【正文】 在下圖所示的液體輸送設(shè)備中，在截面 11和 22間裝有泵，兩截面中心離基準(zhǔn)水平面高度分別為 h1和 h2，液體在截面 11和 22處的流速分別為 、 和壓強分別為 p p2，流體密度為 。為了克服這部分阻力，就消耗了流體的一部分能量，這部分能量稱為系統(tǒng)損失能量。用符號 He表示。 通常把流體從輸送設(shè)備獲得的機械能稱為外加能量。 H=h+ + 上式表示了據(jù)基準(zhǔn)面為 h處，流速為 ,壓強為 p的 1N流體所具有的總機械能。 若流體的質(zhì)量 m（ kg），流速為 μ（ m/s），則其具有的動能 E動 = （單位為焦耳， J） hmgm gh ?221 ?3/5/2023 82 1N流體所具有的動能稱為動壓頭 動壓頭 = （單位為米， m） ③靜壓能 與靜止流體一樣，流動著的流體由于靜壓強存在而推動流體運動而具有的能量，稱為靜壓能。 ①位能 在重力作用下流體質(zhì)量中心高于基準(zhǔn)水面而具有的能量稱為位能。 解：由已知得 代入 答：泵出管中的水流速為 。 21221dd ）（????3/5/2023 79 應(yīng)用舉例： 水泵站使用的一臺水泵，吸水管外徑為108mm，壁厚為 4mm，出水管外徑為 76mm，壁厚為 。 如果速度、壓強等隨時間而變化，則稱為不穩(wěn)定流動。 ??? vm qq?Aqv3/5/2023 74 應(yīng)用舉例： 用截面積為 103kg/m3的酸，要求每小時輸送 360噸，求該管道中酸的體積流量、質(zhì)量流量和流速。因此，通常所指的流速是指整個管道截面上平均流速。 （由于流體在管道截面上各點的流速不同，管中心速度最快，利中心越遠的流速越慢。 3/5/2023 73 ③質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系式： 式中： qm為質(zhì)量流量； qv為體積流量， ρ為流體密度。 ①體積流量 —— 單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面的流體體積。 ③壓強法定計量單位與壓強公制單位的換算： =1kg/cm2 1物理大氣壓 =760mmHg柱 = = 2 絕對壓強、表壓和真空度 絕對壓強和表壓或真空度的關(guān)系，用公式表示如下： 絕對壓強 =表壓 +大氣壓強 真空度 =大氣壓強 絕對壓強 3/5/2023 71 應(yīng)用舉例： 某設(shè)備出、進口測壓的壓力表讀數(shù)分別為45mmHg柱（真空度）和 700mmHg（表壓），求這兩處的絕對壓強差為多少 kpa？ 解：出口絕對壓強 =76045=715mmHg 進口絕對壓強 =760+760=1460mmHg柱 兩處壓強差 =1460715=745mmmHg = = 760 ?3/5/2023 72 二、流體流動的性質(zhì) 流量和流速 （ 1） 流量 —— 單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面流體的量。 （ 2） 單位 ①法定計量單位中，壓強的單位為帕斯卡，代號 pa，簡稱帕 1千帕（ kpa） =1000帕（ pa） 1兆帕（ mpa） =1000千帕（ kpa） 1兆帕（ mpa） =106帕（ pa） 3/5/2023 70 ②化工生產(chǎn)中，壓強也有用液位高度來表示。 3/5/2023 68 第二部分 化工基本操作 第一節(jié) 流體輸送 具有流動性的液體和氣體（簡稱流體）在化工生產(chǎn)中進行蒸發(fā)、精餾、吸收等操作，通常需要把它們從一個設(shè)備送到另一個設(shè)備，或從一個車間送到另一個車間，因此流體運輸是化工廠的一個基本操作。 3/5/2023 67 （ 3）中間控制指標(biāo) 它是指各工序中間產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)，簡稱中控指標(biāo)，按照工藝規(guī)程分析方法測定。 收率 =轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的某反應(yīng)物的量 /該反應(yīng)物的起始量 3/5/2023 66 工藝指標(biāo) 工藝指標(biāo)是指生產(chǎn)加工過程中對各種工藝條件的要求標(biāo)準(zhǔn)，它是工藝規(guī)程的重要組成部分。 轉(zhuǎn)化率 = 某一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量 /該反應(yīng)的起始量 ﹡ 100% ②選擇性 選擇性是指體系中轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物的某反應(yīng)物量與參加反應(yīng)所有反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的改反應(yīng)物總量之比。其中，原料理論消耗量是指根據(jù)化學(xué)方程式計算的生產(chǎn)單位產(chǎn)品應(yīng)消耗的原料量。 即：產(chǎn)品產(chǎn)率 =實際產(chǎn)量 /理論產(chǎn)量 ﹡ 100% （ 2）單位產(chǎn)品消耗量（又稱：單耗） 單位產(chǎn)品消耗量是生產(chǎn)每單位產(chǎn)品平均消耗原料、能源的數(shù)量。技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)是每個行業(yè)、企業(yè)結(jié)合自己的實際情況制定的一套適合本行業(yè)、本企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)特點情況的經(jīng)濟指標(biāo)，它是反映本行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的標(biāo)志?！?) 3/5/2023 57 解：（ 1）繪出熱量衡算示意圖 (2023Kg/h) (2023Kg/h) 3/5/2023 58 （ 2）選 0℃ 為基準(zhǔn)溫度 （ 3）求解：設(shè)每小時需要的冷卻水量為 W水 ① 進入熱量： 物料帶入熱量 Q1=2023（ 800） ﹡ =64000kal/h 冷卻水帶入熱量 Q2=W水 ﹡ （ 200） ﹡ 1=20W水 ②放出熱量 物料帶出熱量 Q3=2023（ 400） ﹡ =32023kcal/h 冷卻水帶出熱量 Q4=W水 ﹡ （ 350） ﹡ 1=35W水 3/5/2023 59 ③列出熱量衡算式，并代入： Q1+Q2=Q3+Q4 64000+20W水 =32023+35W水 W水 =32023/15=2133kg/h 即 :每小時需要 20℃ 冷卻水 2133kg/h 3/5/2023 60 五、化工生產(chǎn)中常用的指標(biāo) 指標(biāo)在化工生產(chǎn)中具有重要的作用，它是反映生產(chǎn)狀況的標(biāo)志，檢驗質(zhì)量的基準(zhǔn)，指導(dǎo)生產(chǎn)操作的規(guī)范，與生產(chǎn)操作有關(guān)的指標(biāo)主要有技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和工藝指標(biāo)。 （ 5）列出熱量衡算式，求解 ∑Q入 =∑Q出 （ 6）列表并校核計算結(jié)果 3/5/2023 56 應(yīng)用舉例 用 20℃ 的冷卻水將物料 2023kg/h在一個換熱器內(nèi)由 80℃ 冷卻到 40℃ ，冷卻水從換熱器出口溫度為 35℃ ，計算每小時需要多少 kg冷卻水 通過查閱手冊，已得到在 0℃ 時，水的比熱容為 1kcal/(kg 3/5/2023 55 （ 4）確定計算基準(zhǔn) 為了計算方便，可取 0℃ 為基準(zhǔn)。 3/5/2023 54 （ 2）繪出熱量衡算示意圖 熱量衡算一般是在物料衡算的基礎(chǔ)上進行的，因此必須先畫出物料流程圖，在圖中標(biāo)明各物流與熱量有關(guān)的變量，如溫度、壓力、相態(tài)等。 熱量衡算的步驟，按以下六步進行： 3/5/2023 53 （ 1）明確計算任務(wù) 明確熱量衡算類型是分別進行物料衡算和熱量衡算，還是兩者聯(lián)算。 3/5/2023 52 化工生產(chǎn)中熱量的消耗是能量消耗的主要部分，因此化工生產(chǎn)中的能量衡算主要是熱量衡算。 能量衡算是以物料衡算為基礎(chǔ)的，同時又是設(shè)備計算的基礎(chǔ)。 （ 2）設(shè)加料量為 F，產(chǎn)量為 D，殘液量為 W， 則 F=D+W ①對總物料進行衡算： 1000=D+W，或 W=1000D ②對乙醇進行衡算 加料中乙醇含量 =1000﹡ 60%=600kg, 產(chǎn)品中乙醇含量 =D﹡ 90%， 殘液中乙醇含量 =W﹡ 10% 1000﹡ 60%=D﹡ 90%+W﹡ 10% =D﹡ +(1000D) ﹡ 解該一元一次方程，得 D=625kg 代入得 W=1000D,得 W=1000625=375kg 3/5/2023 51 ③計算結(jié)果 :每小時的乙醇產(chǎn)量為 625kg,殘液量為 375kg。 應(yīng)用舉例： 含有 60%（質(zhì)量分數(shù)）乙醇的溶液，以每小時 1000Kg的加料量進入精餾塔，要求塔頂產(chǎn)90%濃度乙醇，塔釜出來的殘液中含乙醇小于10%，計算每小時的乙醇產(chǎn)量和殘液量。 ②計算時用的單位應(yīng)統(tǒng)一。 （ 6）列出物料平衡表，并用平衡表驗算。整個計算必須依據(jù)同一基準(zhǔn)。 3/5/2023 46 （ 4）選定衡算對象和基準(zhǔn) 衡算對象就是對哪種物料進行衡算。否則會使求解復(fù)雜化，甚至求不出解。 （ 3）選擇系統(tǒng) 系統(tǒng)中應(yīng)包括盡可能多的已知量和盡可能少的未知量。 3/5/2023 45 物料衡算的步驟，按以下六步進行： （ 1）分析題意。 這個定律用于化工生產(chǎn)過程，可表述為：任何一個生產(chǎn)過程，其原料消耗量應(yīng)為產(chǎn)品量與物料損失量之和。依次可以判定操作優(yōu)劣，分析經(jīng)濟效益，提供工藝數(shù)據(jù)，為嚴密地控制生產(chǎn)運行打下基礎(chǔ)。化工設(shè)計必須要進行物料衡算和能量衡算，它是設(shè)計的重要依據(jù)。 摩 [爾 ]每升 mol/L B的質(zhì)量分數(shù) ωB 1 B的摩爾分數(shù) xB，（ yB） 1 B的體積分數(shù) φB 1 3/5/2023 39 常用單位換算 法定計量單位 不應(yīng)使用的單位 量的單位 單位名稱 單位符號 單位名稱 單位符號 單位制 與法定計量 單位的換算 長度 米 m 英尺 英寸 Ft in 英制 1ft= 1in= 時間 秒 s 1min=60s 1h=3600s 1d=86400s 3/5/2023 40 質(zhì)量 千克（公斤）噸 kg t(103kg) 市斤 /m 市制工程 1市斤 =500g 熱力學(xué)溫度攝氏度 開爾文 攝氏度 K ℃ 物質(zhì)的量 摩爾 mol 克分子 克當(dāng)量 按當(dāng)量粒子相當(dāng)于 mol 力 牛頓 N 千克力 達因 kgf dyn cgs 1kgf= 1dyn=105N 3/5/2023 41 壓力 壓強 帕斯卡 Pa(N/m2) 千克每平方厘米 kgf/m2 cgs 1kgf/m2=104Pa 公斤每平方米 kg/m2 工程 1kg/m2= 毫米水柱 mmH2O 1mmH2O= 毫米汞柱 mmHg 1mmHg= 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 atm 1at,= 3/5/2023 42 能量 能量 焦耳 J/() 千克米 cgs = 卡 cal 1cal= 功率 瓦特 W 公斤米 每秒 密度 克每立方厘米 g/cm3 質(zhì)量熱容 焦耳每千克卡爾文 J/ 千卡每公斤攝氏度 kcal/kg.℃ 工程 1kcal/kg.℃ =3/5/2023 43 四 .物料計算和能量計算 化工生產(chǎn)貫穿著物料轉(zhuǎn)換和能量轉(zhuǎn)換。/s 比熱容 c 千焦 [耳 ]每千克開 [爾文 ] kg/() 導(dǎo)熱系數(shù) λ 瓦 [特 ]每米開 [爾文 ] W/() 傳遞系數(shù) K 瓦 [特 ]每平米開[爾文 ] W/(㎡ .K) 摩爾質(zhì)量 M 千克每摩 [爾 ] kg/(㎡ .k) B的質(zhì)量濃度 ρB 千克每立方米 kg/m179。) 帕 [斯卡 ]秒 Pa 升 L 速度 υ 米每秒 m/s 密度 ρ 千克每立方米 kg/cm179。國家選定的 SI之外時間