化工原理最新章节_华平著

0.3　单位制度及单位换算

任何物理量的大小都是由数字和单位联合来表达的，二者缺一不可。

0.3.1　单位制度

在工程和科学中，单位制度有不同的分类方法。

1．基本单位和导出单位

一般选择几个独立的物理量（如质量、长度、时间、温度等），根据使用方便的原则规定出它们的单位，这些选择的物理量称为基本物理量，其单位称为基本单位。其他的物理量（如速度、加速度、密度等）的单位则根据其本身的物理意义，由有关基本单位组合而成。这种组合单位称为导出单位。

2．绝对单位制度和重力单位（工程单位）制度

绝对单位制以长度、质量、时间为基本物理量，力是导出物理量，其单位为导出单位；重力单位制以长度、时间和力为基本物理量，质量是导出物理量，其单位为导出单位。力和质量的关系用牛顿第二运动定律相关联，即

F ＝ ma （0-1）

上述两种单位制度中又有米制单位与英制单位之分。两种单位制度中米制与英制的基本单位如表0-1所示。

表0-1　两种单位制度中的米制与英制的基本单位

3．国际单位制度（SI制）

1960年10月第十一届国际计量大会通过了一种新的单位制度，称为国际单位制度，其代号为SI，它是mks制的引申。

由于SI制的“通用性”和“一贯性”的优点，在国际上迅速得到推广。

4．《中华人民共和国法定计量单位》（简称法定单位制）

中华人民共和国法定计量单位制度的内容见附录1。

本套教材中采用法定单位制。在少数例题与习题中有意识地编入一些非法定单位，目的是让读者练习单位之间的换算。

0.3.2　单位换算

换算因子是指彼此相等而单位不同的两个同名物理量（包括单位在内）的比值。如1m和100cm的换算因子为100cm/m。

1．物理量的单位换算

同一物理量，若采用不同的单位，则数值就不相同。例如最简单的一个物理量，圆形反应器的直径为1m，在物理单位制度中，单位为cm，其值为100；而在英制中，其单位为ft，其值为3.2808。它们之间的换算关系：反应器的直径 D ＝1m＝100cm＝3.2808ft。

同理，重力加速度 g 在不同单位制之间的换算关系：重力加速度 g ＝9.81m/s ² ＝981cm/s ² ＝32.18ft/s ² 。

常用物理量的单位换算关系可查附录2。

若查不到一个导出物理量的单位换算关系，则从该导出单位的基本单位换算入手，采用单位之间的换算因数与基本单位相乘或相除的方法，以消去原单位而引入新单位。具体换算过程见例0-1。

例0-1 质量速度的英制单位为lb/（ft ² ·h），试将其换算为SI制，即kg/（m ² ·s）。

解在本教材附录2中查不到质量速度不同单位制之间的换算关系，则只能从基本单位换算入手。从附录2查出基本物理量的换算关系为

1kg＝2.20462lb，1m＝3.2808ft，1h＝3600s

采用“原单位消去法”便得到新的单位，即质量速度为

2．经验公式（数字公式）的单位换算

化工计算中常遇到的公式有两类：物理方程和经验方程。

物理方程是根据物理规律建立起来的，如前述的式（0-1）。物理方程遵循单位或因次一致的原则。同一物理方程中绝不允许采用两种单位制度。

用一定单位制度的基本物理量来表示某一物理量，称为该物理量的因次。在mks单位制度中，基本物理量质量、长度、时间、热力学温度的因次分别用 M、L、T 与 θ 表示，力的因次为 MLT ^-2 ；在重力单位制度中，力为基本量，其因次用 F 表示，质量的因次则变为 FT ² L ^-1 。因次一致的原则是因次分析方法的基础。

经验方程是根据实验数据而整理成的公式，式中各物理量的符号只代表指定单位制度的数据部分，因而经验公式又称数字公式。当所给物理量的单位与经验公式指定的单位制度不相同时，则需要进行单位换算。可采取两种方式进行单位换算：将诸物理量的数据换算成经验公式中指定的单位后，再分别代入经验公式进行计算；若经验公式需经常使用，对大量的数据进行单位换算很烦琐，则可将公式加以变换，使式中各符号都采用所希望的单位制度。换算方法见例0-2。

例0-2 乱堆25mm拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即

式中： H _E 为等板高度，ft； G 为气相质量速度，lb/（ft ² ·h）； D 为塔径，ft； Z ₀ 为每段（两层液体分布板之间）填料层高度，ft； α 为相对挥发度，无因次； μ 为液相黏度，cP； ρ 为液相密度，lb/ft ³ ； A、B、C 为常数，对25mm的拉西环，其数值分别为0.57、-0.1、1.24。