流體輸送操作-流體壓力的測(cè)定（化工單元操作課件）

項(xiàng)目一流體輸送操作任務(wù)四流體壓力的測(cè)定

回憶上次課內(nèi)容：

想一想？思考：（1）同樣大小的氣球，氫氣球比空氣球輕；相同體積的棉花要比鐵塊輕的多，

為什么相同體積的物體，重量不同呢？

（2）聽說過鍋爐內(nèi)溫度過高會(huì)爆炸嗎？是因?yàn)殄仩t內(nèi)壓力太高而材料承受不了

而引起爆炸，那什么是壓力呢？引入：流體輸送過程中需測(cè)量和控制各種設(shè)備及容器內(nèi)的壓力，壓強(qiáng)差以及液位高度，

學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容之前，需要先了解流體的一些物理性質(zhì)。什么是流體？流體的特征？一、流體的主要物理量-----密度1．密度單位體積流體所具有的質(zhì)量，稱為流體的密度，用ρ表示，單位kg/m3ρ---流體的密度，kg/m3;m---流體的質(zhì)量，kg；V---流體的體積，m32．相對(duì)密度

一定溫度下，流體的密度與277K時(shí)純水密度的比值，稱為相對(duì)密度，以dT277表示，

無單位。備注：（T=273K+t）3.比容

一、流體的主要物理量-----密度單位質(zhì)量流體所占有的體積，稱為比容，也稱比體積，以υ表示，單位為m3/kg4.流體密度的計(jì)算

（1）液體的密度

①純液體的密度實(shí)驗(yàn)測(cè)取：純液體的密度可用儀器測(cè)量，通常采用比重計(jì)測(cè)量查資料手冊(cè)比容是密度的倒數(shù)雙邊交流：

水池內(nèi)裝有1m3的水，它的質(zhì)量是1000kg，你知道它的密度嗎？通過附錄查取下列液體的密度，20℃時(shí)，水的密度是多少？苯的密度是多少？

液體密度的影響因素：（1）壓力：液體是不可壓縮流體，壓力的變化對(duì)密度的影響很小。（2）溫度：液體的密度僅隨溫度變化。例如：純水在277K時(shí)的密度為1000kg/m3，

293K時(shí)的密度為998.2kg/m3，373K時(shí)的密度為958.4kg/m3一、流體的主要物理量-----密度②液體混合物的密度對(duì)于液體混合物，其組成通常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。4.流體密度的計(jì)算

（1）液體的密度例：已知硫酸與水的密度分別為1830kg/m3與998kg/m3，試求含硫酸為60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的硫酸水溶液的密度為多少？一、流體的主要物理量-----密度4.流體密度的計(jì)算（2）氣體密度的計(jì)算①純氣體的密度查表計(jì)算物質(zhì)的量n的表達(dá)式及單位n=m/M理想氣體狀態(tài)方程:PV=nRT注意：手冊(cè)中查得的氣體的密度都是在一定壓力與溫度下的值，若條件不同，

則密度需進(jìn)行換算。一、流體的主要物理量-----密度4.流體密度的計(jì)算（2）氣體密度的計(jì)算情境：求壓強(qiáng)為5MPa，溫度為400K時(shí)N2的密度。

求壓強(qiáng)為70KPa，溫度為20℃時(shí)O2的密度。①純氣體的密度一、流體的主要物理量-----密度4.流體密度的計(jì)算（2）氣體密度的計(jì)算②氣體混合物的密度引入：化工生產(chǎn)中的氣體大部分為混合氣體，如：合成氨生產(chǎn)，原料為N2和H2，如何求算混合氣體的密度？y1，y2，……yn——?dú)怏w混合物中各組分氣體的摩爾分?jǐn)?shù)（體積分?jǐn)?shù)）一、流體的主要物理量-----密度4.流體密度的計(jì)算（2）氣體密度的計(jì)算②氣體混合物的密度例：已知某混合氣體的組成為18%N2，54%H2，28%CO2（均指摩爾分?jǐn)?shù)），混合氣體的壓力為100KPa，溫度為300K，求該混合氣體的密度為多少？影響因素：溫度T:T增大，ρ減小壓力P:P增大，ρ增大二、流體的主要物理量-----壓強(qiáng)

1.定義：垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱壓力或壓強(qiáng)，用P表示，2.表達(dá)式：若以F表示流體垂直作用在面A上的力，則：p=F/A3.單位：Pa，Kpa，Mpa，mmHg，atm1mmHg=133.3Pa1atm=101.3KPa=760mmHg=10.33mH2O

二、流體的主要物理量-----壓強(qiáng)4.壓強(qiáng)的測(cè)量（1）壓強(qiáng)的基準(zhǔn)

化工計(jì)算中，采用兩種基準(zhǔn)度量壓強(qiáng)數(shù)值的大小，基準(zhǔn)不同，表示方法也不同。①絕對(duì)零壓（絕對(duì)真空）：壓強(qiáng)為0②大氣壓強(qiáng)壓強(qiáng)的基準(zhǔn)和度量二、流體的主要物理量-----壓強(qiáng)二、流體的主要物理量-----壓強(qiáng)4.壓強(qiáng)的測(cè)量（2）壓強(qiáng)的表示方法

①絕對(duì)壓強(qiáng)：以絕對(duì)零壓為起點(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng)（流體內(nèi)部或設(shè)備內(nèi)部的真實(shí)壓強(qiáng)）

②相對(duì)壓強(qiáng)：表壓：當(dāng)設(shè)備內(nèi)的實(shí)際壓強(qiáng)大于大氣壓強(qiáng)時(shí)，超出的部分稱為表壓。真空度：當(dāng)設(shè)備內(nèi)的實(shí)際壓強(qiáng)小于大氣壓時(shí)，低于大氣壓的部分稱

為真空度。表壓=絕對(duì)壓強(qiáng)-大氣壓強(qiáng)真空度=大氣壓強(qiáng)-絕對(duì)壓強(qiáng)壓力表測(cè)量真空表測(cè)量實(shí)例：教室里燈管的高度以絕對(duì)零點(diǎn)（地面）為基準(zhǔn)----真實(shí)高度以講臺(tái)面為基準(zhǔn)----相對(duì)高度二、流體的主要物理量-----壓強(qiáng)4.壓強(qiáng)的測(cè)量

（1）流體的壓強(qiáng)為170KPa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為100KPa

（2）流體的壓強(qiáng)為30KPa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為100KPa雙邊交流要測(cè)量一個(gè)設(shè)備內(nèi)部的壓力，什么情況下安裝壓力表，什么情況下安裝真空表？想一想？二、流體的主要物理量-----壓強(qiáng)4.壓強(qiáng)的測(cè)量二、流體的主要物理量-----壓強(qiáng)例：1.天津和蘭州的大氣壓強(qiáng)分別為101.33kPa和100Kpa，苯乙烯真空精餾塔的塔頂要求維持5.3kPa的絕對(duì)壓強(qiáng)，試計(jì)算兩地真空表的讀數(shù)（即真空度）。2.某設(shè)備進(jìn)、出口測(cè)壓儀表的讀數(shù)分別為60mmHg（真空度）和700mmHg（表壓），求兩處的絕對(duì)壓強(qiáng)差為多少kPa？（假設(shè)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭?qiáng)為760mmHg）注意三、流體靜力學(xué)基本方程引入：在反應(yīng)塔中，塔頂?shù)膲簭?qiáng)可以用壓力表測(cè)得表壓，

如何測(cè)量塔內(nèi)流體內(nèi)部任意一點(diǎn)（如圖中A點(diǎn)）的壓強(qiáng)？情境：人在海底潛水時(shí)，處在水下的不同位置時(shí)，所受的壓力一樣嗎？三、流體靜力學(xué)基本方程1.靜力學(xué)基本方程（1）物理含義：描述靜止流體內(nèi)部壓力隨深度的變化。（2）條件：靜止流體，密度為ρ，液面上方的壓強(qiáng)為P0，A點(diǎn)距液面高度為h，P為溶液內(nèi)

部任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)。三、流體靜力學(xué)基本方程1.靜力學(xué)基本方程（3）應(yīng)用：計(jì)算液體內(nèi)部任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)。（4）討論：

①適用條件：靜止、連續(xù)、同一流體；

②液體密度ρ越大，距液面越深，該點(diǎn)的壓強(qiáng)越大；

③等壓面：同一、靜止、連續(xù)流體內(nèi)部，同一水平面上壓強(qiáng)處處相等

（四個(gè)條件缺一不可）。

三、流體靜力學(xué)基本方程1.靜力學(xué)基本方程三、流體靜力學(xué)基本方程2.靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用（1）U管壓差計(jì)測(cè)定壓強(qiáng)及壓強(qiáng)差

注：P1,P2為測(cè)壓點(diǎn)1，2處的壓強(qiáng)；

ρ0為指示液的密度，

ρ為被測(cè)流體的密度；

g為常數(shù)，9.8m/s2

R為指示液的高度差，mU形管壓差計(jì)的結(jié)構(gòu)：

U形玻璃管+指示液（水銀、CCl4、水、煤油）指示液與被測(cè)液體不互溶，不起反應(yīng)，密度大于被測(cè)液體分析式中各個(gè)量的物理意義三、流體靜力學(xué)基本方程2.靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用測(cè)量表壓測(cè)量真空度三、流體靜力學(xué)基本方程2.靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用（2）測(cè)定液位高度玻璃管液位計(jì)ρs為指示液的密度，ρ為待測(cè)液的密度三、流體靜力學(xué)基本方程2.靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用（2）測(cè)定液位高度三、流體靜力學(xué)基本方程2.靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用（3）計(jì)算液封高度四、流體的黏度引入：流體的特點(diǎn)-----流動(dòng)性，不同的流體流動(dòng)性不同。黏性：

實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部分子之間都會(huì)有內(nèi)摩擦力，衡量摩擦力的特性。

（流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)）黏性大，分子間內(nèi)摩擦力大，流動(dòng)性差，流動(dòng)阻力大；黏性小，分子間內(nèi)摩擦力小，流動(dòng)性大，流動(dòng)阻力小；例：油的粘性大，流動(dòng)性差；水的粘性小，流動(dòng)性好。

氣體的粘性小，液體的黏性大。四、流體的黏度2.黏度衡量流體黏性大小的物理量——物質(zhì)本身的物理性質(zhì)只有實(shí)際流體有黏性，理想流體無黏性。①查手冊(cè)資料P213實(shí)驗(yàn)測(cè)定