《化工单元操作》教案

资料收集于网络，如有侵权请系网站删除酒泉职业技学院《化工元操作》学领域教案课题班级授课日期教学及参考资料教学地点

绪论级油化工生产技术、班朱艳化工单元操作.天大学出版社陆娟，张浩化工原.学工业出版逸夫教学楼115教室

专业人数周次教学仪器设备课时

石油化工生产技术一背投、课件学习目标教学重点教学难点教学难点解决教学方法

知识目标：掌握物料衡算、能量衡算的基本概念及计算步骤。理解化工生产过程的构成，单元操作的概念。了解化工单元操作课程的内容、性质及任务。能力目标：能明确化工生产技术与化工单元操作的关系；会进行物料衡算和能量衡算。素质目标：踏实、认真的学习态度；对所学结果进行自我评价、自我学习的能力；培养分析问题、解决问题的能力；明确职业岗位所处的位置，不断提升自身职业能力。化工生产过程；本课程学习的主要内容；化工单元操作的计算方法、单位换算。物料衡算和能量衡算通过多种教学方法并用，举例让学生深入体会以展、黑板讲授相结合为主，启发、提问、讨论等多种方法相结合。教学组织及时间分配教学组织第一部分：组织教学、清点人数只供学习与交流

时间分配（min）资料收集于网络，如有侵权请系网站删除第二部分：新课导入第三部分：新课讲授（具体时间分配在教学具体实施过程中注明）第四部分：课堂小结第五部分：布置作业

教具实过第部：织学清人[组织教、点数点名、查看学生上课出勤情况[展示“习问找生答题]什是化工生产过程？第部：课入人类与化工的关系十分密切，在现代生活中，几乎随时随地都离不开化工产品，从

时分及内补衣、食、住、行等物质生活，到文化艺术、娱乐等精神生活，都需要化工产品为之服务。有些化工产品在人类发展历史中，起着划时代的重要作用。它们的生产和应用，甚至代表着人类文明的一定历史阶段。比如食品、酿酒精化工、石油化、造纸、汽车、污水处理、料厂、气柜电纳、材、力管道、计算、橡胶水、料、包装、织合成化、工、械制等都有应用。一滴香，臭氧层的破坏，环境污染。第部：课授[展示课、绍生本课要握知、能、养标[板书一、化工生产过程与单元操作[讲述1．化工生产过程化学工业是指以工业规模对原料进行化学和物理方法加工而获得产品的工业。化工生产过程是指化学工业的一个个具体的生产过程，简单地说，就是化工产品的加工过程，可以看成是由原料预处理过程、反应过程和反应后处理过程三个基本环节构成的。其中，反应过程是在各种反应器中进行的，它是化工生产过程的中心环节。

25min图乙烯法制取氯乙烯生产过程简图例如，乙烯法制取氯乙烯生产过程，它是以乙烯、空气和氯化氢为原料，在压力为只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请系网站删除，度2℃，以为催化剂等条件下反应，制取氯乙烯。单元操及分类通常，一种化工产品的生产过程往往需要几个或数十个物理加工过程与若干个化学反应才能实现。长期的实践与研究发现，尽管化工产品千差万别，生产工艺多种多样，但这些产品的生产过程所包含的物理过程并不是很多，而且是相似的。比如，流体输送的目的都是将流体从一个设备输送至另一个设备；加热与冷却的目的都是得到需要的物料温度；分离提纯的目的都是得到指定浓度的混合物等。我们将这些包含在不同化工产品生产过程中，发生同样的物理变化，遵循共同的物理学规律，使用相似设备，具有相同功能的基本物理操作，称为单元操作。单元操作有流体流动及输送、传热、沉降、过滤、蒸发、蒸馏、吸收、干燥、结晶、萃取等；近年来，随着新技术的应用，膜分离、吸附、超临界萃取、反应与分离偶合等新的单元操作，也得到了越来越广泛的应用。根据操作方式不同，单元操作可以分为连续操作和间歇操作两种方式。根据设备中各种操作参数随时间的关系，单元操作又可分为定常操作（稳定操作）和非定常操作（非稳定操作）两种形式。[提问、体论想想式有什么区别？[板书]

定常操作（稳定操作）和非定常操作（非稳定操作）两种形二化单元操作课程的性质、内容和任务[讲述]性质：化工技术类专业核心课程，是承前启后、由理及工的桥梁，是构造化工高等技术应用性专门人才知识结构、素质结构与能力结构的必修课，是培养学生工程技术观点与化工核心实践技能的重要课程。主要内容化学工程学“三传一反传递量传递动传递及化学反应）中的三传部分。任务：使学生获得常见化工单元操作过程及设备的基础知识；使学生得到用工程技术观点观察问题、分析问题和解决常见操作问题的训练；使学生初步树立创新意识、安全生产意识量识和环境保意识学生了解新型单元操作在化工生产中的应用。[板书三单元操作计算的基本内容[讲述《化工单元操作》所解决的问题具有明显的工程性。主要原因是）影响因素多（物性因素、操作因素及结构因素等制约因素多（原材料来源、设备性能、自然条件等评价指标多（经济、健康、环保、安全等经验与理论并重。1．物料衡算只供学习与交流

15min42min资料收集于网络，如有侵权请系网站删除输入系统的物料量－输出系统的物料=系中物料的积累量在进行衡算时，应注意下列几点：划定范围确定基准列出方程求解方程[举例【例】股物流A和B混合得到产品。每股物流均由两个组分（代号、2）组成流A的量流量为㎏/h,中组分1的量百分数=80％物流BA1组分的量百分数

B

=20要求混合后产品C中分的量分数

1

=40％.试求：需要加入物流B的量G㎏/h；产品量G，。BC解1按题意，画出混合过程示意图，标出各物流的箭头、已知量与未知量，用封闭虚线框出衡算系统见下图。（过程为连续定常取1h为算基准。（3列出衡算式：总物料衡算=G,入已知数据AB得=GB（A）组分1的算式ww=w代入已知数据得AA1BC6160×××0.04B）B联解式A（B）得G12320㎏18480㎏hAC．能量衡算输入系统的能量－输出系统的能量＝系统中物料的积累量在进行衡算时，首先也要划定衡算范围、选取衡算基准、列出能量衡算方程。与物料衡算不同的是算准除了取时间基准或物料基准外需定能量的计算基准。3.平关系一个过程所能达到的极限状态，称为平衡态。平衡关系可以用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能够达到的极限。（）程速率过程速率

过程动力过程力（2经济核算对于设备不仅要考虑技术先进时要通过经济核算来确定最经济的设计方案，达到技术和经济的优化。[板书四单位制和单位换算[讲述只供学习与交流

资料收集于网络，如有侵权请系网站删除基本物理量的单位称为基本单位，导出物理量的单位称为导出单位。绝对单位制工程单位制选用长度、力和时间为基本量，其基本单位分别为米、千克力和秒。（3国际单位制简称为“”制。际单位制规定了七个基本量及对应的基本单位，即长—米、质量千克、时间秒、电流强—安培、热力学温—开尔文、发光强—坎德拉及物质的量摩尔，还有两个辅助位和大量的导出单位。．单位换算一定大小的物理量在进行单位换算时其值要跟着改变即要将原单位的数值乘以换算因数，才可以得到新单位的数值。在一个组合形式的单位（简称组合单位）中，任何一个单独的单位要换算成其他单位时，要连同换算因数一起换算。3min第部课后小结《化工单元操作》是化工技术类专业核心课程，主要解决工程性问题；化工单元操作不同化工产品生产过程中，发生同样的物理变化，遵循共同的物理学规律，使用相似设备，具有相同功能的基本物理操作，一般都涉及物料衡算、能量衡算、过程速率、过程的极限及物性计算。2min第部布置业布作业预下次课内容教学反思教研室主任签字

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学习情境一化管路级油化工生产技术、班朱艳化工单元操作.天大学出版社陆娟，张浩化工原.学工业出版逸夫教学楼115教室

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知识目标：了解化工管路的概念掌握化工管路的构成。了解压力管道的分类、分级能力目标：能明确化工生产技术与化工单元操作的关系；会进行物料衡算和能量衡算。素质目标：踏实、认真的学习态度；对所学结果进行自我评价、自我学习的能力；培养分析问题、解决问题的能力；明确职业岗位所处的位置，不断提升自身职业能力。掌握化工管路的构成掌握管子、管件和阀门规格的确定。化工管路材质区分、管道分类通过多种教学方法并用，举例让学生深入体会以展、黑板讲授相结合为主，启发、提问、讨论等多种方法相结合。教学组织及时间分配教学组织第一部分：组织教学、清点人数第二部分：新课导入只供学习与交流

时间分配（min）资料收集于网络，如有侵权请系网站删除第三部分：新课讲授（具体时间分配在教学具体实施过程中注明）第四部分：课堂小结第五部分：布置作业

教具实过第部：织学清人[组织教、点数点名、查看学生上课出勤情况[展示“习问找生答题]思化工生产中化工管路起什么作用？第部：课入化工生产过程是靠若干个化工设备按一定顺序组合来完成，而连接各个化工设备则

时分及内补是靠化工管路。在化工厂中，各种材质、长度、管径及设备所构成的化工管路，像人体3min的血管一样，组成化工过程的“供血”管网，没有化工管路，是无法完成化工生产任务的。第部：课授[展示课、绍生本课要握知、能、养标定：工管路一般由管子、管件、阀门、管架等组成。在化工生中，由于管路所输送的介质的性质和操作条件各不相同，化工管路有各种分类方法。按管路的材质可分为金属管路和非金属管路。金属管常用的材料有铸铁、碳素钢、合金钢和有色金属：非金属管常用的有塑料、橡胶、陶瓷、水泥等。按输送介质的压力可分为真空p<0MPa≤﹤1.6MPa（≤pMPa压（16≤p﹤MPa高管（﹥100MPa按输送介质的温度可分为低温管t﹤-20℃温管（﹤﹤200℃温（﹥200按输送介质的种类可分为水管、蒸汽管、气体管、油管以及输送酸、碱、盐等腐蚀性介质的管路。[板书一、压力管道[讲述随着化工生产的规模扩展和技术进步，对化工管路的运行条件，提出了更为苛刻的要求。由于化工管路内的介质通常都具有一定的压力，故化工管路一般属于压力管道的范畴。为了确保压力管道的安全运行，国务院于2003年月11日布了专门法令，将压力管道与锅炉、压力容器等一并列为涉及生命安全、危险性较大的特种设备，进一步加强对压力管道安全运行的管理。（一）压力管道概念《特种设备监察条例》规定，压力管道是指利用一定的压力，用于输送气体或液体的管状设备，其范围规定为最大工作压力大于或者等于0（表压）的气体、液化气只供学习与交流

25min资料收集于网络，如有侵权请系网站删除体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于管道。（二）压力管道的分类与分级．压力管道的分类通常将压力管道分为常输管道、公用管道和工业管道三大类，化工管道属于工业管道。．压力管道的分级压力管道通常根据其危害程度实施分级安全监察。一般将压力管道按安全等级分为GC1GC2、三级。（三）石油化工管道的分级石油化工管道的分级根据介质的性质和工艺条件分为级管道级别是压力管道设计施和工程验收的基本依据在管道表管布置图和相关技术文件中分项标注。[提问、体论想想

不同用途的管道其区别主要在哪？[板书]二化管路的构成[讲述]化工管路是由不同长度的管子及不同用途的管件和阀门按照一定的排布方式连接所组成的输送流体的系统。管件是管路连接中所用的各种零件（元件）的统称。阀门是用于调节和控制流量的管路部件的统称。为了便于选用、安装和维修，管子及阀门已经系列化和标准化。（一）管子在实际化工生产中，由于输送流体物料的性质和工艺条件的不同，用于连接设备和输送流体物料的管子不仅要满足强度和通过物料能力的要求，还要适应耐温（高温或低温压（高压或低压蚀（酸、碱等性能的要求。简单介绍常见的化工用管的种类及用途等。．管子的标准在化学工业中由于所输送流体的种类、性质和工作条件的不同，所用管子的规格和材料是多种多样的。应当按照不同的用途从管子的系列标准中选择管子。管子和管路的标准一样，主要有“公称直径”和“公称压力两个基本参数，统一规定了管子和管件的主要结构尺寸与参数，使得具有相同公称直径和公称压力的管子与管件，都可相互配合交换使用。1.1公称直径用号DN表。子的公称直径是与管子内、外径相近的整数，有时可能等于内径或外径。水、煤气钢管（有缝钢管）的管子规格是以外径为标准，一般用公称直径表示（注明是普通级还是加厚级DN100mm水气通级公直径为100mm其外径为厚为4mm的煤气管管在工图纸上的尺寸标注×4mm厚级示是公称直径为100mm径是114mm厚则为的水、煤气管，该管在工程图纸上的尺寸标注为×mm无缝钢管、铜管和黄铜管的管子规格也是以外为标准，通常是以φ外径×壁厚”的形式表示。热轧无缝钢管的外径范围32，壁厚在3.5～50mm间，管长～只供学习与交流

65min资料收集于网络，如有侵权请系网站删除拔无缝管的外径范围是4～厚在1.0～12mm之长1.5～。由上述可见，同一公称直径的钢管、铜管具有相同的外径，内径随壁厚不同而不同。1.1.1低压流体输送管1.1.2普通无缝钢(热轧无缝钢管冷拔（冷轧）无缝钢管冷无缝钢管质量好，可以得到小直径管，其外径可由至200mm壁由0.25～14mm其中小壁厚及最大壁厚均随外径增大而增加，系列标准可参阅有关手册。热交换器用普通无缝钢管1.2公称压力用符号PN表。任何管材所能承受的压力都有一定的限度。公称压力是制造和用管材的统一标准。管材的最大允许工作压力应等于或小于公称压力。温度越高，管材的机械强度下降，允许的压力限度也越小。．管子的材料2.1金属管金属管在化工管路中应用极为广泛，常用的有铸铁管、钢管、有色金属管。2.1.1铸管铸铁管可分为普通铸铁管和硅铁管两大类。普通铸铁管由灰铸铁铸造而成。铸铁中含有耐腐蚀的硅元素和微量石墨，具有较强的耐蚀性能。通常在铸铁管内外壁面涂有沥青层，以提高其使用寿命。普通铸铁管常用作埋入地下的给、排水管，煤气管道等。铸铁管价廉而耐腐蚀、但组织松疏，质脆强度低，不能用于输送带压力的蒸汽、爆炸性及有毒性气体。普通铸铁管的直径为～，厚为47mm，管长有3m4m等列。硅铁管是指含碳～1.2%含硅10%～的铁硅合金由硅铁管面能形成坚固的氧化硅保护膜，因而具有很好的耐腐蚀性能，特别是耐多种强酸腐蚀。硅铁管硬度高，但耐冲击和抗振动性能差。硅铁管的直径一般为20～30mm，壁厚10～16mm管长规格为～。2.1.2钢用于制造钢管的常用材料是普通碳素钢、优质碳素钢、低质合金刚和不锈钢等。按制造方式又可分为有缝钢管和无缝钢管。有缝钢管又称为焊接钢管，一般由碳素钢组成。表面镀锌的有缝钢管又称镀锌管或白口管，不镀锌的称黑铁管。有缝钢管分水、煤气钢管和钢板电焊钢管两类。水、煤气钢管的主要特点是易于加工制造、价格低廉，但因为有焊缝而不宜用于压力较高的流体输送其作温度不超过℃工压力不超过1569kPa有钢管常用于低压体的输运，如水、煤气、天然气、低压蒸汽和冷凝液等。无缝钢管是由普通碳钢、优质合金钢、合金钢、不锈钢、耐热铬钢等材料制作的，是用棒料钢材经穿孔热轧（热轧管）和冷拔（冷拔管）制成的，分为热轧管和冷轧管两种。2.1.3有金属管（1铜管通管有紫铜管和黄铜管两种紫管的含铜量为99.5%黄铜管材料则为铜和锌的合金。铜管的常用规格为：外5φ，长度16m壁厚1铜管导热性能好，大多用于制造换热设备、深冷管路，也常用作仪表测量管和液压传输管路。只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请系网站删除铝及铝合金铝管常用、1050A、、等业纯铝造。铝合金管则多采用、5A035A053A212A11,2A12、制成。由于铝及铝合金具有良好的耐腐蚀性和导热性，常用于输送脂肪酸、硫化氢、二氧化碳气体等介质，还可用于输送硝酸、醋酸、磷酸等腐蚀性介质，但不能用于盐酸、碱液等含氯离子的化合物。铝及铝合金管的使用温度一般不超过150℃，介质压力不超过。制造的管子由于其导热能力强，质量轻，有较好的耐酸性，也可用于制作换热器的列管；小直径的铝管可代替铜管传送有压流体。铅管常用铅管有软铅管和硬铅管两种管用Pb4等含铅量在以上的纯铅制成，最常用的是Pb4铅。硬铅管由锑铅合金制成，最常用的是P和铅管。铅管硬度小、重度大，具有良好的耐蚀性，在化工生产中主要用于输送度在70%下的冷硫酸，浓度以下的热硫酸和浓度以下的冷盐酸。由于铅的强度和熔点都较低，故使用温度一般不得超过℃。铅管的优点是成本低，缺点是机械强度差、笨重且性软，不可用于浓盐酸、硝酸、次氯酸、高锰酸盐类等介质的输送。2.2非金属管2.2.1塑管2.2.2陶管2.2.3橡管2.2.4玻钢管2.5玻管管子的选择当需要输送有毒、易燃易爆、强腐蚀性流体或用于制作高温换热器、蒸发器、裂解炉等化工设备内部的管子时，可选用无缝钢管。当需要输送水、煤气、暖气、压缩空气、低压蒸汽以及无腐蚀性的流体时可选用由低碳钢焊接而成的有缝钢管。化工厂内的给水总管，煤气管及污水管等，某些用来输送碱液及浓硫酸的管道可使用铸铁管。对于输送稀硫酸、稀盐酸、以下的氢氟酸、以下的醋酸及干或湿的二氧化硫气体的管路，可选用铅管来输送。对于浓硝酸、浓硫酸、甲酸、醋酸、硫化氢及二氧化碳等酸性介质的输送管路，可以选择铝管。对于常压、常温下酸、碱液的输送，蒸馏水或去离子水的输送，可选用塑料管，以避免污染。（二）常用管件管件主要用来连接管子以达到延长管路、改变流向、分支或合流等目的。部分最基本的管件如图所示。．弯头弯头的作用主要是用来改变管路的走向头可用直管弯曲而成可管子组焊，还可用铸造或锻造的方法制造。弯头的常用材料为碳钢和合金钢。弯头的形状常有45度、60度、90度度弯头等。．三通当管路之间需要来连通或分流时，其接头处的管件称为三通。三通可用铸造或锻造只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请系网站删除方法制造，也可组焊完而成。根据接入管的角度和旁路管径的不同，可分为正三通、斜三通。接头处的管径除三通外，还有四通Y形管等，有时也用来改变流向，多余的一个通道接头用管帽或盲板封上，在需要时打开再连接一条支管。．短管和异径管为了安装、拆卸的方便，在化工管道中通常装有短管。短管两端面直径相同的叫等径管，两端面直径不同的叫异径管。异径管可改变流体的流速。短管与管子的连通常采用法兰或螺纹连接方式，也可采用焊接。．法兰与盲板为了管路安装和检修的需要，管路中需装设管道法兰。管法兰已标准化，使用时可根据公称压力和公称直径选取。通常管路的末端装有法兰（实心法兰于修和清理管路法兰盖与法兰尺寸相同，材质有铸铁和钢铁两种。（三）常用阀门阀门是用来启闭管内流（断沟通管内流体的流动流体流（改变管路阻力，调节流体的流动）和产生节流效应（流体流过阀门后，可产生较大的压力降）的部件，常用的阀门有下列几种。闸．截止阀．止回阀．旋塞．球阀．隔膜阀．蝶阀．节流阀9.门的选用原则第部课后小结《化工单元操作》是化工技术类专业核心课程，主要解决工程性问题；化工单元操作不同化工产品生产过程中，发生同样的物理变化，遵循共同的物理学规律，使用相似设备，具有相同功能的基本物理操作，一般都涉及物料衡算、能量衡算、过程速率、过程的极限及物性计算。第部布置业布置作业预习下次课内容

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学习情境一化管路级油化工生产技术、班朱艳化工单元操作.天大学出版社陆娟，张浩化工原.学工业出版逸夫教学楼115教室

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石油化工生产技术二背投、课件学习目标教学重点教学难点教学难点解决教学方法

知识目标：了解化工管路中常用的管件了解化工管路中常用的阀门能力目标：掌握化工管路的连接方式及其特点掌握管道直径的计算素质目标：踏实、认真的学习态度；对所学结果进行自我评价、自我学习的能力；培养分析问题、解决问题的能力；明确职业岗位所处的位置，不断提升自身职业能力。掌握管道直径的计算管子、管件和阀门选取安装管子、管件和阀门的规格的确定通过多种教学方法并用，举例让学生深入体会以展、黑板讲授相结合为主，启发、提问、讨论等多种方法相结合。教学组织及时间分配教学组织第一部分：组织教学、清点人数第二部分：新课导入第三部分：新课讲授（具体时间分配在教学具体实只供学习与交流

时间分配（min）资料收集于网络，如有侵权请系网站删除施过程中注明）第四部分：课堂小结第五部分：布置作业

教具实过第部：织学清人[组织教、点数点名、查看学生上课出勤情况[展示“习问找生答题]化管路作,阀门种类有哪些？第部：课入离心泵是第部：课授[展示课、绍生本课要握知、能、养标[板书二、管路的连接[讲述管路的连接包括管子与管子的连接、管子于各种管件、阀门的连接，还包括设备接口处等的连接。管路连接的常用方法有焊接、法兰连接、螺纹连接、承插连接等方式。．焊接连接适用于有压管道及真空管道，视管径和壁厚的不同选用电焊或气焊。这种连接方式简单、牢固且严密，多用于无缝钢管，有色金属管的连接。焊接连接属于不可拆连接方式用焊接连接密封性能好结简单连强度高，可适用于承受各种压力和温度的管道上，故在化工生产中得到广泛应用。在化工管路中常用的焊接方法有电焊、气焊、钎焊等。此外，塑料管也经常使用热熔接。

时分及内补30min（）接（b搭接（c）角接（）形．法兰连接法兰连接是管路中应用最多的可拆连接方式。法兰连接强度高、拆卸方便、适应范围广广泛应用于大管径温压与密封性要求高的管路连接以及管路与设备的连接。在法兰连接中，法兰盘与管子的连接方法多种多样，常用的有整体式法兰、活套式法兰和介于两者之间的平焊法兰等。根据介质压力大小和密封性能的要求，法兰密封面只供学习与交流3333资料收集于网络，如有侵权请系网站删除有平面、凹凸面、木槽面、锥面等形式。密封垫的材质有非金属垫片、金属垫片和各种组合式垫片等可供选择。管道法兰设计、制造已标准化，需要时可根据公称压力和公称直径、材料和密封要求选用选取。．螺纹连接螺纹连接是通过内外管螺纹拧紧而实现的，螺纹连接的管子两端都加工有外螺纹，通过加工有内螺纹的连接件、管件或阀门相连接。常用的螺纹连接有三种形式。内牙管连接外牙管连接活管接连接．承插式连接在化工管路中，承插连接适用于压力不大，密封性能不高的场合。常用作铸铁水管的连接方式，也可用作陶瓷管、塑料管、玻璃管等金属管路的连接。承插连接时，在插口和承口接头处留有一定的轴间间隙，一边与补偿管路受热后的伸长为增加承插连接的密封承插插口之间的环形间隙中应填充油麻绳或石棉水泥等填料，在填料外面的接口处涂一层沥青防腐层，以增加抗腐性。适用于埋地或沿墙敷设的低压给水、排水管，如铸铁管、陶瓷管、石棉水泥管等，采用石棉水泥、沥青玛珶脂、水泥砂浆等作为封口。[提问、体论想想

各种连接方法选用区别和联系？[板书]三、管径选择与壁厚确定[讲述]输送管路的直径d与流量V和速u关。管子直径的求取公式为：

30mind

式中V

-----输送流体的体积流量，；u-----体的平均流速m/s。(一流量与流速．流量（1体流量（）流体的体积流量是单位时间内流经管道任意截面的流体体积，V表，单位

/s。（2质流量(W)质量流量（）是单位时间内流经管道任意截面的流体质量，称为质量流量，表示，单位kg/sk。（3体流量与质量流量的关系为

s

流体的密度是一个重要参数，作为化工从业人员必须掌握密度数据的确定方法及影响因素。．流速只供学习与交流2s2ss36003资料收集于网络，如有侵权请系网站删除（1平流速流是指单位时间内流体点在流动方向上所流经的距离。实验发现流质点在管道截面上各的流速并不一致而是形成某种分布在工程计算中，为简便起见，常常希望用平均流速表征流体在该截面的流速。定义平均流速为流体的体积流量与管道截面积之比，即u

单位为m/s。习惯上，均流速简称为流速。质量流速单位时间内流经管道位截面积的流体质量为质量流速以G示，单位为kg/·质量流速与流速的关系为WG流量与流速的关系为（二）管子直径的影响因素分析及确定．讨论当生产任务一定时，即被输流体的体积流V一时流速u加，管道直径减小，管路安装的设备投资减小，这是有利的一面。但流增加会导致管路系统中流体流动阻力增加，输送流体所需的动力消耗增加，操作费用增加。为什么？原因将在以后分析中得出。适宜流速是指使管路系统的操作费用和设备折旧费用之和为最小时的流速。工程上的最适宜流速通常是根据经济核算后决定的。设计时通常可根据适宜流速范围的经验数据选用。例如水及低粘度液体的适宜流速范围为1.5～，般常用气体流速范围0～20m/s而饱和蒸气流速2～40m/s等。．管直径的确定步骤（1根据流体的种类、性质、压力等在适宜流速范围内，选取一个流速；（2将索选取的流速代入公式计算管道的直d；（3由计算出的d根据管子规格，将管子圆整成标准管径。u

Vd4

2[举例1-2有通风管道输绝压)、30、质量流量㎏/的空气。若选用流速为1试计算其管内径和选择适宜的管子规格，并计算管内的实际流速和质量流量。解由定的输送条件，可视空气为理想气体。已p=120

s

，T=303K,R=8314J/(kmol.k),M=29kg/kmol,所空气的体积流量为

6008314WsRTpM29

30.1206m/s只供学习与交流VsciVsci资料收集于网络，如有侵权请系网站删除由式（）

d

0.1206u

0.1012对低压空气，可选用附录十七中的低压流体输送用焊接钢管，公称直径D(4)

不镀锌的普通管，其外径1壁厚则管际内径为×此时管内的实际流速

0.7850.106

13.7/管内的质量流量

G

A0.106

m)（三）管子壁厚计算与选用当管道输送流体介质时，通常管内介质具有一定压力，因而要求必须具有足够的厚度，以保证管道系统的安全运行。承受介质压力的圆管，受力情况相当于内压圆筒，其壁厚可参照第四章“压力容器”中内压圆筒厚度计算公式确定．管子计算厚度

p

c．管子壁厚选取管子的计算厚度是满足承受介质压力的强度要求所必须的，在确定管壁厚度时，还要考虑介质腐蚀和管子制造偏差可能造成的管壁厚度减少的情况，故需要在计算厚度的基础上加上厚度附加量，并据此按钢管规格标准选取管子厚度。[板书四、化工管路的布置与安装[讲述（一）从安、检修、操作等面考虑在安装时除了下水道、上水总管和煤气管以外，管路铺设应尽可能采用明线，便于安装检修和安全操作，还可以节约基建费用。在安装时并列管路上的管件和阀门应互相错开，避免在检修及操作时的不方便。并列管路上安装手轮操作的阀门时，手轮间距1。在安装时车间内的管路应尽可能沿厂房墙壁安装，管架可以固定在墙上，或沿天花板及平台安装。在露天的生产装置，管路沿挂架或吊架安装。管与管之间和管与墙之间的距离以能容纳活动接头或法兰以及便于检修为宜，管与墙、柱边或管架支柱之间的净空距离不小为宜。中压管与管之的距离保持4～60mm，压管与管之间的距离保持7090之间。具体数据可参阅-10管与墙的安装距离公称直径/mm25405080100125150管中心与墙距离/mm120150170170190210230在安装时管路的倾斜度通常为3/1000～对含固体结或颗粒较大的物料管只供学习与交流

20min资料收集于网络，如有侵权请系网站删除应大于等于1%。在安装时为了便于区别各种类型的管路在管路的保护层或保温层表面涂以颜色加以区别。一般上下水管及废水管适宜埋地铺设，埋地管路的安装深度，在冬季结冰地区，应在当地冰冻线以下。（二）从保操作与人身安全虑输送流体的管路别是输送腐性介质的管路防止因滴漏而造成对人体的伤害，在穿越通道时，不得装设各种管件、阀门以及可拆卸连接。铺设各种管路离地面的高度应便于检修，通过路、桥的高度应按标准执行，如通过人行横道时，不得小于；通过公路不得小于；通过铁路与轻轨距离不得小于；通过工厂主要交通干线，一般高度为5m管路的跨距（两支座之间的距离）一般不得超过下规定。管子内径/mm5076100125150200250300400跨距/输腐蚀性介质的管路与其他管路并列时，两者应保持一定距离，而且其位置应略低一些，以免发生滴漏时影响其他管路，或采用如图所的三角支架。三角支架安装法物流动时常有静电产生而是管路成为带电体，为了防止静电积累，必须将管路可靠接地。在输送易燃易爆（如醇类、液体烃类等）物料时，更要如此，避免发生事故。.在差变化较大的管路中，应考虑到热胀冷缩，以免产生热应力，造成管路弯曲或破裂。一般情况，管路温度在335K以时，就应当考虑安装伸缩器以决冷热变形的补偿问题，伸缩器又名补偿器，型式较多，如图所示的凸面式补偿器，结构紧凑，但补偿能力有限，应用较少。填料函式补偿器结构紧凑，又具有相当大的补偿能力（通常可达200mm以轴向力大，填料需经常维修，介质可能泄漏，安装要求也高只在铸铁和陶瓷等管路中使用如国方的城市供暖系统中有的地方设计成如型就是一种防止温差较大时产生应力的一种补偿器。（三）从降成本考虑各种管路铺设时要尽量走直线，少拐弯，少交叉，以减少阻力。各种管路应集中铺设，这样可以共同利用管架，降低基建费用。当穿过墙壁时，墙壁上应开预留孔，过墙时，管外最好加套管，套管与管子之间的环隙内应充满填料；管路穿过楼板时最好也这样。平行管路的排列应考虑管路互相的影响。在垂直排列时，输气的在上，输液的在下；热介质管路在上，冷介质管路在下，这样，减少热管路对冷管路的影响；高压管路上，低压管路在下；无腐蚀性介质管路在上，有腐蚀性介质在下，以免腐蚀性介质滴漏时影响其他管路。在水平排列时，高压管路靠近墙壁，低压管路在外；不常检修的靠墙柱，检修频繁的在外；振动大的要靠管架或墙。管路安装完毕后，应按规定进行强度和气密性试验。未经试验合格，焊接及连接处不得涂漆及保温。为防止管路中有杂质而引起事故发生，管路在第一次使用前须用压缩空气或惰性气体进行吹扫，以除去管中的杂质。只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请系网站删除[板书五、管路的常见故障及排除方法[讲述在化工企业中，管路担负着来连接设备、输送介质的重任，为了保护生产的正常运行，对管路的精心维护，及时发现故障，排除故障，显得十分重要。日常维护的主要任务有：认真做好日常巡回检查，准确判断管内介质的流动情况和管件工作状态；适时做好管路的防腐和防护工作，定期检查管路的保温设施是否完好；及时排放管路的油污、积水和冷凝液，及时清洗沉淀物和疏通堵塞部位，定期检查和测试高压管路；定期检查管路的腐蚀和磨损情况；检查管路的振动情况；察看管架有无松动；检查管各个接口处是否有泄漏现象；检查各活动部件的润滑情况；对管路安全装置进行定期检查和校验调整。连接处泄露管道填塞管道弯曲阀门故障及排除第部课后小结管路的连接包括管子与管子的连接、管子于各种管件、阀门的连接，还包括设备接口处等的连接。管路连接的常用方法有焊接、法兰连接、螺纹连接、承插连接等方式。管路布置安装是化工厂设计的关键。第部布置业布作业预下次课内容

3min2min教学反思教研室主任签字

累计课时酒泉职业技学院《化工元操作》学领域教案只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请系网站删除学习情境二流输送过程

概述课题

专业

石油化工生产技术任务一、流体内部两点间的压强差及储罐液位测量班级授课日期教学及参考资料教学地点

级油化工生产技术、班朱艳化工单元操作.天大学出版社陆娟，张浩化工原.学工业出版逸夫教学楼115教室

人数周次教学仪器设备课时

背投、课件学习目标教学重点教学难点教学难点解决教学方法

知识目标：掌握液体压强的计算方法掌握流体静力学方程能力目标：熟悉绝压、表压和真空度之间的关系的关系；会根据流体静力学方程实际计算。素质目标：踏实、认真的学习态度；对所学结果进行自我评价、自我学习的能力；培养分析问题、解决问题的能力；明确职业岗位所处的位置，不断提升自身职业能力。连续性方程式伯努利方程式连续性方程式和伯努利方程式应用通过多种教学方法并用，举例让学生深入体会以展、黑板讲授相结合为主，启发、提问、讨论等多种方法相结合。教学组织及时间分配教学组织第一部分：组织教学、清点人数第二部分：新课导入第三部分：新课讲授（具体时间分配在教学具体实只供学习与交流

时间分配（min）资料收集于网络，如有侵权请系网站删除施过程中注明）第四部分：课堂小结第五部分：布置作业

教具实过第部：织学清人[组织教、点数点名、查看学生上课出勤情况[展示“习问找生答题]化管路有哪些组成？物料是怎样流动？第部：课入

时分及内补具有流动性能的物质称为流体，包括液体和气体两大类，气体是可压缩的，液体是难以压缩的。按照化工生产工艺的要求，一方面物料要从一个地方输送到另一个地方，或从一道工序转移到下一工序，或者从一个设备输送到另一个设备，都是流体输送的问题。第部：课授[展示课、绍生本课要握知、能、养标[板书概述[讲述具有流动性能的物质称为流体，包括液体和气体两大类。化工生产中要解决的流体输送问题有三类：将流体从低位送到高位将流体从低压设备送往高压设备将流体从一个地方输送到另一个地方流体输送的方式：高位槽送料真空抽料压缩空气送料流体输送机械送料[板书]任务一、流体内部两点间的压强差及贮罐液位的测量一、液体的压强[讲述]压强的定义压强的单位1.013105Pa=760mmHgH（三）绝压、表压和真空度理压力的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空；另一是大气压力。基准只供学习与交流

5min15minA1212资料收集于网络，如有侵权请系网站删除不同，表示方法也不同。以绝对真空为基准测得的压力称为绝对压力，是流体的真实压力；以大气压为基准测得的压力称为表压或真空度。表压=绝压力-大气压力真空度大气压力绝对压力[板书二、流体静力学[讲述]（一）流体静力学方程容器内装有密度为的体，液可认为是不可压缩流体，其密度不随压力变化。在静止液体中取一段液柱，其截面积为，容器底面为基准水平面，液柱的上、下端面与基准水平面的垂直距离分别为和。用在上、下两端面的压力别为和

。重力场中在垂直方向上对液柱进行受力分析：上端面所受总压力1，向向下；下端面所受总压力

PA2

，方向向上；液柱的重力

gA)1

方向下。液柱处于静止时，上述三项力的合力应为零，即p(z)0211整理并消去A得

30min变形得

(z)ppgg

压力形式（2-2能量形式（2-2a）若将液柱的上端面取在容器内的液面上，设液面上方的压力为a，柱高度，则式（）可改写为pp2a

gh

（2-2b式（2-2）式）及式（）称为静力学基本方程。讨论：（1在静止的续同种液体内处于同水平面上各点的压力处处相等。压力只供学习与交流01'20001'2002p资料收集于网络，如有侵权请系网站删除相等的面称为等压面。（2压具有传递性液面上方压力变化时液体内部各点的压力也将发生相应的变化。（2式（）中，

、

分别为单位质量流体所具有的位能和静压能，此式反映出在同一静止流体中在不同位置流体的位能和静压能各不相同总恒为常量。因此，静力学基本方程也反映了静止流体内部能量守恒与转换的关系。（3式（）可改写为

h[板书（二）流体静力学方程的应用[讲述利用静力学基本原理可以测量流体的压力、容器中液位及计算液封高度等。（1压力及压力差的测量①形压差计U形差的结构如图所示它是一U形玻璃管内指示液要求指示与被测流体不互溶，不起化学反应，且其密度大于被测流体密度。常用的指示液有水银、四氯化碳、水和液体石蜡等，应根据被测流体的种类和测量范围合理选择指示液。当用形差计测量设备内两点压差时U形管两端与被测两点直接相连，利用的值就可以计算出两点间的压力差。设指示液的密度为，测流体的密度为。由图可知A和A′在同一水平面上处于连通的同种静止流体内，因此，A和A点的压力相等，即

pp，AA'ppg(m)而ppgRg()p所以整理得pgR若被测流体是气体，由于气体的密度远小于指示剂的密度，即

0

0

，则上式可简化为10只供学习与交流122133a33p122133a33pp11A资料收集于网络，如有侵权请系网站删除U形差也可测量流体的压力量时将形一与被测点连接一端与大气相通，此时测得的是流体的表压或真空度。思：将U压计装倾斜路，时数R反了么p

)[举例【例2-1】如图2-30所示，水在水平道内流动。为测量流体在某截面处的压力，直接在该处连接形差计，指示液为水银读＝250mm，＝900mm已知当地大气压为1，的密度

1000kg/m，银的密度

0

13600

kg/m

。试计算该截面处的压力。解：图A′面间为静止、连续的同种流体，且处于同一水平面，因此为等压面，即

p

A

A

而ppA

a

p

p0于是

ppgR0则截面处绝对压力gRa101300100059117或直接计算该处的真空度pgRa010009.810.9136000.25由此可见当形一端与大气通时U形差计实际反映的就是该处的表压或真空度。【例2-2】如所示，水在管道中流动。为测A-A′、B-B′截面的压力差，在管路上方安装一U压差计，指示液为水银。已知压差的读＝，试计算A-AB-B′截面的压力差知与水银的密度分别为1000kg/m

和1。解：图中，′面与2-2′面间为静止、连续的同种流体，且处于同一水平面，因此为等压面，即1'又

，

'pp1只供学习与交流’’资料收集于网络，如有侵权请系网站删除ppgRp2'0p)gR0所以

gR整理得

0此结果与式2-43相同，由此可见，U形压差计所测压差的大小只与测流体及指示剂的密度、读数有关，而与U形压差计放置的位置无关代入数据

p

②倒形差计若被测流体为液体，也可选用比其密度小的流体（液体或气体）作为指示剂，采用如图所示的U压差计形式。最常用的U压差计是以空气作为指示剂，此时，(12

Rg0③斜管压差计当所测量的流体压力差较小时，可将压差计倾斜放置，即为斜管压差计，用以放大读数，提高测量精度，如图所示。此时，与的系为'

Rsin式中α为倾斜角，其值越小，则数放大倍数越大。④双液U管差计又称为微压计，用于测量压力较小的场合。在管上增设两个扩大室密接近但不互溶的两种指示A和C

A

C

扩大室内径U管径之比应大这扩大室的截面积U管截面积大得多可认为即使U内指示液A的液面差较大但扩大室内指示液C液面变化微小，可近似认为维持在同一水平面。于是有只供学习与交流

Rg1

)333333资料收集于网络，如有侵权请系网站删除由上式可知，只要选择两种合适的指示液，()A读数R

较小，就可以保证较大的【例2-3】用形差测量某气体流经水平管道两截面的压力差示为水密度为1，读数R为。为了提高测量精度，改为双液U管差计，指示A为含4％乙醇的水溶液，密度20kg/m，示液C为油密度8。问读数可以放大多少倍？此时读数为多少？解：用U压差计测量时，被测流体为气体，ppRg12

0用双液U管差计测量时，可根据式计算1

(

)AC因为所测压力差相同，联立以上二式，可得放大倍数R'014.3850A此时双液体管的读数为R

'

R14.3（2液位测量在化工生产中，经常要了解容器内液体的贮存量，或对设备内的液位进行控制因常需要测量液位。测量液位的装置较多，但大多数遵循流体静力学基本原理。图所示的是利用U压差计进行近距离液位测量装置。在容器或设1外边设一平衡，其中所装的液体与容器中相同，液面高度维持在容器中液面允许到达的最高位置。用一装有指示剂的U形差把容器和平衡室连通起来，压差计读即可指示出容器内的液面高度，关系为

0

R若容器或设备的位置离操作室较远时采图所示的远距离液位量装置。在管内通入压缩氮气，用1调节其流量，测量时控制流量使在观察器中有少许气泡逸出。U形差计测量吹气管内的压力，其读数的大小，即可反映出容器内的液位度，关系为

0

R（3液封高度的计算在化工生产中了制设备内气体压力不超过规定的数值常使用安全液或只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请系网站删除称水封）装置，如图所示。作用：当设备内压力超过规定值时，气体则从水封管排出，以确保设备操作的安全。防止气柜内气体泄漏。液封高度可根据静力学基本方程计算。若要求设备内的压力不超过（表压），则水封管的插入深度hh

p

式中ρ——水的密度，kg/m。第部课后小结在应用流体静力学方程时，应注意以下几点：正确选择等压面；基准面的位置可以任意选取，选取得当可以简化计算过程，而不影响计算结果；计算时，方程式中各项物理量的单位必须一致。第部布置业布置作业预习下次课内容

3min2min教学反思教研室主任签字

累计课时酒泉职业技学院《化工元操作》学领域教案只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请系网站删除学习情境二流输送过程课题任务二、流体输送方式的选择

专业

石油化工生产技术班级授课日期教学及参考资料教学地点

级油化工生产技术、班朱艳化工单元操作.天大学出版社陆娟，张浩化工原.学工业出版逸夫教学楼115教室

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背投、课件学习目标教学重点教学难点教学难点解决教学方法

知识目标：掌握稳定流动与不稳定流动概念流体流动的规律连性方程式和伯努方程式。能力目标：能稳定流动与不稳定流动的关系；会进行连续性方程式和伯努利方程式计算。素质目标：踏实、认真的学习态度；对所学结果进行自我评价、自我学习的能力；培养分析问题、解决问题的能力；明确职业岗位所处的位置，不断提升自身职业能力。连续性方程式伯努利方程式连续性方程式和伯努利方程式应用通过多种教学方法并用，举例让学生深入体会以展、黑板讲授相结合为主，启发、提问、讨论等多种方法相结合。教学组织及时间分配教学组织第一部分：组织教学、清点人数第二部分：新课导入第三部分：新课讲授（具体时间分配在教学具体实只供学习与交流

时间分配（min）资料收集于网络，如有侵权请系网站删除施过程中注明）第四部分：课堂小结第五部分：布置作业

教具实过第部：织学清人[组织教、点数点名、查看学生上课出勤情况[展示“习问找生答题]管怎么确定？化工管路布局安装要求？第部：课入对于给定的输送任务，工艺要求和条件不同，设备之间的相对位置及不知位置就不同，采用的输送方式不同，管件和阀门的类型及数量也不同。一个合理满足工艺要求的输送管路系统，不但要求管子、管件和阀门的类型，大小选择正确，而且要保证输送方式的合理选择。第部：课授[展示课、绍生本课要握知、能、养标[板书一、生产案例[讲述]案例1案例2分析：从生活常识我们知道，水会自动的从山上流到山下，这是因为山上势能比山下高，要解决以上流体输送方式的选择，我们首先要掌握流体流动时遵循的基本规律。[板书]二、稳定流动与不稳定流动[讲述]流体流动系统中，若各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化这流动称之为稳定（或定态流动体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也随时间变化，则称为非稳定流动（或非定态流动[板书三、稳定流动系统的质量守恒——连续性方程[讲述]如图所示的定态流动系统，流体连续地-1′截面进入，′截面流出，且充满全部管道。只供学习与交流

时分及内补5min5min2222s12资料收集于网络，如有侵权请系网站删除连续性方程的推导以1-1′、′截面以及管内壁为衡算范围，在管路中流体没有增加和漏失的情况下，根据物料衡算，单位时间进入截1-1的流体质量与单位时间流出截′的流体质量必然相等，即W=Ws1

或

推广至任意截面

Au上式均称为连续性方程，表明在定态流动系统中，流体流经各截面时的质量流量恒定。对不可压缩流体，常数，连续性方程可写为数表明不可压缩性流体流经各截面时的体积流量也不变与管截面积成反比面积越小，流速越大；反之，截面积越大，流速越小。对于圆形管道，上式可变形为AAd

上式说明不可压缩流体在圆形管道中，任意截面的流速与管内径的平方成反比。[举例]【例】[板书四、稳定流动系统的机械能守恒——柏努利方程[讲述柏努利方程反映了流体在流动过程中，各种形式机械能的相互转换关系。．总量衡算如图所示的定态流动系统中，流体-1′截面流入，′截面流出。

50min衡算范围：′、′截面以及管内壁所围成的空间衡算基准：流体基准水平面0-0水平面流体的机械能有以下几种形式：只供学习与交流1u1e1u1e资料收集于网络，如有侵权请系网站删除（1内能贮存于物质内部的能量。1流体具有的内能，其单位为/kg。（2位能流体受重力作用在不同高度所具有的能量称为位能。将质量的流体自基准水平面0′升举到处所做的功，即为位能。位能=mgz的流体所具有的位能为zg，其单位为J/kg（3动能流体以一定速度流动，便具有能。动能=

kg的流体所具有的动能为，单位。（4静压能在静止流体内部，任一处都有静压力，同样，在流动着的流体内部，任一处也有静压力。如果在一内部有液体流动的管壁面上开一小孔，并在小孔处装一根垂直的细玻璃管，液体便会在玻璃管内上升，上升的液柱高度即是管内该截面处液体静压力的表现，如图2所示。对于-4的流动系统，由于在1′截面处流体具有一的静压力，流体要通过该截面进入系统，就需要对流体做一定的功，以克服这个静压力。换句话说，进入截面后的流体，也就具有与此功相当的能量，这种能量称为静压能或流动功。质量为体积为V的体通过-1′截面所需的作用力F=pA流推入管内所111走的距V/A，故与此功相当的静压能1静压能=

V1的流体所具有的静压能为1m

，其单位为/kg。以上三种能量均为流体在截面处所具有的机械能，三者之和称为某截面上的总机械能。此外，流体在流动过程中，还有通过其它外界条件与衡算系统交换的能量：（5热若管路中有加热器冷器等流体通过时必与之换热设换热器向1kg流体提供的热量为，单位为/kg。（6外功在图2-4的流动系统中，还有流体输送机械（泵或风机）向流体作功流体从流体输送机械所获得的能量称为外功或有效功，表示，其单位J。e只供学习与交流ee1efee1ef1ppW122122资料收集于网络，如有侵权请系网站删除根据能量守恒原则，对于划定的流动范围，其输入的总能量必等于输出的总能量。在图2中，在-1′截面与-2′截面之间的衡算范围内有Ug

12pqgu2

22或W

在以上能量形式中，可分为两类：机械能，即位能、动能、静压能及外功，可用于输送流体；内能与热：不能直接转变为输送流体的机械能。[板书二、常见流体输送问题的分析与处理[讲述（一）实际流体的机械能衡算（1以单位质量流体为基准

假设流体不可压缩，则v12

1

；流动系统无热交换，则

e

；流体温度不变，则U。因实际流体具有粘性，在流动过程必消耗一定的能量。根据能量守恒原则，能量不可能消失，只能从一种形式转变为另一种形式，这些消耗的机械能转变成热能，此热能不能再转变为用于流体输送的机械能，只能使流体的温度升高。从流体输送角度来看，这些能量是“损失”掉了。1流体损失的能量用W表，其单位为/kg式（2-2）简化为z

2p1p2Wu2

f

（）式（2-3）为不可压缩实际流体的机械能衡算式，其中每项的单位均。（2以单位重量流体为基准将式（）各项同除重力加速度g

g

1e2uzug

f令

g

，

f

f则

z

p1ug2

pu

f

（）上式中各项的单位均为

/N

N表示单位重量1N流体所具有的能量。虽然各项的单位m与长度的单位相同但在里应理解液柱其物理意义是指单只供学习与交流1u1u资料收集于网络，如有侵权请系网站删除位重量的流体所具有的机械能。习惯上、

2

p、分别称为位压头、动压头静压头，三者之和称为总压头为压头损失H为位重量的流体从流体输送机械所fe获得的能量，称为外加压头或有效压头。（二）理想流体的机械能衡算理想流体是指没有粘性（即流动中没有摩擦阻力）的不可压缩流体。这种流体实际上并不存在，是一种假想的流体，但这种假想对解决工程实际问题具有重要意义。对于理想流体又无外功加入时，式）、式（）分别简化为g

1u2

pu

（）z

1pzu

（）通常式2-4、（）为柏努利方程式，式2-3、（）是柏努利方程的引申，习惯上也称为柏努利方程式。柏努利方程的讨论（1如系统中的流体处于静止状态则=0没流动自没有能量损失，Σ，然也不需要外加功W，柏努利方程变为f

pg上式即为流体静力学基本方程式此可见努利方程除表示流体的运动规律外，还表示流体静止状态的规律体的静止状态只不过是流体运动状态的一种特殊形式。（2柏努利方程式）、（2-4a）表明理想流体在流过程中任意截面上总机械能、总压头为常数，即12数2

但各截面上每种形式的能量并不一定相等们之间可以相互转换图2-6清楚地表明了理想流体在流动过程中三种能量形式的转换关系。′截面到-2′截面，由于管道截面积减小，根据连续性方程，速度增加，即动压头增大，同时位压头增加，但因总压头为常数，因此-2′截面处静压头减小也1′截面的静压头转变为2-2面的动压头和位压头。（3在柏努利方程式中、、2

分别表示单位质量流体在某截面上所具有的位能、动能和静压能，也就是说，它们是状态参数；Σ是指单位质流体在ef两截面间获得或消耗的能量，可以理解为它们是过程的函数W是送设备对1流体e只供学习与交流eem资料收集于网络，如有侵权请系网站删除所做的功，单位时间输送设备所作的有效功，称为有效功率We实际上，输送机械本身也有能量转换效率，则流体输送机械实际消耗的功率应为N

N（4适于不可压缩性流体对于可压缩性体当取系统中两截面间的绝对压pp力变化率小2，即p面的平均密度ρ代。板书

时，仍可用该方程计算，但式中的密ρ应两截

min五、柏努利方程的应用[讲述在用柏努利方程解题时，解题时需注意以下几个问题：[举例]【例2-6】容器相对位置的计算【例2-7】管内体压力的计算【例2-8】流体送机械功率的计算第部课后小结在化工生产中，物料的输送都涉及到流体流动系统，各截面上的温度、压力、流速

3min等物理量仅随位置变化，而不随时间变化。所以了解流动形态变化是解决流体在管路中2min流动的关键。第部布置业布置作业预习下次课内容教学反思教研室主任签字

累计课时只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请系网站删除酒泉职业技学院《化工元操作》学领域教案学习情境二流输送过程课题

专业

石油化工生产技术任务三、流体输送时的流动阻力班级授课日期教学及参考资料教学地点

级油化工生产技术、班朱艳化工单元操作.天大学出版社陆娟，张浩化工原.学工业出版逸夫教学楼115教室

人数周次教学仪器设备课时

背投、课件学习目标教学重点教学难点教学难点解决教学方法

知识目标：掌握流体阻力的产生原因了解流动系统中能量损失。能力目标：会分析流动阻力的产生原因及影响因素；概括流体性质。素质目标：踏实、认真的学习态度；对所学结果进行自我评价、自我学习的能力；培养分析问题、解决问题的能力；明确职业岗位所处的位置，不断提升自身职业能力。流体阻力的产生原因雷诺实验伯努利方程式应用通过多种教学方法并用，举例让学生深入体会以展、黑板讲授相结合为主，启发、提问、讨论等多种方法相结合。教学组织及时间分配教学组织第一部分：组织教学、清点人数第二部分：新课导入只供学习与交流

时间分配（min）资料收集于网络，如有侵权请系网站删除第三部分：新课讲授（具体时间分配在教学具体实施过程中注明）第四部分：课堂小结第五部分：布置作业

教具实过第部：织学清人[组织教、点数点名、查看学生上课出勤情况[展示“习问找生答题]柏利方程式的几种通式？第部：课入柏努利方程与连续性方程是解决流体流动问题的基础，应用柏努利方程，可以解决流体输送与流量测量等实际问题。第部：课授[展示课、绍生本课要握知、能、养标[板书一、流动阻力产生的原因[讲述]（一）流体的粘度．牛顿粘度定律流体的典型特征是具有流动性，但不同流体的流动性能不同，这主要是因为流体内部质点间作相对运动时存在不同的内摩擦力。这种表明流体流动时产生内摩擦力的特性称为粘性性是流动性的反面流体的粘性越大其流动性越小。流体的粘性是流体产生流动阻力的根源。如图所示，设有上、下两块面积很大且相距很近的平行平板，板间充满某种静止液体。若将下板固定，而对上板施加一个恒定的外力，上板就以恒定速沿x方向运动。若u小两板间的液体就会分成无数平行的薄层而运动附在上板底面下的一薄层流体以速度u随上板运动，其下各层液体的速度依次降低，紧贴在下板表面的一层液体，因粘附在静止的下板,其度为零，两平板间流速呈线性变化。对任意相邻两层流体来说，上层速度较大，下层速度较小，前者对后者起带动作用，而后者对前者起拖曳作用，流体层之间的这种相互作用，产生内摩擦，而流体的粘性正是这种内摩擦的表现。平行平板间的流体，流速分布为直线，而流体在圆管内流动时，速度分布呈抛物线形，如图所示。

时分及内补25min只供学习与交流....-32....-32资料收集于网络，如有侵权请系网站删除实验证明对一定的流体内擦与流体层的速度差成比两层之间的垂直距d成反比，与两层间的接触面A成正比，即

d式中：——内摩擦力Nd

——法向速度梯度与体动方向相垂直y向流体速度的变化率；μ——比例系数，称为流体的粘度或动力粘·。一般，单位面积上的内摩擦力称为剪应力，τ表示，单位，则上式变为

du上两式称为牛顿粘性定律，表明流体层间的内摩擦力或剪应力与法向速度梯度成正比。剪应力与速度梯度的关系符合牛顿粘性定律的流体，称为牛顿型流体，包括所有气体和大多数液体；不符合牛顿粘性定律的流体称为非牛顿型流体，如高分子溶液、胶体溶液及悬浮液等。本章讨论的均为牛顿型流体。流体的度粘度的物理意义流流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力。粘度是反映流体粘性大小的物理量。粘度也是流体的物性之一，其值由实验测定。液体的粘度，随温度的升高而降低，压力对其影响可忽略不计。气体的粘度，随温度的升高而增大，一般情况下也可忽略压力的影响，但在极高或极低的压力条件下需考虑其影响。在国际单位制下，其单位为

dudy

Pamm在一些工程手册中，粘度的单位常常用物理单位制下（厘泊）表示，它们的换算关系为1cP＝10·运动粘度流的粘性还可用粘μ与密ρ的比值表示，称为运动粘度，以符号ν表，即

其单位/s。（二）流动阻力产生的原因只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请系网站删除流阻力产生的内因流动阻力产生的外因影响流动阻力大小的因素（三）流体流动型态雷诺实

水箱装有溢流装置，以维持水位恒定，箱中有一水平玻璃直管，其出口处有一阀门45min用以调节流量。水箱上方装有带颜色的小瓶，有色液体经细管注入玻璃管内。从实验中观察到，当水的流速从小到大时，有色液体变化如所。实验表明，流体在管道中流动存在两种截然不同的流型。两种流类型层流（或滞流）如所示，流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合；湍流（或紊流）如所示，流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。流动类的判断——雷诺准数流体的流动类型可用雷诺R判断。

d

准是一个无因次的数群。大量的实验结果表明，流体在直管内流动时，当≤时，流动为层流，此区称为层流区；当≥时，一般出现湍流，此区称为湍流区；当2000<时流动可能是层流，也可能是湍流，与外界干扰有关，该区称为不稳定的过渡区。雷诺数的物理意义反了流体流动中惯性力与粘力的对比关系，标志流体流动的湍动程度。其值愈大，流体的湍动愈剧烈，内摩擦力也愈大。层流与流的区别流体内部质点运动方式不同流体流动速度分布不同流体栽植关内的流动形态不同湍流时层流内层和过渡层第部课后小结柏努利方程与连续性方程是解决流体流动问题的基础，应用柏努利方程，可以解决3min流体输送与流量测量等实际问题。在用柏努利方程解题时，一般应先根据题意画出流动系统的示意图，标明流体的流动方向，定出上、下游截面，明确流动系统的衡算范围。只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请系网站删除第部布置业布置作业预习下次课内容

2min教学反思教研室主任签字

累计课时只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请系网站删除酒泉职业技学院《化工元操作》学领域教案学习情境二流输送过程课题

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石油化工生产技术任务三、流体输送时的流动阻力班级授课日期教学及参考资料教学地点

级油化工生产技术、班朱艳化工单元操作.天大学出版社陆娟，张浩化工原.学工业出版逸夫教学楼115教室

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背投、课件学习目标教学重点教学难点教学难点解决教学方法

知识目标：掌握流型判据的方法掌握流动阻力的计算；了解研究流体流动阻力的意义。能力目标：会根据实验判据流体流型；会分析流体在管内流动阻力的形成原因，想出解决办法。素质目标：踏实、认真的学习态度；对所学结果进行自我评价、自我学习的能力；培养分析问题、解决问题的能力；明确职业岗位所处的位置，不断提升自身职业能力。流体流型判据流动阻力的计算流体在不同种类管内的计算通过多种教学方法并用，举例让学生深入体会以展、黑板讲授相结合为主，启发、提问、讨论等多种方法相结合。教学组织及时间分配教学组织第一部分：组织教学、清点人数只供学习与交流

时间分配（min）资料收集于网络，如有侵权请系网站删除第二部分：新课导入第三部分：新课讲授（具体时间分配在教学具体实施过程中注明）第四部分：课堂小结第五部分：布置作业

教具实过第部：织学清人[组织教、点数点名、查看学生上课出勤情况[展示“习问找生答题]雷实验说明了什么问题？？第部：课入雷诺揭示了重要的流体流动机理根据流速的大,流有两中不同的形态当流体流速较小时，流体质点只沿流动方向作一维的运动，与其周围的流体间无宏观的混合即分层流动这种流动形态称为层流或滞流。流体流速增大到某个值后，流体质点除流动方向上的流动外，还向其它方向作随机的运动，即存在流体质点的不规则脉动，这种流体形态称为湍流。第部：课授[展示课、绍生本课要握知、能、养标[板书二、流动阻力的计算[讲述（一）直管阻力阻的表现形式如图所示，流体在水平等径直管中作定态流动。在1-1′和-2′截面间列柏努利程，

时分及内补45min1p1pgu2

f因是直径相同的水平管，

z

f

pp

若管道为倾斜管，则只供学习与交流f4Ff4F122(p)资料收集于网络，如有侵权请系网站删除W(

pg))由此可见，无论是水平安装，还是倾斜安装，流体的流动阻力均表现为静压能的减少，仅当水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。直管阻的通式在图中，对1′和2′截面间流体进行受力分析：p由于两截面压力差而产生的推动力为，流体流动方向相同流体在管壁处的摩擦力为，与流体流动方向相反。流体在管内作定态流动，在流动方向上所受合力必定为零。(p)4整理得

1

4l

Wf

4ld

实验证明同种流体在管径和官相同的情况下流流动的能量损失随流速的增大而增大流动阻力与流速有关此式变形能量损失

f

u表示为动能的某一倍数。

ld令

则

f

ld式为流体在直管内流动阻力的通式，称为范宁）公式。式中称为摩擦系数或摩擦因数，与流体流动及管壁状况有关。根据柏努利方程的其它形式，也可写出相应的范宁公式表示式：

为无因次系数，压头损失

hf

ludg压力损失

f

l值得注意的是压损失

f

是流体流动能量损失的一种表示形式两截面间的压力差意不同，只有当管路为水平时，二者才相等。应当指出，范宁公式对层流与湍流均适用，只是两种情况下摩擦系数不同。以下对层流与湍流时摩擦系数只供学习与交流

分别讨论。ff21ff21资料收集于网络，如有侵权请系网站删除层时的摩擦系数流体在直管中作层流流动时，管中心最大速度如式所示。将平均速度

及

R

d2

代入上式中，可得

()

以上推导是基于管路水平安装，因此

p)f

，即

f

32d式称为哈根泊谡叶）程，是流体在直管内作层流流动时压力损失的计算式。流体在直管内层流流动时能量损失或阻力的计算式为表明层流时阻力与速度的一次方成正比。也可改写为

W

322

2l64ldd2将上两式比较，可得层流时摩擦系数的计算式即层流时摩擦系λ是雷诺Re的函数。．湍流时的摩擦系数

64层流区（Re≤2000λ与无与为线关系即

64Re

此

uf

，即与的一次方成正比。f过渡区）在此区域内层流或湍流λRe线均可应用，对于阻力计算，宁可估计大一些，一般将湍流时的曲线延伸，以查λ值湍流区Re≥4000以虚线以下的区域），与e、d都关，当一定时，λ随Re的增大而减小，增至某一数值后，λ下缓；e一定时λ随的增加而增大。

完全湍流区（虚线以上的区域，此区域内各曲线都趋近于水平线，λ与Re无关

有关于特定管路

一定为数直管阻力通式可知

f

u

2

，所以此区域又称为阻力平方区。从图中也可以看出，相对粗糙愈，达到阻力平方区的值愈低。[举例【例2-5】P69非形管道的流动阻力对于非圆形管内的湍流流动，仍可用在圆形管内流动阻力的计算式，但需用非圆形管道的当量直径代替圆管直径。当量直径定义为

mind4

润湿周边长度

＝4

A对于套管环隙，当内管的外径，管的内径d时其当量直径为124

2

d2

1只供学习与交流ffflfffffflfff资料收集于网络，如有侵权请系网站删除对于边长分别为、b的矩形管，其当量直为ab2abd2(a)在层流情况下，当采用当量直径计算阻力时，还应对式2-22进行修正，改写为

Re

式中C为因次常数。[板书（二）局部阻力[讲述局部阻力有两种计算方法：阻力系数法和当量长度法。阻力系法克服局部阻力所消耗的机械能，可以表