化肥生产工艺技术资料汇编

化肥生产工艺技术资料汇编

二分公司工艺科

二零一零年十一月份

第一部分化工基础知识计算

一、流体密度的计算：

流体的密度：单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。其数学表达式为：

ρ=M/V

式中：ρ-----流体的密度，kg/m3；M-----流体的质量，kg；V-----流体的体积，m3；

流体的密度一般可在物理化学手册或有关资料中查得，如果查得的数据不是以SI制表示的，可换算为SI制。

(1) 液体的密度：

a.纯液体的密度ρ

若知比重为d，则ρ=1000d；如：d笨=0.88，则ρ苯=880kg/m3

b.液体混合物的密度ρm

若某种液体是由N种不同的液体混合而成，其密度ρm可由下式计算：

1/ρm=x A/ρA + x B/ρB+……+ x N/ρN (2--2)

式中：x A、x B、……x N-----各组分的质量分率。

ρA、ρB、……ρN------各组分的密度。

例2-1：已知20°C时水、甘油的密度分别为998kg/m3、1260kg/m3求50%甘油水溶液的密度。

解：1/ρm=0.5/998 + 0.5/1260 ρm=1114kg/m3

(2)气体的密度：

a.纯气体的密度ρ

在气体的温度不太低，压力不太高的情况下，气体的密度可按理想气体状态方程式计算：ρ= PM/RT

式中：M-----气体分子量；P-----气体的绝对压强；

T-----气体的绝对温度；R-----气体常数，8.314kJ/kmol·K

b.气体混合物的密度ρm

气体混合物的密度ρm的计算与纯气体的密度计算式类似，只不过将M改为M m即可，而M m为平均分子量，即ρm=PM m/RT 而M m=M A Y A+M B Y B+……+M N Y N

式中：M A、M B、……M N----各组分的分子量；

Y A、Y B、……Y N-----各组分的摩尔分率；

二.流体静压强的计算：

流体垂直作用于单位面积上的压力，称谓流体的静压强，其数学表达式为：

P=F/A （2--5）

式中：P-----流体的压强，N/m2或Pa；

A-----作用面的面积，m2；

F-----面积A上的作用力，N；

在工业生产上，有时把压强也称为压力，请予以注意。

在工业生产上，经常用到标准大气压和工程大气压，它们与常见的压强单位换算关系如下：

1atm=101325Pa=760mmHg柱=10.33mH2O柱。

1at=1kgf/cm2=9.81×104Pa=735.6mmHg柱=10mH2O柱。

流体压强P除采用不同的单位来计量外还可根据不同的情况，用不同的方法来表示。

绝对压强，或称为真实压，是以绝对零压为起点计算的压强。或真空为起点计算的压强。本课程中所有公式、方程中所指的压强，均为绝对压强，简称绝压。

表压强，简称表压，是指以当时当地大气压为起点计算的压强。当所测量的系统的压强等于当时当地的大气压时，压强表的指针指零。即表压为零。

真空度，当被测量的系统的绝对压强小于当时当地的大气压时，当时当地的大气压与系统绝对压之差，称为真空度。此时所用的测压仪表称为真空表。

系统P>大气压时绝对压=大气压+表压

系统P<大气压时绝对压=大气压-真空度

三.流体比容的计算：

单位质量流体的体积，称为流体的比容，数学表达式为：

υ=V/M

式中：υ----液体的比容，m3/kg ；M-----流体的质量，kg； V-----流体的体积，m3

显然，流体的比容是其密度的倒数，即：υ=1/ρ

四、流体流量、流速及管径的计算：

1、流量单位时间流过管道任一截面的流体量，称为流量。一般有体积流量和质量流量两种表示方法。

体积流量：单位时间流过管道任一截面的流体体积，以符号V表示，单位为m3/s

质量流量：单位时间流过管道任一截面的流体质量，以符号w表示，单位为kg/s.

2、流速单位时间流体的质点在流动方向上流过的距离称为流速，以符号u表示，单位为m/s。粘性流体在管流动时，任一截面上各点的流速沿管径而变化，管中心处流速最大，越靠近管壁，流速越小，在管壁处流速为零。为计算方便，通常所说的流速是指整个管道截面的平均流速，其表达式为：

u=V/A

式中：A-----与流动方向垂直的管道截面积，m2；V-----此截面的体积流量，m3/s；

3、质量流量w,体积流量V，平均流速间的关系。

质量流量与体积流量之间的关系为：

w=Vρ

而u=V/A 即V=uA 代入（2-13）有w=Vρ=Auρ

即w、V、u之间的关系，它是流体流动的计算中常用的关系式之一。

4、管径的选择

=

d=

式中：d-----管道径，m； V------流体体积流量，m3/s； u------流体在管道的流速，m/s；

根据流量和流速，可算得管道径，其中流量通常是为生产任务所决定，所以关键在于选择合适的流速。当流量V一定时，流速u越大，管径d越小，设备费用可减小，但此时流体流速相应增大，其在管道中流动阻力也越大，使操作费用（动力消耗）增加。反之，流速减小，阻力降低，操作费用减少，但管径增大，设备费用增加。设计管道时，尤其是输送距离较长时，需要综合考虑这两个相互矛盾的因素，确定适宜的流速，使操作费用与设备费用之和为最低。表2-1 流体在管道中的常用流速围

水及一般液体1～3 压力较高的气体15～25

粘度较大的液体0.5～1 8大气压以下饱和水蒸汽40～60 低压气体8～15 3大气压以下饱和水蒸气20～40

易燃、易爆的低压气体（如

乙炔等）

<8 过热水蒸汽30～50

五、流体流动阻力的计算：

1、流动类型：大量的实验结果表明，流体在直管流动时的形态如下：

管径 d 、平均流速u、密度ρ、粘度μ，对流型的变化有很大影响，用雷诺系数表示Re=d·u·ρ/μ

{ ≤2000 层流(滞流)

Re= 2000～4000 过渡流

≥4000 湍流

雷诺数Re的大小，除了作为判别流体流动形态的依据，它还反映了流动中液体质点湍动的程度。Re 值越大，表示流体部质点湍动的越厉害，质点在流动时的碰撞与混合越剧烈，摩擦也越大，因此流体流动的阻力也越大。在实际生产中，除了输送某些粘度很大的流体外，为了提高流体的输送量或传热传质速率，流体的流动形态一般都要求处在湍流的情况。Re值差不多都大于104数。

2、流体在圆管流动时的阻力

流体在管路中流动时的阻力可分为直管阻力和局部阻力。直管阻力又称为沿程阻力，是流体在直管中流动时，由于流体的摩擦而产生的能量损失。局部阻力是流体通过管路中的管件、阀门、突然扩大，突然缩小等局部障碍，产生漩涡而造成的能量损失。

（1）直管阻力的计算通式：

压头损失：ΔP=ρw= λ(L/d)( ρu2/2)

其中：λ-为摩擦系数；L-为直管长度；d -为直管径；ρ-为流体密度；u-为流体流速

层流时的摩擦系数：λ=64/Re 湍流时的摩擦系数：摩擦系数λ与雷诺准数Re及相对粗糙度ε/ d有关。可通过下表可查出湍流时的摩擦系数。

某些工业管道的绝对粗糙度