石油化工基本理論知識

石油化工基本理論知識1．1物質(zhì)的構(gòu)成1．1．1分子、原子和元素世界是物質(zhì)的，世界上的一切物體都是由物質(zhì)組成的，如我們常見的水、空氣、石油和鋼鐵等。物質(zhì)的具體形態(tài)是千差萬別的，它們通過相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化構(gòu)成某一物體，如我們看到的廠房、塔、泵和換熱器等。物質(zhì)是由許多肉眼看不見的微粒構(gòu)成的，這種微粒叫分子。分子是由一種叫化學(xué)鍵的相當(dāng)強大的力維持在一起的原子小集團，是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒，例如，水是由元素的水分子組成的，石油是由元素的碳氫化合物分子組成的等等。分子是由更小的微粒構(gòu)成，這種極小微粒叫做原子。原子是化學(xué)反應(yīng)的基本微粒。如水分子（H2O）是由兩個氫原子和一個氧原子組成，甲烷（CH4）是由一個碳原子和四個氫原子組成的。同類的原子稱為元素，如上述的氫原子稱為氫元素。每種元素均由一個或兩個拉丁字母作符號，如氫用H，碳用C，鐵用Fe等。原子是一種極小的微粒，但每種原子均有一定相對的質(zhì)量，這種原子的相對質(zhì)量稱為原子量，分子內(nèi)各原子量之和叫分子量。1．1．2化合物和混合物物質(zhì)分子由兩種或兩種以上元素的原子構(gòu)成叫化合物，如硫化氫（H2S）、硫酸鈉（Na2SO4）等，物質(zhì)分子由一種元素的原子構(gòu)成叫單質(zhì)，如氫氣（H2）、氧氣（O2）等。由兩種或兩種以上的化合物或單質(zhì)混合而成的物質(zhì)叫混合物。如空氣主要是由氧氣、氮氣、氫氣等混合而成的氣體混合物，石油和石油產(chǎn)品是由極其復(fù)雜的碳氫化合物混合而成的液體混合物。1．2物質(zhì)的變化1．2．1物質(zhì)的三種狀態(tài)常見的物質(zhì)存在狀態(tài)有三種：固體、液體和氣體。物質(zhì)以什么狀態(tài)存在是有一定條件的，如水在常壓常溫下是液態(tài)狀態(tài)，但在常壓下加熱到100℃就變成氣體（蒸汽）狀態(tài)，在常壓下冷卻到0℃就變成固體（冰）狀態(tài)?？梢娢镔|(zhì)存在狀態(tài)是可以互相轉(zhuǎn)變的。物質(zhì)由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過程叫熔化。熔化是在一定溫度下并不斷吸熱的情況下進行的，這個溫度叫熔點。物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過程叫凝固，凝固需要放熱，凝固時的溫度叫凝固點。對同一物質(zhì)而言，凝固點和熔點是相同的。物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程叫氣化。氣化是在一定溫度下并不斷吸熱的過程。反之氣態(tài)放出熱量變?yōu)橐簯B(tài)的過程叫液化或冷凝。1．2．2分子運動和物態(tài)變化組成物質(zhì)的分子是在不停地運動的，分子與分子之間有一定的距離，分子之間既相互吸引又互相排斥，物質(zhì)的不同狀態(tài)是由組成物質(zhì)的分子運動速度和分子間的相互作用力的不同特性決定的。因此，物質(zhì)在物態(tài)的變化過程中，不但與溫度有關(guān)，而且與物質(zhì)所承受的壓力有關(guān)。壓力愈大，分子間的距離愈近，分子間的吸引力愈強，物質(zhì)就較容易由氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w；反之，物質(zhì)就容易由液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w。如我們?nèi)粘Ｊ褂玫囊夯瘹?，常溫下在較高壓力的鋼瓶中是以液體狀態(tài)存在，但通過減壓降低壓力就變成氣體狀態(tài)了。1．2．3蒸發(fā)和沸騰物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程有兩種方法：蒸發(fā)和沸騰。蒸發(fā)是一種只從液體表面進行的氣化現(xiàn)象，它在任何溫度和壓強下都能發(fā)生，但溫度愈高、壓力愈低則愈容易蒸發(fā)。沸騰是一種從液體表面和內(nèi)部同時進行的氣化現(xiàn)象，它只在一定溫度和壓力下才能發(fā)生。在沸騰過程，液體不斷地吸收熱量，但溫度不變，這個溫度叫沸點，即液體的飽和蒸汽壓與外界壓力相等時的溫度。液體的沸點隨壓力的不同而變，壓力愈低沸點愈低，壓力愈高沸點愈高。不同的物質(zhì)具有不同的沸點，如常壓下，水的沸點是100℃，酒精的沸點是78℃，對混合液來說，組成不同其沸點也不同。1．3傳熱與傳質(zhì)1．3．1物質(zhì)的熱性質(zhì)表示物體冷熱程度叫溫度，它反映了物體內(nèi)部分子無規(guī)則運動的一個物理參數(shù)。溫度單位的表示方法有：攝氏溫度（符號為t，單位為℃）、絕對溫度（符號為T，單位為K）、華氏溫度（單位℉）、蘭氏溫度（單位0R）。他們之間的關(guān)系為：T=（t+273）K；℉=1.8t+32；0R=1.8t+491.67。當(dāng)兩個溫度不同的物體相接觸時，由于無規(guī)則運動的混亂程度不同，它們就有可能通過分子的碰撞而交換能量，經(jīng)由這種方式傳遞的能量就是熱，物體吸收或放出的熱叫熱量，用符號Q表示，單位為J（焦耳）。若體系吸熱，則Q>0，若體系放熱，則Q<0。單位時間吸收或放出的熱量叫功率，以符號W表示，單位為J/s（稱為瓦）。單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高所需的熱量叫做物質(zhì)的比熱，以符號C表示，單位為J.K-1.kg-1。物質(zhì)發(fā)生相變時所吸收或放出的熱量叫潛熱。如將單位質(zhì)量的水在一定溫度下變?yōu)樗羝ɑ蛩羝兂伤┧懦觯ɑ蛭眨┑臒崃拷凶鰵饣瘽摕幔ɑ蚶淠凉摕幔?，其單位為J/kg。把單位質(zhì)量的物質(zhì)在常壓下基準(zhǔn)溫度（℃）加熱到某溫度（包括物態(tài)變化）所吸收的熱量，叫該物質(zhì)在某溫度和壓力下的熱焓，其單位為J/kg。單位質(zhì)量或單位體積的燃料完全燃燒時所放出的熱量叫燃燒發(fā)熱值，其單位為J/kg或J/m3。1．3．2傳熱的概念在沒有外功的作用下，傳熱是指由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移，又稱熱傳遞。因此，凡有溫度差存在時，必然會發(fā)生熱量從高溫處向低溫處傳遞，故傳熱是自然界和工程技術(shù)中一種極普遍的現(xiàn)象。在石油化工生產(chǎn)和科學(xué)實驗中，隨時會遇到熱量傳遞的問題。例如，為了保證化學(xué)反應(yīng)在一定的溫度下進行，對于吸熱反應(yīng)，就需要外界供給熱量，對于放熱反應(yīng)，則要及時取走熱量；在分離、提純的操作中，發(fā)生了物相的變化，物質(zhì)發(fā)生了相變，就要吸收或放出熱量，也要及時供給或取走熱量；在石油化工生產(chǎn)中的各種管道需要保溫而阻止熱量傳遞，這一類也屬于傳熱的問題。1．3．3傳熱類型及一般計算方法根據(jù)傳熱機理的不同，傳熱有三種基本方式：1．熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱）熱量通過物體的內(nèi)部由高溫處向低溫處傳遞，這種僅靠物體內(nèi)部分子、原子和自由電子等微觀粒子運動而引起的熱量傳遞稱為導(dǎo)熱。如通過換熱器和加熱爐管壁的傳熱，就屬于這種傳熱方式。單層平面壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)計算：q=Δt/R其中：Δt—單層平面壁溫度差；q—單位時間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量，也稱導(dǎo)熱速率；R—熱阻，且R=δ/（λA）δ—平面壁厚度；λ—流體的導(dǎo)熱系數(shù)；A—平面壁的面積。導(dǎo)熱系數(shù)λ是溫度梯度為1[K/m]，導(dǎo)熱面積為1[m2]情況下，單位時間內(nèi)傳遞的熱量。物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)值越大，說明該物質(zhì)的導(dǎo)熱能力越強。所以導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)導(dǎo)熱能力的標(biāo)志，為物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。通常，需要提高導(dǎo)熱速率時可選用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料，反之，要降低導(dǎo)熱速率時，應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)小的材料。影響導(dǎo)熱系數(shù)λ值的因素主要是：物質(zhì)的化學(xué)組成、物理狀態(tài)、濕度、壓力和溫度等。多層平面壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)計算：A.Δtq=nΣ(δi/λi)i=1其中：Δt為多層串聯(lián)壁兩邊外表面的溫度差；n為壁的層數(shù)；i為壁層的序數(shù)。單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)計算石油化工生產(chǎn)上最常采用圓筒形設(shè)備傳熱，如熱交換器里的管壁就是最常遇到的圓筒壁。圓筒壁的傳熱面積隨著圓筒半徑的增加而增加（平面壁的傳熱面積是不變的）。單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)計算公式為：2πL(t1-t2)q=1r2lnλr1式中：L為圓筒的長度，t1、t2分別為內(nèi)、外壁溫度，r1、r2分別為內(nèi)、外壁半徑。多層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)計算由單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)公式推導(dǎo)出多層圓筒壁熱傳導(dǎo)計算公式為：2πLΔtq=n1dn+1Σlni=1λndn式中：d為圓筒直徑。2．對流傳熱（又稱熱對流）靠流體各部分之間的相對位移所引起的傳熱稱為熱對流（簡稱對流）。工業(yè)上所常遇到的對流傳熱，是將熱量由流體傳至固體壁（例如容器壁、導(dǎo)管壁等）或由固體壁傳入周圍的流體。熱對流僅發(fā)生在流體的流動中，如加熱爐對流段中煙道氣與管壁的傳熱，換熱器中熱流體與管壁或管壁與冷流體的傳熱，都屬于這種傳熱方式。對流傳熱是發(fā)生在流體對流的過程中，所以它與流體流動有密切關(guān)系。流體經(jīng)過固體壁面時形成流動邊界層，在邊界層內(nèi)有速度梯度存在；即使流體達到湍流時，在靠近壁面處總有一層層流底層存在，在此層內(nèi)流體作層流流動。因而熱量傳遞在此層內(nèi)只能以導(dǎo)熱方式進行。由于流體的導(dǎo)熱系數(shù)小，層流底層的熱阻很大，故其中溫度差很大，即溫度梯度較大。在層流底層以外，從過渡區(qū)、再到外流區(qū)（湍流主體），逐步依靠流體質(zhì)點的位移和混合來傳熱，溫度的變化也逐步減慢，至外流區(qū)后幾乎不存在溫度梯度了。所以，對流傳熱是層流底層的導(dǎo)熱和層流底層外的以流體質(zhì)點作相對位移和混合為主的傳熱的總稱。溫實際層流底層度t1傳熱邊界層t2過渡區(qū)湍流主體流體膜層厚圖1—1流體的對流給熱壁面向冷流體傳熱的計算：q=αA(tw-t)熱流體對壁面給熱計算：q=αA(T-tw)式中α為給熱系數(shù)（傳熱分系數(shù)），tw為壁面溫度。α的單位是[W/m2.K]，其物理意義是單位時間單位傳熱面積上，溫差為1K時所能傳遞的熱量[J]，它也是對流給熱強度的標(biāo)志。以上兩式為流體給熱基本方程，又稱牛頓（Newton）給熱定律。壁面向冷流體傳熱計算公式用文字來說明即是：壁面溫度為tw的固體給熱于溫度為t的周圍流體時，傳熱速率q與壁面面積A和壁面與流體間的溫度差(tw-t)成正比。3．輻射傳熱（又稱熱輻射）輻射傳熱也稱熱輻射，是一種以電磁波傳遞熱量的方式。所有的物體（包括固體、液體和氣體）都能將熱能以電磁波的形式發(fā)射出去被另一種物體吸收為熱能，而不需要任何介質(zhì)，也就是說兩物體并不需要直接接觸而進行傳熱，如加熱爐中輻射室的傳熱現(xiàn)象。物體只要其溫度高于0K（絕對溫標(biāo)），都有熱輻射，但只有當(dāng)物體的溫度大于400℃（673K）的時候，才發(fā)生明顯的輻射傳熱。斯蒂芬-波爾茲曼（Stefan-Boltzmann）定律指出，黑體的輻射能力E0與絕對溫度的四次方成正比。E0=C0(T/100)4式中：C0—黑體的輻射系數(shù)，其值為5.77，單位為W.m-2.K4。實際物體的輻射能力較低，因此固體在高溫時熱輻射放出的熱量應(yīng)按下式計算：E=εC0（T/100）4=5.77ε（T/100）4式中：E----固體的輻射能力，即固體在高溫時單位時間、單位面積因輻射放出的熱量（W/m2）；T----固體的熱力學(xué)溫度（K）；ε----物體的黑度。固體在高溫下放出的熱量一般不能被它所加熱的固體完全吸收，而只能吸收一部分，因為一般的物體都不是黑體。這樣，因輻射而傳遞的熱量除了與熱源的黑度ε1、溫度T1有關(guān)外，還與被加熱的固體的黑度ε2和溫度T2有關(guān)，而且還與兩者的相對位置有關(guān)。一般對這種輻射傳熱用下面計算式，計算由較高溫度的物體1傳給較低溫度物體2的傳熱速率：q=C1-2Aψ[(T1/100)4-(T2/100)4]式中：C1-2—總輻射系數(shù)，包括兩物體的黑度和相對位置的校正因素，其單位為W.m-2.K4；A—基準(zhǔn)傳熱面積（m2）；ψ—角系數(shù)，表示第一個物體表面發(fā)射的輻射能投射到第二個物體表面上的百分數(shù)。如第一個物體表面被第二個物體完全包圍，則ψ=1；T1、T2—分別為高溫和低溫的物體的溫度（K）。實際上，傳熱很少以一種方式進行，而是以兩種或三種傳熱方式聯(lián)合傳熱，稱為復(fù)雜傳熱。如在換熱器中，傳熱是以對流和導(dǎo)熱方式進行；在加熱爐的輻射室內(nèi)，是以三種方式進行，但以輻射為主，在對流室內(nèi)也是以三種方式進行的，但以對流和導(dǎo)熱為主。1．3．4傳質(zhì)概念及機理傳質(zhì)的概念當(dāng)組成不同的兩相接觸時，可能有某個組分自一相傳入另一相中，這種現(xiàn)象稱為相間質(zhì)量傳遞，簡稱傳質(zhì)。在傳質(zhì)過程中，組分是從高濃度區(qū)傳至低濃度區(qū)。當(dāng)兩相接觸的時間足夠長時，組分在兩相間的傳遞將達到平衡，此時兩相的組成將維持恒定，但并不相同。在多數(shù)的傳質(zhì)操作中，互相接觸的兩相往往只能部分互溶。當(dāng)達到平衡后，兩相的組成和接觸之前相比會有改變。把兩相分開以后，組分就可獲得一定的分離效果。如果將兩相的接觸與分離適當(dāng)?shù)亟M織起來使之反復(fù)進行，則有可能使組分之間幾乎完全分離。這就是傳質(zhì)分離過程的物理基礎(chǔ)。傳質(zhì)是一個速率過程，這個過程的推動力是化學(xué)位差，其中包括濃度差、溫度差、壓力差等等，但最常見的傳質(zhì)過程都是因濃度差而引起的。傳質(zhì)的阻力則須視具體情況而定。單相中物質(zhì)的擴散物質(zhì)在單相中的擴散方式有分子擴散和對流擴散兩種。分子擴散是在單一相內(nèi)存在組分的化學(xué)位梯度時，由分子運動而引起的質(zhì)量傳遞，是物質(zhì)分子在靜止流體或?qū)恿髁黧w中的擴散，相當(dāng)于傳熱中的傳導(dǎo)。對流擴散是伴隨流體質(zhì)點或微團的宏觀運動而產(chǎn)生的傳質(zhì)，是物質(zhì)在湍流流體中發(fā)生質(zhì)點位移的結(jié)果。分子擴散當(dāng)流體作為整體是處于相對靜止?fàn)顟B(tài)（沒有流體流動）時，只要流體內(nèi)部組分在各部位上分布不均勻，也就是說有濃度差存在，則由于分子運動的結(jié)果，組分的分子將擴散開來，直到組分在流體內(nèi)各處的濃度相等為止。工程上遇到的擴散過程，大多數(shù)是在流體處于流體流動狀態(tài)中進行的，在作層流運動的流體中，與流動方向垂直的截面上如果存在濃度差，則在此平面上的物質(zhì)也會借助于分子運動從濃度高的地方移向濃度低的地方。以上兩種均為分子擴散。分子擴散的速率與物質(zhì)的性質(zhì)、傳質(zhì)面積、濃度差和擴散距離有關(guān)。這一關(guān)系可以用下列數(shù)學(xué)式，即費克（Fick）表示：在穩(wěn)定情況下：GdcN分==-DAτdn式中：N分—擴散組分的分子傳質(zhì)速率kmol/s或kmol/hG—擴散物質(zhì)量kmolτ—時間s或h等號右邊的負號表明傳質(zhì)的方向與濃度增加的方向相反；傳質(zhì)面積m2c—擴散組分的濃度kmol/m2n—擴散距離mD—比例系數(shù)，稱為物質(zhì)的分子擴散系數(shù)cm2/s或m2/h分子擴散系數(shù)D是物質(zhì)的特性常數(shù)之一，表示物質(zhì)在介質(zhì)中的擴散能力。在沿擴散方向的單位距離內(nèi)，擴散組分濃度降低一個單位時，單位時間內(nèi)通過單位面積的物理量，即為該物質(zhì)的分子擴散系數(shù)，其數(shù)值的大小取決于擴散組分本身的性質(zhì)、擴散組分所在的介質(zhì)的性質(zhì)、溫度、壓力、濃度等因素。對流擴散在靜止或?qū)恿髁黧w中進行的分子擴散，其速度非常緩慢，所以更具有實際意義的是在湍流流體中進行的擴散。湍流流體內(nèi)物質(zhì)的傳遞，既靠分子擴散，又靠渦流擴散，兩者合稱對流擴散。渦流擴散基本上是一種混合過程，它是由于旋渦中質(zhì)點的強烈混合而進行傳質(zhì)的，傳遞的速度也與濃度梯度成正比，比例系數(shù)以εg表示，稱為渦流擴散系數(shù)。渦流擴散速度除與流體的性質(zhì)有關(guān)外，在很大程度上取決于流體的流動情況—湍動程度。在穩(wěn)定情況下，對流擴散傳質(zhì)速率：dcN=-（D+εg）Adn相間傳質(zhì)化學(xué)工程中所有涉及氣、液兩相接觸的單元操作（如精餾、吸收）都有物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移。在一定的條件下，物質(zhì)的轉(zhuǎn)移具有一定的速度，也就是說需要一定的時間才能完成，這個轉(zhuǎn)移過程一般是由以下三個具體階段完成的：物質(zhì)從一相主體轉(zhuǎn)移到兩相界面的一側(cè)；物質(zhì)從界面的一側(cè)轉(zhuǎn)移到另一相的一側(cè)，并發(fā)生相應(yīng)的物理化學(xué)變化；物質(zhì)再從另一相界面一側(cè)轉(zhuǎn)移到另一相的主體中。第一與第三階段屬于單相中的擴散過程，第二階段屬于相間傳質(zhì)過程。相間傳質(zhì)比較復(fù)雜，目前有雙膜理論、溶質(zhì)滲透理論、表面更新理論、動力狀態(tài)理論等理論模型解釋其機理，但尚沒有統(tǒng)一的成熟的理論足以完善地反映相間傳質(zhì)的內(nèi)在規(guī)律。傳質(zhì)過程的分類質(zhì)量傳遞過程因接觸的兩相相態(tài)的不同，可以有不同名稱?；ゲ幌嗳艿膬上嘟佑|互不相溶的兩相接觸是各種傳質(zhì)過程中最主要的也是應(yīng)用最廣的一類。除了氣體之間可完全互溶以及兩個固相接觸因速度太慢，對傳質(zhì)過程無實用意義外，兩相之間有四種接觸類型是實際可能的，即氣-液、氣-固、液-液、液-固接觸。在這幾種傳質(zhì)過程中，總有一相是流體相，主要的傳質(zhì)過程都是發(fā)生在流體相內(nèi)。傳質(zhì)機理可以是分子擴散或渦流擴散。為了提高傳質(zhì)速率，還可以通過改變物理結(jié)構(gòu)，使兩相接觸的界面面積增加，例如把流體相分散成為氣泡或液滴。膜過程在膜分離過程中，兩個流體相被一層薄膜隔開，利用各組分在膜內(nèi)的擴散速率的差別實現(xiàn)組分的分離。膜分離過程是速率控制過程，它不受平衡關(guān)系的限制。分離機理：對于具有微孔的膜，是由于過濾的作用；對于無孔膜而言，一般可解釋為溶解-擴散的作用?；ト軆上嗟闹苯咏佑|這是一類在特殊場合下采用的分離過程，例如同位素分離是采用熱擴散原理。熱擴散是指在一個均勻的液相或氣相中附加一個溫度梯度，則溶液中的重分子和輕分子會分別向冷端和熱端移動，從而建立濃度差，利用此原理有可能分離溶液中的各個組分。利用表面張力的變化而產(chǎn)生的傳質(zhì)分離例如泡沫分離、鼓泡分離、離子浮選、分子浮選及吸附膠體浮選等。1．4流體力學(xué)性質(zhì)流體的特征是具有流動性，無一定的形狀，因此將液體和氣體統(tǒng)稱為流體。在石油化工生產(chǎn)中所遇到的物體幾乎都是流體，如制氫過程的原料石腦油、液化氣和加氫裂化干氣等。下面重點介紹流體在靜止或運動時的一些性質(zhì)。1．4．1流體的密度單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為流體的密度，其表達式為：ρ=M/V（1-1）式中：ρ—流體的密度kg/m3M—流體的質(zhì)量kgV—流體的體積m3流體的密度一般可在物理化學(xué)手冊和有關(guān)資料中查到。工程單位制中的重度（r）數(shù)值與法定單位制中的密度數(shù)值相同。液體密度一般可用實驗方法測定，工業(yè)上測定液體密度最簡單的方法是用比重計，將比重計放在液體中即可在比重計上讀出液體的相對密度。相對密度是流體在某一溫度下的密度與水在4℃或15.6℃時的密度之比，也稱比重，以dt4或dt15.6表示，相對密度是沒有單位的。1．4．2壓強流體垂直作用于單位面積上的力稱為壓強（習(xí)慣稱壓力），其表達式為：P=F/A（1-2）式中：P—流體壓力N/m2F—流體垂直作用于面積A上的力NA—作用面積m2在法定單位制中，壓力的單位是N/m2，稱為帕斯卡（簡稱帕），代號為Pa。目前在生產(chǎn)現(xiàn)場和資料中常用制外壓力單位，如atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），at（工程大氣壓），它們之間的關(guān)系為：1atm=101.3kPa=1.033kgf/cm2=760mmHg=10.33mH2O1at=98.1kPa=1kgf/cm2=735.6mmHg=10mH2O流體的壓力除了可以用不同的單位來計算外，還可以用不同的壓力基準(zhǔn)來表示，。以絕對零壓力為起點計算的壓力，稱為絕對壓力，簡稱絕壓，是流體的真實壓力。工廠中測壓儀表（壓力表或真空表）上讀得的數(shù)值是大于大氣壓或小于大氣壓的差值，這些差值叫做表壓或真空度。它們之間的關(guān)系如下：絕對壓=大氣壓+表壓力1．4．3液體內(nèi)部的壓強流體內(nèi)部的壓強隨液體的密度和所處的深度不同而變化，并且能將施加于液面上的壓強以同樣大小傳遞到液體任何地方，描述這一變化規(guī)律的數(shù)學(xué)表達式稱為流體靜力學(xué)基本方程式。距液面Z處的壓強為：P=P0+ρgZ(1-3)式中：P—距液面Z處壓強PaP0—液面壓強Paρ—液體密度kg/m3Z—距液面距離mg—重力加速度9.81m/s2工業(yè)生產(chǎn)中常用的U形管壓差計、玻璃管液面計、液封設(shè)備和液壓機械原理就是根據(jù)這一規(guī)律進行設(shè)計制造的。如圖1-2所示，現(xiàn)測量某流體流過某管段的壓力差，玻璃管底部裝有指示液，密度為ρ示，兩測臂上部及連接管內(nèi)均充滿待測液體，密度為ρ。圖中A、B兩點都在連通著同一流體，且在同一水平面上，故這兩點壓力相等，即PA=PB，根據(jù)靜力學(xué)基本方程式可得：PA=P1+ρg（m+R）PB=P2+ρgm+ρ示gR所以P1+ρg（m+R）=P2+ρgm+ρ示gR上式簡化后得：P2-P1=（ρ示-ρ）gRP112P2mRAB圖1-2U形管壓差計在化工生產(chǎn)中，有時須將兩種互不相容的混合液加以靜止分離，所用分離器關(guān)鍵維持恒定的分離界面，其作用原理仍以流體靜力學(xué)為依據(jù)。如某處理粗苯的苯水分離器如圖1-2所示。已知在玻璃液面計上可觀察到苯水分界面距苯出口h1=1.5m，試計算水出口處分界面間的距離h2。已知苯的密度為800kg/m3。解：由于A點在分界面上，B點在水出口管內(nèi)，其高度與分界面平齊。故：PA=PB其中：PA=Pa+ρ苯gh1PB=Pb+ρ水gh2所以Pa+ρ苯gh1=Pb+ρ水gh2h2=ρ苯h1/ρ水=800╳1.5/1000=1.2m若h2<1.2m，即水出口管位置偏低，則PB值減小，即PA>PB,使分界面下移。當(dāng)分界面降低到水出口管下邊沿時，水出口便開始流出苯，分離器的操作遭到破壞。若h2>1.2m，根據(jù)同樣道理，界面上移，嚴重時也會破壞分離器的操作，故實際操作中控制分界面的位置是關(guān)鍵的。BABA水h2h1AA液位計粗苯圖1-3粗苯分離器1．4．4流體在管內(nèi)的流動對于流動著的流體內(nèi)部壓強變化規(guī)律，液體從低位流到高位，需要輸送設(shè)備對液體提供能量。從高位槽向設(shè)備輸送一定量的料液時，高位槽安裝的位置等，都是石油化工生產(chǎn)過程中常遇到的問題。要解決這些問題，必須找出流體在管內(nèi)流動的規(guī)律，反映流體流動規(guī)律的有連續(xù)性方程和柏努利方程式。流量與流速單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面的流體量，稱為流量。若流體量以體積計算，則稱為體積流量，以VS表示，單位為m3/s；若流體量以質(zhì)量計算，則稱為質(zhì)量流量，以GS表示，單位為kg/s。兩者的關(guān)系為：GS=VS╳ρ(1-5)單位時間內(nèi)流體在流動方向上所流過的距離，稱為流速，以u表示，其單位為m/s。即：u=VS/A=GS/(ρA)(1-6)式中：A—與流動方向相垂直的管道截面積，m2。穩(wěn)定流動的連續(xù)性方程式石油化工生產(chǎn)過程多屬連續(xù)穩(wěn)定的操作，流體通過不同直徑的管道時，如圖1-4所示。因流體是連續(xù)穩(wěn)定的流動，所通過面1-1′和2-2′的質(zhì)量是相等的，即：G1=G2=……=Gn(1-7)或ρ1A1u1=ρ2A2u2=……=ρAu（1-7a）對于不可壓縮的流體（液體），ρ=常數(shù)，式（1-7a）可改寫為：A1u1=A2u2=……=Au（1-7b）對于圓形管道，A=л/4╳d2,所以上式可寫為：u1/u2=A2/A1=（d2/d1）2（1-7c）由此可見，體積流量一定時，流速與管徑的平方成反比，也就是說管道直徑越大流速越小。這就是流體流動的連續(xù)性。121′2′圖1-4穩(wěn)定流動示意圖流體流動時的機械能計算與柏努利方程式在流體輸送過程中，主要是考慮各種形式的機械能轉(zhuǎn)換問題。在工業(yè)生產(chǎn)中我們將下述的三種形式能量稱為機械能。動能。流體以一定的流速流動而具有的能量稱為流體的動能，其表達式為：E動=1/2mu2位能。流體受重力的作用，因高出某基準(zhǔn)水平面而具有的能量稱為流體的位能，其表達式為：E位=mgZ靜壓能。流體由于外界對它做流動功而具有的能量，稱為流體的靜壓能。其表達式為：E靜=Pm/V=Pv對于液體，式中v是比容，它是密度的倒數(shù)，即v=1/ρ。故上式可寫成：E靜=P/ρ根據(jù)能量守恒定律，在實際流體的穩(wěn)定流動過程中，能量計算若以1kg質(zhì)量流體為基準(zhǔn)，則其總機械能為：E=E動+E位+E靜=u2/2+gZ+P/ρ如圖1-4所示的流動系統(tǒng)，液體從1-1′截面流至2-2′截面，除了上述三種機械能被流體帶進和帶出流動系統(tǒng)外，流體還有兩種能量進入和離開這個系統(tǒng)。22′Z21Z11′圖1-5實際輸送系統(tǒng)示意圖若管道中安裝有輸送機械（如泵），這種機械能把機械能輸入流體中。1kg質(zhì)量流體從輸送機械所獲得的能量稱為外加能量，以We表示。此外，流體從1-1′截面流至2-2′截面必然產(chǎn)生摩擦，使得部分機械能變成熱量，這部分熱量就不能轉(zhuǎn)化為其它形式的機械能，從輸送角度來看就成為損失能量，1kg質(zhì)量流體所損失的能量以Σhf表示，故上述流動系統(tǒng)的機械能計算式為：u12/2+gZ1+P1/ρ+We=u22/2+gZ2+P2/ρ+Σhf1-2（1-9）式中：We為輸送設(shè)備對單位質(zhì)量流體所作的有效功，稱為外加能量，單位為J/kg。是決定輸送設(shè)備的重要數(shù)據(jù)。單位時間輸送設(shè)備所作的有效功稱為有效功率，以Ne表示，即：Ne=WeGSJ/s(瓦)式中：GS–流體的質(zhì)量kg/s若以1kg質(zhì)量流體為計算基準(zhǔn)，將式1-9各項除以g，則得：Z1+u12/(2g)+P1/(ρg)+We/g=Z2+u22/(2g)+P2/(ρg)+Σhf/g令He=We/gHf=Σhf/g則：Z1+u12/(2g)+P1/(ρg)+He=Z2+u22/(2g)+P2/(ρg)+Hf（1-10）上式各項的單位為m，表示單位重量流體所具有的能量，故He為輸送設(shè)備對流體所提供的有效壓頭，稱為泵的揚程或壓頭。式（1-9）和式（1-10）稱為實際流體的柏努利方程式。例1-1為了能以均勻的速度向精餾塔加料，用高位槽使料液自動流入塔內(nèi)，如1-6圖所示。高位槽中液面維持不變，塔內(nèi)表壓為40kPa，若欲維持料液量為10m3/h，試求高位槽中的液面須高出塔的進料口多少米？已知料液密度為900kg/m3，損失能量為20J/kg，管道選用Φ57╳3.5mm鋼管。11′Z22′圖1-6解：取高位槽液面為1-1′，精餾塔進料口截面為2-2′，并以2-2′為基準(zhǔn)水平面。因無輸送設(shè)備，故We=0，高位槽液面截面較大，故u1≈0。故柏努利方程式可寫成：Z1g+P1/ρ=Z2g+u22/2+P2/ρ+Σhf1-2故：Z=Z1-Z2=（P2-P1）/ρg+u22/（2g）+Σhf1-2/g式中：u2=4Vh/(3600╳π╳d2)=10/(3600╳0.785╳0.052)=1.42m/sP1=0，P2=4000Pa代入上式得：Z=4000/（900╳9.81）+1.422/（2╳9.81）+20/9.81=6.67m由上述計算可知，高位槽液面距精餾塔進料口的距離最低為6.67m，方能滿足工藝要求。1．5繪圖與識圖1．5．1投影的概念及投影的特性投影采用投影法繪制圖時，設(shè)想把圖紙平面作為地面或墻面，我們稱它為投影面。光源為投影中心，光線稱為投射線（亦稱投影線）并假定它是可以透過物體的，光源的射向稱為投射方向（即投影方向），物體處于光源和投影面之間，物體遮光部分的影子，便落在投影面（圖紙）上，而落在投影面（圖紙）上的圖形稱為投影圖或簡稱為投影。投影法可分為中心投影法和平行投影法兩類。中心投影法：當(dāng)投影中心為一點，而且投影線從這一點出發(fā)都互不平行，這種對物體進行投影的方法稱為中心投影法。平行投影法：當(dāng)投射線都相互平行向前投射，這種對物體進行投影的方法稱為平行投影法。平行投影法按它們的投射線與投射面的位置關(guān)系可分為正投影和斜投影。正投影法：當(dāng)投射線相互平行且垂直于投影面所得到的投影稱正投影，這種投影法稱正投影法，利用正投影法繪制的圖樣稱為正投影圖（簡稱正投影）。由于用正投影法所得到的投影圖最能真實表達空間物體的形狀和大小，所以工程圖主要是采用正投影法繪制。畫正投影圖時，將空間物體的可見輪廓畫為實線，不可見的輪廓畫為虛線。斜投影法：當(dāng)投射線相互平行但傾斜于投影面所得到的投影稱斜投影。三面正投影圖及其投射規(guī)律將物體置于三個相互垂直的投影面之間，用三組分別垂直于三個投影面的平行投射線進行投影，就能得到這個空間物體的三個方面的正投影。將這三個正投影圖結(jié)合起來就能反映出這個物體的全部形狀和大小，從而達到工程建設(shè)各有關(guān)方面的需要。三面正投影的投射規(guī)律：主視圖和俯視圖長對正，主視圖和左視圖高平齊，俯視圖和左視圖寬相等。簡稱“長對正，高平齊，寬相等”的“三等”關(guān)系。這“三等”關(guān)系是繪制和識讀正投影工程圖的基本規(guī)律。點、直線和平面的正投影特性點的正投影特性：對于一個點，無論從哪一個方向進行投影，所得到的投影圖仍然是一個點。直線的正投影特性：直線平行于投影面時，它的投影是直線，且反映實長；直線垂直于投影面時，它的投影是一個點；直線傾斜于投影面時，它的投影是縮短了的直線；直線上某一點的投影，必定在這條直線的投影上。平面的正投影特性：平面平行于投影面時，它的投影反映平面的真實形狀，即大小和形狀不變；平面垂直于投影面時，它的投影積聚成為一條直線；平面傾斜于投影面時，它的投影不反映實形而是縮小了的類似形平面。平面上的點和直線的正投影特性重合：長度相等相互平行的兩條線段，如果其位置在平行于投影面的平面內(nèi)，那么，這兩條線段的投影就重合在一起，這兩條線段的任意一點的投影也落在這條線段的投影上。兩個或兩個以上的點，處在垂直于投影面的同一直線上進行投影時，其投影都重合在一起。積聚：垂直于投影面的直線，其投影是一個點。而且，在這條直線上的任意一點的投影都落在這一點上。平面垂直于投影面時，其投影是一條直線，這個面上的任意一點、一條直線或其它圖形的投影也都積聚在這一條直線上。1．5．2剖視圖和軸測投影圖剖視圖剖視圖的概念用投影原理表達工程形體的圖形稱為視圖。為了清楚地反映管線的真實形狀以及管件閥件的內(nèi)部或被遮蓋部分的結(jié)構(gòu)形狀，可以采用一個假想平面，把需要表達清楚的部位用假想平面剖切開來，并把處在觀察者和剖切平面之間的部分物體移去，再把留下來的那部分物體向投影面重新進行投影，所得到的圖形稱為剖視圖。剖視圖的分類按照剖切平面對水平投影面的位置不同來分，可分為垂直和水平剖視兩種。垂直剖視：當(dāng)剖切平面垂直于水平投影面時，這種剖視稱為垂直剖視。水平剖視：當(dāng)剖切平面平行于水平投影面時，這種剖視稱為水平剖視。按照物體被剖切的情況不同來分，可分為全剖視、半剖視和局部剖視三種。全剖視圖：只用一個剖切平面把物體完全切開后，重新投影所畫出的剖視圖。全剖視圖適用于表示一般外形較簡單或不對稱的管件及閥件，這樣能把管件或閥件的內(nèi)部形狀表示清楚。半剖視圖：把具有對稱平面的物體向垂直于這一對稱平面的投影面投影，并將所得到的圖形以對稱中心線為界，一半畫成視圖，以顯外形，另一半畫成全剖視圖，以示內(nèi)形。這種以對稱中心線為界，由半個視圖反映物體的外部形狀，半個全剖視圖表示內(nèi)部形狀的圖形稱為半剖視圖。半剖視圖既可表明構(gòu)件內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可表示外部形狀，具有內(nèi)外兼顧的特點。局部剖視圖：假想用剖切平面把管件、閥件或設(shè)備中的某一局部部分剖開后投影所得的圖形。局部剖視圖是施工圖設(shè)計中使用最多、最靈活的一種剖視，它的特點是剖視部分與視圖以波浪線為界，波浪線表示剖切的部位和范圍。軸測投影圖軸測投影圖的概念用一組平行的投影線，把物體連同它的三個坐標(biāo)軸一起投射在一個投影面上所得到的立體圖形稱軸測投影圖，俗稱透視圖或空視圖。軸測投影圖的分類軸測圖根據(jù)投影線與投影面的不同位置可分為兩大類。當(dāng)投影方向垂直于軸測投影面時，得到的投影是正軸測圖。當(dāng)投影方向傾斜于軸測投影面時，得到的投影是斜軸測圖。1．5．3工藝管道施工圖常用符號、代號及圖形圖例常用符號工藝管道施工圖常用符號主要有以下幾種。剖切符號：用以表示剖面圖剖切位置及剖視方向的符號，稱為剖面圖剖切符號。索引符號：用以表明施工圖中的某一局部管道組成件及安裝件，需另見詳圖時所用的符號。對稱符號：用以表示中心垂直細點劃線兩側(cè)的物體形狀或構(gòu)件構(gòu)造完全相同且相對稱時，為減少圖樣繪制，只畫出物體或構(gòu)件相對稱的一側(cè)，另一側(cè)不畫出，而用對稱符號表示。連接符號：由于管線很長或其他構(gòu)、配件很大，因圖幅所限或管線及構(gòu)、配件中間的部分又相同而沒有必要將它們都全部繪畫出來時，將中間略去不畫的部分則用連接符號表示。該符號以折斷線表示需連接的部位，兩個被連接的圖樣或部位，必須在折斷線兩端靠圖樣（部位）的一側(cè)用相同大寫拉丁字母（A、B、C……）編號來表示。指北針：是表明工程坐落朝向的符號，北向可用字母“N”或文字“北”表示。常用代號工藝管道施工圖中輸送各種介質(zhì)的管道很多，為了區(qū)分輸送各種不同介質(zhì)的管道，設(shè)計人員在每一條管線的始端及中間都標(biāo)注有漢語拼音字母或英語縮寫字母代號。這些字母代號國家沒有統(tǒng)一規(guī)定，均由各部門根據(jù)本部門生產(chǎn)特點，自己作出統(tǒng)一規(guī)定。A、施工圖中工藝管道的標(biāo)注方法：╳╳╳╳介質(zhì)代號隔熱代號管段編號管段等級代號管道公稱直徑B、介質(zhì)代號及圖例見施工圖說明。1．5．4施工圖的識圖方法識圖步驟施工圖的識圖步驟可用程序式表示為：閱視圖紙目錄→清點圖紙張數(shù)→閱視設(shè)計說明→閱視流程圖→閱視管道（設(shè)備）平面布置圖→閱視剖面圖→閱視節(jié)點大樣圖及相關(guān)專業(yè)圖紙等。工藝流程圖的識讀工藝流程圖主要是用來表明一個工廠、車間或某一裝置（系統(tǒng)）生產(chǎn)過程概況的圖樣。工藝施工圖設(shè)計階段的流程圖一般分為帶控制點流程圖、輔助管道系統(tǒng)圖和公用工程管道系統(tǒng)圖三類。識讀工藝流程施工圖的主要目的是要了解和掌握物料介質(zhì)的工藝流程，設(shè)備的數(shù)量、名稱和編號、代號，所有管線的編號、材質(zhì)、規(guī)格、管件、閥件及控制點（測壓、測溫、分析點）的部位和名稱等。這樣，對在識讀管道的平、立面布置圖時能起到重要的指導(dǎo)作用。識讀工藝流程施工圖的方法應(yīng)根據(jù)圖面管線的起迄點的布置情況確定。一般來說，每條管線的起點是布置在圖面的左方，終點在圖面的右方或下方等。因此，識讀時應(yīng)從圖紙的左上方開始，從左至右、從上至下按順時針轉(zhuǎn)動方向，一條一條管線閱視。工藝管道安裝圖的識讀工藝管道安裝圖包括平面布置圖、剖視圖、向視圖三種。管道平面布置圖。管道平面布置圖是表達廠房內(nèi)各種機器設(shè)備、自控儀表之間管路的空間走向和主要管、配件及控制點施工安裝位置的圖樣。因此，管道布置圖又叫管道安裝圖或簡稱配管圖，應(yīng)主要了解和掌握如下內(nèi)容：整個廠房的結(jié)構(gòu)尺寸，機器設(shè)備的平面布置、定位尺寸、編號和名稱，管道的尺寸、介質(zhì)、材質(zhì)，管件、閥件、儀表的平面位置及定位尺寸，管道剖切位置、剖切視向及剖切編號和向視圖的視向及編號，管架或管墩的平面布置及定位尺寸等。其他圖紙的識讀可參照以上方法進行。1．6電學(xué)知識1．6．1電路電路就是電流通過的路徑。它由電流、負載、連接導(dǎo)線和開關(guān)等組成。電路在電力系統(tǒng)中主要起輸送與轉(zhuǎn)換電能的作用。1．6．2電流強度在電場力的作用下，自由電子或離子所發(fā)生的有規(guī)則的運動稱為電流。為了衡量電流的強弱，引用了電流強度這個物理量。它的定義為單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體某一截面的電荷量，其表達式為：I=Q/tI—電流強度，AQ—通過導(dǎo)體截面的電荷量，Ct—通過電荷量Q所用的時間，s1．6．3電位、電壓和電場強度電場中某一點的電位，在數(shù)值上等于單位正電荷沿任意路徑從該點移至無限遠處的過程中電場力所做的功，其單位為V。在電場中，將單位正電荷由高電位移向低電位時電場力所做的功稱為電壓。電壓又等于高低兩點之間的電位差，其表達式為：U=A/Q式中：A—電場力所做的功，JQ—電荷量，CU—電位差（又稱電壓），V電場強度是用來表示電場中各點的電場強弱和方向的一個物理量，它的定義是：試驗電荷在電場某一點所受到的電場力F與試驗電荷量q的比值，稱為該點的電場強度。其表達式為：E=F/q式中：E—電場強度，N/CF—電磁力，Nq—試驗電荷量，C電場強度又稱電場梯度，表示單位距離內(nèi)的電壓降，即：E=U/d式中：U—電壓降，Vd—距離，cm1．6．4電阻在電場力作用下，電流在導(dǎo)體中流動時所受到的阻力，稱為電阻。用符號R或r表示。其表達式為：R=V/I式中：R—電阻，ΩV—電壓（即電動勢），VI—電流，A1．6．5安全用電常識電流對人體的危害電流危害的程度與通過人體的電流強度、頻率、通過人體的途徑及持續(xù)時間等因素有關(guān)。電流強度對人體的危害不同電流強度對人體的作用如表1-1所示。表1-1電流對人體的作用電流（mA）作用的特征交流電（50~60Hz）直流電0.6~1.5開始有感覺，手輕微顫抖沒有感覺2~3手指強烈顫抖沒有感覺5~7手部痙攣感覺癢和熱8~10手部劇痛，勉強可擺脫電源熱感覺增加20~35手迅速劇痛麻痹，不能擺脫帶電體，呼吸困難熱感覺更大，手部輕微痙攣50~80呼吸困難麻痹，心室開始顫動手部痙攣，呼吸困難90~100呼吸麻痹，心室經(jīng)三秒即發(fā)生麻痹而停止跳動呼吸麻痹電流頻率對人體的影響在相同的電流強度下，不同頻率的電流對人體影響程度不同。一般頻率為28~300Hz的電流對人體影響較大，最為嚴重的是頻率為40~60Hz的電流。當(dāng)電流頻率大于20000Hz時，所產(chǎn)生的損害作用明顯減小。電流通過人體的路徑對人體的危害關(guān)系電流通過人體的頭部，會使人昏迷而死亡；電流通過脊髓，會導(dǎo)致截癱及嚴重損傷；電流通過中樞神經(jīng)或有關(guān)部位，會引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)強烈失調(diào)而導(dǎo)致死亡；電流通過心臟，會引起心室顫動，致使心臟停止跳動，造成死亡。實踐證明，從左手到腳是最危險的電流途徑，因為心臟直接處在電路中。從右手到腳途徑危險性相對小一些，但一般也能引起劇烈痙攣而摔倒，導(dǎo)致電流通過人體全身。電流的持續(xù)時間對人體的危害由于人體出汗和電流對人體組織的電解作用，電流通過人體的時間越長，使人體電阻逐漸降低，在電源電壓一定的情況下，會使電流增大，對人體組織的破壞更大，后果更嚴重。安全電壓我國的安全電壓，以前多采用36V或12V。國家新的標(biāo)準(zhǔn)GB3805-83，對頻率為50~500Hz的交流電，安全電壓的額定值分為42V、36V、24V、12V和6V等五級。安全電壓等級和選用如表1-2所示。表1-2安全電壓等級及選用舉例安全電壓（交流有效值）V選用舉例額定值空載上限值4250在有觸電危險的場所使用的手持式電動工具3643潮濕場所，如礦井、多導(dǎo)電粉塵及類似場所使用行燈等2429工作面積狹窄，操作者易大面積接觸帶電體的場所，如鍋爐、容器內(nèi)1215人體需要長期觸及器具上帶電體的場所68幾種常見的觸電形式發(fā)生觸電的原因大致有：違章作業(yè)；電氣線路和設(shè)備存在缺陷、絕緣體損壞；電氣設(shè)備的接地（零）線折斷，銹蝕損壞；偶然的意外事故，如電線斷落接觸人體等。表1-3常見的觸電形式觸電情況危險程度低壓中性點接地的單相觸電人碰到一根相線時，電流從相線經(jīng)人體再經(jīng)大地流回到中性點，這時加在人體的電壓是相電壓，其危險程度取決于人體與地面的接觸電阻。兩相觸電電流從一根導(dǎo)線經(jīng)過人體流至另一根導(dǎo)線，在電流回路中只有人體電阻，其電壓為線電壓或相電壓。在這種情況下，觸電者即使穿上絕緣靴或站在絕緣臺上也起不了保護作用，所以兩相觸電是最危險的。低壓中性點不接地的單相觸電在1000V以下，人碰到任何一相后電流通過人體經(jīng)另外兩根相線對地絕緣電阻和分布電容而形成回路，如果相線對地絕緣電阻較高，一般不會發(fā)生危險。當(dāng)電氣設(shè)備、導(dǎo)線絕緣損壞或老化，其對地絕緣電阻降低時，同樣會發(fā)生電流通過人體流入大地的單相觸電事故。在6~10kV系統(tǒng)，由于電壓高，所以觸電電流大，幾乎是致命的，加上電弧灼傷，情況更嚴重?？绮诫妷河|電當(dāng)某相導(dǎo)線斷線碰地或運行中的電氣設(shè)備因絕緣損壞漏電時，電流向大地流散，以碰地點或接地體為圓心，半徑為20米的圓面積內(nèi)形成分布電位。如有人在碰地故障點周圍走過時，其兩腳之間（按0.8米計算）的電位差稱為跨步電壓?？绮诫妷河|電時，電流從人的一只腳流經(jīng)下身，通過另一只腳流入大地形成回路，觸電者先感到兩腳麻木，然后跌到后，由于頭與腳之間的距離加大，電流將在人體內(nèi)臟重要器官通過，人就有生命危險。當(dāng)發(fā)覺被跨步電壓威脅時，應(yīng)立即合攏雙腳或用另一只腳跳著離開危險區(qū)。接觸電壓觸電人與電氣設(shè)備的帶電外殼接觸而引起的觸電，稱為接觸電壓觸電。觸電的預(yù)防措施知道觸電的原理后，只要采取和遵守安全預(yù)防措施，觸電是可以避免的。觸電的預(yù)防措施見表1-4。表1-4觸電的預(yù)防措施引起觸電的原因預(yù)防措施電氣設(shè)備的金屬構(gòu)件、外殼帶電可采用保護接零、保護接地等安全措施（同一系統(tǒng)中，不宜一些設(shè)備保護接零，而另一些設(shè)備保護接地）攜帶式和移動式用電設(shè)備A、用電設(shè)備可靠接地（接零）B、使用觸電保安器（即漏電開關(guān)）C、采用24V以下的安全電壓裸露的帶電體A、應(yīng)按規(guī)定架空B、設(shè)置警告牌、遮攔C、利用聯(lián)鎖裝置，當(dāng)人進入危險區(qū)時能自動切斷電源帶電操作必須有專人監(jiān)護，人體站在絕緣板上或穿絕緣鞋，對周圍導(dǎo)電體接地體都應(yīng)用絕緣物遮蓋及使用絕緣手柄的工具高壓配電設(shè)備辦理工作票、操作票和實行監(jiān)護制度設(shè)備停電檢修對拉閘后的開關(guān)要加鎖或掛上有關(guān)的警告牌臨時線路辦理申請手續(xù)，定期檢查，嚴禁將在接線的兩頭都裝插頭，嚴禁使用一線一接地對用電者加強用電安全教育1．7無機化學(xué)知識1．7．1元素與原子元素、原子、同位素元素是具有相同核電荷（質(zhì)子數(shù)）的同一類原子的總稱。原子是一般化學(xué)反應(yīng)中的最小微粒。具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的粒子互稱同位素。原子的組成：原子是一種處于中心位置的帶正電荷的原子核及其周圍的脈動荷負電的電子波所構(gòu)成的微粒。原子核是由帶正電荷的質(zhì)子和電中性的中子組成。原子的組成可表示如下：質(zhì)子（Z個）原子核原子（AZX）中子（A-Z）個核外電子Z個其中：A為原子的質(zhì)量數(shù)，Z為質(zhì)子數(shù)。原子的核外電子是按能量高低分層的，能量從低到高（從內(nèi)到外）順序為K、L、M、N、O、P、Q層，對應(yīng)的能容納2、8、18、32…個電子。每層最多可容納的電子數(shù)為2n2，但是，最外層最多為8個，次外層最多為18個電子。1．7．2元素周期律和周期表元素周期律：元素的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)隨原子序數(shù)的遞增呈周期性的變化。周期表是元素周期律的表達形式。周期表有七個周期，十八個縱行分成ⅠA~ⅦA、ⅠB~ⅦB、0、Ⅷ共16個族。非金屬（除H外）和稀有氣體元素集中在表的右上方，金屬元素集中在表的左下方。同周期元素的原子電子層數(shù)相同，同一主族元素原子最外層的電子數(shù)相等。元素性質(zhì)的周期性：同周期元素由左向右（稀有氣體除外）金屬性、原子半徑、元素最高價氧化物的堿性、最高價氧化物水化物的堿性變小或減弱；非金屬性、電離能、電負性、最高正價、元素的最高價氧化物的酸性、最高價氧化物水化物的酸性變大或增強。同一主族從上向下金屬性、原子半徑、元素最高氧化物的堿性、最高氧化物水化物的堿性變大或增強，非金屬性、電離能、電負性、元素的最高氧化物的酸性、最高氧化物的水化物的酸性變小或減弱。同一主族最高正化合價相同且等于族序數(shù)。1．7．3分子和化學(xué)鍵原子是通過化學(xué)鍵結(jié)合成分子或晶體，分子是保持物質(zhì)基本化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。離子鍵：陰、陽離子之間通過靜電作用所形成的化學(xué)鍵。共價鍵：原子間通過共用電子所形成的化學(xué)鍵，包括非極性共價鍵和極性共價鍵。1．7．4物質(zhì)的計量物質(zhì)的量（n）：計量物質(zhì)含微觀粒子及其特定組合數(shù)的物理量。常用單位是摩爾（mol）。1mol任何物質(zhì)都含有組成它的微觀粒子或微觀粒子的特定組合（或叫基本單元）NA個。NA叫阿伏加德羅常數(shù)。NA=6.02╳1023。這個數(shù)與0.012kg碳-12中的原子數(shù)目相等。摩爾質(zhì)量（M）：某物質(zhì)的質(zhì)量除以物質(zhì)的量，稱為該物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，用符號M表示，常用單位是g/mol。M=m/n式中m—物質(zhì)的質(zhì)量，常用單位為g；n—物質(zhì)的量，常用單位為mol。從摩爾的定義知道，1mol碳-12的質(zhì)量為12g。12這個數(shù)值恰恰是碳-12的相對原子質(zhì)量。推而廣之，物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，在以g/mol為單位時數(shù)值上等于其化學(xué)式量（含相對原子質(zhì)量、相對化學(xué)質(zhì)量）。氣體的摩爾體積（Vm）：0℃（273.15K）、101.325kPa的氣體狀態(tài)叫氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀況。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1mol任何氣體的體積都約占22.4L，這個體積叫氣體的摩爾體積。物質(zhì)的量與質(zhì)量、摩爾質(zhì)量、摩爾體積的關(guān)系nB=mB/MBn=N/NAn=V/Vm(只適用于標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體)物質(zhì)的量濃度（CB）：以單位體積溶液中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量來表示的溶液組成，叫做溶質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度。CB=nB/V溶液1．7．5化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)化學(xué)反應(yīng)總是伴隨著能量的變化，通常表現(xiàn)為熱效應(yīng)。反應(yīng)過程中吸收熱量的反應(yīng)稱吸熱反應(yīng)，放出熱量的反應(yīng)稱放熱反應(yīng)。當(dāng)生成物的總能量高于反應(yīng)物的總能量時，反應(yīng)就表現(xiàn)為從周圍環(huán)境中吸收熱量；相反，當(dāng)生成物的總能量比反應(yīng)物的總能量低時，反應(yīng)就表現(xiàn)為向周圍環(huán)境放出熱量。所以，反應(yīng)過程中吸收或放出的熱量稱該反應(yīng)的反應(yīng)熱，用符號Q表示。在化學(xué)反應(yīng)方程的右端“+”Q，表示放熱反應(yīng)，在化學(xué)反應(yīng)方程的右端“-”Q，表示吸熱反應(yīng)，單位為kJ/mol。標(biāo)明物質(zhì)的集聚狀態(tài)和反應(yīng)所放出或吸收熱量的化學(xué)反應(yīng)方程，叫熱化學(xué)方程式。在熱化學(xué)反應(yīng)式中，反應(yīng)熱與方程式的寫法和物質(zhì)的狀態(tài)有關(guān)。為書寫方便，常用英文的固體、液體、氣體第一個小寫字母s、l、g，分別表示固體、液體、氣體。例如：H2（g）+1/2O2（g）→H2O(g)+241.6kJ/mol可逆反應(yīng)和不可逆反應(yīng)按反應(yīng)進行的程度不同，化學(xué)反應(yīng)可分為可逆反應(yīng)和不可逆反應(yīng)。在一定條件反應(yīng)物幾乎完全轉(zhuǎn)化為生成物的反應(yīng)叫不可逆反應(yīng)。例如強酸和強堿的中和反應(yīng)。另一類反應(yīng)，例如合成氨反應(yīng)：3H2+N22NH3在同一條件下、同一時間既有氫和氮合成氨，又有氨分解成氫和氮，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化成生成物。這類在一定條件下，不能進行到底的化學(xué)反應(yīng)，稱可逆反應(yīng)。在化學(xué)反應(yīng)式中通常用雙箭頭來表示可逆反應(yīng)。一般把從左到右進行的反應(yīng)叫正反應(yīng)，從右向左進行的反應(yīng)叫逆反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)速率A、化學(xué)反應(yīng)速率的概念：在一定條件下，衡量反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物快慢的物理量，稱化學(xué)反應(yīng)速率。可用單位時間內(nèi)任何一種反應(yīng)物或生成物濃度的改變來表示。化學(xué)反應(yīng)速率（υ）=±（濃度變化量/時間變化量）濃度改變以mol/L表示，時間單位可以是秒(s)、分(min)、小時(h)。這里的速率不代表某一時刻的速率，而是一定時間間隔內(nèi)的平均值。為使反應(yīng)速率總是一個正值，當(dāng)用生成物濃度變化量表示時，上式右邊取正號，當(dāng)用反應(yīng)物濃度變化量表示時，則取負號。B、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素反應(yīng)物濃度：當(dāng)其他條件不變時，增加（減小）反應(yīng)物的濃度，可使反應(yīng)速率增大（減?。?。對于只有固態(tài)、液態(tài)物質(zhì)參加的反應(yīng)，壓力沒有多大影響。有氣體參加的反應(yīng)，在其他條件相同時，增大壓力，氣體的體積減小，相當(dāng)于增大了濃度，反應(yīng)速率加快；降低壓力，氣體體積增大，相當(dāng)于減小了濃度，反應(yīng)速率減慢。溫度：溫度升高相當(dāng)于加入能量，分子的運動速率加快，使相同的時間內(nèi)反應(yīng)物分子碰撞的次數(shù)增多，導(dǎo)致反應(yīng)速率加快。由范特荷夫經(jīng)驗性的近似規(guī)則可知，一般反應(yīng)溫度每升高10℃，反應(yīng)速率增大到原來的2~4倍。催化劑：催化劑是一種能改變化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量、組成和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后基本保持不變的物質(zhì)。能加快化學(xué)反應(yīng)速率的催化劑叫正催化劑，能減慢化學(xué)反應(yīng)速率的催化劑叫負催化劑。其他因素的影響：有固體參加的反應(yīng)，固體顆粒的大小對反應(yīng)速率也有影響。顆粒愈細，表面積愈大，反應(yīng)速率愈快。固體和溶液的反應(yīng)發(fā)生在界面上，強化攪拌促使分子擴散加快，反應(yīng)物分子接觸機會增多，也能提高反應(yīng)速率。有些反應(yīng)光線照射下大大加快，如照相底片“感光”完全是光照控制反應(yīng)。其他如超聲波、激光、電磁波等對某些反應(yīng)的速率也產(chǎn)生影響?；瘜W(xué)平衡化學(xué)平衡及平衡常數(shù)在一定條件下，可逆反應(yīng)進行到正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等時，反應(yīng)物和生成物的濃度不再隨時間而改變的狀態(tài)稱化學(xué)平衡狀態(tài)?；瘜W(xué)平衡是一種動態(tài)平衡。在化學(xué)平衡時各物質(zhì)的濃度叫平衡濃度。對于一般的可逆反應(yīng)：aA+bBcC+dD在一定溫度下，反應(yīng)達到平衡時：Kc=[cc(C)cd(D)]/[ca(A)cb(B)]上式為化學(xué)平衡常數(shù)表達式。它表明在一定溫度下，可逆反應(yīng)達到平衡時，生成物平衡濃度的乘積與反應(yīng)物平衡濃度的乘積（其方程式中物質(zhì)化學(xué)式前的系數(shù)為濃度的方次）之比是一個常數(shù)。平衡常數(shù)表達了可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，各反應(yīng)物和生成物物質(zhì)的量濃度之間的關(guān)系。Kc值愈大，產(chǎn)物的濃度就愈大，說明正反應(yīng)進行得愈“完全”。平衡常數(shù)只受溫度影響，與濃度無關(guān)。若溫度變化，化學(xué)平衡常數(shù)也將改變。需要強調(diào)的是，平衡常數(shù)表達式中的濃度是平衡濃度，而不是其他狀態(tài)時的濃度。對于有純固體、純液體參加的反應(yīng)，平衡常數(shù)表達式中不用寫出這些組分，只寫反應(yīng)方程式中的氣體和溶液。化學(xué)平衡的特點可逆性：化學(xué)平衡是可逆反應(yīng)的特征，是可逆反應(yīng)在指定條件下進行的限度?；瘜W(xué)平衡既可以從正方向達到，也可以從逆方向達到。動態(tài)和相對性：化學(xué)反應(yīng)達到化學(xué)平衡時表面上看似乎是“靜止”了，實際上反應(yīng)并沒有停止，只不過是在同一時間內(nèi)各生成物生成了多少，就有多少又轉(zhuǎn)化成相應(yīng)數(shù)量的反應(yīng)物?；瘜W(xué)平衡是在一定條件下建立起來的，某個條件（溫度、壓力、濃度）一旦改變了，平衡就遭破壞。不變性：可逆反應(yīng)一旦達到平衡，各反應(yīng)物和生成物的濃度分別為確定值，只要平衡條件沒有變化，各物質(zhì)的平衡濃度保持不變。影響化學(xué)平衡的因素當(dāng)反應(yīng)的條件（溫度、壓力、濃度）改變時，平衡就被破壞，反應(yīng)立即按新的條件進行，直到建立新條件下的新平衡。因外界條件變化導(dǎo)致可逆反應(yīng)從原來的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到新的平衡狀態(tài)的過程，叫化學(xué)平衡移動。濃度的影響：增大反應(yīng)物（或減少生成物）的濃度，平衡向減小反應(yīng)物（或增大生成物）濃度的方向移動；減小反應(yīng)物（或增大生成物）的濃度，平衡向增大反應(yīng)物（或減小生成物）濃度的方向移動。壓力的影響：對于有氣體參加的反應(yīng)，在其他條件不變時，增大壓力，平衡向氣體分子總數(shù)減少的方向移動；減小壓力，平衡向氣體分子總數(shù)增多的方向移動。沒有氣體參加的反應(yīng)，壓力改變，對平衡幾乎沒什么影響。溫度的影響：其他條件不變時，升高溫度，平衡向吸熱方向移動；降低溫度，平衡向放熱方向移動。溫度對平衡的影響是改變了平衡常數(shù)值，這與濃度、壓力的影響有本質(zhì)區(qū)別。常數(shù)K叫做平衡常數(shù)。1．8有機化學(xué)知識1．8．1有機化合物的特點和分類有機化合物都含有碳元素和氫元素，一些有機物中除C、H元素之外，還含有O、P、N、鹵素等元素。這類由碳原子和氫原子以共價鍵連接成的碳氫化合物及其衍生物稱有機化合物，簡稱有機物。研究有機物的化學(xué)稱為有機化學(xué)。有機化合物的特點碳原子處于周期表的第二周期，恰在電負性極強的鹵素和電負性極弱的堿金屬之間，這個特殊的位置決定了有機化合物的一些特殊性質(zhì)。一般地講，有機化合物具有下列特點。分子組成復(fù)雜。很多有機物質(zhì)在組成上與無機物質(zhì)相比要復(fù)雜得多。例如從自然界分離出來的維生素B12，它的組成是C63H90N14O14PCo，而無機物往往是由幾個原子所組成。容易燃燒。除少數(shù)外，一般的有機物都容易燃燒。假如分子中只含有碳和氫而不含其他元素，最終的產(chǎn)物是二氧化碳和水。熔點、沸點低，易揮發(fā)。有機物在室溫下常為氣體、液體或低熔點固體。難溶于水。絕大多數(shù)有機化合物是共價化合物，難溶于水，易溶于汽油等有機溶劑。絕大多數(shù)有機物是非電解質(zhì)，不易導(dǎo)電。反應(yīng)速度比較緩慢。相對于無機反應(yīng)，有機物的反應(yīng)往往是緩慢的，需要一定的時間。反應(yīng)復(fù)雜，常伴有副反應(yīng)產(chǎn)生。有機化合物的分類按碳鏈結(jié)合方式分類分子中只含有碳和氫兩種元素的有機化合物稱為碳氫化合物，簡稱烴。烴類化合物中的氫原子被其他原子或原子團所取代的產(chǎn)物，稱為烴的衍生物。有機化合物按碳鏈結(jié)構(gòu)分類如下：飽和烴烷烴開鏈烴