化工原理第三章 液体的搅拌
化工原理各章节知识点总结
第一章流体流动质点含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。
连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观察，描述其运动参数(如位移、速度等)与时间的关系。
欧拉法在固定空间位置上观察流体质点的运动情况，如空间各点的速度、压强、密度等，即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。
定态流动流场中各点流体的速度u 、压强p不随时间而变化。
轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线，是拉格朗日法考察的结果。
流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线，是欧拉法考察的结果。
系统与控制体系统是采用拉格朗日法考察流体的。
控制体是采用欧拉法考察流体的。
理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零，而实际流体粘度不为零。
粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动。
通常液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主。
气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主。
总势能流体的压强能与位能之和。
可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关。
有关的称为可压缩流体，无关的称为不可压缩流体。
伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变。
平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原那么的。
动能校正因子实际动能之平均值与平均速度之动能的比值。
均匀分布同一横截面上流体速度相同。
均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直,在定态流动条件下该截面上的流体没有加速度, 故沿该截面势能分布应服从静力学原理。
层流与湍流的本质区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
稳定性与定态性稳定性是指系统对外界扰动的反响。
定态性是指有关运动参数随时间的变化情况。
边界层流动流体受固体壁面阻滞而造成速度梯度的区域。
边界层别离现象在逆压强梯度下，因外层流体的动量来不及传给边界层，而形成边界层脱体的现象。
化工原理第三章沉降与过滤PPT
利用真空泵降低过滤介质两侧 的压力差进行过滤，适用于易 产生泡沫或悬浮液中含有大量
气体的场合。
过滤设备与操作
板框压滤机
由滤板和滤框组成，适 用于各种颗粒分离，但
操作较繁琐。
转筒真空过滤机
叶滤机
袋式过滤器
结构简单，操作方便， 但只适用于颗粒较大的
分离。
适用于精细颗粒的分离， 但设备成本较高。
过滤原理
利用颗粒大小、形状、密度等物 理性质的差异，使不同颗粒在过 滤介质两侧形成不同的速度或动 量，从而实现分离。
过滤操作的分类
恒压过滤
在恒定压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较小、悬浮液粘度
较大的情况。
变压过滤
在改变压力下进行过滤，适用 于颗粒粒度较大、悬浮液粘度 较小的情况。
热过滤
在加热条件下进行过滤，适用 于悬浮液中含有热敏性物质的 情况。
设备
沉降槽、沉降池、离心机等。
操作
将悬浮液引入沉降设备中，在重力作用下使固体颗粒下沉，上清液从上部排出， 底部沉积的固体经过排出装置排出。操作过程中需控制适当的温度、流量和停留 时间等参数，以保证分离效果。
02
过滤
过滤的定义与原理
过滤定义
通过多孔介质使固体颗粒截留， 从而使液体与固体分离的操作。
实验步骤 1. 准备实验装置，包括过滤器、压力计、流量计等。
2. 将过滤介质放入过滤器中。
过滤实验操作
3. 将待测流体引入过滤器，并施加一定的压力。 5. 收集过滤后的流体样本，测量其中颗粒的浓度。
4. 记录不同时刻的流量和压差数据。
注意事项：确保过滤器密封性好，避免流体泄漏；保持 恒定的流体流量和压力，以获得准确的实验数据。
化工原理液体流动ppt课件
.
26
a) 普通 U 型管压差计 b) 倒 U 型管压差计 c) 倾斜 U 型管压差计 d) 微差压差计
p1 p2
0
p1
a
b
R
Ra b
a
0
(a)
p1 p2 (b)
0
(c)
p1 p2
p2
02
b R1
a
b
01
(d)
常见液柱压差计
.
27
（ａ）普通 U 型管压差计
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*
化工中的介质大部分为流体（便于连续生产过程工业）; 流动对传热、传质及化学反应的影 响;
.
4
煤气洗涤装置示意图
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 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。
方程式推导
（1）向上作用于薄层下底的总压力，PA （2）向下作用于薄层上底的总压力，（P+dp）A （3）向下作用的重力， gAdz
由于流体处于静止，其
垂直方向所受到的各力代数
和应等于零，简化可得：
dp
gdz
.
z
o
流体静力学基本方程推导
20
流体静力学基本方程式推 导:
在右图中的两个垂直位置2 和 1 之间对上式作定积分
化工原理
Principles of Chemical Engineering
朱德春 合肥学院化学与材料工程系
.
1
陈敏恒《化工原理》第5版上册配套考研题库
陈敏恒《化工原理》第5版上册配套考研题库陈敏恒《化工原理》（第5版）（上册）配套题库【考研真题精选＋章节题库】目录第一部分考研真题精选一、选择题二、填空题三、简答题四、计算题第二部分章节题库绪论第1章流体流动第2章流体输送机械第3章液体的搅拌第4章流体通过颗粒层的流动第5章颗粒的沉降和流态化第6章传热第7章蒸发•试看部分内容考研真题精选一、选择题1流体在圆形直管中流动时，若流动已进入完全湍流区，则随着流速的增大，下列四种论述中正确的是（）。
[华南理工大学2017年研]A．摩擦系数减少，阻力损失增大B．摩擦系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，阻力损失与流速的平方成正比C．摩擦系数减少，阻力损失不变D．摩擦系数与流速无关，阻力损失与流速的平方成正比【答案】D查看答案【解析】当流体进入完全湍流区时，摩擦系数和粗糙程度有关，而随着流速的增大，摩擦系数不变，由阻力损失公式可知，阻力损失只与流速的平方成正比。
2层流与湍流的本质区别是（）。
[中南大学2012年研]A．湍流流速＞层流流速B．流道截面大的为湍流，截面小的为层流C．层流的雷诺数＜湍流的雷诺数D．层流无径向脉动，而湍流有径向脉动【答案】D查看答案【解析】流体做层流流动时，其质点做有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。
流体做湍流流动时，其质点做不规则的杂乱运动并相互碰撞，产生大大小小的漩涡，即湍流向前运动的同时，还有径向脉动。
3一台正在工作的往复泵，关于其流量表述正确的是（）。
[浙江大学2014年研]A．实际流量与出口阀的开度有关B．实际流量与活塞的行程（移动距离）无关C．实际流量与电机转速无关D．实际流量与泵的扬程在一定范围内有关【答案】C查看答案【解析】往复泵的流量（排液能力）只与泵的几何尺寸和活塞的往复次数有关，而与泵的压头及管路情况无关，即无论在什么压头下工作，只要往复一次，泵就排出一定体积的液体，所以往复泵是一种典型的容积式泵。
4离心泵的调节阀关小时，（）。
化工原理第三版（陈敏恒）上、下册课后思考题答案（精心整理版）
化工原理第三版（陈敏恒）上、下册课后思考题答案（精心整理版）第一章流体流动1、什么是连续性假定?质点的含义是什么?有什么条件?连续性假设：假定流体是由大量质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质。
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比分子自由程却要大得多。
2、描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态；欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。
3、粘性的物理本质是什么?为什么温度上升,气体粘度上升,而液体粘度下降?粘性的物理本质是分子间的引力和分子的运动与碰撞。
通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主，温度上升，热运动加剧，粘度上升。
液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。
4、静压强有什么特性?①静止流体中，任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于某一点不同方向上的静压强在数值上是相等的；③压强各向传递。
7、为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好?由静力学方程可以导出，所以H增加，压差增加，拔风量大。
8、什么叫均匀分布?什么叫均匀流段?均匀分布指速度分布大小均匀；均匀流段指速度方向平行、无迁移加速度。
9、伯努利方程的应用条件有哪些?重力场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系。
12、层流与湍流的本质区别是什么?区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
13、雷诺数的物理意义是什么?物理意义是它表征了流动流体惯性力与粘性力之比。
14、何谓泊谡叶方程?其应用条件有哪些?应用条件：不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻力损失计算。
15、何谓水力光滑管?何谓完全湍流粗糙管?当壁面凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻力损失的影响时，称为水力光滑管。
化工原理流体流动
化工原理流体流动
化工原理中的流体流动是一个重要的研究领域，它涉及到各种物质在化工过程中的传输、混合、分离等关键过程。
在化工流体流动中，流体的性质和流动行为对化工过程的效率和产品质量具有重要影响。
在流体流动的研究中，我们通常会涉及到不同的流动模式，如层流、湍流等。
层流是指流体在管道中以规则的、层次分明的方式流动，其粘滞作用较强，流速均匀。
湍流则是一种不规则的、紊乱的流动方式，其粘滞作用较弱，流速不均匀。
在化工过程中，通常会通过控制流体的流动模式来达到更好的传输效果。
另外，在化工流体流动中，物质的输送也是一个重要的问题。
液体在管道中的流动主要通过压力差和重力来实现，而气体的流动则主要受到压力差和浓度差的影响。
我们可以通过调节管道的形状和尺寸，以及控制流体的流速和粘度来实现物质的有效输送。
此外，在化工过程中，流体的混合和分离也是一个重要的问题。
混合是指将不同的物质进行均匀混合，以达到一定的反应效果或产品质量。
分离则是将混合物中的不同组分分离出来，以达到对应的目的。
在化工过程中，我们通常会使用各种设备和技术来实现流体的混合和分离，如搅拌器、离心机等。
总之，化工原理中的流体流动是一个复杂而重要的研究领域。
通过深入了解流体的性质和流动行为，我们可以更好地控制化
工过程中的传输、混合和分离等关键环节，以提高生产效率和产品质量。
化工原理流体流动的应用及实例
化工原理流体流动的应用及实例1. 简介流体力学是研究流体运动规律的科学，广泛应用于化工工程中。
在化工过程中，流体的流动对于反应速率、传热效果和工艺效率等方面都起着重要作用。
本文将介绍化工原理中流体流动的应用及实例。
2. 流体流动的分类在化工领域中，流体流动可以分为两类：衡流和非衡流。
2.1 衡流衡流是指流体在管道内的流动，具有稳定的流速和压力分布。
它满足连续性方程、动量方程和能量方程。
衡流流动可以通过流速、流量和压降等参数来描述。
2.2 非衡流非衡流是指流体在化工设备中非常复杂的流动情况，包括回流、湍流、涡流等。
非衡流较难用传统的流体力学方程来描述，通常需要借助数值模拟等方法进行分析。
3. 流体流动的应用流体流动在化工过程中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：3.1 液体搅拌在化工工艺中，往往需要将不同组分的液体充分混合，以实现化学反应或增加反应效果。
液体搅拌是一种常用的方法，通过产生旋涡和湍流，使不同组分快速混合。
常见的液体搅拌设备有搅拌罐、搅拌桨等。
3.2 气体输送在化工过程中，常常需要将气体从一个设备输送到另一个设备，如将废气排放到废气处理系统中。
气体输送需要考虑管道阻力、泵站、阀门等因素的影响，以确保气体顺利输送。
3.3 流体分离在一些化工过程中，需要将混合物中的不同组分进行分离，以实现纯化或回收。
常见的分离方法包括离心分离、膜分离等。
通过合理设计分离设备，可以实现高效的流体分离。
3.4 流体反应化工反应通常需要在特定的流体环境下进行，以实现理想的反应速率和产物选择性。
流体流动可以通过改变反应器的结构和内部流动形式，调控反应条件和传热效果，从而达到理想的反应效果。
4. 实例分析4.1 反应塔反应塔是一种常见的化工设备，用于进行气液或液液相的反应。
在反应过程中，通过改变反应塔内部的流动形式和液滴分布，可以实现理想的反应条件。
例如，在苯和氯气反应过程中，通过调节氯气的进料位置和流量，可以控制苯的氯化程度。
化工原理课后思考题参考答案
化⼯原理课后思考题参考答案第⼆章流体输送机械2-1 流体输送机械有何作⽤答：提⾼流体的位能、静压能、流速，克服管路阻⼒。
2-2 离⼼泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体启动后，液体在泵内是怎样提⾼压⼒的泵⼊⼝的压⼒处于什么状体答：离⼼泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空⽓。
由于空⽓的密度很⼩，所产⽣的离⼼⼒也很⼩。
此时，在吸⼊⼝处所形成的真空不⾜以将液体吸⼊泵内。
虽启动离⼼泵，但不能输送液体（⽓缚）；启动后泵轴带动叶轮旋转，叶⽚之间的液体随叶轮⼀起旋转，在离⼼⼒的作⽤下，液体沿着叶⽚间的通道从叶轮中⼼进⼝位置处被甩到叶轮外围，以很⾼的速度流⼊泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截⾯逐渐扩⼤，⼤部分动能转变为静压能。
泵⼊⼝处于⼀定的真空状态（或负压）2-3 离⼼泵的主要特性参数有哪些其定义与单位是什么1、流量q v: 单位时间内泵所输送到液体体积，m3/s, m3/min, m3/h.。
2、扬程H：单位重量液体流经泵所获得的能量，J/N，m3、功率与效率：轴功率P ：泵轴所需的功率。
或电动机传给泵轴的功率。
有效功率P e ：gH q v ρ=e P效率η：p P e =η 2-4 离⼼泵的特性曲线有⼏条其曲线的形状是什么样⼦离⼼泵启动时，为什么要关闭出⼝阀门答：1、离⼼泵的H 、P 、η与q v 之间的关系曲线称为特性曲线。
共三条；2、离⼼泵的压头H ⼀般随流量加⼤⽽下降离⼼泵的轴功率P 在流量为零时为最⼩，随流量的增⼤⽽上升。
η与q v 先增⼤，后减⼩。
额定流量下泵的效率最⾼。
该最⾼效率点称为泵的设计点，对应的值称为最佳⼯况参数。
3、关闭出⼝阀，使电动机的启动电流减⾄最⼩，以保护电动机。
2-5 什么是液体输送机械的扬程离⼼泵的扬程与流量的关系是怎样测定的液体的流量、泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响答：1、单位重量液体流经泵所获得的能量2、在泵的进、出⼝管路处分别安装真空表和压⼒表，在这两处管路截⾯1、2间列伯努利⽅程得：f V M H gu u g P P h H ∑+-+-+=221220ρ3、离⼼泵的流量、压头均与液体密度⽆关，效率也不随液体密度⽽改变，因⽽当被输送液体密度发⽣变化时，H-Q 与η-Q 曲线基本不变，但泵的轴功率与液体密度成正⽐。
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第三章 液体的搅拌
一、搅拌目的和方法
1、搅拌目的
均相混合： 互溶液体的混合
非均相混合：不互溶液体的分散、接触 液、液
气、液的分散、接触
固体颗粒在液体中悬浮接触（cat ） 传热
2、方法
机械搅拌 （图3-1）
气流搅拌、射流搅拌、静态混合、管道混合
二、搅拌器的类型与选用（表3-1）
根据工作原理分类：
旋浆式：（工作原理类似轴流泵叶轮
轴向、切向运动）
大流量、低压头
涡轮式：（工作原理类似离心泵叶轮，
径向、切向运动）
小流量、高压头
三、混合效果的度量
（传热：传热系数；反应：转化率）
1、调匀度：使B A V V ,完全均匀混合后，平均浓度 B
A A Ao V V V C +=
在搅拌器内任意地取样分析浓度，则定义调匀度：
Ao
A C C I = （当Ao A C C <时） Ao
A C C I --=11 （当Ao A C C >时）
显然，I<1，完全均匀时，I=1
调匀度只能反映某局部的混合均匀效果，且其值与取样量的多少有关，整体混合效果用平均调匀度： m
I I I I m +++= 21
2、混合尺度（分隔尺度） 图3-2
分散物质微团尺寸（分隔尺度）的大小与调匀度应同时作为搅拌效果的描述指标，对不同的物系，其可能达到的尺度：
互溶液体： 分子尺度
不互溶液体：只能达到微团尺度，搅拌越激烈，
微团尺度越小
液固系统： 只能大尺度
四、混合机理
1、 大尺度的混合机理：（混合均匀）
对微团尺度无要求，只要求微团均匀分布在容器内各处，要求搅拌器能产生强大的循环流量（总体流动），并且无流动死角。
（总体流动：图3-3、3-4）
2、小尺度混合机理
A .微团的形成：由于流体内部的剪切力使液滴
变形，碎成小液滴，湍动越激烈，
剪切力越大，微团尺度越小。
高压头——大小尺度
大流量——混合均匀
B .互溶液体的混合机理:
分子尺度的混合，只能靠分子扩散完成。
搅拌
只是将大液滴-->小液滴，即微团分散成小尺
度，缩短达到分子尺度的时间，加快混合速
度。
C. 不互溶液体的混合机理:
总体流动只能获得较大的液滴和较好的均匀性，要得到小尺度的混合，须增加液滴与连续相的相对速度（剪切力）和表面压力，使液滴破
碎。
所以，大尺度混合只须大的总体流量，而对湍动要求不高。
为达到小尺度混合均匀，除产生强大的总体流动，还须产生强大湍动。
总体流动的湍流程度越高，液滴尺寸越小。
3 、液滴尺度的分布
表面张力----小液滴合并
剪切力-----大液滴破碎（抗衡）
当容器内湍动不均匀时，则液滴分布不均匀，为使液滴分布均匀，采取的措施：
A. 设法使容器内湍动分布均匀
B. 加表面活性剂，改变液滴的表面张力
（如高分子单体聚合）
五、搅拌器的两大功能
1．产生强大的总体流动（循环流动）
2．产生高度的湍流（强剪切力）
几种常用搅拌器的性能：
（1）旋浆式搅拌器
（循环量大，湍动弱，圆周运动）
悬桨产生轴向流动，大尺寸调匀
（2）涡轮式搅拌器
（两路循环，湍动强，圆周运动）
桨叶外缘造成激烈的旋涡运动和很大的剪切力，液体微团分散细，适合于小尺度均匀的混合过
程。
（3）大叶片低速搅拌器（适合高粘度）
（包括浆式，锚式，框式，螺带式等）浆式：径向范围大，轴向流动范围不大
螺带式：径向范围大，轴向流动范围大
六、强化湍动的措施
湍动程度以搅拌器产生的压头反映，
湍动——阻力损失
1．提高搅拌器的转速H∝n2
2．阻止容器内液体的圆周运动
按装挡板（图3-5）
偏心安装（破坏对称性）（图3-6）
3．装导流筒（图3-7）
七、搅拌功率
1. 搅拌功率：搅拌器消耗的能量用于向液体提供
能量。
gVH N ρ=
H gq P V ρ=
大尺度：q v 大 小尺度：H 大 P 大 对搅拌器,要求能消耗更多的功率（如设置挡板）,以获得较好的搅拌效果。
（与泵不同） 搅拌器设计：不是设法提高效率η
而是设法增加功率P
能量利用
2 .功率曲线
影响功率的因素有：
搅拌器直径d ，叶片数，容器直径D ， 液体高度h ，搅拌器离底距离，档板数。
d
h
d D d n f P ===2121,,)
,,,,,(ααααμρ 因次分析法：⎪⎪⎭⎫
⎝⎛=212
53,,ααμρϕρnd d n P
对几何相似的搅拌装置：
()M d n P
Re 53ϕρ=
功率准数K ： ()M K Re ϕ=
53d n K P ρ=
搅拌雷诺数 ：μρ
n d M 2
Re = ，
nd u = 图3-9：
层流区：
3212,,10Re d n C P ud C K M μμρ=⎪⎪⎭
⎫ ⎝
⎛=<- 湍流区: 410Re >M ,K 常数,53d n P ∝
3 .搅拌功率的分配
流量取决于面积（2d ）与速度（nd u ∝）
3nd q V ∝
22d n H ∝(压头正比于速度的平方) H gq P V ρ= n
d H q V ∝ 结论：若希望达到大尺度混合时，应选择旋浆式 的搅拌器和大直径低速度的搅拌器，反之，则应 选择涡轮式和小直径高转速的搅拌器。
八、搅拌器的放大
1.搅拌器的研究及设计要解决的问题
A .搅拌器的类型，几何形状与尺寸
B. 搅拌器的操作转速、输入功率
2.放大原则
A.保持放大前后雷诺数相等
即 222211d n d n =
B.保证放大前后单位容积流体的功率相等
即 22322131d n d n =
C.保持叶片端部切向速度相等
即 2211d n d n =
D.保持放大前后V/H 相等
即 2
211n d n d =
九、放大原则的确定
具体采用何种原则由中试确定，无论选用何种 放大原则都要以放大后混合效果与小实验时的 混合效果等价为根本准则。
十、其他混合设备
静态混合器（图3-10）
管道混合器
射流混合。