化工道理第二章第二节讲稿
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化工仪表及自动化第2章 第二节 对象数学模型的建立
简单水槽的动态特性
优点 缺点
简单 稳定时间长 测试精度受限
图2-7 简单水槽对象
图2-8 水槽的阶跃反应曲线
21
第二节 对象数学模型的建立
2. 矩形脉冲法
当对象处于稳定工况下，在时间t0突然加一阶跃干扰， 幅值为A，到t1时突然除去阶跃干扰，这时测得的输出量 y随时间的变化规律，称为对象的矩形脉冲特性，而这 种形式的干扰称为矩形脉冲干扰。此外，还可以采用矩 形脉冲波和正弦信号。
化工仪表及自动化
第二章 过程特性及其数学模型
内容提要
化工过程的特点及其描述方法
对象数学模型的建立
建模目的 机理建模 实验建模
描述对象特性的参数
放大系数Κ 时间常数Τ 滞后时间τ
1
第二节 对象数学模型的建立
一、建模目的
（1）控制系统的方案设计 （2）控制系统的调试和控制器参数的确定 （3）制定工业过程操作优化方案 （4）新型控制方案及控制算法的确定 （5）计算机仿真与过程培训系统 （6）设计工业过程的故障检测与诊断系统
18
第二节 对象数学模型的建立
三、实验建模
实验方法
研究对象特性
对象特性的实验测取法，就是在所要研究的对象上，加 上一个人为的输入作用（输入量），然后，用仪表测取并 记录表征对象特性的物理量（输出量）随时间变化的规律， 得到一系列实验数据（或曲线）。这些数据或曲线就可以 用来表示对象的特性。
19
第二节 对象数学模型的建立
三、实验建模
系统辨识
定义：通过这种应用对象的输入输出的实测数据来决 定其模型的结构和参数 。
特点：把被研究的对象视为一个黑匣子，完全从外部 特性上来测试和描述它的动态特性，不需要深入了解 其内部机理 。
优点 缺点
简单 稳定时间长 测试精度受限
图2-7 简单水槽对象
图2-8 水槽的阶跃反应曲线
21
第二节 对象数学模型的建立
2. 矩形脉冲法
当对象处于稳定工况下，在时间t0突然加一阶跃干扰， 幅值为A，到t1时突然除去阶跃干扰，这时测得的输出量 y随时间的变化规律，称为对象的矩形脉冲特性，而这 种形式的干扰称为矩形脉冲干扰。此外，还可以采用矩 形脉冲波和正弦信号。
化工仪表及自动化
第二章 过程特性及其数学模型
内容提要
化工过程的特点及其描述方法
对象数学模型的建立
建模目的 机理建模 实验建模
描述对象特性的参数
放大系数Κ 时间常数Τ 滞后时间τ
1
第二节 对象数学模型的建立
一、建模目的
（1）控制系统的方案设计 （2）控制系统的调试和控制器参数的确定 （3）制定工业过程操作优化方案 （4）新型控制方案及控制算法的确定 （5）计算机仿真与过程培训系统 （6）设计工业过程的故障检测与诊断系统
18
第二节 对象数学模型的建立
三、实验建模
实验方法
研究对象特性
对象特性的实验测取法，就是在所要研究的对象上，加 上一个人为的输入作用（输入量），然后，用仪表测取并 记录表征对象特性的物理量（输出量）随时间变化的规律， 得到一系列实验数据（或曲线）。这些数据或曲线就可以 用来表示对象的特性。
19
第二节 对象数学模型的建立
三、实验建模
系统辨识
定义：通过这种应用对象的输入输出的实测数据来决 定其模型的结构和参数 。
特点：把被研究的对象视为一个黑匣子，完全从外部 特性上来测试和描述它的动态特性，不需要深入了解 其内部机理 。
人教版第二章第二节第2课时 氯气的实验室制法 氯离子的检验(共39张PPT)
()
A．防止CO 等的干扰 B．防止Cl 的干扰 新知探究(二) 氯离子(Cl )的检验 2－
－
一往般往先 是除最去后有停毒止、加有热刺或激停性止气通味气的气体3，后除去无毒、无味的气体，最后除水蒸气
C．生成Ag CO 沉淀 新知探究(一) 氯气的实验室制法
新知探究(一) 氯气的实验室制法 由气体的性质选择干燥剂
(3) 不能 (填“能”或“不能”)用水代替饱和食盐水来除去 杂质HCl，原因：氯__气__在__水__中__有__一__定__的__溶__解__度__，__要__防__止__氯_ 气__在__水__中__的__溶__解__。
(4) 不能 (填“能”或“不能”)用水或澄清石灰水代替NaOH 吸收尾气，原因：_水__吸__收__氯__气__的__效__果__太__差__，__澄__清__石__灰__水__ __的__溶_解__度__很__小__，__吸__收__效__果__也__很__差__。
取少量待测液于一洁净试管中，加入硝酸酸 规范描述 化的AgNO3溶液，若观察到溶液中有白色沉
淀生成，说明溶液中含有Cl－
[注意]
①检验时要先加稀硝酸，以排除CO
2－ 3
等离子的干
扰，不能用稀硫酸，因为Ag2SO4微溶，会干扰实验，更不能
用盐酸，因为盐酸中含有Cl－。
②若被检液中含有SO
2－ 4
，需先用Ba(NO3)2溶液除去SO
往往是最后停止加热或停止通气
新知探究(一) 氯气的实验室制法 由气体的性质选择干燥剂 新知探究(一) 氯气的实验室制法
Na2CO3 _白__色__沉__淀___ 溶液
_沉__淀__溶__解__并_
2Ag＋＋CO23－=== Ag2CO3↓、
第二章第二节醇和酚
第二章第二节醇和酚醇酚的定义：醇：烃分子中饱和碳原子的一个或几个氢原子被羟基取代的产物，如乙醇CH3CH2OH。
羟基是醇的官能团。
酚：芳香烃分子中苯环上的一个或几个氢原子被羟基取代的产物。
如苯酚C6H5OH或C6H6O：醇和酚的官能团都是羟基，但性质有很大差别。
一醇根据羟基所连烃基的种类饱和一元醇：烷基+ 一个羟基（1）通式：CnH2n+1OH 或CnH2n+2O（2）物理性质：n≤3，无色液体、与水任意比互溶4≤n≤11，无色油状液体，部分溶于水n ≥12，无色蜡状固体，不溶于水。
溶解度: 碳原子数越多，溶解度越小，直至不溶。
沸点: 碳原子数越多，沸点越高甲醇是组成最简单的一元醇。
也称为木醇。
甲醇是无色、具有挥发性的液体，沸点65 ℃，有毒，误服会损伤视神经，甚至会致人死亡。
作为重要的化工原料，广泛应用于化工生产，也可以直接用作燃料。
乙二醇：无色、无臭、具有甜味的粘稠液体，熔点为-16 ℃，沸点197 ℃，能与水任意比例互溶。
目前作为市售汽车发动机防冻液的主要化学成分。
丙三醇：俗称甘油，无色、无臭、有甜味的粘稠液体，沸点290 ℃（分解），与水任意比例互溶，强吸水能力。
主要用于日用化妆品和三硝酸甘油酯。
三硝酸甘油酯用于炸药，也是治疗心绞痛药物的主要成分之一。
注意：如果醇分子中的烃基是烷基，这种醇称为饱和醇，如甲醇、乙醇等。
饱和一元醇可以看成烷烃分子中的一个氢原子被羟基取代后的产物，其组成可用通式C n H2n+1OH（n≥1）表示。
练习：1.下列物质中属于醇的是（）2.写出分子式为C4H10O的化合物的所有同分异构体。
1什么是氢键？（F,N,O）2多元醇通式：CnH2n+2Om(n>=2,m>=2)二醇的化学性质1羟基的反应P58【取代反应】与浓的氢卤酸反应：乙醇反应生成乙醚和水：【消去反应】丙醇消去生成丙烯:2羟基中氢的反应1烃基对醇分子中羟基氢活泼性的影响P592）与羧酸反应（取代反应，也可以说是酯化反应）乙醇和乙酸反应制取乙酸乙酯CH3C-OH + H18OC2H5 CH3-C-18O-C2H5 + H2O利用同位素示踪法对乙醇分子中的氧原子进行标识，经过检测，发现产物乙酸乙酯中含有氧的同位素18O。
磷化工教学课件-第2章- 磷化合物生产原料
Ca(PO4)2 + C + 6SiO2 → P4 ↑ + CO↑ + CaSiO3 P4+ O2 →P4O10 + H2O → [HPO3] 3 + H2O → H3PO4
此反应是一强吸热反应，约在1000℃开 始发生反应，在形成熔融体后反应加剧 进行，在此高温下磷以P2分子状态逸出， 后再结合成P4分子。
二水法湿法磷酸制备流程：
该流程包括：酸解（磷矿分解）、过滤（磷酸与磷石膏的 分离）两个主要工序。
矿浆 硫酸
酸解槽
空
鼓风机
气
含氟 气体
文丘里吸收塔
水
净化尾气经 排风机排空
料浆泵
盘式过滤机 磷酸
石膏滤饼经洗涤后卸 至传输机送到石膏厂
磷酸生产的三大经济指标 1、转化率：
转化率（以x表示）：反应物反应掉的 量占其输入量的百分数。
热法磷酸分为：水冷法、酸冷法
水冷法：将黄磷燃烧，得到P2O5后用水冷却、吸收制得磷 酸。
酸冷法：将燃烧得到的P2O5用预先冷却的磷酸进行冷却、 吸收后得到磷酸。
湿法磷酸与热法磷酸生产工艺比较
制酸方法 湿法磷酸
产品酸的浓度 “三废” 情况
依据方法不同，“三废” 其浓度不一样 均存在，
量较大
热法磷酸 浓度高
一步法：半水结晶不过滤直接水化为二水物再过滤分离， 产品酸浓度为30%~32%。 两步法：过滤半水物料浆分出成品酸，然后再将滤饼送入 水化槽重结晶为二水物，产品酸浓度为45%。
二水-半水法P2O5的总收率高达99%。产品磷酸浓度为 35%P2O5。磷石膏含结晶水少，有利于作为生产硫酸和水 泥。
此法首先在二水物生产条件下被分解，此时可使产品 酸浓度提高到35%，高于普通的二水物法，过滤得到的滤 饼在一定的条件下，于脱水槽中转化为半水物。
此反应是一强吸热反应，约在1000℃开 始发生反应，在形成熔融体后反应加剧 进行，在此高温下磷以P2分子状态逸出， 后再结合成P4分子。
二水法湿法磷酸制备流程：
该流程包括：酸解（磷矿分解）、过滤（磷酸与磷石膏的 分离）两个主要工序。
矿浆 硫酸
酸解槽
空
鼓风机
气
含氟 气体
文丘里吸收塔
水
净化尾气经 排风机排空
料浆泵
盘式过滤机 磷酸
石膏滤饼经洗涤后卸 至传输机送到石膏厂
磷酸生产的三大经济指标 1、转化率：
转化率（以x表示）：反应物反应掉的 量占其输入量的百分数。
热法磷酸分为：水冷法、酸冷法
水冷法：将黄磷燃烧，得到P2O5后用水冷却、吸收制得磷 酸。
酸冷法：将燃烧得到的P2O5用预先冷却的磷酸进行冷却、 吸收后得到磷酸。
湿法磷酸与热法磷酸生产工艺比较
制酸方法 湿法磷酸
产品酸的浓度 “三废” 情况
依据方法不同，“三废” 其浓度不一样 均存在，
量较大
热法磷酸 浓度高
一步法：半水结晶不过滤直接水化为二水物再过滤分离， 产品酸浓度为30%~32%。 两步法：过滤半水物料浆分出成品酸，然后再将滤饼送入 水化槽重结晶为二水物，产品酸浓度为45%。
二水-半水法P2O5的总收率高达99%。产品磷酸浓度为 35%P2O5。磷石膏含结晶水少，有利于作为生产硫酸和水 泥。
此法首先在二水物生产条件下被分解，此时可使产品 酸浓度提高到35%，高于普通的二水物法，过滤得到的滤 饼在一定的条件下，于脱水槽中转化为半水物。
化工——第二章_2(流动基本概念)
Re 9 10 5 2000 1 整理得： u 1.14( m s ) d 0.158
燃料油在管中作层流时的临界速度为1.14m· s-1。
2-7 流速分布
层流
如上图所示，流体在圆形直管内作定态层流流动。在圆管内， 以管轴为中心，取半径为r、长度为l的流体柱作为研究对象。
粘性是流体流动时产生的阻碍流体流动的内摩擦力。 粘度是衡量流体粘性大小的物理量。
u F A y
u F A y
剪应力：单位面积上的内摩擦力，以τ表示。
F u A y
适用于u与y成直线关系
du dy
式中：
——牛顿粘性定律
du 速度梯度 ： dy
比例系数，它的值随流体的不同而不同，流 ：
P (泊）
cm
SI单位制和物理单位制粘度单位的换算关系为：
1Pa s 1000 cP 10 P
5）运动粘度
v
单位： SI制：m2/s； 物理单位制：cm2/s，用St表示。
1 St 100 cSt 10 4 m 2 / s
思考：
（1）气体在一定直径的圆管中流动，如果qm不变，
第二章 流体流动与输送
闽南师范大学 化学与环境科学系 主讲：张婷
第二节
流体流动
一、流量与流速
二、定态流动与非定态流动 三、流动形态 四、牛顿黏性定律 五、边界层及边界层分离 六、流体在管内的速度分布
§2 流体流动
2-1 流体的流量和流速 • 流量
单位时间内通过导管任一截面的流体量称为流量(或流率)。
d u 流体的流动类型用雷诺数Re判断： Re
Re的量纲：
L M ( L) 3 du T L [Re] [ ] L0 M 0T 0 1 M ( L )(T )
化工原理第二章1
②泵的工作点对应的泵压头既是泵提供的，也是管路需要 的；
③工作点对应的各性能参数反映一台泵的实际工作状态。
14
3．离心泵的流量调节 （1）改变管路特性------变出口阀的开度
15
（2）改变泵的特性 ----变叶轮转速 nA＜nB，转速增加,流量和压头均
增加。
（3）改变泵的特性 ----切削叶轮直径
调节范围不大，只能变小，适合 长期性调整，操作中调整不可行
P63
例2－3
16
四
离心泵的组合操作
1．双泵并联 ①理论上，H不变，Q加倍； ②实际工作流量并未加倍（QB＜2QA），压头有所增加 ；n台完全相同的泵并联，组合泵的特性方程为： ③
H A B Q2 n2
2．双泵串联 ①理论上，Q不变，H加倍；
θ
28
3.往复泵特点：
(1) 流量只与泵缸尺寸、冲程、活塞往复次数有关，与泵的压
头、管路等无关。
(2) 理论上
单动泵的流量：QT＝ASnr 双动泵的流量：QT＝(2A-a)S nr 式中： QT —— 往复泵理论流量，m3/s； A —— 活塞截面积，m2；
a —— 活塞杆截面积，m2；
有效功率Ne ：单位时间离心泵对流体做的功。 Ne=gQH ；
轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的功。 效率η ：泵对外加能量的利用程度。 η = Ne /N 2．离心泵的性能曲线 ①H-Q曲线：随着流量的增加，泵的压头下降， 此规律对流量很小的情况可能不适用。 ② N-Q曲线：轴功率随流量的增加而增大，离心
部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域； ③当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时，大量液体以高频冲 击力冲击叶片，使叶轮损伤，这种现象称为“汽蚀”。
③工作点对应的各性能参数反映一台泵的实际工作状态。
14
3．离心泵的流量调节 （1）改变管路特性------变出口阀的开度
15
（2）改变泵的特性 ----变叶轮转速 nA＜nB，转速增加,流量和压头均
增加。
（3）改变泵的特性 ----切削叶轮直径
调节范围不大，只能变小，适合 长期性调整，操作中调整不可行
P63
例2－3
16
四
离心泵的组合操作
1．双泵并联 ①理论上，H不变，Q加倍； ②实际工作流量并未加倍（QB＜2QA），压头有所增加 ；n台完全相同的泵并联，组合泵的特性方程为： ③
H A B Q2 n2
2．双泵串联 ①理论上，Q不变，H加倍；
θ
28
3.往复泵特点：
(1) 流量只与泵缸尺寸、冲程、活塞往复次数有关，与泵的压
头、管路等无关。
(2) 理论上
单动泵的流量：QT＝ASnr 双动泵的流量：QT＝(2A-a)S nr 式中： QT —— 往复泵理论流量，m3/s； A —— 活塞截面积，m2；
a —— 活塞杆截面积，m2；
有效功率Ne ：单位时间离心泵对流体做的功。 Ne=gQH ；
轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的功。 效率η ：泵对外加能量的利用程度。 η = Ne /N 2．离心泵的性能曲线 ①H-Q曲线：随着流量的增加，泵的压头下降， 此规律对流量很小的情况可能不适用。 ② N-Q曲线：轴功率随流量的增加而增大，离心
部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域； ③当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时，大量液体以高频冲 击力冲击叶片，使叶轮损伤，这种现象称为“汽蚀”。
化工安全 第二章-燃烧与爆炸
火源
(1)明火 在易燃液体装置附近，严禁明火。 为了防火安全，常常用隔墙的方法实现充分隔 离。隔墙一般推荐使用耐火建筑，即礴石或混凝土的 隔墙。 易燃液体在应用时需要采取限制措施。在加工 区，即使运输或贮存少量易燃液体，也要用安全罐盛 装。在火灾中，防止火焰扩散是绝对必要的。所有罐 都应该设置通往安全地的溢流管道，因而必须用拦液 堤容纳溢流的燃烧液体，否则火焰会大面积扩散，造 成人员或财产的更大损失。
固体燃烧有两种情况：对于硫、磷等简单物质，受 热时首先熔化，而后蒸发为蒸气进行燃烧，无分解过 程；对于复合物质，受热时首先分解成其组成部分， 生成气态和液态产物，而后气态产物和液态产物蒸气 着火燃烧。 可见，任何可燃物质的燃烧都经历氧化分解、 着火、燃烧等阶段。
达到T自，可燃物质开始氧 初始阶段，加热的大 如继续加热，温度上升 T 氧′是开始出现火焰的 T燃为物质的燃烧温度。 化。由于温度较低，氧化速度 部分热量用于可燃物质 很快，达到T自，即使停止 温度，为实际测得的自燃 T自到T自′间的时间间隔称 不快，氧化产生的热量尚不足 的熔化或分解，温度上 加热，温度仍自行升高， 点。 为燃烧诱导期，在安全上 以抵消向外界的散热。此时若 升比较缓慢。 达到T自′就着火燃烧。 有一定实际意义。 T燃为物质的燃烧温度。 停止加热，不会引起燃烧。
第四节 爆炸及其特性
一、爆炸概述
爆炸是指物系自一种状态迅速转变为另一状态，并在 瞬间以对外作机械功的形式放出大量能量的现象。 在爆炸过程中，爆炸物质所含能量的快速释放，变为
对爆炸物质本身、爆炸产物及周围介质的压缩能或运动能。
物质爆炸时，大量能量极短的时间在有限体积内突然 释放并聚积，造成高温高压，对邻近介质形成急剧的压力
l00℃以下时，二者往往相同。在没有闪点数据的情况下， 也可以用着火点表征物质的火险。
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化工道理第二章第二节讲 稿
按照终压与压缩比
通风机：
鼓风机： 压缩机：
终压不大于14.7×103Pa
(表压)
真空泵： 终压为14.7×103~294×103Pa ，压缩比小于4。
终压在294×103Pa以上，压缩比大于4。
将低于大气压强的气体从容器或设备内抽至大气中。
按结构与工作原理 离心式、往复式、旋转式和流体作用式
03.01.2021
03.01.2021
3、真空泵 从设备中或系统中抽出气体，使其处于绝对压强低于外界
大气压的状态，所用的输送机械称为真空泵。实质上真空泵 也是气体压缩机械，只是它入口压强低，出口为常压。化工 厂中较常用的型式有： 1）水环真空泵 水环真空泵的外形呈圆形，外壳内有一个偏心安装的叶轮， 上有辐射状叶片，水环真空泵的壳内注入一定量的水，当叶 轮旋转时，在离心力的作用下将水甩至壳壁形成水环。
离心通风机的风压为静风压和动风压之和，称为全风压。
03.01.2021
风压与被输送气体的密度ρ成正比，风机性能表上列出风 压是按“标准状态”下(20℃，1.01×105Pa)的空气密度测 定的。若实际操作条件与上述试验条件不同，应将操作条件 下的风压HT’换算为试验条件下的风压HT，然后按HT的数 值来选择风机。
(2)输气量范围：2~500m3/min。出口表压在80kPa以内 且在40kPa附近效率较高。
(3)流量调节一般用支路调节，出口阀不能完全关闭，且 操作温度≯80-85oC
03.01.2021
2、液环压缩机 液环压缩机也称纳氏泵，由略呈椭圆性的外壳和旋转叶轮所 组成，叶轮在存有适量液体的壳体内旋转，由叶片带动，液 体在离心力作用下抛向壳体周边形成椭圆形液环。椭圆形长 轴处则形成两个月牙形空隙，供气体吸入和排出。当叶轮旋 转一周时，在液环和叶片间所形成的密闭空间逐渐变大和变 小各两次，气体从两个吸气口进入机内，从两个排气口排出 。 液环压缩机使气体只与叶轮接触而不与壳体接触，可用 于输送腐蚀性气体。
按照终压与压缩比
通风机：
鼓风机： 压缩机：
终压不大于14.7×103Pa
(表压)
真空泵： 终压为14.7×103~294×103Pa ，压缩比小于4。
终压在294×103Pa以上，压缩比大于4。
将低于大气压强的气体从容器或设备内抽至大气中。
按结构与工作原理 离心式、往复式、旋转式和流体作用式
03.01.2021
03.01.2021
3、真空泵 从设备中或系统中抽出气体，使其处于绝对压强低于外界
大气压的状态，所用的输送机械称为真空泵。实质上真空泵 也是气体压缩机械，只是它入口压强低，出口为常压。化工 厂中较常用的型式有： 1）水环真空泵 水环真空泵的外形呈圆形，外壳内有一个偏心安装的叶轮， 上有辐射状叶片，水环真空泵的壳内注入一定量的水，当叶 轮旋转时，在离心力的作用下将水甩至壳壁形成水环。
离心通风机的风压为静风压和动风压之和，称为全风压。
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风压与被输送气体的密度ρ成正比，风机性能表上列出风 压是按“标准状态”下(20℃，1.01×105Pa)的空气密度测 定的。若实际操作条件与上述试验条件不同，应将操作条件 下的风压HT’换算为试验条件下的风压HT，然后按HT的数 值来选择风机。
(2)输气量范围：2~500m3/min。出口表压在80kPa以内 且在40kPa附近效率较高。
(3)流量调节一般用支路调节，出口阀不能完全关闭，且 操作温度≯80-85oC
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2、液环压缩机 液环压缩机也称纳氏泵，由略呈椭圆性的外壳和旋转叶轮所 组成，叶轮在存有适量液体的壳体内旋转，由叶片带动，液 体在离心力作用下抛向壳体周边形成椭圆形液环。椭圆形长 轴处则形成两个月牙形空隙，供气体吸入和排出。当叶轮旋 转一周时，在液环和叶片间所形成的密闭空间逐渐变大和变 小各两次，气体从两个吸气口进入机内，从两个排气口排出 。 液环压缩机使气体只与叶轮接触而不与壳体接触，可用 于输送腐蚀性气体。
化工原理-2章流体输送机械——总结
e、平衡孔 ——闭式或半闭式叶轮
后盖板与泵壳之间空腔液 体的压强较吸入口侧高
→轴向推力 →磨损 如何 解决？ 平衡孔
平衡孔
F
平衡孔可以有效地减小轴向推力,但同时也降低了泵的效率。
2.2.2 离心泵的特性曲线 泵内造成功率损失的原因：
①阻力损失（水力损失） ——产生的摩擦阻力和局部阻力导致的损失。 ②流量损失（容积损失）
标准规定，离心泵实际汽蚀余量要比必须汽蚀余量大0.5m以上。
NPSH = (NPSH)r + 0.5
三、允许安装高度[Hg]
最大允许安装高度为：
2.2.5离心泵的类型与选用
一、离心泵的类型
按叶轮数目分类:单级、多级； 按吸液方式分类：单吸、双吸； 按输送液体性质分类:清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵； 1) 清水泵---化工生产中最常用的泵型 (IS型、D型、Sh型) IS型－单级、单吸； 以IS100-80-125为例： IS—国际标准单级单吸清水离心泵； 100—吸入管内径，mm； 80—排出管内径,mm； 125—叶轮直径,mm
P 2 H Kqv g
1—低阻管路系统 2—高阻管路系统
由图得：需向流体提供的能量高于提高流体势能和克服 管道的阻力损失，其中阻力损失跟流体流量有 关。
（2）流体输送机械的压头（扬程）和流量
①扬程和升举高度是否相同？
扬程－能量概念；非升举高度 升举高度－泵将流体从低位升至高位 时，两液面间的高度差。
2.3.1往复泵的作用原理和类型
（1）作用原理
如图所示为曲柄连杆机构带动的往复
泵，它主要由泵缸、活柱（或活塞）和活 门组成。活柱在外力推动下作往复运动， 由此改变泵缸内的容积和压强，交替地打 开和关闭吸入、压出活门，达到输送液体 的目的。由此可见，往复泵是通过活柱的 往复运动直接以压强能的形式向液体提供
《化工原理》电子档
目录第一章流体流动与输送设备 (3)第一节流体静力学 (3)第二节流体动力学 (5)第三节管内流体流动现象 (7)第四节流体流动阻力 (8)第五节管路计算 (11)第六节流速与流量的测量 (11)第七节流体输送设备 (13)第二章非均相物系分离 (21)第一节概述 (21)第二节颗粒沉降 (22)第三节过滤 (25)第四节过程强化与展望 (27)第三章传热 (28)第一节概述 (28)第二节热传导 (28)第三节对流传热 (30)第四节传热计算 (30)第五节对流传热系数关联式 (31)第六节辐射传热 (34)第七节换热器 (35)第四章蒸发 (37)第一节概述 (37)第二节单效蒸发与真空蒸发 (37)第三节多效蒸发 (40)第四节蒸发设备 (41)第五章气体吸收 (42)第一节概述 (42)第二节气液相平衡关系 (45)第三节单相传质 (46)第四节相际对流传质及总传质速率方程 (49)第五节吸收塔的计算 (51)第六节填料塔 (58)第六章蒸馏 (60)第一节概述 (60)第二节双组分物系的气液相平衡 (60)第三节简单蒸馏和平衡蒸馏 (62)第四节精馏 (63)第五节双组分连续精馏的计算 (63)第六节间歇精馏 (67)第七节恒沸精馏与萃取精馏 (67)第八节板式塔 (67)第九节过程的强化与展望 (69)第七章干燥 (71)第一节概述 (71)第二节湿空气的性质及湿度图 (71)第三节干燥过程的物料衡算与热量衡算 (73)第四节干燥速率和干燥时间 (75)第五节干燥器 (76)第六节过程强化与展望 (78)第一章 流体流动与输送设备第一节 流体静力学流体静力学主要研究流体处于静止时各种物理量的变化规律。
1-1-1 密度单位体积流体的质量，称为流体的密度。
),(T p f =ρ液体密度 一般液体可视为不可压缩性流体，其密度基本上不随压力变化，但随温度变化，变化关系可从手册中查得。
液体混合物的密度由下式计算：n n m a a a ρρρρ+++= 22111式中，i a 为液体混合物中i 组分的质量分数；气体密度 气体为可压缩性流体，当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算RT pM =ρ一般在手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下的数值，若条件不同，则此值需进行换算。
化工设备第二章-力学基础第二讲
结构和构件既要满足强度要求，也要满足刚度要求。 工程中一般以强度控制设计，然后校核刚度。
结构/构件强度的控制参量是应力 工作应力： 构件在可能受到的最大工作载荷作用下的应力。 ( 由力学分析计算得到 ) 极限应力： ys 、 b 材料可以承受的强度指标。 塑性材料： ys ； 脆性材料： b ( 通过材料力学性能的实验得到 ) 强度判据： ( 作用 抗力 )
如果杆件受到的外力多于两个，则杆件不同部分 的横截面上有不同的轴力。
F 1 1 F 1 F 2 2F 2 1 2F 2 2F 3 F
2
3
FN1=F
FN 3 F
3 F 3
FN 2 F
（压力）
轴力图——表示轴力沿杆件轴线变化规律的图线。
Ⅰ f30 f20 4kN 6kN 3kN f10 2kN
三、平面汇交力系
凡各力的作用线均在同一平面内的力系，称为平面力系。各 力的作用线全部汇交于一点的平面力系，称为平面汇交力系。 如图2－11所示，滚筒、起重吊钩受力都是平面汇交力系，它 是最基本的力系。
(1)力在坐标轴上的投影
设力F作于物体的A点，如图2-2（a）所示。在力F所在的平面内取直角坐 标系，从力F的两端A和B分别向轴作垂线，得垂足a和b。线段ab称力F在x轴上的投 影，用Fx表示。同理，从A、B两点分别向y轴引垂线，得到垂足、，线段称为力F 在y 轴上的投影，用Fy表示。
（2）拉压杆件的强度设计
依据强度条件，进行强度设计，包括：
1) 强度校核 =FN/A[] 对初步设计的构件，校核是否满足强度条件。 若强度不足，需要修改设计。 2) 截面设计 AFN/[] 选定材料，已知构件所承受的载荷时， 设计满足强度要求的构件的截面面积和尺寸。 3) 确定许用载荷 FNA[] 已知构件的几何尺寸，许用应力，计算结构或
化工原理 第二章 流体的流动和输送超详细讲解
密度 1 800kg / m3 ，水层高度h2=0.6m，密度为 2 1000kg / m3
1）判断下列两关系是否成立
PA＝PA’，PB＝P’B。 2）计算玻璃管内水的高度h。
解：（1）判断题给两关系是否成立 ∵A，A’在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上
PA PA'
因B，B’虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液
10001.0 13600 0.067 1000 820
0.493m
作业 P71：3、5
要求解题过程要规范：
1、写清楚解题过程——先写公式，再写计算过程， 追求结果的准确性；
2、计算过程中注意单位统一成SI制。
第二节 流体稳定流动时的物料衡算和能量衡算
一、流速与管径的关系 1、流速v =qv/A
解：气压管内水上升的高度
P（表压） P（真空度） h ρ水g ρ水g 80103
1000 9.81 8.15m
3、液位的测定
液柱压差计测量液位的方法：
由压差计指示液的读数R可以计算 出容器内液面的高度。 当R＝0时，容器内的液面高度将达 到允许的最大高度，容器内液面愈 低，压差计读数R越大。
流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，
简称压强。
p F A
SI制单位：N/m2，即Pa。1 N/m2 =1Pa
工程制： 1at(工程大气压)= 1公斤/cm2 =98100Pa
物理制： 1atm （标准大气压）=101325Pa
换算关系为：
1atm 760mmHg 10.33mH2O 1.033kgf / cm2 1.0133105 Pa
在1-1’截面受到垂直向下的压力： 在2-2’ 截面受到垂直向上的压力： 小液柱本身所受的重力：
1）判断下列两关系是否成立
PA＝PA’，PB＝P’B。 2）计算玻璃管内水的高度h。
解：（1）判断题给两关系是否成立 ∵A，A’在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上
PA PA'
因B，B’虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液
10001.0 13600 0.067 1000 820
0.493m
作业 P71：3、5
要求解题过程要规范：
1、写清楚解题过程——先写公式，再写计算过程， 追求结果的准确性；
2、计算过程中注意单位统一成SI制。
第二节 流体稳定流动时的物料衡算和能量衡算
一、流速与管径的关系 1、流速v =qv/A
解：气压管内水上升的高度
P（表压） P（真空度） h ρ水g ρ水g 80103
1000 9.81 8.15m
3、液位的测定
液柱压差计测量液位的方法：
由压差计指示液的读数R可以计算 出容器内液面的高度。 当R＝0时，容器内的液面高度将达 到允许的最大高度，容器内液面愈 低，压差计读数R越大。
流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，
简称压强。
p F A
SI制单位：N/m2，即Pa。1 N/m2 =1Pa
工程制： 1at(工程大气压)= 1公斤/cm2 =98100Pa
物理制： 1atm （标准大气压）=101325Pa
换算关系为：
1atm 760mmHg 10.33mH2O 1.033kgf / cm2 1.0133105 Pa
在1-1’截面受到垂直向下的压力： 在2-2’ 截面受到垂直向上的压力： 小液柱本身所受的重力：
化工原理第2章解析
质量流量=体积流量×流体密度
• 流速（u） ——在单位时间内流体在导管中流 过的距离，[m s1]
流速u
体积流量 qV 导管截面积 A
• 管道直径（d）
2-2 定常态流动与非定常态流动
• 在流体流动系统内，任一空间位置上的流量、 流速、压力和密度等物理参数，只随空间位置 的改变而改变．而不随时间变化的流动称为定 常态流动或稳定流动。
• 此数群被称之为雷诺准数。 雷诺准数值的大小，可以用来判断流动类型。
Re<2000，层流； Re>4000 ，湍流， Re=2000-4000，过渡流。
2-4 牛顿粘性定律
• 选相邻两薄圆筒流体（1，2）进行分析。设两 薄层之间垂直距离为dy，两薄层速度差为du， 即（u2-u1），两薄层之间接触的圆筒表面积为 A，两薄层之间的内摩擦力为F。
第二章 流体流动与输送
内容提要：主要讨论化工生产过程中的流体流 动的基本原理及流体流动的基本规律，并运用这 些原理与规律去分析和解决化工生产中的物料输 送问题。
基本要求： 1.了解化工生产过程中流体流动的基本规律； 2.掌握柏努利方程及其在化工生产中的应用； 3.掌握流体在管内流动阻力的计算； 4.了解流体输送机械的工作原理和相关计算。
大小。
2-5 流动边界层
• 在δ距离内流体层呈现速度梯度，这个速度梯 度区称为流动边界层。
• 稳定段的长度 L0：流体流动从管道入口开始形
成边界层起直到发展到边界层在管道中心汇合 为止的长度。
L0/d=0.0575Re
2-6 动量传递
层流：Байду номын сангаас
du dy
F A
M
L T 2
L2
质量 速度 面积 时间
• 流速（u） ——在单位时间内流体在导管中流 过的距离，[m s1]
流速u
体积流量 qV 导管截面积 A
• 管道直径（d）
2-2 定常态流动与非定常态流动
• 在流体流动系统内，任一空间位置上的流量、 流速、压力和密度等物理参数，只随空间位置 的改变而改变．而不随时间变化的流动称为定 常态流动或稳定流动。
• 此数群被称之为雷诺准数。 雷诺准数值的大小，可以用来判断流动类型。
Re<2000，层流； Re>4000 ，湍流， Re=2000-4000，过渡流。
2-4 牛顿粘性定律
• 选相邻两薄圆筒流体（1，2）进行分析。设两 薄层之间垂直距离为dy，两薄层速度差为du， 即（u2-u1），两薄层之间接触的圆筒表面积为 A，两薄层之间的内摩擦力为F。
第二章 流体流动与输送
内容提要：主要讨论化工生产过程中的流体流 动的基本原理及流体流动的基本规律，并运用这 些原理与规律去分析和解决化工生产中的物料输 送问题。
基本要求： 1.了解化工生产过程中流体流动的基本规律； 2.掌握柏努利方程及其在化工生产中的应用； 3.掌握流体在管内流动阻力的计算； 4.了解流体输送机械的工作原理和相关计算。
大小。
2-5 流动边界层
• 在δ距离内流体层呈现速度梯度，这个速度梯 度区称为流动边界层。
• 稳定段的长度 L0：流体流动从管道入口开始形
成边界层起直到发展到边界层在管道中心汇合 为止的长度。
L0/d=0.0575Re
2-6 动量传递
层流：Байду номын сангаас
du dy
F A
M
L T 2
L2
质量 速度 面积 时间
化工原理 天大出版社 第二章吸收第二节
p A1 − p A 2 = pB 2 − pB1
p Bm = p B 2 − p B1 p ln B 2 p B1
NA =
令：
D P ( pA1 − pA2 ) NA = RTz pBm
P/PBM 称为漂流因数
一氨水贮槽，直径为2m，槽内装有农业氨水，浓度为10%， 例、一氨水贮槽，直径为 ，槽内装有农业氨水，浓度为 ， 如果没有加盖，则氨水将以分子扩散方式挥发而损失， 如果没有加盖，则氨水将以分子扩散方式挥发而损失，假定扩 散时时通过一层厚度为 厚度为5mm的静止空气层，平均温度为 ℃， 的静止空气层， 散时时通过一层厚度为 的静止空气层 平均温度为20℃ 在 1atm下， 氨的扩散系数为 下 氨的扩散系数为0.0647m2/h。试计算一昼夜内氨的 。 挥发损失量。设体系服从亨利定律，且E=268kN/m2。 挥发损失量。设体系服从亨利定律，
2
P
（2）z=z时，cA=cA2。
积分： 积分：
N A ∫ dz = − DAB ∫
0
z
cA2
c A1
dc A
NA = JA =
DAB (c A1 − c A2 ) z
当扩散系统处于低压时，气相可按理想气体混合物处理， 当扩散系统处于低压时，气相可按理想气体混合物处理，于是
cA =
pA RT
DAB ( p A1 − p A2 ) NA = JA = RTz
DAB P dp A NA = − RT P − p A dz
DAB P dp A NA = − RT P − p A dz
边界条件： 边界条件： （1）z=0时，pA=pA1 ） 时 （2）z=z时，pA=pA2 ） 时
NA = DP p B 2 ln RTz pB1
第二章第二节第3讲 氯气的实验室制法
第二章 第二节 氯及其化合物第3讲 氯气的实验室制法【讲】知识点1氯气的实验室制法 1．反应原理(1)化学方程式：MnO 2＋4HCl(浓)=====△MnCl 2＋Cl 2↑＋2H 2O 。
(2)原理：利用强氧化剂氧化浓盐酸中的Cl －生成Cl 2，该反应中MnO 2为氧化剂，浓盐酸为还原剂并且该实验还体现了浓盐酸的酸性。
2．仪器装置(1)气体发生装置类型：固＋液――→△气(2)发生装置所用仪器：分液漏斗、圆底烧瓶、酒精灯。
(3)除杂装置：装置C 的作用是除去Cl 2中少量的HCl 气体。
装置D 的作用是干燥氯气(或除去氯气中的水蒸气)。
3．收集方法(1)向上排空气法(氯气密度大于空气)。
(2)排饱和食盐水法(氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度很小，用此法可除去实验中挥发产生的氯化氢气体)。
4．验满方法观察到E 中充满黄绿色气体，则证明已集满。
5．尾气处理烧杯F 中盛放的液体是NaOH 溶液。
该液体的作用是吸收过量的氯气，防止污染环境。
6、注意事项：(1)实验室制取氯气的反应原理是选用氧化剂(如MnO 2、KMnO 4等)将盐酸中的部分氯离子氧化而得到氯气。
(2)制取的氯气有毒，且在加热时容易逸出，所以应选用分液漏斗，而不用长颈漏斗。
(3)尾气处理时，不能用澄清石灰水吸收氯气，因为澄清石灰水中Ca(OH)2的含量少，吸收不完全。
(4)实验结束后，先使反应停止并排出装置中残留的氯气，再拆卸装置，避免污染空气。
【练】1．下列关于实验室制氯气的说法中错误的是( ) A ．该反应是一个氧化还原反应，其中二氧化锰是氧化剂 B ．HCl 表现还原性和酸性C ．该反应的离子方程式为MnO 2＋4H ＋＋4Cl －=====△MnCl 2＋2H 2O ＋Cl 2↑D ．该方法是瑞典化学家舍勒最先发现的 答案 C解析 由MnO 2＋4HCl(浓)=====△MnCl 2＋2H 2O ＋Cl 2↑可知，二氧化锰是氧化剂，HCl 中氯元素部分化合价升高，HCl 既表现还原性，又表现酸性；氯化锰是可溶于水的强电解质，在离子方程式中应写成离子符号。
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将低于大气压强的气体从容器或设备内抽至大气中。
按结构与工作原理 离心式、往复式、旋转式和流体作用式
1/9/2021
一、离心式通风机、鼓风机与压缩机
1、离心式通风机
离心式通风机按所产生的风压不同，分为： 低压离心通风机：出口风压低于0.9807×103Pa (表压)； 中压离心通风机出：口风压为：0.9807×103Pa~2.942×103Pa 高压离心通风机 ：出口风压为：2.942×103Pa~14.7×103Pa 1）离心式通风机的结构
(3)流量调节一般用支路调节，出口阀不能完全关闭，且 操作温度≯80-85oC
1/9/2021
2、液环压缩机 液环压缩机也称纳氏泵，由略呈椭圆性的外壳和旋转叶轮所 组成，叶轮在存有适量液体的壳体内旋转，由叶片带动，液 体在离心力作用下抛向壳体周边形成椭圆形液环。椭圆形长 轴处则形成两个月牙形空隙，供气体吸入和排出。当叶轮旋 转一周时，在液环和叶片间所形成的密闭空间逐渐变大和变 小各两次，气体从两个吸气口进入机内，从两个排气口排出 。 液环压缩机使气体只与叶轮接触而不与壳体接触，可用 于输送腐蚀性气体。
优点：流量大而均匀，体积小，运转平稳，容易调节，维 护方便。
1/9/2021
二、旋转鼓风机、压缩机与真空泵
旋转鼓风机、压缩机与旋转泵相似，机壳内有一个或 两个旋转的转子，没有活塞和阀门等装置。
特点：构造简单、紧凑、体积小、排气连续而均匀， 适用于所需压强不高且流量大的情况。
1、罗茨鼓风机
罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵相似，机壳内有两个渐 开摆线形的转子，两转子之间，转子与机壳之间
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1/9/2021
水环具有密封作用，使叶片间的空隙形成大小不同的密封 室。当小室增大时，气体从吸入口吸入，当小室从大变小 时，气体由压出口排出。 水环真空泵可以造成的最高真空度为83.4×103Pa左右， 它也可作鼓风机用，但所产生的表压强不超过 98.07×103Pa当被抽吸的气体不宜与水接触时，泵内可充 以其它液体。 此类泵结构简单、紧凑，易于制造和维修。但泵的效率较 低，一般为30%～50%。另外，该泵产生的真空度受泵内 水温的限制。
1/9/2021
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3、真空泵 从设备中或系统中抽出气体，使其处于绝对压强低于外界
大气压的状态，所用的输送机械称为真空泵。实质上真空泵 也是气体压缩机械，只是它入口压强低，出口为常压。化工 厂中较常用的型式有： 1）水环真空泵 水环真空泵的外形呈圆形，外壳内有一个偏心安装的叶轮， 上有辐射状叶片，水环真空泵的壳内注入一定量的水，当叶 轮旋转时，在离心力的作用下将水甩至壳壁形成水环。
第二章 流体输送机械
第二节 气体输送和压
缩设备
一、离心通风机、鼓风机 与压缩机
二、旋转鼓风机、压缩机 与真空泵
1/9/2021
按照终压与压缩比
通风机：
鼓风机： 压缩机：
终压不大于14.7×103Pa
(表压)
真空泵： 终压为14.7×103~294×103Pa ，压缩比小于4。
终压在294×103Pa以上，压缩比大于4。
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2）喷射泵 喷射泵是利Leabharlann 高速流体射流时静压能转换为动能而造
成的真空将气体吸入泵体，在泵内与射流流体混合，气 体及工作流体一并排出泵体。
喷射泵的工作流体可以是水，也可以是蒸汽。单级蒸 汽喷射泵可以达到90%的真空度，为要获得更高的真空 度，可以采用多级蒸汽喷射泵。喷射泵结构简单，无运 动部件，但效率很低，工作流体消耗很大。
HT HT'' HT'1.2'
（3）功率和效率 离心通风机的轴功率为：
N HTQ
1000
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（4）特性曲线
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3）离心通风机的选用 选择离心通风机的主要步骤为： （1）根据气体的种类（清洁空气、易燃气体、腐蚀性气体
、含尘气体、高温气体等）与风压范围，确定风机的类型 （2）据所要求的风量与全压，从产品样本或规格目录中的
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离心通风机的送气量大，但所产生的风压仍不太高，出口 表压强一般不超过294×103Pa。由于在离心鼓风机中，气 体的压缩比不高，所以无需设置冷却装置，各级叶轮的直径 也大致上相等。
1/9/2021
2）离心压缩机 离心压缩机又称透平压缩机。它的主要结构和工作原理与
离心鼓风机相似。离心压缩机的特点是叶轮级数多，通常在 10级以上，叶轮转速高，一般为5000r/min以上。这样可以 产生很多的出口压强，且由于压缩比高，气体体积缩小很多 ，温度升高大。因此压缩机都分成几段，每段包括若干级。 叶轮的直径逐级缩小。叶轮宽度也逐级略有缩小，在各段之 间设有中间冷却器。
（P2－P1）称为静风压，以HSt表示
u 2 2 称为动风压。 2
离心通风机的风压为静风压和动风压之和，称为全风压。
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风压与被输送气体的密度ρ成正比，风机性能表上列出风 压是按“标准状态”下(20℃，1.01×105Pa)的空气密度测 定的。若实际操作条件与上述试验条件不同，应将操作条件 下的风压HT’换算为试验条件下的风压HT，然后按HT的数 值来选择风机。
特性曲线或性能表格中查得适宜的类型与机号。 2、离心鼓风机和压缩机 1）离心鼓风机
离心鼓风机外形与离心泵相象。蜗壳形的通道为圆形， 但其外壳直径与宽度之比较大，叶轮上数目较多，转速较高 ，
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并且有一固定的导轮。图为一台五级离心鼓风机的示意图。 气体由吸入口进入后，经过第一级的叶轮和导轮，然后转入 第二级叶轮入口，再依次逐级通过以后的叶轮 和导轮，最后由排气口排出。
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2）离心通风机的性能参数与特性曲线 （1）风量：
指气体通过进风口的体积流率，以Q表示，单 位为m3/h或m3/s。气体的体积按进口状态计。
（2）风压：指单位体积的气体通过通风机时所获得的能量， 单位为N/m2，与压强单位相同，以Ht表示。取 决于风机的结构，叶轮尺寸，转速与进入风机的 气体的密度。
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缝隙很小，使转子能自由运动而无过多的泄漏，两转子的 旋转方向相反，可使气体从技巧一侧吸入，从另一侧排出 。若改变两转子的旋转方向，则吸入和排出口互换。 罗次鼓风机的特点：
(1)风量与转速成正比，转速一定时，出口压力提高，风 量可保持大体不变。
(2)输气量范围：2~500m3/min。出口表压在80kPa以内 且在40kPa附近效率较高。
目前，还不能用理论方法精确计算离心通风机的风 压，而是由试验测定。
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在通风机的进口截面1-1’和出口截面2-2’间列柏努力方程：
H t ( z 2 z 1 )g ( p 2 p 1 ) ( u 2 2 u 1 2 ) /2 h 1 2 f
简化为
Ht (P2P1)u222