Sr中能量和热量都是以(焦尔)或kJ(千焦尔)为单位。1J=1Nm。工程制的能量 单位是[千克(力)米〕,热量单位是〔千卡〕。它们之间的换算关系如下 1〔千卡〕=427千克(力)米〕=4.187kJ 作热量衡算时也和作物料衡算时一样,要表示清楚衡算范围和衡算基准。此外,由于焓 的大小与从那一温度算起有关,热量衡算还要指明基准温度。物料的焓常从0℃算起,若以 0℃为基温亦可不再指明。有时为方便计,以进料温度或环境温度作基温,或采用数据资料 所用的基温(例如反应热的基温是25℃),这时就一定要指明。 例4每小时有1000kg温度为368K的5%(质量)乙醇溶液(原料)送入精馏塔,从塔 顶送出343K的95%乙醇溶液(产品),从塔底送出373K的含0.1%乙醇的废水。在塔顶处有 冷凝器从塔内物料中取出热量,每小时取出6.91×10kJ,全塔每小时的热损失为3,5 10kJ。在塔底处有加热釜向塔内物料加入热,问每小时应加入多少热量?已知95%乙醇溶 液的平均比热为2.3kJ/kgK,5%乙醇溶液和01%乙醇溶液的比热基本上与水相同,可取为 4. 2kJ/kg K 若通入塔底的加热釜中的热源为393K的饱和水蒸气,冷凝成378K的水后从釜中送出, 求每小时消耗的饱和水蒸汽量 解(A)先用物料衡算求出每小时的产品量(设其为P)与废水量(等于1000 P)。以全塔为衡算范围,以1小时为基准,作乙醇的衡算得 (005)(10000)=0.95P+0,001(10000-P) 解出每小时的产品量P=516kg,废水量=1000-P=9484kg。 (B)求加热釜每小时加入的热量。 热量衡算的范围为整个精馏设备,基准为1小时,基温为0℃(即273K)。 输入热量 料液的焓=(100(4.2)(368-273)=3.99×10%k」J 加热釜加入的热=Q 输出热量 产品的焓=(516)(2.3)(343-273)=8,3×10“kJ 废水的焓=(9484)(42)(373-273)=398×10kJ 冷凝器取出的热=691×106kJ 散失的热=35×10kJ 列出热量衡算式如下: 99×10°+Q=83×10+3,98×106+6,91×10+3.5×105 解出加热釜每小时加入的热量Q=7.34×10kJ C)求加热釜每小时的笆和水蒸汽用量。 基准与基温都与(B)相同,但衡算范围改为加热釜,此情况下(B)中算出的Q变成 从加热釜输出到塔内物斜的热量。从水蒸汽性质表中查得:393K(即120℃)饱和水蒸汽的 焓为2709kJ/kg,878K(即105℃)水的始为4396kJ/kg。设每小时通入加热釜中的饱和蒸 汽量为S 输入热量: 水蒸气的焓=2709S 输出热量: PDF文件使用" pdfFactory Pro"试用版本创建ww, fineprint,cn
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冷凝水的始=439.6S 传给塔内物料的热Q=734×10kJ 热量衡算式 2709S=439,6S+7.34×106 解出每小时的饱和水蒸气用量S=3230kg 附表1化学工程中若干常用物理量的单位 C5单 S/亿 工程单位 长度 (米) m(来) g(克 kg(干克 gis/m 于克(力)秒/米 m/9=dyn(达因) 千克(力 时间 (秒) 秒 速度 米/秒 加速度 米/秒 能量、功dym:cm=eg〔尔格) Nm=J(伫 千克(力)来 功率 J/5=W(瓦) 于克(力)·米/秒 压力 dy/cm2=10ta(巴)N/im=1a(卡) 于克(力)/米 密度 kgf-52/m< 于克(力)秒/米← 粘度 dyn+s/emn3=1(泊) kgf.s/m2 于克(力)·秒/米 衷面张力 千克(力》/米 扩散系数 / 温度 I(开) ca!(卡 千卡 热、焖 ca/g℃ kca/kg·℃平卡/于克(力·℃ cal/kf千卡/于克(力) 导热系数 cal/cm,s℃ N/m K kca/m·s·℃干卡/米秒·℃ 主要参考读物 [)W.I McCabe and ]. C Smith: Unit Operations of chernical Enginecring(1976).Introduction. [2J C.I. Jeankoplis: Transport Processes and Unit Operations(1978).Chapt. 1. 3天萍大学化学工程教研室;《石油化工》,第?卷第4期(1978)400页,国脉单位简说 习题 1·按定义写出下列各物理量的S单位与工程单位; (a)密度—单位体积的质量; b)功率——单位吋间所作功 c)传热速率—一单位时所传递的热。 进行下列单位换算(枞据简单单位之闻的关系变换,不用单位换算表)3 (a)30℃时水的表面张力σ=71dyn/cm,将此egs单位换算成S单位,再换算成工賽单仡。 (b)30℃时水的粘度=0.008cm,s,将此qg单位换算成S单位,再换算成工程单位 c)传质系数k=1.6千摩尔/米小时·大气压〕,换算成S单位:kmol/m2sPa。 答:()0.077N/m,7.24×10“千克(力)/米》(b)0.008kg/ms,0.000807千克(力)秒米 (c)0.0587kmol/m2s Pa] PDF文件使用" pdfFactory Pro"试用版本创建ww, fineprint,cn
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3.湿物料原来含水16%(质量%),在于燥器中干到含水08%试求每吨物料干嫌出的水量。 〔答:149kg〕 4,例3中的两个蒸发器,若每个的蒸发量相等,而原料及最后得到的溶液浓度都与例3同,试求从 第一个蒸发器送到第二个蒸发器的溶液量和浓度。 〔答;3100kg/h;19,4%〕 5.1大气压下苯的饱和蒸汽(80,3℃)在换热器中冷凝并冷却到70℃的液体。冷却水于30℃下送入 于60℃下送出。求每千克(重量)苯蒸气需多少冷却水。1大气压下苯的气化潜热为942〔千卡/千克(力)), 平均比热在0~70飞范图内为0·42千卡/千克(力)℃〕,在70~8℃范围内为0.46[千卡/千克(力t 〔答:3,3千克(力) PDF文件使用" pdfFactory Pro"试用版本创建ww, fineprint,cn
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第一章流体流动 化工过积中所处理的物料以流体(气体和液体)占多数,原是菌体的物料,可能时亦作 成溶液以便于输送或处理,流体输送遂成为化工过程中最普遍的单元操作之一。流体输送问 题所包括的内容有:通过管路系统的压力变化,输送所需功率,流量测量,输送设备的选择 与操作等。本章讨论的内容为与流体输送有关的基本原理,称为“流体流动”,输送设备则 于下一章讨论。在化学工程中,流体灌动并不仅是指流体在管内或没备内的流动,因为还有 许多单元操作与流体流动直接有关,例如沉降、搅拌等。又化工中的传热与传质过程大都是 在流体内部进行的,其速率直接与流体流动状况密切有关,所以传热与传质的研究,亦离不 开流体流动的基本原理。这些原理属于流体力学的内容,本章将结合化工单元操作的需要讨 论一些流体力学中最基本的问题 流体受到剪力作用便连续不断地变形,即产生流动。流体的运动之所以称为流动,在于 它作为一个整体面运动的同时,内部还有相对运动。流体的流动并非指其内部分子的运动 静止流体的分子也在不停地运动着),而是由内部质点的运动来体现的所谓质点是指大量 分子构成的集团,但其大小与管路或容器的尺寸相比仍然微不足道。流体内部无数质点运动 的总和,就是流体的流动。 定压力与温度之下,流体的密度亦为一定。压力或温度改变时其密度改查很小的流体 称为不可压缩流体,若有显著改变者则称为可压缩流体。液体属于不可压缩的,气体是可压 缩的,然而气体在输送过程中若压力改变不大,因而密度也政变不大时,亦可按不可压缩流 体处理。真实气体的压力、温度、体积之间的关系是复杂的,但一般气休在常温常压下仍可 按理想气体考虑 第一节流体静止的基本方程 流体在重力与压力作用下达到平衡,便呈现静止状态;若平衡不能维持,便产生流动。 静止流体的规律实际上是流体在重力作用下内部压力变化的规律。在讨论此規律以前,先对 与此有关的物理量稍加说明。 1-1密度、比重、重度 单位体积流体的质量,称为流体的密度,密度的S单位是kg/mn 流体包括液体与气体。液体密度基本上不随压力而变(极高压力下除外),但随温度稍有 改变。从本书附录或手册中检索液体密度数据时,要注意其所指温度 理想气休的密度可以采用下述关系计算:标准状态下(1atm,0℃)每kmol理想气体的 体积为224m3,理想气体的体积与绝对温度成正比,与压力成反比。也可以根据理想气体 定律的表达式计算: (1-1) 上式中,P为密度,kg/m3m为质量,kg;V为体积,m°弊为物质量〔千摩尔数), PDF文件使用" pdfFactory Pro"试用版本创建ww, fineprint,cn
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kmol: 11为分子量,kg/kmol;P为压力,kN/m3;T为绝对温度,K;(气体常数) R=8.314k J/kmol K. 气体混合物的组成通常以体积分率表示,其密度的计算方法如下:以1m3混合物为基 准,其中各组分的质量以kg计,分别为ψP,φP2…nP,这些数值之和即为1m3混合气体 的质量,故混合气体的密度为: p=101+v202+…pD (1-2) 理想气体混合物中各组分的体积分率又与其摩尔分率x相等,故式1-2中各ψ也可用x 代替 液体混合物的组成通常以质量分率4表示,要计算其密度,可取1kg混合物为基准。这 1kg混合物中的各组分单独存在时它们的体积以m°计分别为a1/p1,az/p2…an/pa,假定混 合后总体积不变,则这些数值之和就是1kg混合物的体积,亦即其密度的倒数1/p,于是 P, p2 密度的倒数称为比容(v),其单位为m3/kg 比重(品)是物质的密度对水的密度之比。 工程上常常考虑物体的重量或其所受力,较少考虑其质量,因此常用重度而不用密度。 重度(γ)是单位体积的重量,它的工程单位是〔千克(力)/米。工程单位表示的重度与 国际单位表示的蜜度在数值上相等,但二者意义完全不同。密度与重度的关系,犹如质量与 重量(力)的关系 r=pg (1-4) 上式用工程单位制的数值代入时,p应以〔千克(力)·秒3/米“为单位 12压 力 流体的压力是流体作用于容器壁上的力,但其内部任一点上亦有压力作用。压力以垂直 作用于单位面积上的力来表示,严格地说应称为压强(压力强度),但习惯上仍多称为压力, 而作用于整个面上的力则称为总压力 压力的S单位为N/m2即Pa(帕斯卡),工程单位为〔千克(力)/米),此外还有许多习用 的单位。现列出一些常见的压力单位及它们间的换算关系如下: 1atm=101300N/m2=101.3kN/m2 =10330公斤(力)/米 =1.033kgf/m2 =10·33mH2O 760mmHg 由于1 kgf/ cm3与物理上的1标准大气压(am)数值上很接近,而kgf/cm在工程上又 很常用,故称之为工程大气压。 压力表所显示的读数并非表内压力的实际值,而是表内压力比表外大气压力高出的值。 若表内外压力相等,则压力表的读数为零。压力的实际数值称为绝对压力,从压力表上读出 的压力称为表压力,两者的关系为 表压力=绝对压力-大气的压力 真空表上的读数是所测压力的实际值比大气的压力低多少,称为真空度。真空度与绝对 PDF文件使用" pdfFactory Pro"试用版本创建ww, fineprint,cn
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