化工原理第一章第六节讲稿概论
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《化工原理》第一讲 化工原理概述
3 3 6m
1
1
2
2
吸入管路的能量衡算
总的能量能衡算
1、稳态的能量衡算
例题3、在换热器里将平均比热为3.56kJ/(kg.℃) 的某种溶液自 25℃加热到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 水排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百分 数。 120℃的饱和水蒸气的焓值为2708.9kJ/kg， 120℃的饱 和水的焓值为503.67kJ/kg
5kg/s,100℃
换热 器
5kg/s,T℃
盐水
经验公式单位换算
练习
1、已知某离心泵特性曲线方程为H=45-2.22Q2（其中Q的单 位为m3/min）试将Q的单位换算为m3/s及m3/h 。
物料衡算
2、含1、2、3、4四种组分各0.25
（摩尔分率，下同）的某混合液，
以1000kmol/h的流量送入精馏塔 内分离，得到塔釜与塔顶两股产
绪论
1、化工原理包含的内容
过程原理（三传）和设备
（1）三传（ Transfer process）的概念
热量传递、质量传递和动量传递的过程原理（机理）和传递速率
（2）设备：输送设备、换热器、塔设备等等
绪论
2、单元操作分类
1）遵循流体动力基本规律的单元操作
流体输送、沉降、过滤、固体流态化等
2）遵循传热基本规律的单元操作
二
发
蒸
器
发
器
F1,x1
F2
x2=0.3
2、非稳态的物料衡算
例2、用氮气把体积为2个立方米的反应器中的 氧气吹扫干净，反应器中氧气的初始体积分 率为20%，要将氧气的体积分率吹扫到1%，氮 气的流率为1个立方米每分钟，求需要多长的 吹扫时间。
化工原理第一章主要内容
Δp f
=
32μlu d2
哈根(Hagen)－泊谡叶（Poiseuille）方程
（三）圆管内湍流流动的速度分布
1
u
=
umax
⎜⎛1 ⎝
−
r R
⎟⎞ n ⎠
um = 0.82umax
四、边界层的概念
（一）边界层及其形成 边界层： 流速小于主体流速的 99%的区域 。 （二）边界层的发展 1、流体在平板上的流动 2、流体在圆形直管进口段内的流动 3、边界层的分离 边界层分离的两个必要因素： 逆压梯度 dp/dx >0 ； 壁面附近存在粘性摩擦阻力 边界层分离易发生在流体通道扩大处
管进口ξ=0.5
定义：将局部阻力折算成某一长度相同直径直管所产生的阻力，该相当长度称为当量长度。
w' = λ le ⋅ u2
f
d2
h' = λ le ⋅ u2 f d 2g
Δp' = λ le ⋅ ρu2
f
d2
le 为当量长度
六、管路流动总阻力损失的计算
总阻力损失 = 直管阻力 + 局部阻力 不同管径段组成的管路总阻力损失应将各等径段的阻力损失加和
τ = (μ + ε ) du dy
第四节 管内流动的阻力损失
流体具有粘性——流动阻力产生的根源（内因）
管壁或其他形状的固体壁面——流动阻力产生的条件(外因)
管路阻力：直管阻力+局部阻力
Σhf=hf+hf’
阻力的几种表达形式及之间的相互关系：
Wf：单位质量流体所损失的机械能，J/kg ；hf：单位重量流体所损失的机械能 ，m
ρm = ρ1ϕ1 + ρ2ϕ2 + ...... + ρnϕn
《化工原理》教学大纲
《化工原理》教学大纲The Principles of Chemical Engineering课程编码: , 课程类型: 专业课课程学时：112 课程学分：7一、课程性质及任务化工原理课程是应用化学的专业核心课程。
学生在具备了必要的高等数学、物理、物理化学、计算技术等基础知识之后必修的技术基础课。
化工原理课程的主要内容是以生产中物理加工过程为背景，按其操作原理的共性归纳为若干“单元操作”，主要研究各单元操作的基本原理、典型设备的原则结构和工艺尺寸的设计计算以及选型。
化工原理属于工程科学，用自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题，研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究。
本课程强调理论与实际相结合，培养学生分析和解决单元操作中各种问题的能力，即在科学研究和生产实践中对设备具有操作管理、设计、强化和过程开发的本领。
二、学时分配章课程内容学时绪论 21 流体流动162 流体输送设备83 颗粒流体力学基础与机械分离104 传热与换热器145 蒸发86 气体吸收127 液体蒸馏168 塔设备 69 液液萃取810 固体干燥811 吸附 412 膜分离技术自学三、课程内容及要求绪论1.教学目的了解本课程的性质、地位及任务；了解化工原理课的研究对象，研究内容与主要研究方法；了解化工原理课的发展历程；熟悉法定计量单位和单位换算；掌握物料衡算与能量衡算的基本概念。
2.重点难点化工原理课程中三大单元操作的分类和过程速率的重要概念的内涵；物料衡算与能量衡算。
3.教学方法本章节的主要教学手段是多媒体教学，通过电子图片使学生通过对课程性质有所了解，把基础课程的学习思维逐步转移到对专业技术课程的学习上，在经济效益观点的指导下建立起"工程"观念。
第一章流体流动1.教学目的理解流体密度及静压强的概念，熟练掌握流体静力学方程及其应用；理解流量与流速、定态流动与非定态流动的概念，理解流体流动的质量衡算和机械能衡算的概念，熟练掌握连续性方程和柏努利方程式及其应用；理解牛顿粘性定律及流体粘度的概念，了解非牛顿型流体的特点，理解流体流动类型与雷诺数的关系，掌握滞流与湍流的特点；理解边界层的概念；理解直管阻力、局部阻力的概念，了解因次分析方法，掌握管路系统总能量损失的计算方法。
化工原理讲义
化工原理绪论一、《化工原理》课程的性质、地位和作用(一)是化工类及其相近专业的一门基础技术课程和主干课程，是由理及工的桥梁，又是各种化工专业课程的基础。
《化工原理》则属于工程技术科学的范畴。
(二)从学科性质看，本课程是化学工程学的一个分支，主要研究化工过程中各种操作，它来自化工生产实践，又面向化工生产实践。
进行化工技术和化工过程的开发、设计、生产及单元操作。
(三)课程具有显著的工程性，要解决的问题是多因素、多变量的综合性的工业实际问题。
因此，分析和处理问题的观点和方法也就与理科课程不同，应首先从实际出发考虑问题。
需从课程学习中得到工程设计的实际训练。
二、化工过程与单元操作(一)化工过程的特征与构成化工过程可以看成是由原料预处理过程、反应过程和反应产物后处理过程三个基本环节构成的。
反应过程是在各种反应器中进行的，它是化工过程的中心环节。
反应过程必须在某种适宜条件下进行，例如，反应物料要有适宜的组成、结构和状态，反应要在一定的温度、压强和反应器内的适宜流动状况下进行等。
而进入化工过程的初始料通常都会有各种杂质并处于环境状态下，必须通过原料预处理过程使之满足反应所需要的条件。
同样，反应器出口的产物通常都是处于反应温度、压强和一定的相状态下的混合物，必须经过反应产物的后处理过程，从中分离出符合质量要求的、处于某种环境状态下的目的产品，并使排放到环境中去的废料达到环保的规定要求；后处理过程的另一任务是回收未反应完的反应物、催化剂或其它有用的物料重新加以利用。
可见，在原料预处理和反应产物后处理过程中都要进行一系列的物理变化过程，如加热、冷却、增减压、使物料发生相变化(如汽化、冷凝、结晶、溶解等)、使均相物料中各组分进行分离、使不同相态的物料彼此分离等。
即使在反应器中，为了维持适宜的反应条件，也需组织一系列物理过程，如加入或移走热量、混合、搅拌等。
经过长期的化工生产实践发现，各种化工产品的生产过程所涉及的各种物理变化过程都可归纳成为数不多的若干个单元操作。
化工原理第一章主要内容
湍流：无严格的层的概念，各质点相互碰撞混合
（二）雷诺数 Re 没有因次的特征数 雷诺数用于判断流动型态
Re
=
duρ μ
层流：Re<2000；过渡流：2000<Re<4000；湍流：Re>4000
雷诺数的物理意义：流体流动中惯性力与粘滞力之比
二、湍流的基本概念
（一）湍流的发生与发展 （二）湍流的脉动现象和时均化 脉动现象：湍流流体中各物理量围绕某一平均值上下波动的现象。 瞬时量 = 时均量 + 脉动量
ρm = ρ1ϕ1 + ρ2ϕ2 + ...... + ρnϕn
比容υ ν = 1/ ρ
比重(相对密度) d
d = 1 / ρ , 4° C水
二、压力 p 的表示方法
ρm
=
PM m RT
定义：垂直作用于流体单位面积上的力 1atm=760mmHg=1.013×105Pa=1.033kgf/cm2 =10.33mH2O 1at=735.6mmHg =9.807×105Pa =1kgf/cm2 =10mH20 表压 = 绝对压力 - 大气压力 真空度 = 大气压力 - 绝对压力
三、机械能衡算方程
依附于流体的能量：内能、动能、位能、压力能；
不依附于流体的能量：热、功 机械能：包括位能、动能、压力能和功，对流体流动有贡献。 非机械能：包括内能和热，对流体流动无贡献 （一）理想流体的伯努利方程
gZ1
+
u12 2
+
p1 ρ
=
gZ2
+
u22 2
+
p2 ρ
理想流体的机械能守恒
（二）实际流体的机械能衡算
τ = (μ + ε ) du dy
化工原理完整教材课件 PPT
基本原理及其流动规律解决关问题。以
图1-1为煤气洗涤装置为例来说明： 流体动力学问题：流体（水和煤气）
在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中 流动等；
流体静力学问题：压差计中流体、 水封箱中的水
图1-1 煤气洗涤装置
1.1 概述
确定流体输送管路的直径， 计算流动过程产生的阻力和 输送流体所需的动力。
根据阻力与流量等参数 选择输送设备的类型和型号， 以及测定流体的流量和压强 等。
流体流动将影响过程系 统中的传热、传质过程等， 是其他单元操作的主要基础。
图1-1 煤气洗涤装置
1.1.1 流体的分类和特性
气体和流体统称流体。流体有多种分类方法： （1）按状态分为气体、液体和超临界流体等； （2）按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体； （3）按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘
化工原理完整教材课件
第一章 流体流动
Fluid Flow
--内容提要--
流体的基本概念 静力学方程及其应用 机械能衡算式及柏努 利方程 流体流动的现象 流动阻力的计算、管路计算
1. 本章学习目的
通过本章学习，重点掌握流体流动的基本原理、管 内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和解决流 体流动过程的有关问题，诸如：
气体的密度必须标明其状态。 纯气体的密度一般可从手册中查取或计算得到。当压
强不太高、温度不太低时，可按理想气体来换算：
（1-3）
式中
p ── 气体的绝对压强, Pa(或采用其它单位)； M ── 气体的摩尔质量, kg/kmol；
性流体（或实际流体）； （4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体；
流体区别于固体的主要特征是具有流动性，其形状随容器形状 而变化；受外力作用时内部产生相对运动。流动时产生内摩擦从而 构成了流体力学原理研究的复杂内容之一
化工原理 第一章6
12/58
例1 泵送液所需的机械能
用泵将地面敞开贮槽中的溶液送到 10m高的容器中，容器内表压为 0.05MPa，如图所示。经选定，泵 的吸入管路为φ57mm×3.5mm的钢 管，管长为6m，管路中有一个止逆 阀，一个90º 弯头。压出管路为 φ48mm×4mm的钢管，管长为25m， 其中有一个全开闸阀，10个90º 弯头。 溶液的密度为900kg/m3，粘度为 1.5mPa· s。当流体的流量为4.5×103 m3/s时，外界必需向流体补加的压 头。
10/58
管路设计 主要涉及管子的选择、管径的确定和管件的选择等。 1。管子的选择 原则：根据介质和压力确定管子的材质。 规格：AB A表示管子外径，B表示管子壁厚，单位为mm 2。管径的确定 原则：根据流体的性质和流速u确定管径。 3。管件的确定 原则：管件尽可能少，宜少弯曲，尽量省去不必要的阀门。一 般不作突然扩大和缩小，而采用渐变管连接。管的进、出口也 可制作成喇叭形。
93.91 0.07645u 2 8.68 ---------方程（1）
假设 =0.02，代入方程（1）可得 u = 2.107(m/s) du 0.106 2.107 765 Re 1.005105 1.7 103 又 0.002 d 查摩擦系数图可得´=0.025
23/58
2 le l u H f 进口 出口 d d 2g
190 12 0.5 0.027 0.027 50 1 0.106 2 9.81
5.092m
p2 p1 z z1 z2 H f g
14/58
吸入管路中的流速：
ｕ入＝
qv
4
例1 泵送液所需的机械能
用泵将地面敞开贮槽中的溶液送到 10m高的容器中，容器内表压为 0.05MPa，如图所示。经选定，泵 的吸入管路为φ57mm×3.5mm的钢 管，管长为6m，管路中有一个止逆 阀，一个90º 弯头。压出管路为 φ48mm×4mm的钢管，管长为25m， 其中有一个全开闸阀，10个90º 弯头。 溶液的密度为900kg/m3，粘度为 1.5mPa· s。当流体的流量为4.5×103 m3/s时，外界必需向流体补加的压 头。
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管路设计 主要涉及管子的选择、管径的确定和管件的选择等。 1。管子的选择 原则：根据介质和压力确定管子的材质。 规格：AB A表示管子外径，B表示管子壁厚，单位为mm 2。管径的确定 原则：根据流体的性质和流速u确定管径。 3。管件的确定 原则：管件尽可能少，宜少弯曲，尽量省去不必要的阀门。一 般不作突然扩大和缩小，而采用渐变管连接。管的进、出口也 可制作成喇叭形。
93.91 0.07645u 2 8.68 ---------方程（1）
假设 =0.02，代入方程（1）可得 u = 2.107(m/s) du 0.106 2.107 765 Re 1.005105 1.7 103 又 0.002 d 查摩擦系数图可得´=0.025
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2 le l u H f 进口 出口 d d 2g
190 12 0.5 0.027 0.027 50 1 0.106 2 9.81
5.092m
p2 p1 z z1 z2 H f g
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吸入管路中的流速：
ｕ入＝
qv
4
《化工原理》第一讲 化工原理概述
Ⅱ相应的设备的结构和尺寸可能不同
例如 传热 原理
传热
设备
简单的套管换热器
传热
设备
传热
设备
原理
吸收
吸收剂
相界面
气相主体
液相主体
y 界面
x
xi yi
气体
气相扩散
液相扩散
设备
8 气体
填料塔
吸收
7 液体
6 5 4 3 2
1
溶剂
气体 板式塔
板式塔
设备
吸收
溶剂
气体
填料塔
乱堆填料
规整填料
设备，是研究过程规律的目的，包括设备的设计、选型、调 试等。
绪论
四、如何学习化工原理
1、化工原理的研究对象
三传，即动量传递、热量传递及质量传递，简称传递过程， 以物料恒算、能量恒算、传递速率、平衡关系为依据， 计算分为设计型和操作型两大类
2、化工原理的研究方法
1）数学模型方法
包括解析法和半经验半理论方法
2）实验方法
以量纲分析或相似理论为指导，可避免 建立数学方程
绪论
五、学习化工原理后，应达到的水平
1、能理论联系实际用工程和经济观点解决化工单元操作中 的各类问题
2、筛选合理的单元操作完成给定的生产任务 3、在设备设计工作中会寻求所需的经验数据或公式 4、能管理和调试运转的设备，遇到故障时找出原因并能及 时排除
第一讲绪 论
主要内容
一、化工原理概述 二、单位制及其换算
（一）单位及单位制 （二）物理量及经验公式的单位换算
三、物料衡算
（一）稳态的物料衡算 （二）非稳态的物料衡算
四、能量衡算
（一）稳态的能量衡算 （二）非稳态的能量衡算
化工原理 第一章 流速和流量的测量
2019/8/3
（5）测速管安装于管路中，装置头部和垂直引出部 分都将对管道内流体的流动产生影响，从而造成测 量误差。因此，除选好测点位置，尽量减少对流动 的干扰外，一般应选取皮托管的直径小于管径的 1/50。 （6）测速管对流体的阻力较小，适用于测量大直径 管道中清洁气体的流速，若流体中含有固体杂质时 ，易将测压孔堵塞，故不宜采用。
速：
2019/8/3
R
R
R
qV 0 urdA 0 ur 2rdr 2 0 rurdr
u qV A
（2）根据管内的最大流速与平均流速之间的关系， 测出管内的最大流速，然后确定平均流速及流量。 该法要使用试差法，其具体步骤为： ①假设流型（层流或湍流）； ②由最大流速计算平均流速（如u＝0.5umax）； ③校核流型（与假设流型是否相符）。 （3）根据皮托管测量管中心的最大流速，利用关系 曲线（图1－38）查取最大速度与平均速度的关系， 求出截面的平均速度，进而计算出流量。
2019/8/3
【说明】洗涤液（水）从喉管加入时，气液两相 间相对流速很大，液滴在高速气流下雾化，尘粒 被水湿润。尘粒与液滴或尘粒与尘粒之间发生激 烈碰撞和凝聚。在扩散管中，气流速度减小，压 力回升，以尘粒为凝结核的凝聚作用加快，凝聚 成粒径较大的尘粒，而易于被捕集。
文丘里除尘器
2019/8/3
2019/8/3
4
d12
0.1252
4
管道的Re：
Re
d1 u1
0.125 880 1.1 0.67 103
1.81105
Re c
故假设正确，以上计算有效。苯在管路中的流量为：
qV＝48.96 m3/h
（5）测速管安装于管路中，装置头部和垂直引出部 分都将对管道内流体的流动产生影响，从而造成测 量误差。因此，除选好测点位置，尽量减少对流动 的干扰外，一般应选取皮托管的直径小于管径的 1/50。 （6）测速管对流体的阻力较小，适用于测量大直径 管道中清洁气体的流速，若流体中含有固体杂质时 ，易将测压孔堵塞，故不宜采用。
速：
2019/8/3
R
R
R
qV 0 urdA 0 ur 2rdr 2 0 rurdr
u qV A
（2）根据管内的最大流速与平均流速之间的关系， 测出管内的最大流速，然后确定平均流速及流量。 该法要使用试差法，其具体步骤为： ①假设流型（层流或湍流）； ②由最大流速计算平均流速（如u＝0.5umax）； ③校核流型（与假设流型是否相符）。 （3）根据皮托管测量管中心的最大流速，利用关系 曲线（图1－38）查取最大速度与平均速度的关系， 求出截面的平均速度，进而计算出流量。
2019/8/3
【说明】洗涤液（水）从喉管加入时，气液两相 间相对流速很大，液滴在高速气流下雾化，尘粒 被水湿润。尘粒与液滴或尘粒与尘粒之间发生激 烈碰撞和凝聚。在扩散管中，气流速度减小，压 力回升，以尘粒为凝结核的凝聚作用加快，凝聚 成粒径较大的尘粒，而易于被捕集。
文丘里除尘器
2019/8/3
2019/8/3
4
d12
0.1252
4
管道的Re：
Re
d1 u1
0.125 880 1.1 0.67 103
1.81105
Re c
故假设正确，以上计算有效。苯在管路中的流量为：
qV＝48.96 m3/h
化工原理第一章第六节讲稿
3、孔板流量计的优缺点
优点：构造简单，安装方便
缺点：流体通过孔板流量计的阻力损失很大
hf
2 C0
Rg '
孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，读数就愈大，阻力 损失愈大。所以，选择孔板流量计A0/A1的值，往往是设计 该流量计的核心问题。
1/18/2016
三、文丘里流量计
C1C2 A0 1 A 1
2
孔流系数（C0）=
1/18/2016
若以体积或质量表达， 则
V s C 0 A0
2 gR A
0.84 0.82 0.80 0.78 0.76 C0 0.74 0.6 A0 A1 0.7
ws A0u 0
C0 A0 2 gR ( A )
第一章 流体流动
第六节 流速和流量的测量
一、测速管
二、孔板流量计 三、文丘里流量计
四、转子流量计
1/18/2016
变压头流量计 将流体的动压头的变化以静压头
的变化的形式表示出来。一般， 读数指示由压强差换算而来。 流量计 如：测速管、孔板流量计和文丘 里流量计 变截面流量计 流体通过流量计时的压力降是固 定的，流体流量变化时流道的截
ur R ' g 2g g
2
ur
2 gR ( )
——测速管测定管内流体的基本原理和换算公式 实际使用时
2 gR ( ) ur c
c=0.98~1.00
1/18/2016
测速管
Re=ud/
0.9 0.8 u u
uu max 0.7 max
管道中的流量为
Vs Cv A0
化工原理第一章总结复习讲稿
标准大气压） atm、工程大气压at、Kgf/cm2、
巴bar；流体柱高度（mmH2O，mmHg等）
1atm 1.033kgf / cm2 760mmHg 10.33mH 2O 1.0133 105 Pa 1.0133bar
1at 1kgf / cm2 735.6m 10mH 2O 0.9807bar 9.807 104 Pa
一：流体的物理性质
1：密度和比容 定义、 单位、 影响因素 、 计算
0
p T0 p0 T
M 0 22.4
混合液体的密度ρm
PM RT
1
m
xwA
1
xwB
2
xwn
n
混合气体的密度ρm
2013-11-2
m 1 x1 2 x2 ...... n xn
2013-11-2
第一部分： 流体静力学基本方程
* 本节主要内容
• 流体的密度和压强的概念、单位及换算等；在重力场中 的静止流体内部压强的变化规律及其工程应用。
• * 本节的重点
• 重点掌握流体静力学基本方程式的适用条件及工程应用 实例。 • * 本节的难点
2013-11-2
本节点无难点。
流体连续介质模型——质点
2013-11-2
•补例： 如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽
液面均恒定不变，输送管路尺寸为83×3.5mm，泵的进出
口管道上分别安装有真空表和压力表，压力表安装位臵离贮 槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部 阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg， 压力表读数为2.452×105Pa，泵的 效率为70%，水的密度为 1000kg/m3，试求：（1）两槽液面 的高度差H为多少？（2）泵所需的
巴bar；流体柱高度（mmH2O，mmHg等）
1atm 1.033kgf / cm2 760mmHg 10.33mH 2O 1.0133 105 Pa 1.0133bar
1at 1kgf / cm2 735.6m 10mH 2O 0.9807bar 9.807 104 Pa
一：流体的物理性质
1：密度和比容 定义、 单位、 影响因素 、 计算
0
p T0 p0 T
M 0 22.4
混合液体的密度ρm
PM RT
1
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1
xwB
2
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n
混合气体的密度ρm
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m 1 x1 2 x2 ...... n xn
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第一部分： 流体静力学基本方程
* 本节主要内容
• 流体的密度和压强的概念、单位及换算等；在重力场中 的静止流体内部压强的变化规律及其工程应用。
• * 本节的重点
• 重点掌握流体静力学基本方程式的适用条件及工程应用 实例。 • * 本节的难点
2013-11-2
本节点无难点。
流体连续介质模型——质点
2013-11-2
•补例： 如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽
液面均恒定不变，输送管路尺寸为83×3.5mm，泵的进出
口管道上分别安装有真空表和压力表，压力表安装位臵离贮 槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部 阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg， 压力表读数为2.452×105Pa，泵的 效率为70%，水的密度为 1000kg/m3，试求：（1）两槽液面 的高度差H为多少？（2）泵所需的
化工原理讲稿 气体吸收
两相相内传质速率可用下面的形式表达为：
NA
DG
RT1
P pBm
p
pi
令kG
DG
RT1
P pBm
N A kG p piFra bibliotekNADL
2
cm cSm
(ci
c)
令kL
DL
2
cm cSm
N A kL (ci c)
DG、DL —— 溶质组分在气膜与液膜中的分子扩散系数； P/pBm —— 气相扩散漂流因子； cm/cBm —— 液相扩散漂流因子； 1、2 —— 界面两侧气液相等效膜层厚度，待定参数。
一、吸收过程的气液相平衡关系 二、亨利定律 三、传质过程的方向、限度及推动力
第二节 吸收过程的相平衡关系
一、吸收过程的气液相平衡关系
1.气体在液体中的溶解度 在一定的温度与压力下、当气体混合物与一定量的溶剂 接触时，气相中的溶质便向液相中转移，直至液相中溶质 达到饱和为止，这时，我们称之为达到了相平衡状态。达 到了相平衡状态时气相中溶质的分压，称平衡分压；液相 中溶质的浓度称为平衡浓度（或溶解度）。
气、液相浓度(y,x)在平衡线下方(M点)：
y
ye=f(x)
ye
溶质解吸
y
M
释放溶质
o
xe
xx
结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线下方，则体系将 发生从液相到气相的传质，即解吸过程。
第二节 吸收过程的相平衡关系
气、液相浓度(y,x)处于平衡线上(K点)：
y ye=f(x)
yye
K
o
xe x x
第一节 概述
2. 吸收操作实例：石油液化气脱除硫化氢
第一节 概述
化工原理(第一章第六节)
A0 = d 0 = 0.03 = 0.32 A d 0.053
2 2
由图3-13查得，该孔板的孔流系数 C0 为定值的最小 Re 为 1.05×105，与此 Re 数对应，本题条件下苯的流量为
u1 A 2 1 B
R
测速管（Pitot tube） 由于内管前端开口 A 正对来流方向，来 流必在 A 点（驻点）处停滞。来流的动 能在驻点处将全部转化为势能。 由柏努利方程 2
p u1 p1 + + g z1 = A + g z A 2 ρ ρ
u1 A
B
2 1
R
忽略测速管本身对流速的干扰以及 A、B 两点间流体的阻力 损失，则在来流与 B 点之间的柏努利方程为
锥形硬 玻璃管
流体出口
u0
2 2
转子
1 1
刻度
表明流体在转子上、下两端面处产生压差 的是流体在两截面的位能差和动能差。压 差作用于转子上的力即称为浮力。
流体入口
由连续性方程，转子上、下两端面处流体 的速度应有如下关系
u1 = u 0 A0 A1
其中 A1、A0 分别为锥形管面积和转子稳定高度 z2 处的环隙流 通截面积。
2 2 u1 p1 u 1 pB + + g z1 = + + g zB 2 ρ 2 ρ
p1
ρ
+ g z1 =
pB
ρ
+ g zB
pA − pB + g ( z A − z B ) u1 = 2 ρ
由于 A、B 相距很近， 其垂直位差可忽略不计。
u1 = 2gR ( ρ 0 − ρ )
流体入口 流体出口
2 2
由图3-13查得，该孔板的孔流系数 C0 为定值的最小 Re 为 1.05×105，与此 Re 数对应，本题条件下苯的流量为
u1 A 2 1 B
R
测速管（Pitot tube） 由于内管前端开口 A 正对来流方向，来 流必在 A 点（驻点）处停滞。来流的动 能在驻点处将全部转化为势能。 由柏努利方程 2
p u1 p1 + + g z1 = A + g z A 2 ρ ρ
u1 A
B
2 1
R
忽略测速管本身对流速的干扰以及 A、B 两点间流体的阻力 损失，则在来流与 B 点之间的柏努利方程为
锥形硬 玻璃管
流体出口
u0
2 2
转子
1 1
刻度
表明流体在转子上、下两端面处产生压差 的是流体在两截面的位能差和动能差。压 差作用于转子上的力即称为浮力。
流体入口
由连续性方程，转子上、下两端面处流体 的速度应有如下关系
u1 = u 0 A0 A1
其中 A1、A0 分别为锥形管面积和转子稳定高度 z2 处的环隙流 通截面积。
2 2 u1 p1 u 1 pB + + g z1 = + + g zB 2 ρ 2 ρ
p1
ρ
+ g z1 =
pB
ρ
+ g zB
pA − pB + g ( z A − z B ) u1 = 2 ρ
由于 A、B 相距很近， 其垂直位差可忽略不计。
u1 = 2gR ( ρ 0 − ρ )
流体入口 流体出口
化工原理第一章第6节讲稿.
第一章 流体流动
第七节 流速和流量的测量
一、测速管 二、孔板流量计 三、文丘里流量计 四、转子流量计
2019/10/17
变压头流量计 将流体的动压头的变化以静压头
的变化的形式表示出来。一般，
流量计
读数指示由压强差换算而来。 如：测速管、孔板流量计和文丘
里流量计
变截面流量计 流体通过流量计时的压力降是固
定的，流体流量变化时流道的截
面积发生变化，以保持不同流速
下通过流量计的压强降相同。
如：转子流量计
2019/10/17
一、测速管
1、测速管（皮托管）的结构
2019/10/17
2、测速管的工作原理
对于某水平管路，测速管的内管A点测得的是管
口所在位置的局部流体动压头与静压头之和，称为
冲压头 。
hA
u2 2g
孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，读数就愈大，阻力 损失愈大。所以，选择孔板流量计A0/A1的值，往往是设计 该流量计的核心问题。
2019/10/17
三、文丘里流量计
管道中的流量为
Vs Cv A0
2gR A
Cv的值一般为0.98 ~ 0.99。
优点：阻力损失小，大多数
用于低压气体输送中的测量
2019/10/17
二、孔板流量计
1、孔板流量计的结构
2019/10/17
2、孔板流量计的工作原理
流体流到孔口时，流股截面收缩，通过孔口后，流股还 继续收缩，到一定距离（约等于管径的1/3至2/3倍）达到最 小，然后才转而逐渐扩大到充满整个管截面，流股截面最小 处，速度最大，而相应的静压强最低，称为缩脉。因此，当 流体以一定的流量流经小孔时，就产生一定的压强差，流量 越大，所产生的压强差越大。因此，利用测量压强差的方法 就可测量流体流量。
第七节 流速和流量的测量
一、测速管 二、孔板流量计 三、文丘里流量计 四、转子流量计
2019/10/17
变压头流量计 将流体的动压头的变化以静压头
的变化的形式表示出来。一般，
流量计
读数指示由压强差换算而来。 如：测速管、孔板流量计和文丘
里流量计
变截面流量计 流体通过流量计时的压力降是固
定的，流体流量变化时流道的截
面积发生变化，以保持不同流速
下通过流量计的压强降相同。
如：转子流量计
2019/10/17
一、测速管
1、测速管（皮托管）的结构
2019/10/17
2、测速管的工作原理
对于某水平管路，测速管的内管A点测得的是管
口所在位置的局部流体动压头与静压头之和，称为
冲压头 。
hA
u2 2g
孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，读数就愈大，阻力 损失愈大。所以，选择孔板流量计A0/A1的值，往往是设计 该流量计的核心问题。
2019/10/17
三、文丘里流量计
管道中的流量为
Vs Cv A0
2gR A
Cv的值一般为0.98 ~ 0.99。
优点：阻力损失小，大多数
用于低压气体输送中的测量
2019/10/17
二、孔板流量计
1、孔板流量计的结构
2019/10/17
2、孔板流量计的工作原理
流体流到孔口时，流股截面收缩，通过孔口后，流股还 继续收缩，到一定距离（约等于管径的1/3至2/3倍）达到最 小，然后才转而逐渐扩大到充满整个管截面，流股截面最小 处，速度最大，而相应的静压强最低，称为缩脉。因此，当 流体以一定的流量流经小孔时，就产生一定的压强差，流量 越大，所产生的压强差越大。因此，利用测量压强差的方法 就可测量流体流量。
化工原理完整教材课件
1.2.1.1 流体的压强
绝对压强 以绝对零压作起点计算的压强，是流体 的真实压强。 表压强 压强表上的读数，表示被测流体的绝对压 强比大气压强高出的数值，即: 表压强＝绝对压强－大气压强 真空度 真空表上的读数，表示被测流体的绝对压 强低于大气压强的数值，即: 真空度＝大气压强－绝对压强
绝对压强，表压强， 真空度之间的关系见图1-2。
在化工原理中研究流体在静止和流动状态下的规律性时，常
将流体视为由无数质点组成的连续介质。
连续性假设:假定流体是有大量质点组成、彼此间
没有间隙、完全充满所占空间连续介质，流体的物性及
运动参数在空间作连续分布，从而可以使用连续函数的 数学工具加以描述。
1.1.2 流体流动的考察方法
1.1.2.2 流体流动的考察方法
（ 1-6a）
R a b
0
(b) 倒置 U 型管压差计（Up-side down manometer） 用于测量液体的压差，指示剂密度 0 小于被测液体密度 ， U 型管内位 于同一水平面上的 a、b 两点在相连通 的同一静止流体内，两点处静压强相等
a
0
b R
p1 p 2 R 0 g
1.2.1 流体的密度
1.2.1.2 气体的密度
气体是可压缩的流体，其密度随压强和温度而变化。 气体的密度必须标明其状态。 纯气体的密度一般可从手册中查取或计算得到。当压 强不太高、温度不太低时，可按理想气体来换算： （1-3）
式中 p ── 气体的绝对压强, Pa(或采用其它单位)； M ── 气体的摩尔质量, kg/kmol； R ──气体常数,其值为8.315； T ──气体的绝对温度， K。
（1-5a）
化工原理总结(第一章)
03
传热原理及应用
传热的基本方式
要点一
总结词
传热的基本方式包括热传导、对流传热和辐射传热。
要点二
详细描述
热传导是热量在物质内部由高温向低温方向传递的过程， 主要依靠物质分子、原子或分子的振动和相互碰撞实现热 量传递。对流传热是流体在流动过程中，由于流体质点间 相对位移和混合而导致的热量传递过程。辐射传热则是通 过电磁波的形式传递热量的过程，不受物质媒介的限制， 可以穿越真空进行热量传递。
流体静压力的计算
流体静压力可以通过液柱高度或压力表来测量。在化工生产 中，流体静压力的计算对于设备选型和工艺流程设计具有重 要意义。
流体动力学
流量与流速
流量是单位时间内通过某一截面的流体量，流速则是单位时间内流过某一点的流体速度。流速与流量之间的关系 可以通过连续性方程来描述。
流动类型与阻力
根据流体的流动状态，可以分为层流和湍流两种流动类型。层流是指流体质点沿着直线方向流动，互不混杂；湍 流则是指流体质点沿着复杂的轨迹流动，且流体质点之间相互混杂。在流体流动过程中，会受到阻力作用，阻力 的大小与流体的性质、流动状态以及管道的形状等因素有关。
使用各种传感器和测量仪表，准 确、及时地采集实验过程中的各 种数据。
02
实验数据处理
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
03
数据处理软件
对采集到的实验数据进行整理、 计算、分析和处理，提取有用的 信息。
使用专业的数据处理软件，如 Excel、Origin等，进行数据分析 和可视化。
实验误差分析
误差来源
识别实验中可能产生的误差来源，如测量设备的误差、操作误差 等。
03
单效蒸发的计算主要包括加热蒸汽消耗量、加热蒸 汽冷凝水产量、蒸发水产量等。
化工原理第一章
（2）怎样看成连续性？
考察对象：流体质点（微团）-------足够大，足够小
流体可以看成是由大量微团组成的，质点间无空
隙，而是充满所占空间的连续介质，从而可以使
用连续函数的数学工具对流体的性质加以描述。
第二节 流体静力学 本节将回答以下问题： 静力学研究什么？
采用什么方法研究？
主要结论是什么？ 这些结论有何作用？
在静止流体中，任意点都受到大小相同方向不同的压强
静压强的特性：具有点的性质，p=f(x,y,z)，各相同性
1．流体静力学方程的推导
向上的力 : pA 向下的力: ( p dp) A
重力: mg gAdZ
静止时三力平衡,即 :
pA ( p dp) A gAdz 0
dp gdZ 0
p A pB ( i ) gR g ( Z A Z B ) ( p A gZ A ) ( pB gZB ) ( i ) gR
p gZ
A B ( i ) gR
4. 斜管压差计
R R' sin
流体静力学(二）
1-4
流体静力学基本方程的应用
一. 压强与压强差的测量 1.简单测压管
p A p0 hR
A点的表压强
p A (表） p A p0 gR
特点：适用于对高于大气压的液体压强的测定，不适用于气体。
2. U型测压管 由静力学原理可知
p1 p A gh
p 2 p 0 i gR
这是两个非常重要的方程式，请大家注意。
1-5 流量及流速
一、流量：单位时间内流过管道内任一截面的流体量
体积流量qV
m3 / s
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3）测速管应放置于流体均匀流段，且其管口截面严格垂 直于流动方向，一般测量点的上，下游最好均有50倍直径长 的直管距离，至少应有8~12倍直径长的直管段。
4）测速管安装于管路中，装置头部和垂直引出部分都将 对管道内流体的流动产生影响，从而造成测量误差。因此， 除选好测点位置，尽量减少对流动的干扰外，一般应选取皮 托管的直径小于管径的1/50。
流量与环隙面积有关，在圆锥形筒与浮子的尺寸固定 时，AR决定于浮子在筒内的位置，因此，转子流量一般都 以转子的位置来指示流量，而将刻度标于筒壁上。
转子流量计在出厂时一般是根据20℃的水或20℃、 0.1MPa下的空气进行实际标定的，并将流量值刻在玻璃管 上。
使用时若流体的条件与标定条件不符时，应实验标定 或进行刻度换算。
平衡状态，截面2-2’和截面1-1’的静
压强分别为p2和p1,若忽略转子旋转的切
向力 p1 p2 Af Vf f g
p1
p2
Vf Af
f g
Vs CR AR
2P1 P2
2020/11/16
CR为转子流量计的流量系数，AR为环隙面积
Vs CR AR 2gV f f Af
2020/11/16
V s2 1 f 2
VS1
2 f 1
下标1代表标定流体（水或空气）的流量和密度值，下 标2代表实际操作中所用流体的流量和密度值。
2020/11/16
一、测速管
1、测速管（皮托管）的结构
2020/11/16
2、测速管的工作原理
对于某水平管路，测速管的内管A点测得的是管口所在
位置的局部流体动压头与静压头之和，称为冲压头 。
hA
Байду номын сангаас
u2 2g
pA
g
B点测得为静压头
hB
pB
g
冲压头与静压头之差
hA hB
pA pB
g
u2 2g
2020/11/16
压差计的指示数R代表A，B两处的压强之差。 若所测流体的密度为ρ，U型管压差计内充有密度为ρ’的
第一章 流体流动
第六节 流速和流量的测量
一、测速管 二、孔板流量计 三、文丘里流量计 四、转子流量计
2020/11/16
流量计
变压头流量计 将流体的动压头的变化以静压头 的变化的形式表示出来。一般， 读数指示由压强差换算而来。 如：测速管、孔板流量计和文丘 里流量计
2020/11/16
变截面流量计 流体通过流量计时的压力降是固 定的，流体流量变化时流道的截 面积发生变化，以保持不同流速 下通过流量计的压强降相同。 如：转子流量计
若以体积或质量表达，则
Vs C0 A0
2gR A
ws A0u0
C0 A0
2gR A
C0---孔流系数， C0=f( A0/A1,Re1 )
2020/11/16
当Re1超过某界限值时，C0不再随Re1而变C0=const，此时 流量就与压差计读数的平方根成正比，因此，在孔板的设 计和使用中，希望Re1大于界限值。
3、孔板流量计的优缺点
优点：构造简单，安装方便 缺点：流体通过孔板流量计的阻力损失很大
hf C02 Rg '
孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，读数就愈大，阻力 损失愈大。所以，选择孔板流量计A0/A1的值，往往是设计 该流量计的核心问题。
2020/11/16
三、文丘里流量计
管道中的流量为
Vs Cv A0
在1-1’和0-0’间列柏努利方程，略去阻力损失 p1 u12 p0 u02 2 2
2020/11/16
p1 p0 u02 u12
2
校正忽略能量损失误差
u02 u12 C1
2 p1 p2
取压点误差
u02 u12 C1C2
2 pa pb
A1u1 A0u0
2
u2 1
u02
指示液，读数为R。
u2 R' g
2g
g
u 2gR( )
——测速管测定管内流体的基本原理和换算公式
实际使用时
uc
2gR( )
c=0.98~1.00
2020/11/16
3、使用皮托管的注意事项
1）测速管所测的速度是管路内某一点的线速度，它可以 用于测定流道截面的速度分布。
2）一般使用测速管测定管中心的速度，然后可根据截面 上速度分布规律换算平均速度。
2020/11/16
二、孔板流量计
1、孔板流量计的结构
2020/11/16
2、孔板流量计的工作原理
流体流到孔口时，流股截面收缩，通过孔口后，流股还 继续收缩，到一定距离（约等于管径的1/3至2/3倍）达到最 小，然后才转而逐渐扩大到充满整个管截面，流股截面最小 处，速度最大，而相应的静压强最低，称为缩脉。因此，当 流体以一定的流量流经小孔时，就产生一定的压强差，流量 越大，所产生的压强差越大。因此，利用测量压强差的方法 就可测量流体流量。
A0 A1
u0
C1C2
1
A0 A1
2
2 pa pb
2020/11/16
令
1
C1C2 A0 A1
2
C0
u0 C0
2 pa pb
用孔板前后压强的变化来计算孔板小孔流速u0的公式 U型管压差计读数为R，指示液的密度为ρA
pa pb gRA
u0 C0
2gR A
2020/11/16
2gR A
Cv的值一般为0.98 ~ 0.99。
优点：阻力损失小，大多数
用于低压气体输送中的测量
缺点：加工精度要求较高，
造价较高，并且在安装时流量计本身占据较长的管长位置。
2020/11/16
2020/11/16
四、转子流量计
1、转子流量计的结构及工作原理
2、流量公式 假设在一定的流量条件下，转子处于
4）测速管安装于管路中，装置头部和垂直引出部分都将 对管道内流体的流动产生影响，从而造成测量误差。因此， 除选好测点位置，尽量减少对流动的干扰外，一般应选取皮 托管的直径小于管径的1/50。
流量与环隙面积有关，在圆锥形筒与浮子的尺寸固定 时，AR决定于浮子在筒内的位置，因此，转子流量一般都 以转子的位置来指示流量，而将刻度标于筒壁上。
转子流量计在出厂时一般是根据20℃的水或20℃、 0.1MPa下的空气进行实际标定的，并将流量值刻在玻璃管 上。
使用时若流体的条件与标定条件不符时，应实验标定 或进行刻度换算。
平衡状态，截面2-2’和截面1-1’的静
压强分别为p2和p1,若忽略转子旋转的切
向力 p1 p2 Af Vf f g
p1
p2
Vf Af
f g
Vs CR AR
2P1 P2
2020/11/16
CR为转子流量计的流量系数，AR为环隙面积
Vs CR AR 2gV f f Af
2020/11/16
V s2 1 f 2
VS1
2 f 1
下标1代表标定流体（水或空气）的流量和密度值，下 标2代表实际操作中所用流体的流量和密度值。
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一、测速管
1、测速管（皮托管）的结构
2020/11/16
2、测速管的工作原理
对于某水平管路，测速管的内管A点测得的是管口所在
位置的局部流体动压头与静压头之和，称为冲压头 。
hA
Байду номын сангаас
u2 2g
pA
g
B点测得为静压头
hB
pB
g
冲压头与静压头之差
hA hB
pA pB
g
u2 2g
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压差计的指示数R代表A，B两处的压强之差。 若所测流体的密度为ρ，U型管压差计内充有密度为ρ’的
第一章 流体流动
第六节 流速和流量的测量
一、测速管 二、孔板流量计 三、文丘里流量计 四、转子流量计
2020/11/16
流量计
变压头流量计 将流体的动压头的变化以静压头 的变化的形式表示出来。一般， 读数指示由压强差换算而来。 如：测速管、孔板流量计和文丘 里流量计
2020/11/16
变截面流量计 流体通过流量计时的压力降是固 定的，流体流量变化时流道的截 面积发生变化，以保持不同流速 下通过流量计的压强降相同。 如：转子流量计
若以体积或质量表达，则
Vs C0 A0
2gR A
ws A0u0
C0 A0
2gR A
C0---孔流系数， C0=f( A0/A1,Re1 )
2020/11/16
当Re1超过某界限值时，C0不再随Re1而变C0=const，此时 流量就与压差计读数的平方根成正比，因此，在孔板的设 计和使用中，希望Re1大于界限值。
3、孔板流量计的优缺点
优点：构造简单，安装方便 缺点：流体通过孔板流量计的阻力损失很大
hf C02 Rg '
孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，读数就愈大，阻力 损失愈大。所以，选择孔板流量计A0/A1的值，往往是设计 该流量计的核心问题。
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三、文丘里流量计
管道中的流量为
Vs Cv A0
在1-1’和0-0’间列柏努利方程，略去阻力损失 p1 u12 p0 u02 2 2
2020/11/16
p1 p0 u02 u12
2
校正忽略能量损失误差
u02 u12 C1
2 p1 p2
取压点误差
u02 u12 C1C2
2 pa pb
A1u1 A0u0
2
u2 1
u02
指示液，读数为R。
u2 R' g
2g
g
u 2gR( )
——测速管测定管内流体的基本原理和换算公式
实际使用时
uc
2gR( )
c=0.98~1.00
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3、使用皮托管的注意事项
1）测速管所测的速度是管路内某一点的线速度，它可以 用于测定流道截面的速度分布。
2）一般使用测速管测定管中心的速度，然后可根据截面 上速度分布规律换算平均速度。
2020/11/16
二、孔板流量计
1、孔板流量计的结构
2020/11/16
2、孔板流量计的工作原理
流体流到孔口时，流股截面收缩，通过孔口后，流股还 继续收缩，到一定距离（约等于管径的1/3至2/3倍）达到最 小，然后才转而逐渐扩大到充满整个管截面，流股截面最小 处，速度最大，而相应的静压强最低，称为缩脉。因此，当 流体以一定的流量流经小孔时，就产生一定的压强差，流量 越大，所产生的压强差越大。因此，利用测量压强差的方法 就可测量流体流量。
A0 A1
u0
C1C2
1
A0 A1
2
2 pa pb
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令
1
C1C2 A0 A1
2
C0
u0 C0
2 pa pb
用孔板前后压强的变化来计算孔板小孔流速u0的公式 U型管压差计读数为R，指示液的密度为ρA
pa pb gRA
u0 C0
2gR A
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2gR A
Cv的值一般为0.98 ~ 0.99。
优点：阻力损失小，大多数
用于低压气体输送中的测量
缺点：加工精度要求较高，
造价较高，并且在安装时流量计本身占据较长的管长位置。
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四、转子流量计
1、转子流量计的结构及工作原理
2、流量公式 假设在一定的流量条件下，转子处于