化工原理讲义二
化工原理第二章第一节讲稿gaofenziPPT课件
耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料制 成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便 、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高 硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型）
油泵 输送石油产品的泵 ，要求密封完善。（Y 型）
杂质泵
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输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易 堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、 叶片数目少。
起到密封作用。
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3、离心泵的分类 1）按照轴上叶轮数目的多少
单级泵 轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力 不太大的情况；
多级泵 轴上不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的 压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国 生产的多级离心泵一般为2~9级。
如何确定转速一定时， 泵的压头与流量之间 的关系呢？
实验测定
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H的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程：
P b gu 2b g 2HZP g c u 2cg 2(hf)bc
HZP c gP buc22 gub2(hf)bc
H Z(P cP b)/g
离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高 度△Z，升举高度只是扬程的一部分。
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气缚
离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远 小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心 处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样， 离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。
为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆 阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开 停车和调节流量。
化工原理第二章讲稿
3）按离心泵的不同用途 输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很 水泵 少的液体的泵, （B型） 耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料制 成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便 、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高
硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型）
油泵 输送石油产品的泵 ，要求密封完善。（Y 型） 输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易 堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、
㈢、离心泵性能的改变
1、液体性质的影响
1）液体密度的影响
离心泵的流量与液体密度无关。 离心泵的压头与液体的密度无关 H～qV曲线不因输送的液体的密度不同而变 。 泵的效率η不随输送液体的密度而变。
Pa qV H g /
离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。
2）粘度的影响 当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时， •泵的压头减小 •泵的流量减小 •泵的效率下降 •泵的轴功率增大 •泵的特性曲线发生改变，选泵时应根据原特性曲线进行修正 当液体的运动粘度小于20cst（厘池）时，如汽油、柴油、煤 油等粘度的影响可不进行修正。
1、气蚀现象
气蚀产生的条件 叶片入口附近K
处的压强PK等于
或小于输送温度
下液体的饱和蒸
气压
气蚀产生的后果：
• 气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反 复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落 • 液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严 重时会输不出液体。
2、离心泵的允许吸上高度
离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保
护电机。
3）η～qV曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的 增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增 大，效率便下降。
化工原理实验讲义(最终版)
C0 —— 流量系数
1．标定流量曲线 通过计量筒电子称和记时器可测量去流体的重量及对应的时间，从 而测取其质量流量qm，同时又通过压差计读出对应的上、下游压差值 △p；这样根据若干个实验点的qm与△p值，便可绘制流量标定曲线qm～ △p。
2．确定流量系数Co 根据以上流量计的计算式
2．测定直管摩擦系数与雷诺准数Re的关系，将所得的～Re方程与 公认经验关系式比较；
3．测定阀门的阻力系数； 4.了解阀门开度对管路压力的影响。 二、实验意义及原理
流体在管路中流动时，由于粘性剪切力和涡流的存在，不可避免地 要消耗一定机械能。这部分机械能是不能自发地转换成其它机械能形 式，或者说在机械能中“永久”消失了，故在利用柏努利方程解决工程中 流体输送及与流动有关问题时，不可避免地必须将阻力损失项计算出 来。管路通常由直管和管件（如三通、肘管及弯头等）、阀件组成。流 体在直管内流动造成的机械能损失称为直管阻力，而通过管件、阀件等 局部障碍时，因流道截面的方向与大小发生变化而造成的机械能损失称 为局部阻力。
（4-3） 由于差压流量计节流元件的截面A0是不变的，加之介质水的密度不 变。由上述流量曲线标定实验中各流量qm与压差△p之值，便可计算出 对应的流量系数C0值。 又由于雷诺数
（4-4）
其中管径d1为输送管道内径；ρ，μ为水的密度与粘度。流速u1可用下
式计算： （4-5）
故可将流量系数C0与对雷诺数Re的关系标绘在单对数坐标上，便可得 到C0与Re的关系曲线，从而可了解流量的变化规律。
（1-1） 式中：——圆管内径，m；
u —— 流速，m/s； —— 流体密度，kg/m3； ——流体粘度，Pa·s。 一般认为Re＜2000时，流动型态为层流；Re＞4000，流动型态为 湍流。Re数在两者之间时为过渡区，有时为层流，有时为湍流，流动型 态与环境有关。 对一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺数仅与流速有关。本 实验通过改变水在管内的流速，观察流体在管内流动型态的变化。 三、思考题 1．影响流动型态的因素有哪些？
化工原理第二章第一节讲稿
3）在高温或低温下操作的设备，要求保温，以减少它们和
外界传热。
4）对于废热也需合理的利用与回收。
2、化工生产中传热过程的两种情况
1）强化传热：各种换热设备中的传热。
2）削弱传热：如对设备和管道的保温，以减少热损失
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动量传递 三传热量传递 质量传递
传热过程在化工生产中的应用 例如：蒸发、蒸馏、干燥、结晶等 传热过程的基本要求：1.强化传热；2.避免传热 热量传递方向：高温传向低温 传热过程的推动力：温差
2、蓄热式换热 (间歇操作）
蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。室中充 填耐火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室 时，就可以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给 冷流体，达到两流体换热的目的。
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3、间壁式换热
间壁式换热的特点是冷、热流体被一固体隔开，分别在壁
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三、工业上的换热方法
1、直接接触式传热 直接接触式传热的特点是冷、热两流体在传热器中以直接 混合的方式进行热量交换，也称混合式换热。前提是冷、 热两种流体可直接混合，不发生化学反应或其他不良影响。 化工厂常用的 凉水塔、喷洒式冷却塔、混合冷凝器等。
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程技术领域中极普遍的一种传递过程 。
1、化工与传热
1）绝大多数化学反应过程都要求在一定的温度下进行，为 了使物料达到并保持指定的温度，就要预先对物料进行加
热或冷却，并在过程中及时取出放出的热量或补充需要吸
收的热量。
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2）一些单元操作过程，例如蒸发、蒸馏、干燥等，需要按
化工原理讲稿2(第五章)(天大版)
干物料] ②干基含水量 X [kg水/kg干物料 水 干物料
湿物料中水分质量 X = 湿物料中绝干物料质量 Gw = G − Gw
湿 物 料 中 绝 干 物 料 质 量 ： G C = G − G w；
五、空气通过干燥器时的状态 一、等焓干燥过程 指绝热干燥过程或理想干燥过程； 指绝热干燥过程或理想干燥过程； —— 空气在进、出干燥器的焓值不变； 空气在进、出干燥器的焓值不变；
H ↑ I1 = (1.01 + 1.88 H1 ) t1 + 2490 H1 I1 = I 2 ；其中： t ↓ I 2 = (1.01 + 1.88 H 2 ) t2 + vH vH （ kg 水 k g 干 气 = kg 水 3 m 湿 气 k g干 气 m 3湿 气 ）
t1 I2 其中： ⇒ I1 = I 2 ⇒ ⇒ 查 H − I图 ⇒ H H 0 = H1 ϕ 2 ⇒ ∆H = H 2 − H1
2
习题7： 习题 ：
w1 X1 = 1 − w1 G = G（1 − w 2） W 2 1. ⇒ ⇒ L= （ a式 ） ； （ H 2 − H1 W = G X 1 − X 2） X = w2 2 1 − w2 ϕ 0 ps 0 a、 H 0 = H 1 = 0.622 （ t 0 → p s 0） p − ϕ 0 ps0 b、 干 燥 器 热 量 衡 算 ： L ( I 1 − I 2 ) = G C ( I 2 ' − I 1 ' ) + Q（ b 式 ） ； L
'' 3.V（风量） LvH ( m 3湿气 h ) =
【免费阅读】化工原理实验讲义
雷诺演示实验一、实验目的1 观察流体流动时的不同流动型态2 观察层流状态下管路中流体的速度分布状态3 熟悉雷诺准数（Re）的测定与计算4 测定流动型态与雷诺数（Re）之间的关系及临界雷诺数二、实验原理流体在流动过程中由三种不同的流动型态，即层流、过渡流和湍流。
主要取决于流体流动时雷诺数Re的大小，当Re大于4000时为湍流，小于2000 时为层流，介于两者之间为过渡流。
影响流体流动型态的因素，不仅与流体流速、密度、粘度有关，也与管道直径和管型有关，其定义式如下：1.1-1式中： d 管子的直径mu 流体的速度m/sρ流体的密度kg/m 3μ流体的粘度 Pa· s三、实验装置雷诺演示实验装置如图1.1所示，其中管道直径为20 mm。
图1.1 雷诺演示实验装置图1—有机玻璃水槽；2 —玻璃观察管；3 —指试液；4，5 —阀门；6 —转子流量计四、实验步骤1 了解实验装置的各个部件名称及作用，并检查是否正常。
2 打开排空阀排气，待有机玻璃水槽溢流口有水溢出后开排水阀调节红色指示液，消去原有的残余色。
3 打开流量计阀门接近最大，排气后再关闭。
4 打开红色指示液的针形阀，并调节流量（由小到大），观察指示液流动形状，并记录指示液成稳定直线，开始波动，与水全部混合时流量计的读数。
5 重复上述实验3～5次，计算Re临界平均值。
6 关闭阀1、11，使观察玻璃管6内的水停止流动。
再开阀1，让指示液流出1～2 cm 后关闭1，再慢慢打开阀9，使管内流体作层流流动，观察此时速度分布曲线呈抛物线形状。
7 关闭阀1、进水阀，打开全开阀9排尽存水，并清理实验现场。
五、数据处理及结果分析1 实验原始数据记录见下表：序号123456q（l/h）U(m/s)Re2 利用Re的定义式计算不同流动型态时的临界值，并与理论临界值比较，分析误差原因。
六、思考题1雷诺数的物理意义是什么？2 有人说可以只用流体的流速来判断管中流体的流动型态，当流速低于某一数值时是层流，否则是湍流，你认为这种看法对否？在什么条件下可以只用流速来判断流体的流动型态？流体流动阻力系数的测定一、实验目的1 学习管路阻力损失( h f ) 、管路摩擦系数（λ）、管件局部阻力系数（ζ）的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对流体阻力基本理论的认识。
化工原理第二章
p有 100%
p轴
（2-3）
第二节 离心泵
离心泵效率与泵的尺寸、类型、构造、加工精度、液 体流量和所输送液体性质有关，一般小型泵效率为50%— 70%，大型泵可达到90%左右。
2．特性曲线 离心泵的有效压头、轴功率、效率与流量之间的关系 曲线称为离心泵的特性曲线,如图2-8所示，其中以扬程和 流量的关系最为重要。由于泵的特性曲线随泵转速而改变， 故其数值通常是在额定转速和标准试验条件(大气压 101.325kPa,20℃清水)下测得。通常在泵的产品样本中附 有泵的主要性能参数和特性曲线,供选泵和操作参考。
③ qv- 曲线 表示泵的效率和流量的关系。曲线表明 离心泵的效率随流量的增大而增大，当流量增大到一定值 后，效率随流量的增大而下降，曲线存在一最高效率点即 为设计点。对应于该点的各性能参数 qv 、p轴 和 H 称为最 佳工况参数，即离心泵铭牌上标注的性能参数。根据生产 任务选用离心泵时应尽可能使泵在最高效率点附近工作。
qv1 n1 qv2 n2
H1 H2
n1 n2
2
p轴1 p轴2
3
n1 n2
（2-4）
式中qv1 、H1 、p轴1 ——转速为时泵的流量、扬程、轴功率； 、 qv2 H2 、p轴2——转速为时泵的流量、扬程、轴功率。
第二节 离心泵
2．离心泵的主要部件 离心泵的主要部件为叶轮、泵壳和轴封装置。(1)叶 轮叶轮是离心泵的关键部件,其作用是将原动机的机械能 传给液体，使通过离心泵的液体静压能和动能均有所提高。 叶轮有6-8片的后弯叶片组成。按其机械结构可分为以下 三种，如图2-2所示。开式叶轮仅有叶片和轮毂，两侧均 无盖板，制造简单,清洗方便，如图2-2(a)所示；半闭式 叶轮,没有前盖板而有后盖板的叶轮，如图2-2(b)所示； 闭式叶轮两侧分别有前、后盖板,流道是封闭的，如图22(c)所示,这种叶轮液体流动摩擦阻力损失小,适用于高扬 程、洁净液体的输送。
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。
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化工过程—化学与物理方法处理过程的总和。
单元操作—无化学反应的基本物理过程。
•流体输送：流体通过管道的阻力损失，输送设备
•过滤：液固混合物的分离
•沉降：液固或气固混合物的分离（重力、离心）
•搅拌：液液或液固体系的混合
•颗粒流态化：强化气（液）固两相间的接触
•气力输送：固体微粒的管道输送
•加热冷却：增加或降低特定物质的温度
•蒸发：对含有固体溶质的溶液进行浓缩制取固体产品
•蒸馏：液体混合物的分离（组分挥发度的差异）
•吸收：气体混合物的分离（组分在吸收液中的溶解度）•吸附：气体混合物的分离（组分在固体表面的吸附能力）•萃取：从液体混合物中分离有用组分（湿法冶金）
•干燥：从固体产品中去除湿分
•结晶：从液体混合物中得到纯的固体产品
三传一反
三传
1. 流体流动过程 (动量传递)
2. 传热过程 (热量传递)
3. 传质过程 (质量传递)
一反
反应器原理
精馏
理想溶液
各组分分子间的作用力相等的溶液。
性质相近，组成相近的物质组成的溶液可视为理想溶液
如：乙醇-甲醇 苯-甲苯
拉乌尔定律：在一定温度下汽液达到平衡时溶液上方某组分的蒸汽分压等于该组分在该温度下的饱和蒸汽压乘以它在溶液中的摩尔分率。
0A A A p p x =⨯
()001B B B B A p p x p x =⨯=⨯- 挥发度A A A p x ν= B B B p x ν= 相对挥发度A B
ναν= 物料恒算：F 、D 、W ——分别为原料液、气相、液相产品流量kmol/S X F 、y 、x ——分别为原料液、气相、液相产品组成；摩尔分率。
总物料：F=D+W 易挥发份：F Fx Dy Wx =+ 液化分率：W q F
= 汽化分率：1-q 汽液平衡时的组成关系：11
F x q y x q q =--- 对理想溶液：()11x y x
αα=+- 操作线与进料状况的关系
提馏段操作线和进料线均与q 有关，而q 随进料状况的变化而变化。
原料液进塔不外以下五种情况，但重要酌是要掌握饱和液体进料，生产中这种情况最多。
(1)沸点下的饱和液体进料；亦称泡点进料。
因为料温与进料扳上液体温度接近，不会在进料板上造成气化或冷凝，且进料中气相量甚微，可以忽略不计，故q ＝1
即精馏段与提馏段上升的气量相等，进料全部汇入回流液到提馏段。
(2)饱和蒸气进料：料温与进料板温度亦接近，不会发生冷凝，且进料中液相量甚微可以忽略不计，所以q ＝0
即原料液进塔后全部与上升蒸气汇合而进入精馏段，精馏段与提馏段下降液量相等。
(3)低于沸点的冷液进料：由于料温低于进料板温度，必然要先吸收部分热量才能使液体加热到板上的沸腾温度。
这样，势必冷凝一部分上升蒸气，使进料板下降液量的增加量超过进料量，故q ﹥1。
(4)过热蒸气进料：由于进料温度高于沸点，与提溜段上升的蒸气汇合后还
要将精馏段回流液气化一部分，而自身冷至饱和温度。
这样的气相料加入后，进料板下降的液相量不但没有增加，反而减少。
q﹤0
(5)气液混合进料：这时因温度与进料板上的温度接近，但气相量与液相量均不可忽视，可想而知0＜q＜l。
精馏：利用混合液中各组分挥发度的不同，在塔中同时、多次进行部分汽化和部分冷凝使其分离成几乎纯态组分的过程。
最适宜回流比的确定
回流比影响理论塔板数，全回流时理论塔板数最少，但无产品；最小回流比时，理论塔板数要无限大，因此二者都不可能为生产实际所采用。
实际回流比应
介于全回流与最小回流比之间。
最适宜回流比一般是根据经济衡算来确定的。
完
成一定量的分离任务所花费的操作费用及设备折旧费
的总和与回流比有密切的关系。
设备费与回流比的关
系是：当回流比最小时，需要无限多的塔板，故设备
费用为无限大。
但回流比稍加大，塔板数即为有限数，
设备费用陡降。
再加大回流比时，设备费用降低趋势
较为平缓，最后达最低点。
回流比再提高时，理论板
数固然仍可减少，但减少缓慢。
而且，由于塔径加大、
冷凝器加大和釜加
热器加大所增加的
费用逐渐超过了理论塔板数减少所节省的费
用，使设备总费用又回升。
操作费用与回流比
基本上成直线关系，因为随着回流比的加大，
耗费的蒸汽及冷却水量相应上升(曲线2)。
曲
线1与曲线2迭加得曲线3，曲线3最低点对
应的回流比便是最适宜回流比。
设计时，根据经验一般取最小回流比的
1.2—1.5倍为最适宜回流比，对于一些难分
离的混合液可取4—5倍。
精馏塔的操作
1 操作压力的控制
塔的操作压力取决于被蒸馏液的性质，设计选定压力后，操作中应保持基本稳定，过大的变动会影响气液平衡，破坏精馏塔的操作。
塔顶冷凝器冷却剂的流量与温度、回流量对塔顶压力有影响，冷却水量和回流量的增大或温度降低会导致塔顶压力路低。
系统压力、塔釜和塔顶的压差往往反映出塔的工作状况，当系统压力明显增加时，一般可能是冷却剂中断。
若塔釜压力明显增大，很可能是塔板堵塞。
压差过大，有的塔板会冲翻，严重影响精馏效果。
因此，发现压力不正常时必须及时查清原因进行处理。
2 操作温度的控制
在压力确定之后，平衡温度是一定的，但因塔内易挥发组分自下而上增浓，故平衡温度自下而上逐板下降。
塔顶与塔釜产品纯度超高，其温度则越接近纯组分在操作压力下的饱和温度。
塔顶温度影响塔顶产品的产量和纯度，虽然温度升高时产量会有所增加，但难挥发组分增加，产品纯度下降。
塔釜温度升高时，易挥发组分的收率可以提高，难挥发组分的纯度提高，但也可能导致塔顶产品纯度下降。
相反，塔釜温度降低则降低了易挥发组分的收率和难挥发组分的纯度。
影响精馏塔温度的因素很多，第一是塔釜再沸器的传热效果的影响。
第二是进料量与进料温度及进料组成的影响。
第三是回流液的温度和回流量的影响，这是由冷凝器传热的好坏、冷却剂流量与温度、回流泵的工作状况等原因引起的。
3 操作回流比的调节
前面已经分析过操作回流比对理论塔板数的影响，而在既定的塔中操作时，回流比明显影响分离效果和经济性。
回流比越大，分离越彻底，塔顶产品纯度越高．但能耗相应增加，设备生产能力降低。
反之回流比减小时，能耗小，但分离效果下降。
根据产品的质量要求，操作中要适当调节回流比。
当塔顶产品中难挥发组分升高时可增大回流比，但回流比不能过分加大，过大的回流比既不经济又可能造成液泛。
对于连续精馏塔，操作回流比一般是比较稳定的。
但对于间歇精馏，由于料液是一次加入，随着精馏的进行．难挥发组分越来越多，如果纯度要求较高，为保证塔顶产品的质量，回流比则要逐渐加大。
当进料组成发生变化时，为保证产品质量，回流比也应适当调整。
如果进料中易挥发组分的浓度降低，回流比则要增大，易挥发组分升高回流比则可以降低。
当进料温度降低时，回流比可减少，但加大了再沸器的负荷。
调节回流比时，如采出不变，则必然要改变冷凝量，即增减冷却剂的流量。
对于内回流塔，在增减冷却剂流量的同时，回流比也就随之调节了。
对外回流塔则需要调节采出量和回流量。
压力、温度、回流比这三者中，压力、温度可调节的幅度较小，回流比可调节的幅度较大!它们之间互相制约。
4 塔系平衡的建立
连续精馏塔开车时，首先是要迅速建立起全塔的平衡，塔顶塔釜组成不变时才可连续采出。
为尽快达到平衡，一般开车时采用全回流，不进料也不采出，待塔釜塔顶合格后逐步加大进料和采出，最后达到乎衡。
萃取精馏塔有所不同，因为萃取剂的加入，全回流会使进出料失去平衡，如不加萃取剂又不可能使塔顶组成合格，故不能采用全回流，而是将不合格的料少量采出返回原料罐。
在边调整回流比与萃取剂量的情况下逐步达到平衡。