流体输送操作-流体压力的测定（化工单元操作课件）

项目一流体输送操作任务四流体压力的测定

回忆上次课内容：

想一想？思考：（1）同样大小的气球，氢气球比空气球轻；相同体积的棉花要比铁块轻的多，

为什么相同体积的物体，重量不同呢？

（2）听说过锅炉内温度过高会爆炸吗？是因为锅炉内压力太高而材料承受不了

而引起爆炸，那什么是压力呢？引入：流体输送过程中需测量和控制各种设备及容器内的压力，压强差以及液位高度，

学习这部分内容之前，需要先了解流体的一些物理性质。什么是流体？流体的特征？一、流体的主要物理量-----密度1．密度单位体积流体所具有的质量，称为流体的密度，用ρ表示，单位kg/m3ρ---流体的密度，kg/m3;m---流体的质量，kg；V---流体的体积，m32．相对密度

一定温度下，流体的密度与277K时纯水密度的比值，称为相对密度，以dT277表示，

无单位。备注：（T=273K+t）3.比容

一、流体的主要物理量-----密度单位质量流体所占有的体积，称为比容，也称比体积，以υ表示，单位为m3/kg4.流体密度的计算

（1）液体的密度

①纯液体的密度实验测取：纯液体的密度可用仪器测量，通常采用比重计测量查资料手册比容是密度的倒数双边交流：

水池内装有1m3的水，它的质量是1000kg，你知道它的密度吗？通过附录查取下列液体的密度，20℃时，水的密度是多少？苯的密度是多少？

液体密度的影响因素：（1）压力：液体是不可压缩流体，压力的变化对密度的影响很小。（2）温度：液体的密度仅随温度变化。例如：纯水在277K时的密度为1000kg/m3，

293K时的密度为998.2kg/m3，373K时的密度为958.4kg/m3一、流体的主要物理量-----密度②液体混合物的密度对于液体混合物，其组成通常用质量分数表示。4.流体密度的计算

（1）液体的密度例：已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量分数）的硫酸水溶液的密度为多少？一、流体的主要物理量-----密度4.流体密度的计算（2）气体密度的计算①纯气体的密度查表计算物质的量n的表达式及单位n=m/M理想气体状态方程:PV=nRT注意：手册中查得的气体的密度都是在一定压力与温度下的值，若条件不同，

则密度需进行换算。一、流体的主要物理量-----密度4.流体密度的计算（2）气体密度的计算情境：求压强为5MPa，温度为400K时N2的密度。

求压强为70KPa，温度为20℃时O2的密度。①纯气体的密度一、流体的主要物理量-----密度4.流体密度的计算（2）气体密度的计算②气体混合物的密度引入：化工生产中的气体大部分为混合气体，如：合成氨生产，原料为N2和H2，如何求算混合气体的密度？y1，y2，……yn——气体混合物中各组分气体的摩尔分数（体积分数）一、流体的主要物理量-----密度4.流体密度的计算（2）气体密度的计算②气体混合物的密度例：已知某混合气体的组成为18%N2，54%H2，28%CO2（均指摩尔分数），混合气体的压力为100KPa，温度为300K，求该混合气体的密度为多少？影响因素：温度T:T增大，ρ减小压力P:P增大，ρ增大二、流体的主要物理量-----压强

1.定义：垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，简称压力或压强，用P表示，2.表达式：若以F表示流体垂直作用在面A上的力，则：p=F/A3.单位：Pa，Kpa，Mpa，mmHg，atm1mmHg=133.3Pa1atm=101.3KPa=760mmHg=10.33mH2O

二、流体的主要物理量-----压强4.压强的测量（1）压强的基准

化工计算中，采用两种基准度量压强数值的大小，基准不同，表示方法也不同。①绝对零压（绝对真空）：压强为0②大气压强压强的基准和度量二、流体的主要物理量-----压强二、流体的主要物理量-----压强4.压强的测量（2）压强的表示方法

①绝对压强：以绝对零压为起点计算的压强（流体内部或设备内部的真实压强）

②相对压强：表压：当设备内的实际压强大于大气压强时，超出的部分称为表压。真空度：当设备内的实际压强小于大气压时，低于大气压的部分称

为真空度。表压=绝对压强-大气压强真空度=大气压强-绝对压强压力表测量真空表测量实例：教室里灯管的高度以绝对零点（地面）为基准----真实高度以讲台面为基准----相对高度二、流体的主要物理量-----压强4.压强的测量

（1）流体的压强为170KPa，当地大气压强为100KPa

（2）流体的压强为30KPa，当地大气压强为100KPa双边交流要测量一个设备内部的压力，什么情况下安装压力表，什么情况下安装真空表？想一想？二、流体的主要物理量-----压强4.压强的测量二、流体的主要物理量-----压强例：1.天津和兰州的大气压强分别为101.33kPa和100Kpa，苯乙烯真空精馏塔的塔顶要求维持5.3kPa的绝对压强，试计算两地真空表的读数（即真空度）。2.某设备进、出口测压仪表的读数分别为60mmHg（真空度）和700mmHg（表压），求两处的绝对压强差为多少kPa？（假设当地的大气压强为760mmHg）注意三、流体静力学基本方程引入：在反应塔中，塔顶的压强可以用压力表测得表压，

如何测量塔内流体内部任意一点（如图中A点）的压强？情境：人在海底潜水时，处在水下的不同位置时，所受的压力一样吗？三、流体静力学基本方程1.静力学基本方程（1）物理含义：描述静止流体内部压力随深度的变化。（2）条件：静止流体，密度为ρ，液面上方的压强为P0，A点距液面高度为h，P为溶液内

部任意一点的压强。三、流体静力学基本方程1.静力学基本方程（3）应用：计算液体内部任意一点的压强。（4）讨论：

①适用条件：静止、连续、同一流体；

②液体密度ρ越大，距液面越深，该点的压强越大；

③等压面：同一、静止、连续流体内部，同一水平面上压强处处相等

（四个条件缺一不可）。

三、流体静力学基本方程1.静力学基本方程三、流体静力学基本方程2.静力学基本方程的应用（1）U管压差计测定压强及压强差

注：P1,P2为测压点1，2处的压强；

ρ0为指示液的密度，

ρ为被测流体的密度；

g为常数，9.8m/s2

R为指示液的高度差，mU形管压差计的结构：

U形玻璃管+指示液（水银、CCl4、水、煤油）指示液与被测液体不互溶，不起反应，密度大于被测液体分析式中各个量的物理意义三、流体静力学基本方程2.静力学基本方程的应用测量表压测量真空度三、流体静力学基本方程2.静力学基本方程的应用（2）测定液位高度玻璃管液位计ρs为指示液的密度，ρ为待测液的密度三、流体静力学基本方程2.静力学基本方程的应用（2）测定液位高度三、流体静力学基本方程2.静力学基本方程的应用（3）计算液封高度四、流体的黏度引入：流体的特点-----流动性，不同的流体流动性不同。黏性：

实际流体流动时，流体内部分子之间都会有内摩擦力，衡量摩擦力的特性。

（流体流动时产生内摩擦力的性质）黏性大，分子间内摩擦力大，流动性差，流动阻力大；黏性小，分子间内摩擦力小，流动性大，流动阻力小；例：油的粘性大，流动性差；水的粘性小，流动性好。

气体的粘性小，液体的黏性大。四、流体的黏度2.黏度衡量流体黏性大小的物理量——物质本身的物理性质只有实际流体有黏性，理想流体无黏性。①查手册资料P213实验测定