第1章 化工系统工程概述

例如，由于人对设备的设计、制造有缺陷或维修保养不 良，使物(机器设备)存在着不安全状态；
物的不安全状态又会在客观上造成人有不安全行为的环 境 条件；
社会环境和作业环境影响着人的心理、生理特征，某些 环境因素也会使物的性能发生变化，例如机器寿命和精度 下降。
因此，安全工程要从系统的观念出发，研究人、物、环 境三个方面潜在的危险因素以及出现的条件和形成事故的 规律，探讨控制危险、预防事故的有效对策和手段，提高 系统的安全可靠性。
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3.结构 (1)支撑物、门、墙等不是防火结构； (2)电气设备无防护措施； (3)通风换气能力不足； (4)控制和管理的指示装置无防护措施； (5)装置基础薄弱。
4．对加工物质的危险性认识不足 (1)在装置中原料混合，在催化剂作用下自然分解； (2)对处理的气体、粉尘等在其工艺条件下的爆炸范围不
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第三节 化工生产与安全
化工生产的特点： 化工生产的物料绝大多数具有潜在危险性 生产工艺过程复杂，工艺条件苛刻 生产规模大型化，生产过程连续性强 生产过程自动化程度高
化工事故的特点： 突发性；危险性；应急处理难度大
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一、化学工业危险因素
美国保险协会(AIA)对化学工业的317起火灾、爆炸事故 进行调查，分析了主要和次要原因，把化学工业危险因素 归纳为以下九个类型。
2007与2002相比： 亿元GDP死亡率从1.33降到0.413 十万工矿商贸从业人员死亡率从4.05%降到3.05% 。 道路交通万车死亡率从13.7%降到5. 1% 。 百万吨煤死亡率从4.94%降到1.485%
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一、安全工程的任务与目的
任务： 研究工业灾害发生的原理及规律，分析、 评价生产中可能发生的事故，采用工程技术方法和 科学管理手段控制生产中的危险有害因素，防止伤 亡事故、职业病、职业中毒以及其他各种事故发生， 创建安全、卫生、舒适的劳动条件。

Re一定时，λ随ε/d增大而增大，阻力损失与速度 的平方成正比，称为阻力平方区。
（5）流体在非圆形直管内的流动阻力 当流体在非圆型管内湍流流动时，计算阻力时d用当 量直径de代替。
当量直径：4倍的流通截面积除以流体润湿周边长度
de——当量直径，m； rH——水力半径，m。
de
4A
4rH
对于矩形管长为a,宽为b
（4）轴功率 离心泵的轴功率是指泵轴所需的功率。当泵直接由电 动机带动时，它即是电机传给泵轴的功率，以N表 示，其单位为W或KW。泵的有效功率可写成
Ne QHg
由于有容积损失、水力损失与机 械损失，所以泵的轴功率N要大 于液体实际得到的有效功率，即
N Ne
泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比 泵的轴功率大。在机电产品样本中所列出的泵的轴功 率，除非特殊说明以外，均系指输送清水时的数值。
0
T0 p Tp 0
上式中的ρ0为标准状态下气体的密度，T0、p0分别为标准 状态下气体的绝对温度和绝对压强。
混合气体的密度：
m
pM m RT
M m M A yA M B yB M n yn
（2）流体的粘度
液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度则随温度升 高而增大。
压强变化时，液体的粘度基本不变；气体的粘度随压强 增加而增加的很少，在一般工程计算中可忽略不计。
Re≤2000时，流动类型为层流； Re≥4000时，流动类型为湍流； 2000＜Re＜4000，过渡区，流动类型不稳定。
层流特点：质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运 动，质点之间互不混合。圆管中的流体就如一层一层 的同心圆筒在平行地流动。（滞流） 湍流特点：流体质点除了沿着管道向前流动外，各质 点还作剧烈的径向脉动。（紊流）

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本门课程主要讨论的内容
1、研究遵循流体动力学基本规律的单元操 作，包括流体流动、流体输送、流体通过 颗粒层的流动。 2、研究遵循热量传递基本规律的单元操 作，包括加热、冷却、冷凝。 3、研究遵循质量传递基本规律的单元操 作，包括蒸馏、吸收、萃取。 4、研究同时遵循热质传递规律的单元操 作，包括气体的增湿与减湿、干燥。
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p1 表压 当地大气压 p2 真空度 绝对压强 绝对真空 压强的基准和度量
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绝对压强
1-2-3流体静力学基本方程式 ——研究流体柱内压强沿高度变化的规律
1、推导 在垂直方向上，力的平衡：
p2=p1+ρg（Z1−Z2）
p2A=p1A+W=p1A+ρgA（Z1−Z2）
若Z1面在水平面上
p2=p0+ρgh
p1 = p A + ρgh1
p2 = p B + ρg (h2 − R) + ρ I gR
( p A + ρgz A ) − ( p B − ρgz B ) = Rg ( ρ i − ρ )
(℘ A − ℘B ) = Rg ( ρ i − ρ )
U形压差计直接测得的读数R不是 真正的压差，而是虚拟压强差。
PM m ρm = RT
体积分率表示
yA、yB…yn—气体混合物中各组分的体积分率。
或
M m = M A y A + M B y B + LL + M n y n
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1-2-2 流体的静压强
1、 静压强 定义：流体垂直作用于单位面积上的压力。
P p = A
2、压强的单位 （1）直接按压强定义：N/m2，Pa（帕斯卡） （2）间接按流体柱高度表示：m H2O柱，mm Hg柱 （3）以大气压作为计量单位：标准大气压(atm)， 工程大气压（at）kgf/cm2

2012810管道类别绝对粗糙度mm金属管无缝黄铜管钢管及铝管新的无缝铜管或镀锌铁管新的铸铁管具有轻度腐蚀的无缝钢管具有显著腐蚀的无缝钢管旧的铸铁管001005010203020305以上085以上非金属管干净玻璃管橡皮软管木管道陶土排水管很好整平的水泥管石棉水泥管000150010010030251250456003300308某些工业管道的绝对粗糙度20128102管壁粗糙度对摩擦系数的影响影响的原因由于流体在管道中流动时流体质点与管壁凸出部分相碰撞而增加了流体的能量损失影响的方式1与管径的大小有关粗糙度相同但管径不同摩擦系数也不同因此在摩擦系数图中用相对粗糙度d而不是绝对粗糙度
pf
32lu
d2
（单位 J/kg）
【表明】层流时阻力与速度的一次方成正比。
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2、层流时的摩擦系数 将上式改写为：
32 lu64l u2 64l u2 hf d2 dud2Re d2
将式与范宁公式比较，可得层流时摩擦系数的计 算式：
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Re
【结论】层流时摩擦系数λ是雷诺数Re的函数。
12lg3/.7dR2.5e1
此式适用于湍流区的光滑管与粗糙管直至完全湍流区。
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5、管壁粗糙度对摩擦系数的影响 【光滑管】玻璃管、铜管、铅管及塑料管等称为光 滑管； 【粗糙管】钢管、铸铁管等。 （1）管壁粗糙度的表示方法 【绝对粗糙度】管道壁面凸出部分的平均高度，称 为绝对粗糙度，以ε表示。 【相对粗糙度】绝对粗糙度与管径的比值即ε/d，称 为相对粗糙度。
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②随Re的增加，层流内层的厚度逐渐减薄，当δ<ε
时，壁面凸出部分伸入湍流主体区，与流体质点发 生碰撞，使流动阻力增加。
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