流體的物理性質(zhì)（標準版）

Safetymanagementisaninportantpartofenterpriseproductionmanagement.Theobjectisthe

statemanagementandcontrolofallpeople,objectsandenvironmentsinproduction

（安全管理）

單位：______________________

姓名：______________________

日期：______________________

編號：AQ-SN-0953

化工安全IChemicalSafety

化工安全

流體的物理性質(zhì)（標準版）

說明：安全管理是企業(yè)生產(chǎn)管理的重要組成部分，是一門綜合性的系統(tǒng)科學。

安全管理的對象是生產(chǎn)中一切人、物、環(huán)境的狀態(tài)管理與控制，安全管理是一

種動態(tài)管理?？梢韵螺d修改后或直接打印使用（使用前請詳細閱讀內(nèi)容是否合

適）。

流體流動與輸送過程中，流體的狀態(tài)與規(guī)律都與流體的物理性

質(zhì)有關(guān)。因此，首先要了解流體的常見物理和化學性質(zhì)，包括密度、

壓力、黏度、揮發(fā)性、燃燒爆炸極限、閃點、最小引燃能量、燃燒

熱等。

一、密度與相對密度

密度是用夾比較相同體積不同物質(zhì)的質(zhì)量的一個非常重要的物

理量，對化工生產(chǎn)的操作、控制、計算等，特別是對質(zhì)量與體積的

換算，具有十分重要的意義。

流體的密度是指單位體積的流體所具有的質(zhì)量，用符號P表示,

在國際單位制中，其單位是ke/m3。

式中m----流體的質(zhì)量，kg；

第1頁

化工安全IChemicalSafety

化工安全

y---流體的體積，m3o

任何流體的密度都與溫度和壓力有關(guān)，但壓力的變化對液體密

度的影響很?。▔毫O高時除外），故稱液體是不可壓縮的流體。工

程上，常忽略壓力對液體的影響，認為液體的密度只是溫度的函數(shù)。

例如，純水在277K時的密度為1000kg/m3,在293K時的密度為

998.2kg/m3,在373時的密度為958.4kg/ms。因此，在檢索和

使用密度時，需要知道液體的溫度。對大多數(shù)液體而言，溫度升高,

其密度下降。

液體純凈物的密度通?？梢詮摹段锢砘瘜W手冊》或《化學工程

手冊》等查取。液體？昆合物的密度通常由實驗測定，例如比重瓶法、

韋氏天平法及波美度比重計法等。其中，前兩者用于精確測量，多

用于實驗室中，后者用于快速測量，在工業(yè)上廣泛使用。

在工程計算中，當混合前后的體積變化不大時，液體混合物的

密度也可由下式計算，即：

式中P一液體混合物的密度，kg/ms；

Pl、P2、Pi、Pn---構(gòu)成混合物的各純組分的密度，ks/

第2頁

化工安全IChemicalSafety

化工安全

m3；

wl>w2>wi>wn---混合物中各組分的質(zhì)量分數(shù)。

氣體具有明顯的可壓縮性及熱膨脹性，當溫度、壓力發(fā)生變化

時，其密度將發(fā)生較大的變化。常見氣體的密度也可從《物理化學

手冊》或《化學工程手冊》中查取。在工程計算中，如查壓力不太

高、溫度不太低，均可把氣體(或氣體混合物)視作理想氣體，并由

理想氣體狀態(tài)方程計算其密度。

由理想氣體狀態(tài)方程式

式中P—氣體在溫度丁、壓力P的條件下的密度，kg/m3；

V——氣體的體積，IT13；

戶---氣體的壓力，kPa；

T一一氣體的溫度，K；

田--氣體的質(zhì)量，kg；

M---氣體的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；

R——通用氣體常數(shù),在SI制中,R=8.314kJ/(kmOl.K)0

如果是氣體混合物，式中的M用氣體混合物的平均摩爾質(zhì)量Mm

第3頁

化工安全IChemicalSafety

化工安全

代替。平均摩爾質(zhì)量由下式計算：

式中Ml、M2、Mi、Mn——構(gòu)成氣體混合物的各純組分的摩爾質(zhì)

量，kg/kmOl；

式中的上標“@”表示標準狀態(tài),即273K、101.325kPao

由于Ikmol理想氣體在標準狀態(tài)下的體積是22.4m3,所以理想

氣體在標準狀態(tài)下的密度為

當混合物中各純組分的密度已知時，還可以根據(jù)混合前后質(zhì)量

不變的原則，用下式計算混合物的密度。

流體的密度是流體的重要物性，涉及許多安全問題，流體密度

的計算是生產(chǎn)過程中化學爆炸、物理爆炸計算過程的重要數(shù)據(jù)。

用圓柱形貯槽貯存8%的NaOH水溶液，已知貯槽的底面直徑是

6m,現(xiàn)因工藝需要，需將30t該堿液從貯槽打到指定設(shè)備內(nèi)，問貯

槽的液位計讀數(shù)將下降多少？已知在當時條件下，該堿液的密度是

1061kg/mso

在用儀器測量液體的密度時，在很多檢索密度數(shù)據(jù)的過程中，

常常會遇到相對密度（過去稱比重）和比體積的概念，例如用波美度

第4頁

化工安全IChemicalSafety

化工安全

比重計測出的就是被測液體的相對密度。

相對密度是一種流體的密度相對于另一種標準流體的密度的大

小，是一個無因次的量。對液體來說，常選277K的純水作為標準液

體（此時水的密度為1000kg/m3）,其定義式為

二、壓力

力的作用效果不僅取決于力的大小，還取決于力的作用面積。

工程上，常常使用單位面積上的力（應(yīng)力）來表示力的作用強度，在

流體力學中也是如此。

流體垂直作用在單位面積上的壓力（玉應(yīng)力），稱為流體的壓力

強度，簡稱壓強，也稱靜壓強，工程上常常稱為壓力。

式中P——流體的壓力，Pa；

F垂直作用在面積A上的力，N；

A——流體的作用面積，mz。

可以證明，在靜止流體中，任一點的壓力方向都與作用面相垂

直，并在各個方面上都具有相同的數(shù)值。

在化工生產(chǎn)中，壓力是一個非常重要的控制參數(shù)，為了知道操

第5頁

化工安全IChemicalSafety

化工安全

作條件下壓力的大小，以控制過程的壓力，常常在設(shè)備或管道上安

裝測壓儀表。新型的測壓儀表通常是自動的并可以由自動控制系統(tǒng)

調(diào)節(jié)；傳統(tǒng)的測壓儀表主要有兩種，一種叫壓力表，一種叫真空表,

至今仍在化工生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，但它們的讀數(shù)都不是系統(tǒng)內(nèi)的真實

壓力（絕對壓力）。壓力表的讀數(shù)叫表壓，它所反映的是容器設(shè)備內(nèi)

的真實壓力比大氣壓高出的數(shù)值，即

表壓=絕對壓力一大氣壓

真空表的讀數(shù)叫真空度，它所反映的是容器設(shè)備內(nèi)的真實壓力

低于大氣壓的數(shù)值，即

真空度二大氣壓一絕對壓力

顯然，同一壓力，用表壓和真空度表示時，其值大小相等而符

號相反。通常，把壓力高于大氣壓的系統(tǒng)叫正壓系統(tǒng)，壓力低于大

氣壓的系統(tǒng)叫負壓系統(tǒng)。為了使用時不至于混淆，壓力用絕對壓力

表示時可以不加說明，但用表壓和真空度表示時必須注明。例如，

500kPa表示絕對壓力；5MPa（表壓）表示系統(tǒng)的表壓，絕對壓力等于

該值加上大氣壓；lOPa（真空度）表示系統(tǒng)的真空度，絕對壓力等于

第6頁

化工安全IChemicalSafety

化工安全

大氣壓減去該值。

壓力的單位有很多種，在工程上、文獻中都會經(jīng)常出現(xiàn)，因此

要能夠進行Pa與其他壓力單位（非法定計量單位）的換算。常見換算

關(guān)系如下：

latm=101.3kPa=l.033at=760m【nHg=10.33mH20

lat=lkgf/cm2=98.07kPa=735.6mmHg=10mHz0

流體或系統(tǒng)壓力的大小不僅關(guān)系反應(yīng)速度和流動速度，而且可

以標志危險性的大小，事故損失的狀況和后果。

要求某精儲塔塔頂壓力維持在3.5kPa,若操作條件下，當?shù)卮?/p>

氣壓為lOOkPa,問：塔頂應(yīng)該安裝壓力表還是真空表?其讀數(shù)是多少?

解由題意可知，塔頂壓力比當?shù)卮髿鈮旱?，因此?yīng)該安裝真空

表。真空表的讀數(shù)為100—3.5=96.5kPa安裝在某生產(chǎn)設(shè)備進、出

口處的真空表的讀數(shù)是3.5kPa、壓力表的讀數(shù)為76.5kPa,試求

該設(shè)備進出口的壓力差。

設(shè)備進出口的壓力差=出口壓力一法口壓力=（大氣壓+表壓）

一（大氣壓一真空度）=表壓+真空度=76.5+3.5=80.OkPa

第7頁

化工安全IChemicalSafety

化工安全

三、黏度

流體黏度影響流體的流動狀況和狀態(tài)，決定在一定動力或流速

狀態(tài)下，流體與管壁之間的摩擦，黏度大的流體容易粘壁，結(jié)垢而

導(dǎo)致管道堵塞或結(jié)焦，影響安全生產(chǎn)。

不同流體的黏性是不一樣的，從桶里把油倒出來要比把水從桶

里倒出來需要更長時間，這說明油的黏性比水大。表示流體黏性大

小的物理量稱為動力黏度或絕對黏度，簡稱黏度，用//表示，在

SI制中，其單位是Pa?s。在工程上或文獻中常常使用泊⑻或厘泊

（CP）O它們之間的關(guān)系是

lPa*s=10P=1000cP

黏度是流體的重要物理性質(zhì)之一，其大小反映了在同樣條件下,

流體內(nèi)摩擦力的大小。顯然，在其他條件相同的情況下，黏度越大,

流體的內(nèi)摩擦力越大