cm2=104Pa==10mH2O柱。 流體壓強P除采用不同的單位來計量外還可根據不同的情況，用不同的方法來表示。絕對壓強，或稱為真實壓，是以絕對零壓為起點計算的壓強?；蛘婵諡槠瘘c計算的壓強。本課程中所有公式、方程中所指的壓強，均為絕對壓強，簡稱絕壓。表壓強，簡稱表壓，是指以當時當地大氣壓為起點計算的壓強。當所測量的系統(tǒng)的壓強等于當時當地的大氣壓時，壓強表的指針指零。即表壓為零。真空度，當被測量的系統(tǒng)的絕對壓強小于當時當地的大氣壓時，當時當地的大氣壓與系統(tǒng)絕對壓之差，稱為真空度。此時所用的測壓儀表稱為真空表。系統(tǒng)P大氣壓時 絕對壓=大氣壓+表壓系統(tǒng)P大氣壓時 絕對壓=大氣壓真空度：單位質量流體的體積，稱為流體的比容，數學表達式為：υ=V/M 式中：υ液體的比容，m3/kg ； M流體的質量，kg； V流體的體積，m3顯然，流體的比容是其密度的倒數，即：υ=1/ρ四、流體流量、流速及管徑的計算： 流量 單位時間內流過管道任一截面的流體量，稱為流量。一般有體積流量和質量流量兩種表示方法。 體積流量：單位時間內流過管道任一截面的流體體積，以符號V表示，單位為m3/s 質量流量：單位時間內流過管道任一截面的流體質量，以符號w表示，單位為kg/s. 流速 單位時間內流體的質點在流動方向上流過的距離稱為流速，以符號u表示，單位為m/s。粘性流體在管內流動時，任一截面上各點的流速沿管徑而變化，管中心處流速最大，越靠近管壁，流速越小，在管壁處流速為零。為計算方便，通常所說的流速是指整個管道截面的平均流速，其表達式為：u=V/A 式中： A與流動方向垂直的管道截面積，m2； V此截面的體積流量，m3/s； 質量流量w,體積流量V，平均流速間的關系。 質量流量與體積流量之間的關系為： w=Vρ 而 u=V/A 即 V=uA 代入（213）有 w=Vρ=Auρ 即w、V、u之間的關系，它是流體流動的計算中常用的關系式之一。管徑的選擇 d==式中：d管道內徑， m；V流體體積流量，m3/s；u流體在管道內的流速，m/s；根據流量和流速，可算得管道內徑，其中流量通常是為生產任務所決定，所以關鍵在于選擇合適的流速。當流量V一定時，流速u越大，管徑d越小，設備費用可減小，但此時流體流速相應增大，其在管道中流動阻力也越大，使操作費用（動力消耗）增加。反之，流速減小，阻力降低，操作費用減少，但管徑增大，設備費用增加。設計管道時，尤其是輸送距離較長時，需要綜合考慮這兩個相互矛盾的因素，確定適宜的流速，使操作費用與設備費用之和為最低。表21 流體在管道中的常用流速范圍流體種類及狀況常用流速范圍m/s流體種類及狀況常用流速范圍m/s水及一般液體1～3壓力較高的氣體15～25粘度較大的液體～18大氣壓以下飽和水蒸汽40～60低壓氣體8～153大氣壓以下飽和水蒸氣20～40易燃、易爆的低壓氣體（如乙炔等）8過熱水蒸汽30～50 五、流體流動阻力的計算：流動類型： 大量的實驗結果表明，流體在直管內流動時的形態(tài)如下：管內徑d 、平均流速u、密度ρ、粘度μ，對流型的變化有很大影響，用雷諾系數表示Re=duρ/μ{≤2000 層流(滯流)Re=2000～4000 過渡流≥4000 湍流雷諾數Re的大小，除了作為判別流體流動形態(tài)的依據，它還反映了流動中液體質點湍動的程度。Re值越大，表示流體內部質點湍動的越厲害，質點在流動時的碰撞與混合越劇烈，內摩擦也越大，因此流體流動的阻力也越大。在實際生產中，除了輸送某些粘度很大的流體外，為了提高流體的輸送量或傳熱傳質速率，流體的流動形態(tài)一般都要求處在湍流的情況。Re值差不多都大于104數。流體在圓管內流動時的阻力流體在管路中流動時的阻力可分為直管阻力和局部阻力。直管阻力又稱為沿程阻力，是流體在直管中流動時，由于流體的內摩擦而產生的能量損失。局部阻力是流體通過管路中的管件、閥門、突然擴大，突然縮小等局部障礙，產生漩渦而造成的能量損失。（1）直管阻力的計算通式： 壓頭損失：ΔP=ρw= λ(L/d)( ρu2/2) 其中：λ為摩擦系數；L為直管長度；d 為直管內徑；ρ為流體密度；u為流體流速 層流時的摩擦系數：λ=64/Re 湍流時的摩擦系數：摩擦系數λ與雷諾準數Re及相對粗糙度ε/ d有關?？赏ㄟ^下表可查出湍流時的摩擦系數。 某些工業(yè)管道的絕對粗糙度（2）直管阻力的計算（當量長度法）： 將流體流過管件或閥門的局部阻力，拆合成直徑相同、長度為Le的直管所產生的阻力即 Wf=λ(Le u2)/2d式中Le稱為管件或閥門的當量長度。同樣，管件現閥門的當量長度也是由實驗測定，有時也以管道直徑的倍數Le/d表示。下表列出了一些管件閥門的當量長度。（2）流體在管路中的總阻力計算： 化工管路系統(tǒng)是由直管和管件，閥門等構成，因此流體流徑管路的總阻力應是直管阻力和所有局部阻力之和。 當管路直徑相同時，總阻力=直管阻力+局部阻力六、泵的揚程計算 （5 9）泵的揚程計算是選擇泵的重要依據，這是由管網系統(tǒng)的安裝和操作條件決定