化工流体流动与流体输送机械概述

化工基础(上)

FundamentalsofChemicalEngineering吴卫生

博士、副教授上海交通大学化工系（化学楼218室）Tel-mail:wuws@科学和化工、化学科学的十二大类：哲学、经济学、历史学、农学、医学、管理学、理学、工学、军事学、法学、文学、教育学。化学工程与技术为隶属工学的一级学科，包含五个二级学科：化学工程、化学工艺、应用化学、生物化工和工业催化化学为隶属理学的一级学科，包含五个二级学科：有机化学、无机化学、分析化学、物理（理论）化学和高分子化学与物理

化学工程与技术研究以化学工业为代表的各类过程工业中有关化学过程与物理过程的基本规律和应用技术的工程技术学科。本学科以过程工业为背景和研究对象，学科内容体现基础和应用并重，包括基础理论、基本方法和基本实验技术，产品研制、工艺开发、过程设计、系统模拟与优化和操作控制等。过程工业与加工工业的区别比较项目过程工业加工工业物质结构和形态实现方法所依靠设备产品计量变化各种反应及分离过程釜、罐、塔器、泵质量或体积（千克、吨、升等不变化不同的加工工序适当的设备件数（片、支、粒等）化学工程与技术的五个二级学科化学工程：研究各类化学过程和物理过程的一般原理、共性规律、工程基础和应用技术；化学工艺：研究化学品的精化原理、生产原理、产品开发、工艺实施、过程设计和优化；生物化工：研究有生物体或生物活性物质参与的过程的基本原理和工程技术问题；应用化学：研究精细化学品、专用化学品、功能材料及器件等的制备原理和工艺技术；工业催化：研究催化剂和催化反应过程的理论基础及其设计、开发和工业应用。化学工业的发展简史

1746年铅室法制取硫酸，世界上第一个化工厂1791年路布兰制碱法1861年索尔维制碱法1862年硝化甘油炸药投入生产1905年哈伯合成氨法1929年青霉素被发现1934年高压聚乙烯被制成1939年尼龙66工业化1941年侯氏联合制碱法1957年聚四氟乙烯纤维的投产化学工业的特点化学工业与人类的生存与发展息息相关原料、工艺和产品的多样性技术密集型能源密集型资金密集型化学工业的发展趋势产品精细化化学工业和生物技术结合煤化工的兴起新材料的研究与开发化学工业的分类（中国）

化学矿无机盐有机化工原料化学肥料化工农药合成纤维单体涂料、颜料染料及其中间体感光和磁性材料化学试剂石油化工化学医药合成树脂和塑料酸、碱合成橡胶催化剂、试剂和助剂煤化工橡胶制品化工机械化工新型材料化工生产过程

将原料（RawMaterials）

通过物理或化学方法

转变成

产品(Products)化学反应：使物质的结构、组成或性质发生变化单元操作（UnitOperation)：只有物理性质的变化，不涉及化学反应常见的单元操作：流体输送；物料的加热和冷却；蒸发；蒸馏；吸收；萃取；干燥、结晶等单元操作的理论基础：

“三传”：动量(Momentum)、热量(Heat)和质量(Mass)传递(Transfer)

相平衡：PhaseEquilibrium物料衡算、能量衡算和过程速率物料衡算(MassBalance)：输入物料量=输出物料量+累积物料量

稳态过程：输入物料量=输出物料量能量衡算(EnergyBalance)：

输入能量=输出能量+系统累积能量

稳态过程：输入能量=输出能量过程速率=过程推动力/过程阻力本课程的教学内容单元操作54学时化学反应工程基础18学时化工热力学基础18学时第一章流体流动(FluidFlow)流体输送：

化工过程中最普遍的单元操作之一本章的研究内容（对象）：

压力、功率、流量等流体流动：内部存在相对运动；质点运动的总和质点：大量分子的聚集体刚体运动：内部不存在相对运动第一节流体静止的基本方程

（流体静力学）流体的密度（density)、比重(specificgravity)和比容(specificvolume)

密度：单位体积流体的质量，

比重：某物质的密度对水的密度之比

比容：单位质量物质的体积，压力（压强）

表压＝绝对压力－大气压真空度＝大气压－绝对压力流体静力学基本方程式描述静止流体内部压强随位置高低变化的规律（数学表达式）在静止的连续的同一流体内等高处压强相等流体静力学基本方程式的应用

——液柱压差计U型压差计双液体U型压差计倾斜U型压差计串联U型压差计第二节流体流动的基本方程流量与流速稳定流动与非稳定流动总质量衡算—连续性方程总能量衡算机械能衡算—柏努利方程柏努利方程的应用流量与流速（Flux&Velocity）体积流量（VolumeFlux）：

Vs=V/θ

（单位时间流过管路任一截面的流体体积）质量流量(MassFlux)：ms=m/θ(单位时间流过管路任一截面的流体质量）

流速(Velocity)：u=Vs/A(体积流量除以管截面所得的平均速度）

质量流速(MassVelocity)：G=ms/A(质量流量与管截面的比值）

稳定流动（SteadyFlow）—p、ρ、z等物理量不随时间θ变化不稳定流动（UnsteadyFlow）—p、ρ、z等物理量随时间θ变化总质量衡算(MassBalance)

—连续性方程(Equation

ofContinuity)ms1=ms2u1A1ρ1=u2A2ρ2或uAρ＝常数若ρ为常数，则u1A1＝u2A2=常数总能量衡算

(EnergyBalance)H1+gz1+u12/2+qe+we=H2+gz2+u22/2△H+g△z+△(u2)/2=qe+we机械能衡算（MechanicalEnergyBalance）

—柏努利方程(BernoulliEquation)三个假定：

1.流体不可压缩v1=v2=v=1/ρ；

2.无热交换qe=0；

3.流体温度不变U1=U2gz1+u12/2+p1/ρ+we=gz2+u22/2+p2/ρ+wf

z1+u12/2g+p1/ρg+he=z2+u22/2g+p2/ρg+hf△h=he–hf(h=z+u2/2g+p/ρg)△z+△(u2)/2+△p/ρg=0或△h=0(we=0;wf=0)

理想流体

BernoulliEq.的应用流体流动中，各种形式的机械能可以相互转化，流体接受外功(he)可以转变为机械能，而部分机械能因克服阻力而被消耗（hf）；机械能可以用压头[m]表示；△h=h2-h1=he-hf静止流体，u1=u2=0he=0hf=0则z1+p1/ρg=z2+p2/ρg(流体静力学方程)第三节

流体流动现象粘度流动型态管内流动的速度分布边界层简介第四节

管内流动的阻力损失阻力损失的直观表现—压力降因次分析法流体流动阻力损失中的无因次数群（准数）范宁公式摩擦因数非圆形管的摩擦损失局部阻力损失阻力损失的直观表现—压力降满足以下条件：

z1=z2(水平）；u1=u2（等径）；we=0（无外功）△pf=p1-p2=ρwf=ρghf

(p1>p2)

△pf：

压力损失；hf：压头损失；wf：单位质量流体的机械能损失因次分析法因次一致性原则：凡是根据基本物理规律导出的物理量方程，其中各项的因次必然相同。π定理（Buckingham定理）：某一物理现象中存在n个物理量，这些物理量涉及有m个基本单位，那么，这一物理现象可由n-m个无因次数群π1,π2,...,πn-m所组成的函数关系式表示，即F(π1,π2,...,πn-m)=0流体流动阻力损失中的无因次数群（准数）阻力损失△pf与以下物理量有关：d、l、u、ρ、μ、e（粗糙度）共有7个物理量：△pf

、d、l、u、ρ、μ、e基本单位有3个：kg、m、s根据π定理，存在7-3=4个无因次数群:

Eu=△pf

/(ρu2)

表征压力与惯性力之比

l/d

反映管子的几何特性

Re=duρ/μ

反映流体的湍动程度

e/d

相对粗糙度，反映管壁的几何特性范宁（Fanning）公式摩擦因数λ层流：湍流：非圆形管的摩擦损失当量直径：

局部阻力损失局部阻力损失计算式：局部阻力系数：总阻力（直管损失+局部损失）第五节管路计算依据：

<1>连续性方程：ms1=ms2i.e.u1A1ρ1=u2A2ρ2

<2>BernoulliEq.:gz1+u12/2+p1/ρ+we=gz2+u22/2+p2/ρ+wfi.e.z1+u12/2g+p1/ρg+he=z2+u22/2g+p2/ρg+hf<3>阻力计算式：直管：wf=λ(l/d)(u2/2)i.e.hf=λ(l/d)(u2/2g)局部：wf=ζ(u2/2)i.e.hf=ζ(u2/2g)总：Σwf=(λ(l/d)+Σζ)(u2/2)=λ(l+Σle)/d(u2/2)i.e.Σhf=λ(l/d)(u2/2g)=λ(l+Σle)/d(u2/2g)简单管路没有分支或汇合特点：

质量流量保持不变；总阻力损失为各段损失之和。复杂管路存在分支或汇合

分支管路汇合管路并联管路特点：

总管流量等于各分支管流量之和；对任一支管而言，分支前及汇合后的总压头皆相等。可压缩流体的管路计算（简单了解）简化计算法第六节流量测定

（FluxMeasurement)流量计：差压流量计、截面流量计差压流量计：皮托管、孔板、文丘里截面流量计：转子流量计差压流量计：等截面、变压差节流口面积不变，流体流经节流口所产生的△p随V而变，通过测定△p间接测定流量V。转子流量计：变截面、等压差流体流经节流口（环隙）的△p恒定，而节流口的面积不断变化。皮托管（PitotTube)测定管道截面上某一点的速度孔板(OrificePlate)测定平均速度和流量文丘里(VenturiTube)孔板的改进型转子流量计(Rotameter)收缩口面积可变的孔板第二章流体输送机械流体输送机械：向流体作功，提高机械能能量转换装置主要是流体静压头的增加，还有动压头的增加等流体输送机械（分类）：泵：输送液体风机、压缩机：输送气体本章的研究内容：各种流体输送机械（主要是离心泵）的操作原理、基本构造与性能、选型等第一节离心泵操作原理、构造和类型理论压头与实际压头有效功率、轴功率和效率特性曲线工作点和流量调节安装高度选用、安装与调节操作原理、构造和类型基本工作原理：利用高速旋转的叶轮产生离心力，不断吸入和排出液体气缚：泵壳内存在气体，真空度不够，吸不上液吸入管路安装止逆阀，保证启动前泵内充满液体离心泵的主要构件：叶轮和泵壳叶轮：产生离心力，将机械能传递给液体，增加液体的静压头泵壳：汇集液体，将一部分动能转变为静压能操作原理、构造和类型（续）离心泵的类型按叶轮数目划分：单级泵：叶轮只有一个多级泵：叶轮有n个按输送液体的不同划分：水泵油泵耐腐蚀泵杂质泵离心泵的理论压头与实际压头理想状况：

<1>叶轮内叶片数目无穷多，液体沿叶片弯曲表面流动，且无倒流

<2>液体粘度为零，即没有阻力损失离心泵基本方程：离心泵的理论压头与流量、转速间的关系式：离心泵的理论压头与实际压头(续）压头损失(Hl)：<1>涡流损失<2>阻力损失<3>冲击损失实际压头(H)=理论压头(H∞)—压头损失(Hl)离心泵的有效功率、轴功率和效率有效功率：轴功率：离心泵的特性曲线固定转速、清水条件下，H、N、η与Q的关系共同特点：<1>压头随流量的增大而下降<2>功率随流量增大而上升（离心泵启动时应关闭出口阀）<3>效率随流量的增大而上升，达到最大值后下降（离心泵铭牌上标明的是最大效率下的值）离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点由离心泵的特性与管路的特性共同决定离心泵的特性曲线：H~Q管路的特性曲线：he=△z+△p/ρg+f(Q)流量调节措施之一：阀门调节流量调节措施之二：改变转速离心泵的安装高度汽蚀汽蚀余量允许吸上真空度允许安装高度离心泵的选用、安装与操作气体输送与压缩机械主要作用：<1>气体输送—通风机、鼓风机<2>产生高压气体—压缩机<3>产生真空—真空泵要求简单了解各种气体输送与压缩机械的工作原理、基本结构及特点

谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH安全注射与职业防护PART01一、安全注射二、职业防护主要内容安全注射阻断院感注射传播让注射更安全！《健康报》

别让输液成为一个经济问题有数据显示，是世界最大的“注射大国”。2009年我国平均每人输液8瓶，远远高于国际上人均2.5—3.3瓶的平均水平。我国抗生素人均消费量是全球平均量的10倍。因此我国被称为：

“输液大国、抗生素大国和药品滥用大国”。2016年国家十五部委重拳出击

遏制细菌耐药《阻断院感注射传播，让注射更安全（2016-2018年）》专项工作指导方案量化指标医疗卫生机构安全注射环境、设施条件、器具配置等合格率100%医务人员安全注射培训覆盖率100%规范使用一次性无菌注射器实施注射100%（硬膜外麻醉、腰麻除外）医疗卫生机构对注射后医疗废物正确处理率100%医疗卫生机构内部安全注射质控覆盖率100%医务人员安全注射知识知晓率≧95%医务人员安全注射操作依从性≧90%医务人员注射相关锐器伤发生率较基线下降≧20%相关内容基本概念安全注射现况不安全注射的危害如何实现安全注射意外针刺伤的处理

基本概念

注射

注射是指采用注射器、钢针、留置针、导管等医疗器械将液体或气体注入体内，达到诊断、治疗等目的的过程和方法。包括肌内注射、皮内注射、皮下注射、静脉输液或注射、牙科注射及使用以上医疗器械实施的采血和各类穿刺性操作。

基本概念

符合三个方面的要求：对接受注射者无危害；对实施者无危害；注射后的废弃物不对环境和他人造成危害。不安全注射发生率东欧：15%中东：15%亚州：50%印度：50%中国：50%对我国某地3066个免疫接种点的调查表明:一人一针一管的接种点为33.5％一人一针的接种点为62.1％一人一针也做不到的接种点......

目前情况

不安全注射

没有遵循上述要求的注射常见不安全注射-对接受注射者不必要的注射注射器具重复使用注射器或针头污染或重复使用手卫生欠佳注射药品污染不当的注射技术或注射部位医用纱布或其他物品中潜藏的锐器常见不安全注射-对接受注射者减少不必要的注射是防止注射相关感染的最好方法据调查，从医疗的角度来说，有些国家高达70％的注射不是必须的应优先考虑那些同样能达到有效治疗的其他方法口服纳肛不安全注射-对实施注射者采血技术欠佳双手转移血液不安全的血液运输手卫生欠佳废弃锐器未分类放置不必要的注射双手针头复帽重复使用锐器锐器盒不能伸手可及患者体位不当不安全注射-对他人不必要的注射带来过多医疗废物医疗废物处置不当废弃锐器置于锐器盒外与医用纱布混放放在不安全的处置地点—如走廊中容易拌倒废物处理者未着防护用品（靴子，手套等）重复使用注射器或针头最佳注射操作注射器材和药物注射器材药物注射准备注射管理锐器伤的预防废物管理常规安全操作手卫生手套其他一次性个人防护装备备皮和消毒清理手术器械医疗废物二次分拣2023/7/6Dr.HUBijie752023/7/611/05/0975锐器盒摆放位置不合适，放在地上或治疗车下层头皮针入锐器盒时极易散落在盒外，医废收集人员或护士在整理过程中容易发生损伤不正确使用利器盒绝大部分医务人员对安全注射的概念的理解普遍仅局限于“三查七对”，因此安全注射的依从率也非常低。安全注射现况滥用注射导致感染在口服给药有效的情况下而注射给药临床表现、诊断不支持而使用注射治疗

由于滥用注射，导致感染的发生几率明显增加。安全注射现况注射风险外部输入风险：注射器具、药品、材料等产品质量；非正确使用信息，非正规或正规培训传递错误信息，非合理用药及操作习惯等。内部衍生风险：注射的“过度”与“滥用”、非正确的注射、未达标的消毒灭菌、被相对忽略的职业暴露、不被关注的医疗废物管理。

安全注射现况

当前院感注射途径传播的高风险因素使用同一溶媒注射器的重复使用操作台面杂乱，注射器易污染注射后医疗废物管理欠规范---注射器手工分离与二次分捡

对患者的危害-------传播感染

是传播血源性感染的主要途径之一，也是不安全注射的最主要危害。注射是医院感染传播的主要途径之一！不安全注射的危害导致多种细菌感染，如脓肿、败血症、心内膜炎及破伤风等。败血症破伤风心内膜炎脓肿不安全注射

不安全注射的危害

对医务人员的影响

针刺伤：每年临床约有80.6%-88.9%的医务人员受到不同频率的针刺伤！原因：防护意识薄弱、经验不足、操作不规范、防护知识缺乏。

不安全注射的危害

对社会的危害

拿捡来的注射器当“玩具”

不安全注射的危害

如何实现安全注射三防：人防、技防、器防四减少：减少非必须的注射操作减少非规范的注射操作减少注射操作中的职业暴露减少注射相关医疗废物

如何实现安全注射

重视环境的准备警惕锐器伤正确物品管理严格无菌操作熟悉操作规程执行手卫生安全注射

如何实现安全注射

进行注射操作前半小时应停止清扫地面等工作。避免不必要的人员活动。严禁在非清洁区域进行注射准备等工作。应在指定的不会被血液和体液污染的干净区域里，进行注射准备。当进行注射准备时，必须遵循以下三步骤：1.保持注射准备区整洁、不杂乱，这样可以很容易清洁所有表面2.开始注射前，无论准备区表面是否有血液或体液污染，都应清洁消毒。3.准备好注射所需的所有器材：-无菌一次性使用的针头和注射器-无菌水或特定稀释液等配制药液-酒精棉签或药棉-锐器盒重视环境的准备手卫生之前先做脑卫生！观念的改变非常重要！安全注射，“手”当其冲！认真执行手卫生工作人员注射前必须洗手、戴口罩，保持衣帽整洁；注射后应洗手。操作前的准备注射前需确保注射器和药物处于有效期内且外包装完整。操作前的准备给药操作指导单剂量药瓶——只要有可能，对每位患者都使用单剂量药瓶，以减少患者间的交叉污染多剂量小瓶——如果别无选择，才使用多剂量药瓶-在对每个患者护理时，每次只打开一个药瓶-如果可能，一个患者一个多剂量药瓶，并在药瓶上写上患者姓名，分开存储在治疗室或药房中-不要将多剂量药瓶放在开放病房中，在那里药品可能被不经意的喷雾或飞溅物污染药物准备给药操作指导丢弃多剂量药瓶：-如果已失去无菌状态-如果已超过有效日期或时间（即使药瓶含有抗菌防腐剂）-如果打开后没有适当保存-如果不含防腐剂，打开超过24小时，或制造商建议的使用时间后-如果发现未注明有效日期、储存不当，或药品在不经意间被污染或已知道被污染（无论是否过期）药物准备给药操作指导具有跳起打开装置的安瓿瓶——只要有可能，就使用具有跳起打开装置的安瓿瓶，而不是需要金属锉刀才能打开的安瓿瓶如果是需要金属锉刀才能打开的安瓿瓶，在打开安瓿瓶时，需使用干净的保护垫（如一个小纱布垫）保护手指药物准备准备好注射所需的所有器材：-无菌一次性使用的针头和注射器-无菌水或特定稀释液等配制药液-酒精棉签或药棉-锐器盒注射准备对药瓶隔膜的操作步骤在刺入药瓶前用蘸有70%乙醇棉签或棉球擦拭药瓶隔膜（隔层），并在插入器材前使其晾干每次插入多剂量药瓶都要使用一个无菌注射器和针头不要把针头留在多剂量药瓶上注射器和针头一旦从多剂量药瓶中吸出药品并拔出，应尽快进行注射注射准备贴标签多剂量药瓶配制后，应在药瓶上贴上标签：-配制日期和时间药物的种类和剂量-配制浓度-失效日期和时间-配制者签名对于不需要配制的多剂量药品，贴上标签：-开启日期和时间-开启者名字和签名注射准备皮肤消毒剂在有效期内使用。严格落实皮肤消毒的操作流程（以注射点作为中心，自内向外，直径5cm以上）。一人一针一管一用，禁止重复使用。熟悉操作规程，严格无菌操作使用同一溶媒配置不同药液时，必须每次更换使用未启封的一次性使用无菌注射器和针头抽取溶媒。必须多剂量用药时，必须做到一人一针一次使用。熟悉操作规程，严格无菌操作熟悉操作规程，严格无菌操作红圈标注地方绝对不能碰触！××熟悉操作规程，严格无菌操作皮肤消毒后不应再用未消毒的手指触摸穿刺点！皮肤消毒后应完全待干后再进行注射！熟悉操作规程，严格无菌操作现配现用药液抽出的药液、开启的静脉输入用无菌液体须注明开启日期和时间，放置时间超过2小时后不得使用；启封抽吸的各种溶媒超过24小时不得使用。药品保存应遵循厂家的建议，不得保存在与患者密切接触的区域，疑有污染或保存不当时应立即停止使用，并进行妥善处置。

熟悉操作规程，严格无菌操作

2小时内：——输注类药品；

24小时内：

——溶媒启封抽吸后；

——灭菌物品启封后（棉球、纱布等）提倡使用小包装。每周更换2次：

——非一次性使用的碘酒、酒精等，容器应灭菌。

7天内：——启封后一次性小包装的瓶装碘酒、酒精.药品保存：——应遵循厂家的建议（温度、避光）——不得保存在与患者密切接触的区域。——疑有污染禁用。应注明开启时间物品管理

禁止双手回套针帽禁止用手传递利器禁止用手分离注射器针头禁止手持锐器随意走动禁止随意丢弃锐器，随时入锐器盒禁止用手直接抓取医疗废物

操作时保证充足光线、空间宽敞

操作时从容不迫

操作时尽可能采用有安全保护装置的锐器六禁止三操作警惕锐器伤耐用，防穿透，防渗漏。大小合适，锐器可以完整放入。可能产生锐器的地方均配，不需二次分捡。放置的位置醒目且方便使用，治疗车要放在上层的侧面。一次性使用、禁止徒手打开、清空或清洗重复使用。禁止放入其他杂物。到达3/4时及时封闭。在转运过程中确保密闭，避免内容物外漏。

规范使用锐器盒

二、医务人员职业暴露体液血液分泌物排泄物其他04年7月23日，广州某医院在一次急诊抢救意外伤中,9名医务人员均直接接触了出血较多的重伤员。当时病人血肉模糊，鲜血喷到了当班急诊医生的身上、脸上和眼睛里，另一名医生在为病人清创缝合时被扎破手指，麻醉科医生带着受伤的手指为病人进行麻醉。当时参与抢救的多数医务人员的白大衣、口罩都被病人的鲜血染湿了。3天后这位病人被检测出是艾滋病人，HIV抗体反应强阳性。半年后有2名医务人员血液检出艾滋病毒抗体阳性，造成一起艾滋病职业暴露的悲剧。“艾滋惊魂”事件

锐器伤案例山东某院妇产科主任因全身发黄、乏力等去查体，结果是大三阳且转氨酶高达1300多，诊断暴发性肝炎。事后回忆，发病前曾为一大三阳病人手术时，被针刺伤过，当时未在意，没做任何处理！某院一检验科医生给一丙肝患者进行血气分析，不慎被沾有病人血液的针头刺伤，第三个月出现肝炎症状，感染丙肝病毒。

医务人员职业暴露分类①感染性职业暴露（主要指血源性病原体引起的暴露）②放射性职业暴露③化学性（如消毒剂、某些化学药品）职业暴露④其他职业暴露

中国医务人员特别需要防范的一大类感染性疾病

——血源性感染！医务人员的职业风险感染HIV：全球每年至少

1000名医务人员感染HCV、HBV等：触目惊心血源性传播病原体种类：细菌、病毒、真菌等30多种血源传播最多：HIV、HBV、HCV比人们通常想象的要多的多。医务人员面临传播危险最大的血源性传播疾病1、HBV-感染率为6%～30%2、HCV-感染率为3%，医务人员职业暴露风险为1.8%职业暴露的危险性HIV职业暴露感染的危险性发生HIV锐器伤后，感染HIV的平均危险为0.3%黏膜暴露后感染HIV的平均危险为0.09%血液或体液溅到完整皮肤上基本没有