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化工原理(上)-天津大学化工学院-柴诚敬主编绪论从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为 水的黏度尸0.00856 g/(cm s) 密度 P138.6 kgf ?;2/m 4某物质的比热容 C p =0.24 BTU/(lb T)传质系数 K G =34.2 kmol/(m 2?i?3tm) 表面张力 CF 74 dy n/cm导热系数 入=1 kcal/(m 岔？C)解： (1)1 kg=1000 g , 1 m=100 cm4 I 410 kg/ m s 8.56 10 Pa s基本物理量的换算关系为 1 atm=101.33 kPa(5)表面张力基本物理量的换算关系为1 dyn=1 W -N 1 m=100 cm基本物理量的换算关系为103：J, 1 h=3600 s密度基本物理量的换算关系为 1 kgf=9.81 N , 1 N=1 kg ?n/s 2"cc kgf s 2 9.81N 1kg m s 2138.6 亠」一 ------- y 1kgf 1N1350 kg/m 3从附录二查出有关基本物理量的换算关系为 1 BTU=1.055 kJ , 1o F 5oC9I b=0.4536kg C p 0.24 BTU1.055kJ _11b 1BTU 0.4536kg5 9 C1 F 1.005 kJ kg CK G 34.21h kmol2m h atm 3600s1atm101.33kPa 9.378 10 5 kmol/ m 2s kPaSI 单位。
本题为物理量的单位换算。
水的黏度基本物理量的换算关系为 0.00856丄匹吗cm s 1000g 1m8.56 (4)传质系数1 h=360074也cm迪 7.4 10 2N/m 1dy n」 1m(6)导热系数 1 kcal=4.18681 心"4.1868 10J亠 1.163J m s C 1.163W/m Cm 2h C 1kcal 3600s ‘ Ikcal 2.乱堆25cm 拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即 H E3.9A2.78 10 4G B 12.01D C 0.3048Z 0 13L式中 H E —等板高度，ft; G —气相质量速度，lb/(ft 2?i)； D —塔径，ft ； Zo —每段(即两层液体分布板之间)填料层高度， a-相对挥发度，量纲为一； 丄一液相黏度，cP; P —液相密度，lb/ft 3A 、B 、C 为常数，对25 mm 的拉西环，其数值分别为 试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为 SI 单位。
化工原理课程设计 柴诚敬一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握化工原理的基本概念，如流体力学、热力学、传质与传热等；2. 学会运用化学工程的基本原理分析典型化工过程中的现象与问题；3. 掌握化工流程设计的基本方法和步骤，能结合实际案例进行流程分析与优化。
技能目标：1. 能够运用数学工具解决化工过程中的计算问题，如物料平衡、能量平衡等；2. 培养学生运用实验、图表、模拟等方法对化工过程进行研究和评价的能力；3. 培养学生团队协作、沟通表达及解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工原理学科的兴趣和热爱，激发学习积极性；2. 增强学生的环保意识，使其认识到化工过程对环境的影响及责任感；3. 培养学生严谨、求实的科学态度，提高其创新意识和实践能力。
本课程针对高年级学生，结合化工原理课程性质，注重理论与实践相结合，旨在培养学生运用基本原理解决实际问题的能力。
教学要求以学生为中心，注重启发式教学，激发学生的主动性和创造性。
课程目标分解为具体学习成果，以便于后续教学设计和评估。
通过本课程的学习，使学生能够全面掌握化工原理知识，为未来从事化工领域工作打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括：1. 化工流体力学基础：流体静力学、流体动力学、流体阻力与流动形态等；参考教材第二章：流体力学基础。
2. 热力学原理及应用：热力学第一定律、第二定律，以及理想气体、实际气体的热力学性质；参考教材第三章：热力学原理及其在化工中的应用。
3. 传质与传热过程：质量传递、热量传递的基本原理，以及相应的传递速率计算；参考教材第四章：传质与传热。
4. 化工过程模拟与优化：介绍化工过程模拟的基本方法，如流程模拟、动态模拟等，以及优化策略；参考教材第五章：化工过程模拟与优化。
5. 典型化工单元操作：分析各类单元操作的基本原理及设备选型，如反应器、塔器、换热器等；参考教材第六章：典型化工单元操作。
教学大纲安排如下：第一周：化工流体力学基础；第二周：热力学原理及应用；第三周：传质与传热过程；第四周：化工过程模拟与优化；第五周：典型化工单元操作。
第一章流体流动1.4流体流动的基本方程—、概述流体动力学流体动力学主要研究流体流动过程中流速、压力等物理量的变化规律，研究所采用的基本方法是通过守恒原理（包括及）进行质量、能量及动量衡算，获得物理量之间的内在联系和变化规律。
作衡算时，需要预先指定衡算的空间范围，称之为 ,而包围此控制体的封闭边界称为控制面。
第一章流体流动1.4流体流动的基本方程1・4.1总质量衡算-连续性方程131-11管路系统的总质量衡算如图1・11所示，选择一段管路或容器作为所研究的控制体，该控制体的控制面为管或容器的内壁面、截面1・1与2・2组成的封闭表面。
管路系统的总质量衡算根据质量守恒原理可得_ dM £2,2 q加,1 +」门au=0(1-28)对于定态流动，dM/d0 = O则％,1 = %,2PyLlyAy —(1-29)推广到管路上任意截面q m-QM/i = P2U2^2~........ - puA二常数(1-30) 枉定态流动系统中,流体流经各截面时的质量流量恒定。
对于不可压缩流体，p=常数，则为q v s = u x A x—U2^2= .... —必=常数” -31)冇页压缩性流体流经各截面时的体积流量也不变.流速u与管截面积成反比，截面积越小，流速越大；反之, 截面积越大，流速越小。
此规律与管路的布畫形式及管路上是否有管件、阀则可变形为:(1-31 a)不可压缩流体征圆形管道申,任意截面的对于圆形管道u {%2g 加———... —puA.—吊不可压缩流体Qv.s—LI | iA | ― Lt 2 ^~2 ~—nA二常数—二（牛）2管内定态流动的连续性方程%2 ]注意：以上各式的适用条件例10、例11 （P26）例如附图所示，管路由一段^39 X4mm的管1、一段4 108 X 4mm的管2和两段© 57 XS.&nm 的分支管3a^3b连接而成。
若水以9X10 3JTL/S的体积流量流动，且在两段分支管內的流量相等，试求水在各段管內的速度。
化⼯原理（上）课后习题解答-天⼤柴诚敬主编第⼀章流体流动10．有⼀装满⽔的储槽，直径1.2 m ，⾼3 m 。
现由槽底部的⼩孔向外排⽔。
⼩孔的直径为4 cm ，测得⽔流过⼩孔的平均流速u 0与槽内⽔⾯⾼度z 的关系为： zg u 262.00=试求算（1）放出1 m 3⽔所需的时间（设⽔的密度为1000 kg/m 3）；（2）⼜若槽中装满煤油，其它条件不变，放出1m 3煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800 kg/m 3）？解：放出1m 3⽔后液⾯⾼度降⾄z 1，则 ()m 115.2m 8846.032.1785.01201=-=?-=z z由质量守恒，得21d 0d M w w θ-+=，01=w （⽆⽔补充）200000.622w u A A gzA ρρ==（为⼩孔截⾯积）AZ M ρ= (A 为储槽截⾯积) 故有 0262.00=+θρρd dz A gz A即θd AA gzdz 062.02-= 上式积分得 ))((262.022112100z z A A g -=θ ()m i n 1.2s 4.126s 115.2304.0181.9262.0221212==-??? ???=18．某液体以⼀定的质量流量在⽔平直圆管内作湍流流动。
若管长及液体物性不变，将管径减⾄原来的1/2，问因流动阻⼒⽽产⽣的能量损失为原来的多少倍？解：流体在⽔平光滑直圆管中作湍流流动时 f p ?=f h ρ∑ 或f h ∑=f p ?/ρ=λ2b 2u L d ρ∑∑f1f2hh =（2b1b22112))()(u u d d λλ式中 21d d =2 ，b2b1u u =（21d d）2 =4因此∑∑f1f2hh=221()(2)(4)λλ=3212λλ⼜由于 25.0Re316.0=λ12λλ=（25021.)Re Re =（0.251b12b2)d u d u =（2×25041.)=（0.5）0.25=0.841 故∑∑f1f2hh =32×0.84=26.919．⽤泵将2×104 kg/h 的溶液⾃反应器送⾄⾼位槽（见本题附图）。
第—草流体输送机械O 、通过本章学习，拿握化工中常用流体输送机械的基本结构、工作原理和操作特性，能够根据生产工艺要求和流体特性，合理地选择和正确操作流体输送机械，并使之在高效下安全可靠运行。
第二章流体输送机械2. 1概述2.1.1流体输送机械的作用管路对流体输送机械的能量要求由伯努利方程计算。
对于液体，采用以单位重量（1N）流体为基准的伯努利方程式+眷等 + 輕J/" —(2-1)K =立+也Pg7T2dA g心z+誉等+沪方程对于通风机的气体输送系统，在风机进出口截面间采用以单位体积(1m3)为基准的伯努利方程式,乩=Q£AZ+A D +卫-Q + Q 好G ・l/m3HVPa(2-6)流体输送机械除满足工艺上对流量和压头（对气体为风压与风量）两项主要技术指标要求外, 还应满足如下要求：①结构简单，重量轻，投资费用低。
②运行可靠，操作效率高，日常操作费用低。
③能适应被输送流体的特性，如黏度、可燃性、第二章流体输送机械2. 1概述2.1.1流体输送机械的作用2. 1.2流体输送机械的分类r输送液体泵按输送流体J的状态分类1 C通风机I输送气体鼓风机I压缩机动力式（叶轮式）按工作原理分类Y容积式（正位移式）流体作用式第二章流体输送机械2. 2离心泵2. 2. 1离心泵的工作原理和基本结构—・离心泵的工作原理是工业生产中应用最为广泛的液体输送机械。
其突出是结构简单、体积小、流量均匀、调节控制方便、故障少、寿命长、适用范围广（包括流量、压头和介质性质）、购置费和操作费用均较低。
—・离心泵的工作原理122-1离心泵装置简图g ：斗r F离心泵的工作原理077//////////离心泵的叶轮吸液方式单吸式双吸式平衡图2-3离心泵的吸液方式图2-4泵壳和导轮泵轴与泵壳之间的密封称为轴封，其作用 是防止泵内高压液体从间隙漏出，或避免外界 空气进入泵内。
常用的轴封装置有填料密封和 机械密封两大类。
