化工原理總復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、總復(fù)習(xí)資料流體流動(dòng)基本概念與基本原理（單位換算、質(zhì)量衡算、能量衡算、過(guò)程速率的概念，略）一、流體靜力學(xué)基本方程式p2p1g(z1z2 )或pp0gh注意： 1、應(yīng)用條件：靜止的連通著的同一種連續(xù)的流體。2、壓強(qiáng)表示方法：絕壓大氣壓=表壓，表壓常由壓強(qiáng)表來(lái)測(cè)量；大氣壓絕壓 =真空度，真空度常由真空表來(lái)測(cè)量。3、壓強(qiáng)單位的換算：1atm=760mmHg=10.33mH 2O=101.33kPa=1.033kgf/cm 2=1.033at4、應(yīng)用：水平管路兩點(diǎn)間壓強(qiáng)差與U型管壓差計(jì)讀數(shù)R 的關(guān)系：p1p2(A)gR二、定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的連續(xù)性方程式物料衡算式A常數(shù)，wsu1A1 1u2 A2 2uA常數(shù)

2、A常數(shù)，Vsu1A1u2 A2uA常數(shù)A常數(shù)，圓形管中流動(dòng) u1 / u2A2 / A1d22 / d12三、定態(tài)流動(dòng)的柏努利方程式能量衡算式P1 u1WeP2u2hf J/kg1 kg 流體： gZ1gZ 222討論點(diǎn)：1、流體的流動(dòng)滿(mǎn)足連續(xù)性假設(shè)。P1u12gZ 2P2 u22gZ1222、理想流體，無(wú)外功輸入時(shí)，機(jī)械能守恒式：、可壓縮流體, 當(dāng)p p1仍可用上式，且 m。3/ 20%,=14、注意運(yùn)用柏努利方程式解題時(shí)的一般步驟，截面與基準(zhǔn)面選取的原則。5、流體密度 的計(jì)算：理想氣體=PM/ RT混合氣體m1xv2xv2n xvn11aw1aw 2awn混合液體mm2n上式中： xvi

3、體積分率； awi 質(zhì)量分率。6、gz，u2，p 三項(xiàng)表示流體本身具有的能量，即位能、動(dòng)能和靜壓能。hf 為流/2/經(jīng)系統(tǒng)的能量損失。 We為流體在兩截面間所獲得的有效功，是決定流體輸送設(shè)備重要參數(shù)。7、1N流體 ： H eZpu2H f， m （壓頭）g2g1m 流體： Weghpu2hf pa 而 pfhf32四、柏努利式中的 hf流動(dòng)類(lèi)型：1、雷諾準(zhǔn)數(shù) Re及流型Re= du/ =du/ ， 為動(dòng)力粘度，單位為 PaS ； = / 為運(yùn)動(dòng)粘度，單位 m2 /s 。層流： Re2000，湍流： Re4000；2000Re4000為不穩(wěn)定過(guò)渡區(qū)。2、牛頓粘性定律 u/dy)=(d氣體的粘度隨

4、溫度升高而增加，液體的粘度隨溫度升高而降低。3、流型的比較：質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式；速度分布，層流：拋物線型，平均速度為最大速度的0.5 倍；湍流：碰撞和混和使速度平均化。層流：粘性?xún)?nèi)摩擦力，湍流：粘性?xún)?nèi)摩擦力+湍流切應(yīng)力。流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的阻力損失2h fh fhfJ/kg直管阻力損失 hf ：h flu 2p f1、d2，范寧公式（層流、湍流均適用）。2、層流：f (Re)即64或hf32 lu，哈根泊稷葉公式。Red2湍流區(qū)（非阻力平方區(qū)） ：f (Re,/ d ) ；高度湍流區(qū)（阻力平方區(qū)） ：f (/ d ) ，具體的定性關(guān)系參見(jiàn)摩擦因數(shù)圖，并定量分析hf 與 u 之間的關(guān)系。dde4流通截

5、面積推廣到非圓型管4rH潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)注：不能用 de 來(lái)計(jì)算截面積、流速等物理量。2、局部阻力損失 hf 阻力系數(shù)法， hfu2e1.0c 0.52u2 當(dāng)量長(zhǎng)度法， hfled2注意：截面取管出口內(nèi)外側(cè)，對(duì)動(dòng)能項(xiàng)及出口阻力損失項(xiàng)的計(jì)算有所不同。(l le )u2當(dāng)管徑不變時(shí)，hf ()d2流體在變徑管中作穩(wěn)定流動(dòng)， 在管徑縮小的地方其靜壓能減小。 流體在等徑管中作穩(wěn)定流動(dòng)流體由于流動(dòng)而有摩擦阻力損失， 流體的流速沿管長(zhǎng)不變。 流體流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力損失 hf 所損失的是機(jī)械能中的靜壓能項(xiàng)。 完全湍流（阻力平方區(qū)） 時(shí)，粗糙管的摩擦系數(shù)數(shù)值只取決于相對(duì)粗糙度。水由敞口恒液位的高位槽通過(guò)一管道流向壓

6、力恒定的反應(yīng)器，當(dāng)管道上的閥門(mén)開(kāi)度減小時(shí)，水流量將減小，摩擦系數(shù)增大，管道總阻力不變。五、管路計(jì)算并聯(lián)管路：31、 VV1 V2V32、 hfhf 1h f 2hf 3 ，各支路阻力損失相等。即并聯(lián)管路的特點(diǎn)是：（ 1）并聯(lián)管段的壓強(qiáng)降相等；（2）主管流量等于并聯(lián)的各管段流量之和；（3）并聯(lián)各管段中管子長(zhǎng)、直徑小管段通過(guò)的流量小。分支管路：1、VV1V2V32、分支點(diǎn)處至各支管終了時(shí)的總機(jī)械能和能量損失之和相等。六、柏式在流量測(cè)量中的運(yùn)用1、畢托管用來(lái)測(cè)量管道中流體的點(diǎn)速度。2、孔板流量計(jì)為定截面變壓差流量計(jì)，用來(lái)測(cè)量管道中流體的流量。隨著Re 增大其孔流系數(shù) C0 先減小，后保持為定值。3、

7、轉(zhuǎn)子流量計(jì)為定壓差變截面流量計(jì)。注意：轉(zhuǎn)子流量計(jì)的校正。測(cè)流體流量時(shí)， 隨流量增加孔板流量計(jì)兩側(cè)壓差值將增加，若改用轉(zhuǎn)子流量計(jì)，隨流量增加轉(zhuǎn)子兩側(cè)壓差值將不變。離心泵基本概念與基本原理一、工作原理基本部件：葉輪（ 612 片后彎葉片）；泵殼（蝸殼）（集液和能量轉(zhuǎn)換裝置） ；軸封裝置（填料函、機(jī)械端面密封） 。原理：借助高速旋轉(zhuǎn)的葉輪不斷吸入、排出液體。注意：離心泵無(wú)自吸能力，因此在啟動(dòng)前必須先灌泵，且吸入管路必須有底閥，否則將發(fā)生 “氣縛” 現(xiàn)象。某離心泵運(yùn)行一年后如發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，則應(yīng)檢查進(jìn)口管路是否有泄漏現(xiàn)象。二、性能參數(shù)及特性曲線4HpH f、壓頭 H，又稱(chēng)揚(yáng)程Z1g2、有效功率 NeW

8、e sHgQ 軸功率 NHQ(kw)1023、離心泵的特性曲線通常包括H Q,NQ,Q 曲線，這些曲線表示在一定轉(zhuǎn)速下輸送某種特定的液體時(shí)泵的性能。由N Q 線上可看出： Q0 時(shí)，Nmin ，所以啟動(dòng)泵和停泵都應(yīng)關(guān)閉泵的出口閥。離心泵特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)， 泵啟動(dòng)后出水管不出水， 而泵進(jìn)口處真空表指示真空度很高，可能出現(xiàn)的故障原因是吸入管路堵塞。若被輸送的流體粘度增高， 則離心泵的壓頭減小， 流量減小，效率減小，軸功率增大。三、離心泵的工作點(diǎn)1、泵在管路中的工作點(diǎn)為離心泵特性曲線（HQ ）與管路特性曲線（ H eQ e ）的交點(diǎn)。管路特性曲線為： H e KBQ e2。2、工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)： 既可改

9、變 HQ 來(lái)實(shí)現(xiàn)，又可通過(guò)改變 H eQ e 來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體措施有改變閥門(mén)的開(kāi)度，改變泵的轉(zhuǎn)速，葉輪的直徑及泵的串、并聯(lián)操作。離心泵的流量調(diào)節(jié)閥安裝在離心泵的出口管路上，開(kāi)大該閥門(mén)后，真空表讀數(shù)增大，壓力表讀數(shù)減小，泵的揚(yáng)程將減小，軸功率將增大。兩臺(tái)同樣的離心泵并聯(lián)壓頭不變而流量加倍，串聯(lián)則流量不變壓頭加倍。四、離心泵的安裝高度 Hg為避免 氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，離心泵的安裝高度 H ，注意氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。g1 HgH su12H f 01 ， H s為操作條件下的允許吸上真空度， m2gH f 01 為吸入管路的壓頭損失， m。2. HgpapvhH f 01 ， h 允許氣蝕余量， mgpa

10、液面上方壓強(qiáng)， Pa；pv 操作溫度下的液體飽和蒸汽壓，Pa。離心泵安裝高度超過(guò)允許安裝高度時(shí)會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。其他類(lèi)型的流體輸送設(shè)備5非均相物系分離重力沉降的概念、沉降速度的計(jì)算、影響沉降的因素、沉降器的設(shè)計(jì)原則離心沉降的概念、離心沉降的設(shè)備特點(diǎn)、影響離心沉降的因素，影響離心沉降設(shè)備分離性能的因素，旋風(fēng)分離器為什么通常組合使用？過(guò)濾的概念、過(guò)濾速度、過(guò)濾速率、過(guò)濾速度的計(jì)算、過(guò)濾設(shè)備特點(diǎn)、過(guò)濾設(shè)備生產(chǎn)能力計(jì)算，過(guò)濾設(shè)備洗滌速率計(jì)算、過(guò)濾常數(shù)測(cè)定。傳熱基本概念和基本理論傳熱是由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移，又稱(chēng)熱傳遞。由熱力學(xué)第二定律可知，有溫度差存在時(shí)，就必然發(fā)生熱從高溫處傳遞到低溫處。根據(jù)傳熱機(jī)理

11、的不同，熱傳遞有三種基本方式：熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱） 、熱對(duì)流（對(duì)流）和熱輻射。熱傳導(dǎo)是物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞；熱對(duì)流是流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過(guò)程（包括由流體中各處的溫度不同引起的自然對(duì)流和由外力所致的質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)引起的強(qiáng)制對(duì)流），流體流過(guò)固體表面時(shí)發(fā)生的對(duì)流和熱傳導(dǎo)聯(lián)合作用的傳熱過(guò)程稱(chēng)為對(duì)流傳熱（給熱）；熱輻射是因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。 任何物體只要在絕對(duì)零度以上，都能發(fā)射輻射能，只是在高溫時(shí)，熱輻射才能成為主要的傳熱方式。傳熱可依靠其中的一種方式或幾種方式同時(shí)進(jìn)行。傳熱速率 Q是指單位時(shí)間通過(guò)傳熱面

12、的熱量（W）；2熱通量 q 是指每單位面積的傳熱速率（W/m）。一、熱傳導(dǎo)dQt1. 導(dǎo)熱基本方程傅立葉定律dSn導(dǎo)熱系數(shù)，表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小， W/（m）。純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)一般隨溫度升高而降低，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大。式中負(fù)號(hào)表示熱流方向總是和溫度剃度的方向相反。2 平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)6Qt1t 2tbR單層平壁：SQt1t n 1tnbin多層（ n 層）平壁：Ri Si 1i 1導(dǎo)熱速率與導(dǎo)熱推動(dòng)力( 溫度差 ) 成正比，與導(dǎo)熱熱阻 ( R) 成反比。由多層等厚平壁構(gòu)成的導(dǎo)熱壁面中所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈大， 則該壁面的熱阻愈小， 其兩側(cè)的溫差愈小，但導(dǎo)熱速率相同。3圓筒壁的穩(wěn)定熱

13、傳導(dǎo)單層圓筒壁：t 1t2t2 l (t1 t2 )QR 或Qbr2S mlnr1SmS2S1當(dāng) S2/ S1 2 時(shí)，用對(duì)數(shù)平均值，ln S2/ S1當(dāng) S2 / S1 2 時(shí)，用算術(shù)平均值， Sm=（S1+S2 ）/2Qt1tn 1nbi多層（ n 層）圓筒壁：i Smii 172l (t1t n 1 )Q1ri 1或lnri一包有石棉泥保溫層的蒸汽管道，當(dāng)石棉泥受潮后，其保溫效果應(yīng)降低，主要原因是因水的導(dǎo)熱系數(shù)大于保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，受潮后，使保溫層材料導(dǎo)熱系數(shù)增大，保溫效果降低。在包有兩層相同厚度保溫材料的圓形管道上， 應(yīng)該將導(dǎo)熱系數(shù)小的材料包在內(nèi)層，其原因是為了減少熱損失，降低壁面溫

14、度。二、對(duì)流傳熱1對(duì)流傳熱基本方程牛頓冷卻定律QS t2對(duì)流傳熱系數(shù)，W/ （m），在換熱器中與傳熱面積和溫度差相對(duì)應(yīng)。2與對(duì)流傳熱有關(guān)的無(wú)因次數(shù)群（或準(zhǔn)數(shù)）表 1準(zhǔn)數(shù)的符號(hào)和意義準(zhǔn)數(shù)名稱(chēng)符號(hào)意義努塞爾特準(zhǔn)數(shù)Nu含有特定的傳熱膜系數(shù) ，表示對(duì)流傳熱的強(qiáng)度雷諾準(zhǔn)數(shù)Re反映流體的流動(dòng)狀態(tài)普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr反映流體物性對(duì)傳熱的影響格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)Gr反映因密度差而引起自然對(duì)流狀態(tài)用無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)方程形式表示下列各種傳熱情況諸有關(guān)參數(shù)的關(guān)系：（1）無(wú)相變對(duì)流傳熱Nu f （Re，Pr， Gr）=（2）自然對(duì)流傳熱Nu f （Gr，Pr）=（3）強(qiáng)制對(duì)流傳熱Nu f （Re，Pr）=3 流體在圓形直管中作強(qiáng)制湍流

15、流動(dòng)時(shí)的傳熱膜系數(shù)對(duì)氣體或低粘度的液體 Nu=0.023 Re0.8 Pr n流體被加熱時(shí)， n=0.4 ；液體被冷卻時(shí)， n=0.3 ；為什么？8定型幾何尺寸為管子內(nèi)徑di 。定性溫度取流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。應(yīng)用范圍為 Re，Pr=0.7160，l / d)。10000(60水在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，若使流速提高至原來(lái)的2 倍，則其對(duì)流傳熱系數(shù)約為原來(lái)的0.81/2 而流量相同，則對(duì)流傳熱系數(shù)約為原來(lái)0.80.2設(shè)2 倍。若管徑改為原來(lái)的42 倍。(條件改變后，仍在湍流范圍) 無(wú)相變的對(duì)流傳熱過(guò)程中，熱阻主要集中在傳熱邊界層或滯流層內(nèi)，減少熱阻的最有效的措施是提高流體湍動(dòng)程度。引起自然對(duì)

16、流傳熱的原因是系統(tǒng)內(nèi)部的溫度差，使各部分流體密度不同而引起上升、下降的流動(dòng)。滴狀冷凝的膜系數(shù)大于膜狀冷凝膜系數(shù)。沸騰傳熱可分為三個(gè)區(qū)域，它們是自然對(duì)流區(qū)、泡狀沸騰區(qū)和膜狀沸騰區(qū)，生產(chǎn)中的沸騰傳熱過(guò)程應(yīng)維持在泡壯沸騰區(qū)操作。三、間壁兩側(cè)流體的熱交換間壁兩側(cè)流體熱交換的傳熱速率方程式Q KS t m=2t m為兩流體的平均溫度差式中： K 為總傳熱系數(shù)， W/（m）；tmt1t 2兩流體作并流或逆流時(shí) :ln(t1 /t2 )當(dāng)t 1t 21 為漂流因數(shù)，反映總體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響。pBmpB2 pB1) / ln(pB2/pB1)=(通常，雙組分等分子反向擴(kuò)散體現(xiàn)在精餾單元操作中，而一組分通過(guò)

17、另一組分的單相擴(kuò)散體現(xiàn)在吸收單元操作中。氣相中，溫度升高物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)增大， 壓強(qiáng)升高則擴(kuò)散系數(shù)降低； 液相中粘度增加擴(kuò)散系數(shù)降低。在傳質(zhì)理論中有代表性的三個(gè)模型分別為雙膜理論、 溶質(zhì)滲透理論和表面更新理論。傳質(zhì)速率方程：傳質(zhì)速率=傳質(zhì)推動(dòng)力 / 傳質(zhì)阻力N=kG( ppi )= kL ( ci c)= ky( y- yi )= kx( xi x)N=KG( pp*)= KL( c* c)= KY( Y- Y*)= KX( X* X)注意傳質(zhì)系數(shù)與推動(dòng)力相對(duì)應(yīng)，即傳質(zhì)系數(shù)與推動(dòng)力的范圍一致，傳質(zhì)系數(shù)的單位與推動(dòng)力的單位一致。吸收系數(shù)之間的關(guān)系：1/KGkGHkL1/KLkL H kG=1/+1

18、/=1/+ /1/K=1/k m k1/K=1/k+1/mkYyxXxyky PkGkx CkLKYPKGKXCKL=氣膜控制與液膜控制的概念對(duì)于易溶氣體， H很大，傳質(zhì)阻力絕大部分存在于氣膜之中，液膜阻力可以忽略，此時(shí) KGkG，這種情況稱(chēng)為“ 氣膜控制 ”；反之，對(duì)于難溶氣體， H 很小，傳質(zhì)阻力絕大部分存在于液膜之中， 氣膜阻力可以忽略， 此時(shí) KL kL ，這種情況稱(chēng)為“ 液膜控制 ”。11三、物料衡算操作線方程與液氣比（1：塔底， 2：塔頂）全塔物料衡算：V Y1Y2 L X1X2)逆流操作()=(吸收操作線方程： Y=LX/ V+( Y1LX1/ V)吸收操作時(shí)塔內(nèi)任一截面上溶質(zhì)在

19、氣相中的實(shí)際分壓總是高于與其接觸的液相平衡分壓，所以吸收操作線總是位于平衡線的上方。最小液氣比：（ L/ V）min=( Y1 Y2 )/( X1 * X2 )液氣比即操作線的斜率若平衡關(guān)系符合亨利定律，則（L/ V） min=( Y1Y2)/( Y1/mX2)改變操作條件， 增加吸收劑用量， 操作線斜率增大， 操作線向遠(yuǎn)離平衡線的方向偏移，吸收過(guò)程推動(dòng)力增大，設(shè)備費(fèi)用減少。四、填料層高度計(jì)算氣液相平衡、傳質(zhì)速率和物料衡算相結(jié)合取微元物料衡算求得填料層高度。填料層高度 =傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)即 z=HOGNOG=HOLNOL=HGNG=HLNLNOG氣相總傳質(zhì)單元數(shù)（氣體流經(jīng)一段填料后其組成

20、變化等于該段填料的總的平均推動(dòng)力則為一個(gè)傳質(zhì)單元）HOG氣相總傳質(zhì)單元高度（一個(gè)傳質(zhì)單元所對(duì)應(yīng)的填料高度）1平均推動(dòng)力法（適合平衡線為直線）：z HOGNOG V Kya(Y1Y2Ym L Kxa(X1X2)/Xm=( /)/=( /)對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力YmY1Y2)/ln(Y1/Y2=()當(dāng)Y1/Y2時(shí)，可用算術(shù)平均推動(dòng)力YmY1+Y2)/2110100對(duì)于飽和液體、氣液混合物和飽和蒸汽進(jìn)料而言，q 值等于進(jìn)料中的液相分率。L L qFV V(q1)F= +=q 線方程（進(jìn)料方程）：y = q/( q1) x xF/( q1)上式表示兩操作線交點(diǎn)的軌跡方程。塔底再沸器相當(dāng)于一層理論板（氣液兩相平

21、衡） ，塔頂采用分凝器時(shí)，分凝器相當(dāng)于一層理論板。由于冷液進(jìn)料時(shí)提餾段內(nèi)循環(huán)量增大，分離程度提高，冷液進(jìn)料較氣液混合物進(jìn)料所需理論板數(shù)為少。五、回流比及其選擇（1）全回流R=L/ D=，操作線與對(duì)角線重合， 操作線方程 yn =xn-1 ，達(dá)到給定分離程度所需理論板層數(shù)最少為Nmin。15（2）最小回流比當(dāng)回流比逐漸減小時(shí)， 精餾段操作線截距隨之逐漸增大， 兩操作線位置將向平衡線靠近，為達(dá)到相同分離程度所需理論板層數(shù)亦逐漸增多。 達(dá)到恒濃區(qū)（夾緊區(qū)）回流比最小，所需理論板無(wú)窮多。正常平衡線： Rmin=( xD yq)/( yq xq )飽和液體進(jìn)料時(shí)： xq=xF；飽和蒸汽進(jìn)料時(shí)： yq =

22、yF不正常平衡線：由a（xD，yD）或 c（xW， yW）點(diǎn)向平衡線作切線，由切線斜率或截距求 Rmin。（3）適宜回流比R=（ 1.12 ）Rmin精餾設(shè)計(jì)中，當(dāng)回流比增大時(shí)所需理論板數(shù)減少，同時(shí)蒸餾釜中所需加熱蒸汽消耗量增加，塔頂冷凝器中冷卻介質(zhì)消耗量增加，操作費(fèi)用相應(yīng)增加，所需塔徑增大。精餾操作時(shí)，若F、D、xF、q、R、加料板位置都不變，將塔頂泡點(diǎn)回流改為冷回流，則塔頂產(chǎn)品組成 xD 變大。精餾設(shè)計(jì)中，回流比愈大，操作能耗愈大，隨回流比逐漸增大，操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)的總和將呈現(xiàn)先減小后增大的過(guò)程。六、板效率和實(shí)際塔板數(shù)單板效率（默弗里效率）EmV=（yn yn+1） / （ yn* yn+1

23、）EmL=（xn-1 xn）/ （xn-1 xn*）全塔效率E=（NT/ NP）100%精餾塔中第 n-1, n, n+1 塊理論板， yn+1yn， t n-1 xn-1 。精餾塔中第 n-1, n, n+1 塊實(shí)際板， xn*yn。如板式塔設(shè)計(jì)不合理或操作不當(dāng)，可能產(chǎn)生液泛、漏液、及霧沫夾帶等不正?，F(xiàn)象，使塔無(wú)法正常工作。連續(xù)精餾的設(shè)備組成及輔助設(shè)備、設(shè)備作用精餾塔、塔頂冷凝器和塔底再沸器，輔助設(shè)備包括原料液預(yù)熱器、產(chǎn)品冷卻器、回流液泵16干燥基本概念和基本原理同一物料，如恒速段的干燥速率增加，則臨界含水量增大，物料平衡水分隨溫度升高而減小。不飽和濕空氣當(dāng)溫度升高時(shí)， 濕球溫度升高， 絕對(duì)

24、濕度不變， 相對(duì)濕度降低， 露點(diǎn)不變，比容增大，焓增大。區(qū)除可除水分與不可除水分的分界點(diǎn)是平衡濕含量。恒定干燥條件下的干燥速率曲線一般包括恒速干燥階段 （包括預(yù)熱段）和降速干燥階段，其中兩干燥階段的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物料含水量稱(chēng)為臨界含水量。恒速干燥階段也稱(chēng)為表面汽化控制階段，降速階段也稱(chēng)為內(nèi)部遷移控制階段。不飽和空氣： t t as或 t w t d.飽和空氣： t t as t d. ()= =已知濕空氣的下列任一對(duì)參數(shù)：t - t w， t - t d，t - ，可由濕焓圖查得其它參數(shù)。物料中總水分可分為非結(jié)合水分與結(jié)合水分，也可分為自由水分和平衡水分。物料中水分超過(guò)平衡水分的部分水分為自由水分

25、，可用干燥方法除去；水分大于xB* （與 =100%濕空氣接觸時(shí)的平衡水分）部分為非結(jié)合水，小于xB* 水分為結(jié)合水。計(jì)算題：1、為測(cè)量腐蝕性液體貯槽中的存液量，采用圖示的裝置。測(cè)量時(shí)通入壓縮空氣，控制調(diào)節(jié)閥使空氣緩慢地鼓泡通過(guò)觀察瓶。今測(cè)得U 形壓差計(jì)讀數(shù)為R=130mm ，通氣管距貯槽底面h=20cm，貯槽直徑為2m，液體密度為980kg/m 3 。試求貯槽內(nèi)液體的貯存量為多少?lài)?？解：由題意得： R=130mm ， h=20cm， D=2m ，980kg/ m 3，Hg13600kg / m3 。（ 1）管道內(nèi)空氣緩慢鼓泡u=0 ，可用靜力學(xué)原理求解。（ 2）空氣的很小，忽略空氣柱的影響。

26、觀察瓶壓縮空氣H gR Hg gHHg .R136000.131.8m980RW1D 2(Hh)H40.78522(1.80.2)9806.15(噸）h如圖所示，用泵將水從貯槽送至敞口高位槽，兩槽液面均恒定不變，輸送管路尺寸為83 3.5mm，泵的進(jìn)出口管道上分別安裝有真空表和壓力表，真空表安裝位置離貯槽的水面高度H1 為 4.8m，壓力表安裝位置離貯槽的水面高度 H2 為 5m。當(dāng)輸水量為36m3/h 時(shí)，進(jìn)水管道全部阻力損失為1.96J/kg，出水管道全部阻力損失為 4.9J/kg，壓力表讀數(shù)為2.452 105Pa，泵的效率為70%，水的密度為 1000kg/m3，試求：1）兩槽液面的高

27、度差 H 為多少？2）泵所需的實(shí)際功率為多少kW？173）真空表的讀數(shù)為多少 kgf/cm 2？解：（1）兩槽液面的高度差 H在壓力表所在截面 2-2 與高位槽液面 3-3 間列柏努利方程，以貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，得：gH 2u22p2gHu32p3h f , 2 322其中，hf ,23 4.9 J / kg ,u 3=0,p 3=0,p5u=Vs/A=2.205m/s=2.45210 Pa, H =5m,222代入上式得：H2.20522.4521054.929.74m59.8110009.819.812（ 2）泵所需的實(shí)際功率在貯槽液面0-0 與高位槽液面 3-3 間列柏努利方程，以貯槽

28、液面為基準(zhǔn)水平面，有：u02p0WegHu32p3h f ,0 3gH 022其中，h f , 0 36.864.9J / kg ,u 2= u3=0, p 2= p3=0, H 0=0， H=29.4m代入方程求得：We=298.64J/kg， WsVs36100010kg / s3600故N e WsWe2986.4w ，=70%，NNe4.27kw（ 3）真空表的讀數(shù)在貯槽液面0-0 與真空表截面 1-1 間列柏努利方程，有：gH 0u02p0gH 1u12p1h f ,0122其中，hf ,011.96J / kg ,H0=0， u 0=0, p 0=0, H 1=4.8m,u 1=2

29、.205m/sp11000(9.814.82.20521.96)5.1510 4 Pa代入上式得，20.525kgf / cm22 一臥式列管冷凝器，鋼質(zhì)換熱管長(zhǎng)為3m，直徑為252mm。水以 0.7m/s 的流速在管內(nèi)流過(guò)，并從17被加熱到 37。流量為 1.25kg/s、溫度為 72烴的飽和蒸氣在管外冷凝成同溫度的液體。烴蒸氣的冷凝潛熱為315kJ/kg 。已測(cè)得：蒸氣冷凝傳熱系數(shù)0240%，污垢熱阻又為管內(nèi)側(cè)熱阻的70%，試核=800W/(m ) ，管內(nèi)側(cè)熱阻為外側(cè)的算：（ 1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準(zhǔn)）；（ 2）換熱管的總根數(shù)； （ 3）換熱器的管程數(shù)。 計(jì)算時(shí)可忽略管壁

30、熱阻及熱損失，水的比熱為4.18kJ/(kg )解：（ 1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準(zhǔn)）， S ；1由題意知， 水以 0.7m/s 的流速在管內(nèi)流過(guò)， 欲求 S1，需先知道每程的管子數(shù)，每程的管子數(shù)等于所需冷卻水的總流量與單管內(nèi)水的流量之比。兩流體交換的熱量為：QWh rh1.25315394kw又QWc C pc (t2t1 ) ，C pc4.18kJ / kgC ，18則W cQ3944 .713kg / sC pc ( t 2t 1 )4 .18 (3717 )單管內(nèi)水的流量為：Wc1d 2u0.7850.02120.71000 0.2423kg / s4Wc4.713每程所

31、需管子數(shù)為：n119.5Wc10.2423取每程管子數(shù)為 20， 則每程所能提供的傳熱外表面積為：S1do ln 10.02520 34.71m2換熱管的總根數(shù)；由所需的總傳熱面積可求取換熱管的總根數(shù)。QKo Sot mK o1111(0.40.70.4)ooo由題給數(shù)據(jù)，1111(0.40.70.4)800800800476.2W / m 2Ctmt1t 2(7217)(7237)t1ln 721744.25 Clnt27237則任務(wù)所需的傳熱外表面積為：SoQ39418.7m2K ot m0.4762 44.25Sodo ln換熱管總根數(shù)為：nSo18.779.4do l0.0253取n8

32、0(2)換熱器的管程數(shù)。由題意管程數(shù)為：N tn4n13在一單程逆流列管換熱器中用水冷卻空氣，兩流體的進(jìn)口溫度分別為20和 110。在換熱器使用的初期，冷卻水及空氣的出口溫度分別為45和 40，使用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量和進(jìn)口溫度不變的情況下，冷卻水出口溫度降至38，試求：（1）空氣出口溫度為多少？（2）總傳熱系數(shù)為原來(lái)的多少倍？（3）若使冷卻水加大一倍，空氣流量及兩流體進(jìn)口溫度不變，冷熱流體的出口溫度各為多少？（ 水 空氣）（ 4）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌伲?9解：使用初期使用一年后11040110T245203820（ 1）空氣出口溫度 T

33、2題意可得：使用初期QWcC pc (t2t1 )Wh C ph (T1T2 )KS t m（1）使用一年后Q2WcC pc (t 2t1 )W hC ph (T1T2 )KS t m（ 2）兩式相比（ 2） /（ 1），得(110 T2 )(38 20)(11040)(4520)則： T2 =59.6 （ 2）總傳熱系數(shù)K / K(T1t2 )(T2t1 )652034.2 Ct mln T1t2ln 65T2t120(11038)(59.220)7239.654.2 Ct mln 1103872ln59.62039.6方程 (2) 式 /(1) 式，得：(3820)K54.2故K0.50%

34、( 4520)K38.2K（ 3）冷熱流體的出口溫度t 2及 T2一年后QWcC pc (t2 t1 ) Wh C ph (T1T2 )K S t m（ 3）Q2WcC pc (t2t1 ) Wh C ph (T1T2 ) K S t m（ 4）方程（ 4）式 /（ 3），得：110T22(t 220)K1(110t2 )(T2 20)11059.63820K54.2110t 2ln20T2整理前半式的方程t 239.60.179T2（5）又因水空氣，K空氣 ，故KK空1空由等比定理(110T2 ) (t 220)1(110t 2 )(T220)11059.6954.2110t 2ln20T2

35、則110t 241.4ln2054.2T220整理得，t 2153 T2（ 6）聯(lián)立（ 5）和（ 6），可得：t 229.4 C ， T2 57.5 C（ 4）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌伲?11029.4)(57.520)80.637.556.3 Ctmln 11029.4ln 80.657.52037.5則QQt m56.354.21.04t m1 某填料塔用水吸收混合氣中丙酮蒸汽。混合氣流速為V=16kol/ ( h m2 ) ，操作壓力 P=101.3kPa。已知容積傳質(zhì)系數(shù) ky a 64.6kmol /(h m3 ) ， kL a16.6kmol /( hm

36、3 ) ，相平衡關(guān)系為 p A4.62c A （式中氣相分壓 p A 的單位是 kPa，平衡濃度單位是kmol / m3）。求：（1）容積總傳質(zhì)系數(shù)K ya 及傳質(zhì)單元高度 H OG ；（ 2）液相阻力占總傳質(zhì)阻力的百分?jǐn)?shù)。解： （ 1）由亨利定律P ExHcHc MxymxmHc M / P4.62 cM0.0456cM101.3k xakL acM16.6cM kmol / h m3m0.0456cM2.7510 3 hm3 / kmolkx a16.6cM11m12.75 1030.0182 h3/ kmolK y a=mk y a kx a 64.6K y a 54.9kmol / h

37、 m3H OGV160.291(m)K y a54.9（ 1）液相阻力占總阻力的百分?jǐn)?shù)為：m / kx a2.7510 315.1%1/ K y a0.01820.1513 某填料吸收塔用含溶質(zhì)x20.0002 的溶劑逆流吸收混合氣中的可溶組分，采用液氣比L/V=3 ，氣體入口質(zhì)量分?jǐn)?shù)y10.01回收率可達(dá)0.90 。已知物系的平衡關(guān)系為y=2x 。今因解吸不良使吸收劑入口摩爾分?jǐn)?shù)升至x20.00035，試求：211）可溶組分的回收率下降至多少？2）液相出塔摩爾分?jǐn)?shù) x1 升高至多少？解：（ 1） y2y1 (1 )0.01(1 0.9)0.0011m20.667AL / V3N OG1ln(

38、11)y1mx1111Ay2mx2AA=1ln( 10.010.000220.667)0.00020.667 5.3810.6670.0012當(dāng) x2 上升時(shí)，由于H 不變， HOG不變N OGH / H OG 也不變，即5.381ln( 10.667) 0.010.0003520.6671 0.667y20.000352y20.0013y1y20.010.0013y10.01（ 3）物料衡算V ( y1y2 )L ( x1 x2 )x1V ( y1y2 ) x2L0.871=(0.010.0013)0.000350.003253某塔頂蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的氣、液兩相互成平衡。氣相作

39、產(chǎn)品，液相作回流，參見(jiàn)附圖。塔頂產(chǎn)品組成為：全凝時(shí)為 xD ，分凝時(shí)為 y0 。設(shè)該系統(tǒng)符合恒摩爾流的假定，試推導(dǎo)此時(shí)的精餾段操作線方程。解： 由精餾段一截面與塔頂（包括分凝器在內(nèi)）作物料衡算。VyLx Dy 0 ，若回流比為 Ryo則 yL xD yRxR1y0y1分凝器VVR11對(duì)于全凝時(shí)1xDR12精餾段操作線yxxDR 1R1可知：當(dāng)選用的回流比一致，且xDy0 時(shí)兩種情況的操作線完全一致。在y x 圖上重合，分凝器相當(dāng)于一塊理論板。222 用一精餾塔分離二元液體混合物，進(jìn)料量100kmol/h ，易揮發(fā)組分xF=0.5 ，泡點(diǎn)進(jìn)料，得塔頂產(chǎn)品xD=0.9 ，塔底釜液 xW=0.05

40、（皆摩爾分率） ，操作回流比R=1.61 ，該物系平均相對(duì)揮發(fā)度=2.25 ，塔頂為全凝器，求：塔頂和塔底的產(chǎn)品量（ kmol/h ）；第一塊塔板下降的液體組成x1 為多少；寫(xiě)出提餾段操作線數(shù)值方程；最小回流比。解：（ 1）塔頂和塔底的產(chǎn)品量（kmol/h ）；F=D+W=100（1）D 0.9 W 0.05FxF1000.550 （2）上述兩式聯(lián)立求解得W=47.06kmol/hD=52.94kmol/h（ 2）第一塊塔板下降的液體組成x1 為多少；因塔頂為全凝器，xDy1x1(1) x11x1y10.90.80(1) y12.251.250.9（ 3）寫(xiě)出提餾段操作線數(shù)值方程；VV(R1)

41、D2.6152.94138.17LL qFRDF 1.6152.94100 185.23ym 1LWxW185.2347.060.05xmVxm138.17則V138.1734xm 0.0174）最小回流比。泡點(diǎn)進(jìn)料， q=1, xq xF0.5yqxq2.250.51) xq11.250.6921 (0.5xDyq0.90.692Rminxq1.083yq0.692 0.55、本題附圖所示為一雙錐分級(jí)器，利用它可將密度不同或尺寸不同的粒子混合物分開(kāi)。混合粒子由上部加入，水經(jīng)可調(diào)錐與外壁的環(huán)形間隙向上流過(guò)。沉降速度大于水在環(huán)隙處上升流速的顆粒進(jìn)入底流，而沉降速度小于該流速的顆粒則被溢流帶出。利

42、用此雙錐分級(jí)器對(duì)方鉛礦與石英兩種粒子混合物分離。已知：粒子形狀正方體23粒子尺寸棱長(zhǎng)為 0.080.7mm方鉛礦密度s1=7500kg/m3石英密度s2=2650kg/m320水的密度和粘度=998.2kg/m3=1.00510-3 Pa s假定粒子在上升水流中作自由沉降，試求： 1）欲得純方鉛礦粒，水的上升流速至少應(yīng)取多少 m/s？ 2）所得純方鉛礦粒的尺寸范圍。解： 1)水的上升流速為了得到純方鉛礦粒， 應(yīng)使全部石英粒子被溢流帶出， 應(yīng)按最大石英粒子的自由沉降速度決定水的上升流速。對(duì)于正方體顆粒，先算出其當(dāng)量直徑和球形度。設(shè) l 代表棱長(zhǎng)， Vp 代表一個(gè)顆粒的體積。3636l336( 0

43、.7 103)8.685 104mdeVpSde28.68510 40.806s6l 26 (0.710 3)2Sp用摩擦數(shù)群法求最大石英粒子的沉降速度Ret24de2 ( s2) g324(8.68510 4 )3 (2650998.2) 998.2 9.81140003(1.00510 3)2s=0.806，查圖得， Ret=60，則：Ret60 1.005 10 3ut998.2 8.685 10 4de0.06962）純方鉛礦的尺寸范圍所得到的純方鉛礦粒尺寸最小的沉降速度應(yīng)等于0.0696m/s用摩擦數(shù)群法計(jì)算該粒子的當(dāng)量直徑。Ret14( s1)g3 2ut341.005103 (7

44、500998.2)9.813998.22 (0.0696)30.2544s=0.806，查圖得， Ret=22，則：deRet22 1.005 10 33.182 10 4 mut998.2 0.069624與此當(dāng)量直徑相對(duì)應(yīng)的正方體的棱長(zhǎng)為：lde3.182 104104m662.56533所得方鉛礦的棱長(zhǎng)范圍為0.25650.7mm。6：擬采用降塵室除去常壓爐氣中的球形塵粒。降塵室的寬和長(zhǎng)分別為2m 和 6m,氣體處理量為 1 標(biāo)m3/s，爐氣溫度為427，相應(yīng)的密度=0.5kg/m3，粘度 =3.4 10-5Pa.s，固體密度S=4000kg/m3 操作條件下，規(guī)定氣體速度不大于0.5m

45、/s，試求：1降塵室的總高度H，m；2理論上能完全分離下來(lái)的最小顆粒尺寸；粒徑為 40 m 的顆粒的回收百分率；欲使粒徑為 10m 的顆粒完全分離下來(lái)，需在降降塵室內(nèi)設(shè)置幾層水平隔板？解： 1）降塵室的總高度 HVSV0 273t1 273 4272.564m3 / s273273HVS2.564bu22.564m0.52）理論上能完全出去的最小顆粒尺寸utVs2.5640.214m/ sbl2 6用試差法由 ut 求 dmin。假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)18 ut18 3.4 1050.2145.78 10 5 mdmings40000. 59.807核算沉降流型dut5.7810 50.2140

46、.50.182 1Ret3.1410 5原假設(shè)正確3、粒徑為 40m 的顆粒的回收百分率粒徑為40m 的顆粒定在滯流區(qū)，其沉降速度d2g 40 106240000.5 9.807s0.103m / sut18183.410 5氣體通過(guò)降沉室的時(shí)間為：l612su0.5直徑為 40m 的顆粒在 12s 內(nèi)的沉降高度為：25H ut0.103 121.234m假設(shè)顆粒在降塵室入口處的爐氣中是均勻分布的，則顆粒在降塵室內(nèi)的沉降高度與降塵室高度之比約等于該尺寸顆粒被分離下來(lái)的百分率。直徑為40m 的顆粒被回收的百分率為：H 1.234100%48.13%H2.5644、水平隔板層數(shù)由規(guī)定需要完全除去的

47、最小粒徑求沉降速度，再由生產(chǎn)能力和底面積求得多層降塵室的水平隔板層數(shù)。粒徑為10m 的顆粒的沉降必在滯流區(qū)，d 2sg1 105240000.5 9.8073ut18183.410 66.41 10m/ snVS12.5641 32.3blu t2 6 6.4 103取 33層板間距為H2.564h0.0754mn1331例：過(guò)濾一種固體顆體積分?jǐn)?shù)為0.1 的懸浮液 ,濾餅含水的體積分?jǐn)?shù)為0.5,顆粒不可壓縮 ,經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定濾餅比阻為 1.31011m-2,水的粘度為 1.0 10-3Pa.s。在壓強(qiáng)差恒為9.8 104Pa的條件下過(guò)濾,假設(shè)濾布阻力可以忽略 ,試求：1）每 m2 過(guò)濾面積上獲得

48、 1.5m3 濾液所需的過(guò)濾時(shí)間。2）如將此過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)一倍 ,可再得濾液多少？解： 1）過(guò)濾時(shí)間v110.1/(10.5)0.25m3 / m310.1 /(10.5)K2P1 s1029.811046 10 3 m2 / srv10 31.310110.25濾布阻力可忽略q2Kq21.52K6103375s2)求過(guò)濾時(shí)間加倍時(shí)的濾液量2622375750sqK610 3 750 2.12m3qq2.12 1.50.62m 3 / m2p1 Sr uRqr u qR e7：用一臺(tái) BMS21/635-25 板框壓濾機(jī)過(guò)濾一種含固體顆粒為25kg/m3 的懸浮液，在過(guò)濾機(jī)入口處濾漿的表壓為 3

49、.39 105Pa,已測(cè)得在此壓力下 K=1.86 10-4，qe=0.0282，所用濾布與實(shí)驗(yàn)時(shí)的相同，料漿溫度為 25， 每次過(guò)濾到濾餅充滿(mǎn)濾框?yàn)橹?，然后用清水洗滌濾餅，洗水溫度及表 壓與濾漿相同，體積為濾液體積的 8%，每次卸 渣，清理，裝合等輔助操作時(shí)間為 15min。已知固相顆粒密度為 2930kg/m3，又測(cè)得濕濾餅的密度為 1930kg/m3。求共有 26 框的板框壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力。解： 總過(guò)濾面積A0.625222620.8m2濾框總?cè)莘eV0.6250.025260.262m3已知 1m3 濾餅的質(zhì)量為 1930kg，其中含水 x kg,水的密度按 1000kg/m3 考慮。1930 xx129301000 x=518kg1m3 濾餅中固相顆粒質(zhì)量為1930-518=1412 kg生