注冊(cè)化工工程師職業(yè)資格考試化工原理復(fù)習(xí)總結(jié)

化工原理課程知識(shí)結(jié)構(gòu)模塊圖化工原理課程重要理論基礎(chǔ)1質(zhì)量平衡1、氣液相平衡過(guò)程速率表達(dá)式、斗工口、擊號(hào) 過(guò)程推動(dòng)力dMV f(X)過(guò)程速率qm qmyi i\入i丿過(guò)速 過(guò)程阻力inoutd2、汽液相平衡2、機(jī)械能平衡Vi (Xi)E1he E2hf3、氣固相平衡3、熱量平衡(系統(tǒng)中無(wú)機(jī)械能時(shí))pi (Xi)(qmH) Qin(qmH)QfMi \八i丿inout4、液液相平衡4、動(dòng)量守恒yE,i f(XR,i)F (qmU)(qmU)outin5、液固相平衡5、牛頓第二定律l .“duFMd1r化工過(guò)程及單元操作1流體流動(dòng)過(guò)程單相流動(dòng)：流體流動(dòng)、流體輸送兩相流動(dòng)：1)流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)：過(guò)濾、固定床2)顆粒的沉降運(yùn)動(dòng)：沉降、固體流態(tài)化2、 傳熱過(guò)程加熱、冷卻、冷凝、沸騰、蒸發(fā)3、 傳質(zhì)過(guò)程吸收、精餾、萃取、吸附、干燥化工設(shè)備流體輸送及機(jī)械分離設(shè)備換熱設(shè)備傳質(zhì)設(shè)備泵、風(fēng)機(jī)過(guò)濾機(jī)重力沉降分離器、離心沉降分離器固定床、流化床、氣力輸送換熱器蒸發(fā)器吸收塔、精餾塔萃取塔、吸附塔干燥器主要符號(hào)說(shuō)明:qm—質(zhì)量流率，kg/s； M—控制體中物料的質(zhì)量，kg；—時(shí)間，s—時(shí)間，s；E—流體的機(jī)械能，J/kg；Qf—熱量損失，J/s; F—外加力，N；u—流體的流速，m/s; yi—組分i在氣相（或汽相）中的濃度，摩爾分率;xi—組分i在液相中的濃度，摩爾分率；Pi—組分i在氣相中的濃度，分壓； Xi—組分i在固相中的濃度，質(zhì)量分率；yE,i—組分i在液相E中的濃度，質(zhì)量分率；Xr」一組分i在液相R中的濃度，質(zhì)量分率化工原理各章內(nèi)容結(jié)構(gòu)模塊圖第1章流體流動(dòng)流體流動(dòng)基本參數(shù)1、流體密度:kg1、流體密度:kg3m2、流體壓強(qiáng)：P，3、流體粘度:3、流體粘度:4、體積流量：qv5、體積流速：5、體積流速：u3mm2mss6、當(dāng)量直徑：d4流通截面積de 潤(rùn)濕周邊流體流動(dòng)基本原理1、機(jī)械能守恒P1 U12he2Z2g hf2對(duì)于不可壓縮流體， Zjg對(duì)于可壓縮流體,G2lnAk P2k P1k1v1k1P2亍P11 2d°20適用條件：（1）穩(wěn)定流動(dòng)；（2）無(wú)熱能交換。2、連續(xù)性方程對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)，.2qv d14—d|Const.43、動(dòng)量守恒在某一方向上,Fgu)gu)out in當(dāng)u=0時(shí)，流體靜力學(xué)乙gR7 P2一Z2g一或F>2 P1 g(Z2Z1)適用條件：（1）靜止流體；（2）不可壓縮流體；（3）同種流體內(nèi)。流體靜力學(xué)應(yīng)用1、 壓強(qiáng)或壓強(qiáng)差測(cè)定；2、 液位測(cè)定；3、 液封高度計(jì)算。流體動(dòng)力學(xué)方程的應(yīng)用流體流動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及阻力計(jì)算1、流體流動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圓管內(nèi)流體穩(wěn)定流動(dòng)剪應(yīng)力分布（P1乙g）（P2Z2g） r2L圓管內(nèi)牛頓型流體穩(wěn)定流動(dòng)流速分布層流：Z1g)(P24LI(R2r2)流體動(dòng)力學(xué)方程的應(yīng)用(P1乙g)(P2Z2g)2umax R4L2層流速度分布式：uu 1丄maxR管中心最大流速:1、設(shè)計(jì)型問(wèn)題（1）確定流體輸送所需要的外加機(jī)械能Pe。He和有效功率PeHeqvg，s（2）確定流體輸送所需要的起始條件，如 Z1或P1。（3）確定完成規(guī)定輸送流量所需要的管徑 d。2、 操作型問(wèn)題（1） 對(duì)于已有的管路系統(tǒng)確定所能達(dá)到的流量。（2） 對(duì)于已有的管路系統(tǒng)，為保證所需的流量，確定局部阻力的限定值。3、 流量測(cè)定（1）畢托管，（2）孔板流量計(jì)，（3）轉(zhuǎn)子流量計(jì)。湍流：(1r)numaxR2、阻力計(jì)算L u2Jhf—— d 2kg層流時(shí):湍流時(shí):主要符號(hào)說(shuō)明:乙、Z2—基于同一水平基準(zhǔn)面的位高，m；Pi、P2—截面1、截面2上的絕對(duì)壓或表壓，苓；mui、U2—截面1、截面2上的平均體積流速,64Re仁）h」體輸送機(jī)械對(duì)于流體的外加能量，kghf—流體自截面1流至截面2的過(guò)程中所產(chǎn)生的機(jī)械能損失， —；kgG—流體質(zhì)量流速，kg—摩擦系數(shù);k—?dú)鈶B(tài)流體的多變指數(shù);—管件的阻力系數(shù)。G—流體質(zhì)量流速，kg—摩擦系數(shù);k—?dú)鈶B(tài)流體的多變指數(shù);—管件的阻力系數(shù)。第2章流體輸送機(jī)械(一)液體輸送機(jī)械主要性能參數(shù)1、離心泵在一定轉(zhuǎn)速下(1)流量qv，(2)有效壓頭 He，m(3)軸功率(3)軸功率Pa，W(4)有效功率 Pe，Pe Heqvg，W(5)效率， PePa在一定轉(zhuǎn)速下后彎葉片離心泵的特性曲線(xiàn)qv2、往復(fù)泵往復(fù)泵的性能參數(shù)同離心泵，但是，往復(fù)泵的流量取決于其泵體尺寸和操作轉(zhuǎn)速。單吸泵：qv D2Ln4雙吸泵：qv—（2D2d2）Ln4往復(fù)泵的壓頭理論上來(lái)說(shuō)可以達(dá)到很大， 在管路中提供的壓頭取決于管路情況。 往復(fù)泵的效率高安裝特點(diǎn)1離心泵的安裝高度根據(jù)泵的必需汽蝕余量（NPSH）r計(jì)算泵的最大允許安裝高度HPpHgsvHfseNPSHr0.5gg2、往復(fù)泵的安裝（1） 也應(yīng)考慮安裝高度，原理與離心泵相同。（2） 有自吸作用，啟動(dòng)時(shí)不需要灌泵。操作與調(diào)節(jié)i、離心泵使用離心泵時(shí)一個(gè)最顯著的特點(diǎn)是在啟動(dòng)泵之前先灌泵。管路的特性曲線(xiàn)方程式： He（Z2Z1管路的特性曲線(xiàn)方程式： He（Z2Z1）-2一P1Le2gd2qv管路的特性曲線(xiàn)方程式簡(jiǎn)寫(xiě)為He(Z2Z1)PiKq；4d2泵的工作點(diǎn)是泵的特性曲線(xiàn)和管路的特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)HeHeqv泵的調(diào)節(jié)就是根據(jù)生產(chǎn)上的需要改變泵的工作點(diǎn)。如果是較長(zhǎng)時(shí)間的改變，可以通過(guò)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速而改變泵的特性曲線(xiàn)；如果是短時(shí)間的改變，一般是通過(guò)調(diào)節(jié)泵出口管上閥門(mén)的開(kāi)度（改變局部阻力）而改變管路的特性曲線(xiàn)?？梢岳帽玫慕M合來(lái)達(dá)到更大范圍的調(diào)節(jié)。通常是兩臺(tái)相同的泵進(jìn)行組合。若單臺(tái)泵的特性曲線(xiàn)方程： Heabq：

則兩臺(tái)串聯(lián)泵的特性曲線(xiàn)方程： He2a2bq：則兩臺(tái)并聯(lián)泵的特性曲線(xiàn)方程： Heabq24使用組合泵時(shí)的工作點(diǎn)（流量、壓頭）通過(guò)組合泵的特性曲線(xiàn)方程與管路特性曲線(xiàn)方程聯(lián)立求解。2、往復(fù)泵往復(fù)泵所提供的壓頭取決于管路， 流量取決于泵體相關(guān)尺寸和轉(zhuǎn)速。 因此，工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)方法是:（1）若調(diào)節(jié)用戶(hù)管路的流量，進(jìn)行旁路調(diào)節(jié)，或者改變轉(zhuǎn)速，或者調(diào)節(jié)活塞行程。（2）泵所提供的壓頭取決于流量和管路特性曲線(xiàn)。分類(lèi)與選型1、 分類(lèi)：離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵、其它泵。性能特點(diǎn)見(jiàn)教材及相關(guān)手冊(cè)介紹。2、 選型(1)根據(jù)輸送任務(wù)確定流量qv，根據(jù)管路系統(tǒng)，計(jì)算所需的壓頭 H⑵(3)選擇適宜型號(hào)的泵；計(jì)算所需的軸功率，選配合適功率的電機(jī)。（二）氣體輸送機(jī)械（2）泵所提供的壓頭取決于流量和管路特性曲線(xiàn)。分類(lèi)與選型1、 分類(lèi)：離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵、其它泵。性能特點(diǎn)見(jiàn)教材及相關(guān)手冊(cè)介紹。2、 選型(1)根據(jù)輸送任務(wù)確定流量qv，根據(jù)管路系統(tǒng)，計(jì)算所需的壓頭 H⑵(3)選擇適宜型號(hào)的泵；計(jì)算所需的軸功率，選配合適功率的電機(jī)。（二）氣體輸送機(jī)械1、 分類(lèi)：離心風(fēng)機(jī)、往復(fù)壓縮機(jī)、介紹。2、 選型（僅以離心風(fēng)機(jī)為例）分類(lèi)與選型旋轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)（羅茨風(fēng)機(jī)） 、真空泵。性能特點(diǎn)見(jiàn)教材及相關(guān)手冊(cè)根據(jù)氣體輸送管路和輸送流量q3m-，計(jì)算達(dá)到預(yù)定的輸送量所需的全風(fēng)壓sNPT 2 。m進(jìn)行全風(fēng)壓數(shù)值的校正:PT0Pt根據(jù)qv和Pto選擇適宜型號(hào)的風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)實(shí)際的有效功率為： PePTqv主要符號(hào)說(shuō)明：D—?dú)飧變?nèi)徑，m；d—活塞桿直徑，m；L—活塞行程，m;n—轉(zhuǎn)速，rps；Ps—起始輸送液面的壓強(qiáng),Pv—被輸送液體在輸送溫度下的飽和烝汽壓，N2；mHf,se—泵吸入管段中的機(jī)械能損失， m；—被輸送液體的密度， 里m00—空氣在1物理大氣壓，20C時(shí)的密度,1.2佟m第4章流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)基本原理顆粒床層的簡(jiǎn)化模型為保持簡(jiǎn)化后的物理模型與原真實(shí)模型的等效性，必須有細(xì)管的內(nèi)表面積等于顆粒床層的全部自由表面積；所有細(xì)管的供流體流動(dòng)的空間等于顆粒床層的空隙容積流體通過(guò)細(xì)管的壓降即為流體通過(guò)顆粒床層的壓降hfPhfPfLeu「de22uPfLe 1LL 4a12PfLea12'a1L8L-u流體通過(guò)顆粒床層的壓降

Pf 'a1 2 uL入’被稱(chēng)為模型參數(shù)，必須由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。定義Re定義Re‘ dm u4a1K'=,稱(chēng)為康采尼（Kozeny）對(duì)模型參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果為， Re<2,入K'=,稱(chēng)為Kozeny常數(shù)。將模型參數(shù)的表達(dá)式代入到床層壓降的表達(dá)式中PfL歐根（Ergun）在較寬的Re'范圍內(nèi)，Re'0.17~420，獲得了關(guān)系式4.17Re'4.17Re'0.29代入到床層壓降的表達(dá)式中PfL4.17PfL4.1710.291u2特性參數(shù)1、顆粒的比表面積2m1、顆粒的比表面積2m3m2、顆粒床層的空隙率3m3m23、 顆粒床層的比表面積aB,,aBa（1 ）m4、 床層的表觀流速u(mài)5、床層顆?？障吨械牧魉賣(mài)1,u1u過(guò)濾原理在壓差的作用下，懸浮液中的液體穿過(guò)濾餅中的空隙流出，濾餅兩端的壓差即為壓降定義過(guò)濾速率為dV定義過(guò)濾速率為dVu—Ad根據(jù)康采尼（Kozeny）公式，過(guò)濾速率就是該式中的床層表觀流速dVAd1a2K'可以發(fā)現(xiàn)，在濾液粘度和床層特性不變時(shí),單位過(guò)濾面積上的過(guò)濾速率dVPAdL在濾液粘度、床層特性和過(guò)濾壓差不變時(shí),在濾液粘度、床層特性和過(guò)濾壓差不變時(shí),總過(guò)濾面積上的過(guò)濾速率濾餅厚度L、懸浮液中顆粒體積分率、濾餅空隙率與單位過(guò)濾面積上的濾液體積量q的關(guān)系式為單位過(guò)濾面積上過(guò)濾速率的表達(dá)式則為3L1q1定義：ra2K'，r稱(chēng)為濾餅的比阻。則過(guò)濾速率表達(dá)式為或者dqddV PAAd r V考慮過(guò)濾介質(zhì)的阻力后，過(guò)濾速率為dVP1A P2A(P1 P2)AdVAdrVr Ve r(V V。)AdPi P2定義過(guò)濾常數(shù)：2PKr自開(kāi)始即進(jìn)行恒壓過(guò)濾，則K為常數(shù)，并且0時(shí)，q0（V 0），過(guò)濾時(shí)間F與累計(jì)濾液體積量VF（單位面積上累計(jì)濾液體積量qF）的關(guān)系22Vf22VfV°KAff或 qF2qFqeKf過(guò)濾設(shè)備及操作1板框式壓濾機(jī)在保持洗滌水粘度與濾液粘度相同，洗滌操作時(shí)的壓差與過(guò)濾操作時(shí)的壓差相同時(shí),總面積上的洗滌速率與過(guò)濾終了時(shí)過(guò)濾的速率之間的關(guān)系以單位時(shí)間濾液體積量表示生產(chǎn)能力為V以單位時(shí)間濾液體積量表示生產(chǎn)能力為VfdVdwdVd F,end1橫穿流洗法， 1；置換洗法，14洗滌時(shí)間w與過(guò)濾時(shí)間F的關(guān)系2JwF一個(gè)生產(chǎn)周期的時(shí)間 c， cF wD最佳時(shí)間分配:FDw2、旋轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速n,rps轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速n,rps，轉(zhuǎn)筒浸入濾液中的角度占360°的分率為 ，如果過(guò)濾介質(zhì)的阻力可以忽略（qe0），轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)一周，在單位過(guò)濾面積上所得到的濾液量為轉(zhuǎn)筒上濾餅的厚度qFL1轉(zhuǎn)筒上濾餅的厚度qFL1qF單位時(shí)間內(nèi)總過(guò)濾面積上所得到的濾液量QAnqF3、過(guò)濾問(wèn)題分類(lèi)1?設(shè)計(jì)型問(wèn)題：給定qe,K,△P,V(或t)，生產(chǎn)能力，設(shè)備類(lèi)型，計(jì)算過(guò)濾面積A，選擇或設(shè)計(jì)設(shè)備。2?操作型問(wèn)題：已知設(shè)備尺寸和有關(guān)參數(shù)， qe,K,△P核算設(shè)備生產(chǎn)能力：或已知設(shè)備尺寸和有關(guān)參數(shù)，qe,r,①，口規(guī)生產(chǎn)能力，求取操作條件。固定床固定床設(shè)備：催化反應(yīng)器、吸附器、干燥器、離子交換器等，在生產(chǎn)中需要進(jìn)行計(jì)算：(1)床層壓降計(jì)算，應(yīng)用康采尼公式或歐根公式；(2)起始流化速度Umf，即保持固定床的最大速度，根據(jù)歐根公式和流化床壓降公式可以得到適用于工業(yè)上一般顆粒床層的計(jì)算公式UmfUmfde(p)g1650de為顆粒的平均直徑。第5章顆粒的沉降運(yùn)動(dòng)和固體流態(tài)化重力沉降速度顆粒在重力場(chǎng)中自由沉降，當(dāng)達(dá)到勻速沉降時(shí)，則在垂直方向上處于力平衡狀態(tài)當(dāng)Rep2時(shí)為層流,當(dāng)Rep2時(shí)為層流,顆粒的層流沉降速度24Rep24

dpUtUtd2p(p)g18—d36p.3pg6dpg2.2Utdp4p204gdp(p)Ut3阻力系數(shù)是沉降運(yùn)動(dòng)'雷諾數(shù)的函數(shù)，fdpUt重力降塵室顆粒隨同氣體在降塵室中水平方向上的運(yùn)動(dòng)速度qvU顆粒隨同氣體在降塵室中水平方向上的運(yùn)動(dòng)速度qvU水平BH顆粒隨同氣體在降塵室中水平方向上的停留時(shí)間r u水平顆粒得以沉降(分離)的條件:在停留時(shí)間內(nèi)，顆粒最大的沉降距離是降塵室的高度，其最大的沉降時(shí)間為恰好滿(mǎn)足臨界分離條件的顆粒 dpc的沉降速度為utc，其最大的沉降時(shí)間為Hut,maxUtc如果r t,max，則滿(mǎn)足臨界分離條件的顆粒dpc能夠100%被沉降(分離)下來(lái)，即LqvBH UtcqvqvBHutcd；(p)g18或者dpc18 q或者dpc18 qvpgBHqvBHqv(n1)BHqvBHqv(n1)BHUtedpc18pg(n1)BHqv在降塵室內(nèi)均勻地加n塊水平隔板而稱(chēng)為(n+1)層降塵室，此時(shí)的臨界分離條件為1 Hn1UtcqVqV與不加隔板時(shí)qv的比(1)若保持沉降(分離)要求不變，加隔板后的生產(chǎn)處理能力qv n1qv(2)若保持生產(chǎn)處理能力相同，加隔板后能夠 100%沉降的顆粒直徑dpe與不加隔板時(shí)dpc的比ddpc的比dpc'n1

粒級(jí)效率在塵粒中，dpdpc的顆粒，i100%dpddpdpc的顆粒,dPdpc分離器的總效率：in0 Xii1Xi為進(jìn)口氣體中各粒度級(jí)顆粒的質(zhì)量分率。離心沉降速度顆粒在離心加速度為ar的離心力場(chǎng)中沿著離心力的方向作自由沉降， 當(dāng)達(dá)到勻速沉降時(shí),則在沉降方向上處于力平衡狀態(tài)6dppar6dpar26dppar6dpar2Ur4dpUt4a「dp(p). 3阻力系數(shù)是沉降運(yùn)動(dòng)雷諾數(shù)的函數(shù),dpUr當(dāng)Rep2時(shí)為層流,24Rep24

dpUr顆粒的層流沉降速度d顆粒的層流沉降速度d：(p )arUr 18旋風(fēng)分離器顆粒隨同氣流在切線(xiàn)方向上進(jìn)入旋風(fēng)分離器，可以視在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中顆粒與氣流的切線(xiàn)速度相同，并且始終等于進(jìn)口時(shí)的速度比。旋風(fēng)分離器的矩形進(jìn)口寬度為B，高度為A，UiUiqvAB顆粒沉降（分離）的條件:能夠100%離心沉降的顆粒的沉降距離為 B，沉降時(shí)間為.22dpUi停留時(shí)間為UiU停留時(shí)間為UiUi2能夠100%離心沉降的顆粒的粒徑為式中，n=3?5圈。粒級(jí)效率：在塵粒中，dpdpc的顆粒，i100%dpdpc的顆粒,dPdpc能夠100%離心沉降的顆粒的粒徑為式中，n=3?5圈。粒級(jí)效率：在塵粒中，dpdpc的顆粒，i100%dpdpc的顆粒,dPdpc分離器的總效率：in0 Xii1Xi為進(jìn)口氣體中各粒度級(jí)顆粒的質(zhì)量分率。高速離心管離心分離因素：同一顆粒所受離心力與重力之比。顆粒由Ra沉降至Rb所需要的沉降時(shí)間為t218 2lnRB2(p)dp Ra顆粒隨同流體在離心管內(nèi)的停留時(shí)間為(rBrA)hqv當(dāng)符合臨界分離條件時(shí),H2(p)d2crBrAqv18Ra流化床原理顆粒的重力沉降速度Ut為相對(duì)于顆粒周?chē)橘|(zhì)運(yùn)動(dòng)的速度，對(duì)于一定的顆粒來(lái)說(shuō)為確定值。在顆粒之間介質(zhì)向上的運(yùn)動(dòng)速度為UiO規(guī)定向下的速度為正，顆粒相對(duì)于固定參照點(diǎn)的絕對(duì)速度為Up UpUtUj顆粒之間介質(zhì)向上的運(yùn)動(dòng)速度ui、床層表觀流速U和床層空隙率之間的關(guān)系為UUi

當(dāng)介質(zhì)向上的流速較小時(shí)，顆粒的絕對(duì)速度 Up為正，即為固定床。增加介質(zhì)流量，當(dāng)一旦出現(xiàn)UiUt時(shí)，顆粒的絕對(duì)速度Up則為負(fù)，顆粒向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)即為起始流化狀態(tài)。隨著介質(zhì)流量的逐漸增加，顆粒床層膨脹，ui的數(shù)值忽大忽小，up的數(shù)值忽正忽負(fù)。逐漸達(dá)到穩(wěn)定的流化狀態(tài)。當(dāng)介質(zhì)流量增加到一定值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)始終uiut，則顆粒的絕對(duì)速度Up始終為負(fù)，顆粒一直向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，床層為氣流床。因此臨界帶出速度為UiUt第6章傳熱溫度場(chǎng)：溫度在時(shí)間、空間中的分布第6章傳熱溫度場(chǎng)：溫度在時(shí)間、空間中的分布熱傳導(dǎo)tf(x,y,z,)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)：不隨時(shí)間而變化的溫度場(chǎng)。 tf（x,y,z）在一維的（例如x方向）、穩(wěn)定的溫度場(chǎng)中，溫度的分布函數(shù)為 tf（x）Fourier）定律描述熱流密度為在一維的（例如xFourier）定律描述熱流密度為dt

dx通過(guò)單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo):t1t2t通過(guò)單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo):t1t2t1t2通過(guò)三層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo):t1 t4At1 t41 2 3各層兩側(cè)的溫度差與各層中的熱阻值成正比關(guān)系12t1t2:t2 t3:t3t4 ——

通過(guò)單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo):通過(guò)三層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo):TOC\o"1-5"\h\zt1 t2通過(guò)單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo):通過(guò)三層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo): ln—2Lr1J tq\o"CurrentDocument"1 ,r2 1 ,r3 1 , r4 In— In— ln——2Li ri 2L2 「2 2L3d在選取的保溫層厚度相同時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù) 數(shù)值小，并且貼近半徑小的內(nèi)圈使用，則能夠形成數(shù)值更大的熱阻，從而有效地減小導(dǎo)熱量。熱對(duì)流若Tw若TwTA(TwT)Tw)與對(duì)流傳熱有關(guān)的準(zhǔn)數(shù):努塞爾特準(zhǔn)數(shù)Nu反映總熱傳遞分子熱傳遞的相對(duì)大小。雷諾準(zhǔn)數(shù)ReLu反映粘性力的相對(duì)大小。普蘭特準(zhǔn)數(shù)PrCp反映動(dòng)量擴(kuò)散的相對(duì)大小。格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)GrgL努塞爾特準(zhǔn)數(shù)Nu反映總熱傳遞分子熱傳遞的相對(duì)大小。雷諾準(zhǔn)數(shù)ReLu反映粘性力的相對(duì)大小。普蘭特準(zhǔn)數(shù)PrCp反映動(dòng)量擴(kuò)散的相對(duì)大小。格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)GrgL3—反映因不同區(qū)域密度差而引起的自然對(duì)流狀態(tài)。（無(wú)相變對(duì)流流體橫向流過(guò)管外廠(chǎng)強(qiáng)制湍流對(duì)流傳熱過(guò)渡流層流0.023Re0.8Prnd液體沸騰有相變對(duì)流V有相變對(duì)流V「垂直管外.水平管外管內(nèi)強(qiáng)制湍流時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)（亦稱(chēng)傳熱膜系數(shù)），與流速管內(nèi)強(qiáng)制湍流時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)（亦稱(chēng)傳熱膜系數(shù)），與流速u(mài)和管徑d的關(guān)系為u08

d0.2傳熱過(guò)程的計(jì)算原理間壁式換熱器微元長(zhǎng)度上單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量dQTTw1i2ndiTdQTTw1i2ndiTw t12diw.roinritwt1o2r°dlTt1Ko2rodi在整個(gè)傳熱面積范圍內(nèi),o,K為同樣的值。1K1K°r°ri或者1Kor。roinr或者1Kor。roinrori1Kodoidi*in2dodi考慮壁兩側(cè)的污垢熱阻考慮壁兩側(cè)的污垢熱阻1doK1doKoididodoindo

di 2diRo間壁式換熱器微元長(zhǎng)度上單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量dQ—T間壁式換熱器微元長(zhǎng)度上單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量dQ—T1t1Ko2rodi間壁式換熱器整個(gè)傳熱面積上單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量1Ko2roi整個(gè)傳熱面積上平均傳熱速率，又稱(chēng)為傳熱基本方程式QKo2rQKo2roi仃t)mKAtm對(duì)于有多根換熱管的列管式換熱器對(duì)于有多根換熱管的列管式換熱器平均傳熱溫度差tm平均傳熱溫度差tm:逆流換熱t(yī)mt2T2t1T1 t2in T2t1并流換熱t(yī)m并流換熱t(yī)mT1 t1 T2 t2T1t1inT2 t2換熱過(guò)程中的熱量平衡qm1Cp1換熱過(guò)程中的熱量平衡qm1Cp1(T1T2)qm2Cp2(t2 t1)在qm1Cp1、qm2Cp2中，假如qm1Cp1數(shù)值小，則換熱器的換熱效率為對(duì)于逆流換熱對(duì)于并流換熱NTU1Ti T2T1ti1expNTU1(1R1)

R1expNTU,1R1)對(duì)于逆流換熱對(duì)于并流換熱NTU1Ti T2T1ti1expNTU1(1R1)

R1expNTU,1R1)1expNTU1(1R1)R1KAqm1Cp1qm1Cp1R1qm2Cp2在qm1Cp1、qm2Cp2中，假如qm2Cp2數(shù)值小，則換熱器的換熱效率為t2t1T1t1對(duì)于逆流換熱1expNTU2(1R2)

R2expNTU2(1R2)對(duì)于并流換熱1expNTU2(1R2)1R2NTUKAqm2Cp2R2qm2Cp2qm1Cp1非定態(tài)傳熱過(guò)程：一定質(zhì)量為m的流體自溫度t1始，被恒溫?zé)嵩碩加熱，傳熱面積為A，任何時(shí)刻的熱流密度與加熱位置無(wú)關(guān)，傳熱系數(shù)為K。將流體溫度加熱到t2所需要的時(shí)間為mCpTt1 In KATt2傳熱過(guò)程的強(qiáng)化強(qiáng)化傳熱速率：（1）增加K值（值）；（2）增加傳熱溫度差。換熱器的計(jì)算問(wèn)題1、 設(shè)計(jì)型問(wèn)題設(shè)計(jì)任務(wù)：將一定流量的熱流體進(jìn)行冷卻，或?qū)⒁欢髁康睦淞黧w進(jìn)行加熱。下面以熱流體進(jìn)行冷卻為例。設(shè)計(jì)條件：已知qm1Cp1、T1、T2，可供使用的冷卻劑及其溫度t10計(jì)算目的：確定經(jīng)濟(jì)上合理的傳熱面積及換熱器其他有關(guān)尺寸。設(shè)計(jì)型問(wèn)題適宜采用傳熱基本方程式解法。2、 操作型問(wèn)題第一類(lèi)操作型問(wèn)題：

給定條件：換熱器的傳熱面積 A以及有關(guān)尺寸d,l,n,，冷、熱流體的性質(zhì)和流量qm1Cpl、qm2Cp2、T1、t1，流動(dòng)方式。計(jì)算目的：冷、熱流體的出口溫度 t2、t2第一類(lèi)操作型問(wèn)題最適宜采用 NTU法。第二類(lèi)操作型問(wèn)題：給定條件：換熱器的傳熱面積A以及有關(guān)尺寸d,l,n,，熱流體的性質(zhì)和流量qm1Cp1、T1、T2、t1，流動(dòng)方式。計(jì)算目的：冷流體的流量qm2和出口溫度t2。第二類(lèi)操作型問(wèn)題仍然利用傳熱基本方程式解法，并且需要試差求解。熱輻射絕對(duì)黑體：絕對(duì)黑體的輻射能力符合 Stefan---Boltzmann定律，絕對(duì)黑體對(duì)于輻射能的吸收率為100%?；殷w：能夠以相等的吸收率吸收所有波長(zhǎng)輻射能的物體?；殷w也是理想物體，但是大多數(shù)的材料，在工業(yè)上應(yīng)用最多的熱輻射(波長(zhǎng)在- 20口m)范圍，其吸收率隨波長(zhǎng)變化不大，因而可視為灰體。Kirchhoff定律：在同一溫度下，灰體的吸收率等于黑度。兩灰體定常態(tài)相互輻射傳熱速率的計(jì)算T4T4100Q一AC0一J1114100112灰體1被灰體2所包圍時(shí)的輻射傳熱速率Q1 A11 A2A1Q1 A11 A2A1C01

-12T1100100灰體1被灰體2所包圍，并且A2A1時(shí)的輻射傳熱速率:QAC014T1100T2100第8章氣體吸收吸收操作原理一、氣液相平衡1相平衡關(guān)系在總壓P、溫度T一定時(shí)，達(dá)到氣液相平衡，溶質(zhì)A在氣相及在液相中的濃度關(guān)系由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。在低濃度氣液相平衡體系中，這種相平衡關(guān)系即為亨利定律。亨利定律有三種表達(dá)形式：PaPaExa；PaHCa；yA,e mXA在吸收操作計(jì)算中,yA,emx在吸收操作計(jì)算中,yA,emxA的形式應(yīng)用方便，相平衡常數(shù)m與亨利系數(shù)E之間的轉(zhuǎn)換計(jì)算為2、相平衡關(guān)系的應(yīng)用（1）判斷傳質(zhì)的方向：若組成為yA的氣相與組成為XA的液相相接觸,如果yA如果yAyA,emXa或XA,e仏Xa，傳質(zhì)的方向?yàn)槲?m傳質(zhì)的方向?yàn)榻馕鼀a傳質(zhì)的方向?yàn)榻馕绻鹹A yA,e mXA或XA,e—Xam（2）表示傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力吸收： 目AyA,e或XA,eXA解吸： yA,eyA或XaXA,e（3）表示傳質(zhì)過(guò)程的極限達(dá)到相平衡狀態(tài)是傳質(zhì)過(guò)程的極限。二、吸收傳質(zhì)速率傳質(zhì)的機(jī)理分為三種：（1）膜理論；（2）溶質(zhì)滲透理論；（3）表面更新理論。理解起來(lái)最為直觀的是膜理論。1等分子反向擴(kuò)散速率NaJaNaJadCADABdzCA22、單向擴(kuò)散和主體流動(dòng)（分子擴(kuò)散+同方向上緩慢的總體流動(dòng)）速率引起緩慢的總體流動(dòng)的原因：溶質(zhì)A不斷在氣液相界面上發(fā)生溶解， 自氣相中消失，使得氣液相界面附近的氣相中產(chǎn)生空穴位，因此，弓I起緩慢的總體流動(dòng)來(lái)補(bǔ)充所產(chǎn)生的空穴位。Nnet,Nnet,aJANm因?yàn)镹mNnet,ANaCMDlnCB2CB1CmDCaiCa2DCmCB2CB1 CBmCB2ln CB1CA1CA2如果是在氣相中的傳質(zhì)，組分的濃度可以用分壓表示，則NadPlnPB2RTPb1DP因?yàn)镹mNnet,ANaCMDlnCB2CB1CmDCaiCa2DCmCB2CB1 CBmCB2ln CB1CA1CA2如果是在氣相中的傳質(zhì)，組分的濃度可以用分壓表示，則NadPlnPB2RTPb1DPPa1 Pa2PBmRT3、對(duì)流傳質(zhì)集總參數(shù)法表示傳質(zhì)速率氣膜中的傳質(zhì)速率 Naky(yAyA,i)或NakG(PAPA,i)液膜中的傳質(zhì)速率Nakx(XA,iXa)或Nak1(CA,icA)式中，ky PkG，kxPkl包括氣膜和液膜的總傳質(zhì)速率NaKy(yA yA,e)或NaKx(XA,eXa)式中，KxmKy，1Kxkxkym'1Kykykx解吸操作，包括氣膜和液膜的總傳質(zhì)速率NaKy(yA,eyA)或NaKx(XaXA,e)4、傳質(zhì)控制如果mkx1 ,則Kkyky，傳質(zhì)過(guò)程為氣膜阻力控制,如果1mky1kx，則Kxkx，傳質(zhì)過(guò)程為液膜阻力控制。三、物料衡算1、全塔物料衡算G(yiY2)L(XiX2)全塔物料衡算式反映氣液流率、氣相進(jìn)出口濃度、液相進(jìn)出口濃度等之間的確定關(guān)系。2、塔頂至塔內(nèi)任一橫截面范圍內(nèi)的物料衡算G(yy2)L(xX2)塔內(nèi)任一橫截面上氣相組成y與液相組成x之間的關(guān)系式，即操作線(xiàn)方程式:Lygx操作線(xiàn)方程式的應(yīng)用:反映y與x的關(guān)系；反映傳質(zhì)推動(dòng)力的大小；在氣體流量一定時(shí)，反映液體流量的大小對(duì)于傳質(zhì)推動(dòng)力、出口濃度的影響;反映極限出口濃度、最大吸收率。3、填料塔單位橫截面積微元填料高度 dh范圍內(nèi)的物料衡算GdyNaadhKya(yye)dhLdxNAadhKxa(xex)dh吸收問(wèn)題計(jì)算已知：G,y已知：G,y「y2(或吸收率),x2，相平衡關(guān)系，求解：吸收劑用量L和填料層高度H。1、的計(jì)算最小液氣比:y1y2最小液氣比:y1y2minX1,eX2X1,e是與y1呈平衡的濃度，此時(shí)填料層高度為無(wú)限咼。操作液氣比:,n=~2倍L和G的單位同時(shí)為min操作液氣比:,n=~2倍L和G的單位同時(shí)為minkmol亠kmol 或——2 。sms實(shí)際塔底流出液體的組成:X1X2G(yiy2)2、填料層高度的計(jì)算2、填料層高度的計(jì)算根據(jù)填料塔單位橫截面積微元填料高度dh范圍內(nèi)的物料衡算GdyNAadh Kya(yye)dhLdxNAadhKxa(xex)dh自塔頂端到塔底端積分，得到填料層高度H的表達(dá)式為yiGdyNAadh Kya(yye)dhLdxNAadhKxa(xex)dh自塔頂端到塔底端積分，得到填料層高度H的表達(dá)式為yiGH——Kyay2ydy—和yeX1L1dxKxaX2Xe傳質(zhì)單元高度：HogKyaOLLKxa計(jì)算時(shí)一定要注意各物理量的單位， G和l的單位為kmomsKya和Kxa的單位為kmol3msHOG與HOL的關(guān)系:HoGKyaHoGKyaLmGmKyaLKx%HOLyi傳質(zhì)單元數(shù)： NOGdyy2yyNolXidxX2Xe yi傳質(zhì)單元數(shù)： NOGdyy2yyNolXidxX2Xe X傳質(zhì)單元數(shù)的主要求解方法:（1）對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法

氣相傳質(zhì)單元數(shù)：Nogyi」2ymyiy2(yi yi,e) (y2 y2,e)lnyi yiey2 y2,e該方法適用于在所涉及到的濃度范圍內(nèi)，相平衡關(guān)系為線(xiàn)性關(guān)系。若相平衡關(guān)系可以用亨利定律yemx表示出來(lái)，對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法的另一表達(dá)形式為（2）吸收因數(shù)法氣相傳質(zhì)單元數(shù):NOG1,彳11111'A液相傳質(zhì)單元數(shù)：i1Nolln1OLA1A可以看出，NogANolX1,eXiInX2,eX2L1yimx21，吸收因數(shù)AG0Ay2mx2Amyimx211yimxi—或NolIny2mx2AA1y2mx2iInyimxiimLGy2mx2NOG液相傳質(zhì)單元數(shù):Xix2Xm(Xi,eXi)(X2,eX2Xm（3）數(shù)值積分法（略）利用板式塔進(jìn)行吸收操作，所需理論板數(shù)的計(jì)算式:K11,,1yimx21N In1——InAAy2mx2A等板高度HETP的定義：分離作用等同于一塊理論板的實(shí)際填料層的高度。所以，根據(jù)理論板數(shù)和等板高度計(jì)算實(shí)際填料層高度的計(jì)算式為HNHETP當(dāng)吸收因數(shù)A=i時(shí)，N=Nog,Hog=HETP。二、解吸塔設(shè)計(jì)型計(jì)算已知：L,Xi,X2,y2，相平衡關(guān)系，求解：解吸氣用量 G,解吸塔填料層高度H

(1)解吸氣用量的計(jì)算最小氣液比GLminxix2yi,e y?式中yi,e是與Xi相平衡的氣相濃度。若相平衡關(guān)系可以用亨利定律來(lái)表示yemx，則yi,emXi0實(shí)際氣液比GLmin,n=~2倍0L和G的單位同時(shí)為kmo1或kmo1(1)解吸氣用量的計(jì)算最小氣液比GLminxix2yi,e y?式中yi,e是與Xi相平衡的氣相濃度。若相平衡關(guān)系可以用亨利定律來(lái)表示yemx，則yi,emXi0實(shí)際氣液比GLmin,n=~2倍0L和G的單位同時(shí)為kmo1或kmo1 0sms出塔氣體實(shí)際濃度yiy2L(Xi X2)G(2)解吸塔填料層高度的計(jì)算HOLNOLOGNOG傳質(zhì)單元高度:KyaHOLKxa。計(jì)算時(shí)一定要注意各物理量的單位， G和L的單位為kmol—2—mKya和Kxa的單位為kmol—3 0ms傳質(zhì)單元數(shù):NolXix2XmXiX2X2,e)Xi Xi,eIn X2 X2,e(Xi Xi,e)(X2xiNoldxX2XXemxiyimx2y2OGyiy2ymyi y2(yi,e yi)g y?)lnyi，e yiy2,e y2NOGyi.dyy2yeyiiniiAmxiyimx2y2傳質(zhì)強(qiáng)化吸收塔操作型問(wèn)題一、操作型計(jì)算命題方式:i、第一類(lèi)操作型問(wèn)題已知：填料層高度H及相關(guān)尺寸，流動(dòng)方式，相平衡關(guān)系，G,yi,L,x2,Kya或Kxa,

計(jì)算目的：y2,Xr2、第二類(lèi)操作型問(wèn)題已知：填料層高度H及相關(guān)尺寸，流動(dòng)方式，相平衡關(guān)系， Kya或Kxa,G,y1,y2,x2，計(jì)算目的：L,x1第一類(lèi)操作型問(wèn)題采用吸收因數(shù)法計(jì)算最為方便。第二類(lèi)操作型問(wèn)題的計(jì)算需要試差求解。二、吸收塔的調(diào)節(jié)為了滿(mǎn)足吸收率或吸收量提高的要求，在填料層高度一定的情況下，可以考慮改變吸收劑的流量L、入塔濃度x2、溫度to1、適當(dāng)增加吸收劑的流量 1、適當(dāng)增加吸收劑的流量 L，根據(jù)NgiIniiyimx2i—分析,Ay2mx2AX2勺丫2X2勺丫2）減小’傳質(zhì)推2、減小入塔濃度X2，塔內(nèi)任意截面上液相的濃度 x動(dòng)力增加，從而y2o3、適當(dāng)降低吸收劑的溫度t，使得溶質(zhì)在溶劑中的平衡溶解度增加，傳質(zhì)推動(dòng)力增加,從而y2 o三、吸收塔最大吸收率分析假如填料層高度無(wú)限高，塔內(nèi)傳質(zhì)可以達(dá)到平衡，即操作線(xiàn)與平衡線(xiàn)可以出現(xiàn)交點(diǎn)，分析可以達(dá)到的最大吸收率，即為分析可以達(dá)到的氣相出口最小濃度，因?yàn)閙axyi maxyi y2,minyi分如下兩種情況來(lái)分析:1、如果吸收操作的液氣比小于平衡線(xiàn)的斜率,1、如果吸收操作的液氣比小于平衡線(xiàn)的斜率,Gm'塔內(nèi)傳質(zhì)在塔底達(dá)到平衡’操作線(xiàn)與平衡線(xiàn)在塔底出現(xiàn)交點(diǎn)此時(shí)Xi,maxXi,e作線(xiàn)與平衡線(xiàn)在塔底出現(xiàn)交點(diǎn)此時(shí)Xi,maxXi,emy2,minyiL(Xi,maxX2)G2、如果吸收操作的液氣比大于平衡線(xiàn)的斜率，作線(xiàn)與平衡線(xiàn)在塔頂出現(xiàn)交點(diǎn)，此時(shí)y2、如果吸收操作的液氣比大于平衡線(xiàn)的斜率，作線(xiàn)與平衡線(xiàn)在塔頂出現(xiàn)交點(diǎn)，此時(shí)y2,minGm，塔內(nèi)傳質(zhì)在塔頂達(dá)到平衡，操mx2o四、吸收劑再循環(huán)問(wèn)題的分析有吸收劑再循環(huán)與無(wú)吸收劑循環(huán)時(shí)比較，有以下兩點(diǎn)不同： （i）吸收劑入塔時(shí)的實(shí)際濃度增加了；（2）因?yàn)閷?shí)際入塔吸收劑量的增加，塔內(nèi)操作線(xiàn)的斜率稍有增加。因此，如果平衡關(guān)系不變，即平衡線(xiàn)不變，則吸收傳質(zhì)推動(dòng)力一般要減小。

遇到如下兩種情況應(yīng)采用溶劑再循環(huán):吸收過(guò)程有顯著的熱效應(yīng)，大量吸收劑再循環(huán)可降低吸收劑出塔溫度，平衡線(xiàn)發(fā)生明顯的向下移動(dòng)，盡管操作線(xiàn)向下移動(dòng)，但是，塔內(nèi)傳質(zhì)的推動(dòng)力增大。吸收的目的在于獲得較濃的液相產(chǎn)物，按物料衡算所需的新鮮吸收劑量過(guò)少，以至于不能保持塔內(nèi)填料良好的潤(rùn)濕，吸收劑再循環(huán)，傳質(zhì)表面積增加，傳質(zhì)系數(shù)增大。吸收設(shè)備一、填料塔流體力學(xué)特性In0.2LgV'確定了塔內(nèi)的液泛速度LIn0.2LgV'確定了塔內(nèi)的液泛速度Luf后再確定操作氣速，或者根據(jù)所允許的壓降確定操作氣速,從而可以計(jì)算所需要的塔徑二、填料的容積傳質(zhì)系數(shù)K二、填料的容積傳質(zhì)系數(shù)Kya或Kxa在一定操作條件下的Kya或Kxa數(shù)值的大小，反映了填料的傳質(zhì)性能，可以通過(guò)吸收傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。在吸收實(shí)驗(yàn)中，已知填料層高度，操作條件下的相平衡關(guān)系，流動(dòng)方式，測(cè)定：G,y!,y2,L,x2,X!，首先計(jì)算出傳質(zhì)單元數(shù)，再計(jì)算出傳質(zhì)單元高度，從而可求得Kya或Kxa擴(kuò)展延伸

1高濃度體系吸收。2、 多組分吸收。1高濃度體系吸收。2、 多組分吸收。3、 化學(xué)吸收。4、 非等溫吸收。第9章液體精餾精餾操作原理、相平衡關(guān)系相平衡關(guān)系的表示方法:0Pa一X1由t~x(y)圖轉(zhuǎn)換的y~x圖。0Pa一X2、理想物系：x2、理想物系：xAooPa Pb3、相對(duì)揮發(fā)度:vA，對(duì)于理想物系,0Pa3、相對(duì)揮發(fā)度:vA，對(duì)于理想物系,0Pa一0 ，yAPbXao1 ( 1)XA4、相平衡常數(shù)K:yAKxao二、物料衡算及熱量衡算1、全塔物料衡算塔釜間接蒸汽加熱FDW塔釜直接蒸汽加熱FSDW全塔輕組分A的衡算FxfDxD WXWVb塔釜間接蒸汽加熱時(shí)塔頂產(chǎn)品采出率Xf XwXd Xw2、無(wú)進(jìn)料和無(wú)出料塔板的物料衡算及熱量衡算物料衡算Vi1 Li1Vi Li輕組分A的衡算Vi1yi1Li1Xi1ViyiLix熱量衡算Vi1Ii1Li1ii1 ViIi LiiiIiii ri如果忽略相鄰塔板液相焓的差異，同時(shí)， rArB，則得到恒摩爾流的結(jié)論，即在無(wú)進(jìn)

料無(wú)出料的塔段內(nèi)，相鄰塔板上的汽相流量相等，同時(shí)，相鄰塔板上的液相流量也相等。3、理論進(jìn)料板上的物料衡算及熱量衡算物料衡算FVLVL熱量衡算FifVIf1Lif1VILi忽略相鄰塔板的汽相焓的差異、相鄰塔板的液相焓的差異，得到LLIif—F—I—廠(chǎng)定義進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q q-——匕IiTOC\o"1-5"\h\z定義精餾操作的回流比R RLD精餾段內(nèi)的汽相流量（即冷凝器負(fù)荷量）精餾段內(nèi)的液相流量 LRD精餾段內(nèi)汽相流與液相流的關(guān)系 V提餾段內(nèi)的汽相流量（即塔釜負(fù)荷量）提餾段內(nèi)的液相流量 L提餾段內(nèi)的汽相流量與液相流量的關(guān)系如果泡點(diǎn)進(jìn)料（飽和液體進(jìn)料）q=1如果露點(diǎn)進(jìn)料（飽和蒸汽進(jìn)料）q=0rfCptsrfCptstF

rfVR1DLDVV1qFLqFLVWVVLLyLDxDRxXdxVVR1R1提餾段輕組分衡算）FDXwR1D1qF1-DFXwr提y餾LxV段操WxwV作線(xiàn)RD方qF程 （R1D1xqFRD—q即FyDxR1—1qRF進(jìn)料線(xiàn)方程（q線(xiàn)方程）4、精餾裝置熱量衡算QbQbQfQcQdQwQi精餾裝置的熱量衡算式是分析進(jìn)料熱狀態(tài)、塔釜加熱負(fù)荷、操作回流比等與所需要理論塔板數(shù)關(guān)系的重要理論依據(jù)。精餾設(shè)計(jì)型問(wèn)題計(jì)算精餾設(shè)計(jì)型問(wèn)題的命題方式：已知 F,Xf，規(guī)定分離要求Xd,Xw或者Xd和輕組分Dx的回收率0FXfD 主要求解：（1）操作回流比R；（的回收率0FXf1回流比的確定首先確定操作線(xiàn)與平衡線(xiàn)的夾緊點(diǎn)坐標(biāo)（Xe,Ye）o若夾緊點(diǎn)出現(xiàn)在精餾段上或進(jìn)料板上，則RiXD yeminYeXeRminRminXdYqRminRmin 1XD Xq（Xq,yq）為此時(shí)的精餾段操作線(xiàn)、提餾段操作線(xiàn)及進(jìn)料線(xiàn)的交點(diǎn)坐標(biāo)。操作回流比的確定R(1.2~2)R操作回流比的確定R(1.2~2)Rmin操作回流比R數(shù)值的大小與塔內(nèi)的汽液流量、塔頂冷凝器負(fù)荷、塔釜加熱負(fù)荷及達(dá)到預(yù)定分離要求所需要的理論塔板數(shù)均有關(guān)系。2、理論塔板數(shù)的確定確定理論塔板數(shù)及最適宜進(jìn)料位置的方法有： 1）逐板計(jì)算法；2）圖解法；3）簡(jiǎn)捷操作回流比R數(shù)值的大小與塔內(nèi)的汽液流量、塔頂冷凝器負(fù)荷、塔釜加熱負(fù)荷及達(dá)到預(yù)定分離要求所需要的理論塔板數(shù)均有關(guān)系。2、理論塔板數(shù)的確定確定理論塔板數(shù)及最適宜進(jìn)料位置的方法有： 1）逐板計(jì)算法；2）圖解法；3）簡(jiǎn)捷計(jì)算法。在全回流R算式：（塔開(kāi)工階段）的情況下，達(dá)到預(yù)定分離程度所需最少理論板數(shù)的計(jì)NminInXAXbXBDXAwIn精餾段的最少理論板數(shù)的計(jì)算式:Nmin,iIn XA XBXBDXAqInXAq是精餾段操作線(xiàn)方程式、提餾段操作線(xiàn)方程式的交點(diǎn)坐標(biāo)值。掌握了芬斯克公式，再應(yīng)用吉利蘭關(guān)聯(lián)式，是求理論板數(shù)的簡(jiǎn)捷計(jì)算法。3、單板效率及總板效率以汽相組成變化來(lái)表示的單板效率Emv,iyiyii以液相組成變化來(lái)表示的單板效率EmL,iXi1Xi以液相組成變化來(lái)表示的單板效率EmL,iXi1XiXi1Xi塔的總板效率EoNt

Np4、塔徑的確定根據(jù)塔內(nèi)汽相的實(shí)際體積流量及流速計(jì)算塔徑Vs■4U汽相流速根據(jù)Smith曲線(xiàn)確定的汽相負(fù)荷因子進(jìn)行確定。精餾操作型問(wèn)題精餾操作型問(wèn)題的命題方式：已知塔內(nèi)所具有的理論板數(shù)和進(jìn)料位置、進(jìn)料流量、組成和熱狀態(tài)、操作回流比、產(chǎn)品分配比，求解：塔頂產(chǎn)品組成 XD、塔底產(chǎn)品組成Xw以及各塔板上汽相組成及液相組成。求解方法：1）先設(shè)Xw（或者XD），根據(jù)物料衡算式FXfDXdWXw計(jì)算XD（或者Xw）；2）從塔頂開(kāi)始逐板計(jì)算，計(jì)算所得到的 Xw值與假設(shè)值進(jìn)行比較，若相吻合，則結(jié)束計(jì)算；若相差較大，則以所得到的XW值作為假設(shè)值，重復(fù)以上的計(jì)算，直至計(jì)算所得到的XW值與假設(shè)值相吻合為止。幾個(gè)典型操作型問(wèn)題：TOC\o"1-5"\h\z1）操作回流比R增加，Xd,Xw 。2）進(jìn)料組成xf，xD,xw 。_ D3） 塔釜汽化速率V—定，塔頂產(chǎn)品采出率一，Xd,Xw。F4）塔釜汽化速率V—定，進(jìn)料溫度增加，則操作回流比 R增加，xd,xw。5）操作回流比R一定，進(jìn)料溫度增加，則塔釜汽化速率V減小，Xd,Xw。擴(kuò)展延伸根據(jù)連續(xù)精餾的基本原理，可以解決如下形似特殊的精餾問(wèn)題。1、回收塔（只有提餾段的塔）適用于對(duì)塔頂產(chǎn)品Xd要求不高，但是對(duì)塔釜產(chǎn)品Xw要求較高的情況。因?yàn)閺乃斶M(jìn)料，故一般不再塔頂回流，并且多采用泡點(diǎn)進(jìn)料。米用泡點(diǎn)進(jìn)料q=1時(shí)，物流量的關(guān)系為 LF,VD。采用冷液體進(jìn)料q1時(shí)，物流量的關(guān)系為 LqF,VD(1q)F2、 只有精餾段的塔(簡(jiǎn)稱(chēng)精餾塔)適用于對(duì)塔釜產(chǎn)品xw要求不高，但是對(duì)塔頂產(chǎn)品Xd要求較高的情況。氣態(tài)原料加入到塔釜內(nèi)的液面之下一定深度之處，故通常塔釜不再需要間接或直接的加熱蒸汽。若飽和蒸汽q=0進(jìn)料，物流量的關(guān)系為VF,LW若過(guò)熱蒸汽q0進(jìn)料，物流量的關(guān)系為VqF,LW(1q)F3、 冷回流生產(chǎn)上大多采用冷回流，而不是泡點(diǎn)回流，此情況下，將回流液當(dāng)作是塔的進(jìn)料?；亓饕旱臒釥顟B(tài)參數(shù)qR的計(jì)算應(yīng)根據(jù)塔頂?shù)?塊板上的飽和汽相焓I、飽和液相焓I及回流液焓Ir進(jìn)行計(jì)算 qR1iRIi精餾段液體流量L與回流液的量Lo的關(guān)系為L(zhǎng)qRL0精餾段汽體流量V與出塔汽相流量V1的關(guān)系為VV1 (1qR)Lo4、 水蒸氣直接加熱的蒸餾若所要分離的物系為輕組分和水(重組分)的混合物，則便可以在塔釜采用水蒸氣直接加熱。直接蒸汽加熱與間接釜式加熱相比較，分為兩種情況：設(shè)計(jì)規(guī)定同樣的加料條件xf、q,同樣的xd，輕組分的回收率相同，回流比R相同。比較直接蒸汽加熱與間接釜式加熱所需理論板數(shù)和能耗。

因?yàn)镈、xd、R相同，上升蒸汽量V(R1)D,VV(1q)F相同，能耗相同兩種加熱方式下精餾段、提餾段的液汽比相同，則直接蒸汽加熱時(shí)提餾段的操作線(xiàn)只是將間接加熱時(shí)的提餾段的操作線(xiàn)延長(zhǎng)至橫坐標(biāo) Xw，比較結(jié)果為Xw直接X(jué)w間接，W直接W間接，Nt直接 Nt間接。設(shè)計(jì)規(guī)定同樣的加料條件Xf、q,同樣的xd、Xw，回流比R相同。比較直接蒸汽加熱與間接釜式加熱所需理論板數(shù)、能耗及輕組分的回收率。間接蒸汽加熱時(shí)可見(jiàn)，直接蒸汽加熱時(shí)的D產(chǎn)品小于間接蒸汽加熱時(shí)的間接蒸汽加熱時(shí)可見(jiàn)，直接蒸汽加熱時(shí)的D產(chǎn)品小于間接蒸汽加熱時(shí)的D產(chǎn)品，輕組分的回收率有所減SFDW1SXfXwFXdXw直接蒸汽加熱時(shí)總物料衡算直接蒸汽加熱時(shí) DFXfXwXdXw少?；亓鞅认嗤?，則直接蒸汽加熱時(shí)的上升蒸汽量 V(R1)D,VV(1q)F小于間接蒸汽加熱時(shí)的上升蒸汽量，故能耗有所減小。根據(jù)總物料衡算，可見(jiàn)W產(chǎn)品增加了直接蒸汽加熱時(shí)所需的塔板數(shù)有所減少。5、平衡蒸餾為只有1塊理論板的連續(xù)蒸餾操作。所得汽相組成 y與液相組成x的關(guān)系，既符合相平衡關(guān)系yX1 ()X平衡關(guān)系yX1 ()X又符合物料衡算關(guān)系yqq1XXfq1(1q)為汽化率根據(jù)X或y可以確定平衡閃蒸溫度te。根據(jù)如下的熱量平衡式確定原料的預(yù)熱溫度FCp(Tte) (1q)Fr6、 簡(jiǎn)單蒸餾為只有1塊理論板的間歇蒸餾，為非定常態(tài)操作。7、 間歇精餾為非定常態(tài)精餾操作。操作方式：餾出液組成保持恒定，不斷增加回流比；設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以操作終了時(shí)的釜液組成 xw為計(jì)算基準(zhǔn)。釜內(nèi)為沸騰狀態(tài)的液體，故屬于泡點(diǎn)XdRend 1XdRend 1操作終了時(shí)塔內(nèi)的操作方程Rend,minXd Ywyw xwRend(1.2?2)Rend,minRendRend1逐板計(jì)算法或圖解法得到所需要的理論塔板數(shù)。在相同的理論塔板數(shù)條件下，圖解試差法得到操作初期的回流比。在蒸餾釜的汽化速率為V(kmol/h)的條件下，每批料液F(kmol)的蒸餾操作時(shí)間為F(XdXfXF(XdXfXf)XwR(Xd1x)2dx蒸餾過(guò)程中，每一釜液組成x必對(duì)應(yīng)一回流比R，利用數(shù)值積分進(jìn)行上式求解回流比恒定，餾出液組成不斷減小。設(shè)計(jì)時(shí)可以操作的初態(tài)為基準(zhǔn)，必須假設(shè)最初的餾出液組成 xD始大于所規(guī)定的蒸餾產(chǎn)品平均組成值Xd始 YfYfXfR (1.2?2)Rmin操作初態(tài)塔內(nèi)的操作方程R操作初態(tài)塔內(nèi)的操作方程RXd x R1R1逐板計(jì)算法或圖解法得到所需要的理論塔板數(shù)。Xd始的驗(yàn)算：與簡(jiǎn)單蒸餾相似， F,Xf,W,Xw這4個(gè)量之間的關(guān)系為Xf,F dxIn_ w xwXD x蒸餾過(guò)程中，理論塔板數(shù)和回流比固定，每一釜液組成 x必與一餾出液組成Xd相對(duì)應(yīng),利用數(shù)值積分進(jìn)行上式求解。蒸餾實(shí)際所得餾出液的平均組成由全過(guò)程得物料衡算確定，即

XdXdFXfWxwFW此計(jì)算值大于等于蒸餾規(guī)定餾出液組成值時(shí)，上述設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程有效，否則，需要重新設(shè)XD始的值更大些處理一批料液塔釜的總蒸發(fā)量為G(R1)D(R1)(FW)在蒸餾釜的汽化速率為V(kmol/h)的條件下，每批料液F(kmol)的蒸餾操作時(shí)間為GV8、 水蒸氣蒸餾對(duì)易于分解(或沸點(diǎn)較高)而又與水不互溶的物料進(jìn)行蒸餾時(shí)，為降低其沸點(diǎn)，可以應(yīng)用水蒸氣蒸餾(水汽蒸餾)。水汽蒸餾能夠降低蒸餾沸點(diǎn)的溫度的原理是：互不相溶的液體混合物，其蒸氣壓為各純組分的蒸氣壓之和。PsystemPoil Pw Pout有水蒸汽時(shí)的沸點(diǎn)低于純油在 Pout條件下的沸點(diǎn)。9、 恒沸精餾VA為了有效地增加A與B之間的相對(duì)揮發(fā)度 ABv ，加入第3個(gè)組分C，其與A或B、或者AB形成具有最低恒沸點(diǎn)的恒沸物， 該恒沸物的揮發(fā)度與B或A產(chǎn)生了明顯的差異，再通過(guò)精餾得以分離。10、 萃取精餾VA為了有效地增加A與B之間的相對(duì)揮發(fā)度ABv ，加入第3個(gè)組分S，其與VBA或B、或者AB形成具有最高恒沸點(diǎn)的恒沸物， 該恒沸物的揮發(fā)度與B或A產(chǎn)生了明顯的差異，再通過(guò)精餾得以分離。11、 多組分精餾在精餾中對(duì)于多組分混合物的分離仍然是基于各個(gè)組分揮發(fā)性能的差異，將組分分為輕組分、輕關(guān)鍵組分、重關(guān)鍵組分、重組分。理論塔板數(shù)的計(jì)算方法為簡(jiǎn)捷計(jì)算法。

塔板上的氣液接觸狀態(tài)（1） 鼓泡接觸狀態(tài)（2） 泡沫接觸狀態(tài)：（3） 噴射接觸狀態(tài)：入口安定區(qū)受液區(qū)塔板橫截面分區(qū)圖氣相為分散相,塔板上的氣液接觸狀態(tài)（1） 鼓泡接觸狀態(tài)（2） 泡沫接觸狀態(tài)：（3） 噴射接觸狀態(tài)：入口安定區(qū)受液區(qū)塔板橫截面分區(qū)圖氣相為分散相,氣相為連續(xù)相,液相為連續(xù)相。液相為分散相。plX表示重組分的摩爾分?jǐn)?shù)'當(dāng)dx0時(shí)，稱(chēng)為正系統(tǒng)。正系統(tǒng)：液滴或液膜穩(wěn)定性皆好，宜采用泡沫接觸狀態(tài);負(fù)系統(tǒng)：液滴或液膜穩(wěn)定性皆差，宜采用噴射接觸狀態(tài)。氣體通過(guò)塔板的阻力損失（希望液膜穩(wěn)定）。（希望液滴不穩(wěn)定）hfPgLghdhi2Uo

2Uo

Cohd2gL塔板上氣液兩相的非理想流動(dòng)1、 液沫夾帶導(dǎo)致液沫夾帶的因素有兩個(gè)：（1） 沉降速度小于液層上部空間中的氣流速度的小液滴，其具有向上的絕對(duì)速度。（2） 氣流沖擊或氣泡破裂而彈濺出的液滴，其具有向上的初速度。板間距越小，彈濺到上層板的液滴量會(huì)越多。2、 氣泡夾帶流入降液管的液體含有大量氣泡，同時(shí)，液體落入降液管時(shí)又卷入一些氣體產(chǎn)生新的泡沫。故設(shè)出口安定區(qū)。（1） 夾帶液泛（2） 溢流液泛P2影響降液管內(nèi)液位高度的因素由下式可以看出:2Ul2g3、漏液2Ul2g3、漏液干板阻力設(shè)計(jì)值合理，較為大時(shí)，板壓降hf（反映自下向上的壓差）高于液面波峰處當(dāng)量清液層高度（產(chǎn)生自上向下的壓力），各個(gè)孔均有上升氣體，塔板不會(huì)漏液。塔板效率的各種表示方法HdhwhowP2Pl（1）點(diǎn)效率（2） 板效率（默費(fèi)里板效率）（3） 濕板效率（實(shí)際操作狀態(tài)下的單板效率）（4） 全塔效率塔板的負(fù)荷性能圖1、 汽體上限線(xiàn)1受液沫夾帶量的限制，塔板開(kāi)孔率較大時(shí)，汽體上限的值可以較大2、 汽體下限線(xiàn)2受漏液量的限制，塔板開(kāi)孔率較大時(shí)，汽體下限的值則要大。3、 降液管液泛線(xiàn)3受液相量、汽相量、降液管橫截面積、板間距等的限制。4、 液體下限線(xiàn)4受堰上最小清液層厚度的限制。5、 液體上限線(xiàn)5受降液管內(nèi)液體停留時(shí)間、降液管液泛的限制。V/m3V/m3/hL/m3/h填料塔與板式塔的比較：1、填料塔操作范圍小，特別是對(duì)于液體負(fù)荷的變化更為敏感

2、 填料塔不宜處理易聚合或含有固體懸浮物的物料。3、 當(dāng)氣液接觸過(guò)程中需要換熱時(shí)；或需要有側(cè)線(xiàn)出料、進(jìn)料時(shí)，不宜采用填料塔4、亂堆填料塔直徑一般認(rèn)為不宜超過(guò) ，而板式塔直徑一般不小于 。5、 板式塔的設(shè)計(jì)比較準(zhǔn)確，安全系數(shù)可取得更小。6、 填料塔造價(jià)便宜。7、 填料對(duì)泡沫有限制和破碎的作用，對(duì)易起泡物系填料塔更適合8、 對(duì)腐蝕性物系，填料塔更適合。9、 對(duì)熱敏性物系，填料塔更適合，因塔內(nèi)滯液量比板式塔少。10、 填料塔的壓降比板式塔小，因而對(duì)真空操作更為適宜。第12章固體干燥固體干燥原理一、 固體干燥的方法（1）對(duì)流干燥；（2）傳導(dǎo)干燥；（3）輻射干燥；（4）介電干燥。工業(yè)生產(chǎn)中常用對(duì)流干燥，固體物料中的濕分常為水分，氣流為熱空氣流。二、 濕空氣的性質(zhì)參數(shù)1、絕對(duì)濕度H與水汽分壓pw的關(guān)系2、相對(duì)濕度PsPt時(shí),PsPt時(shí),2、相對(duì)濕度PsPt時(shí),PsPt時(shí),3、濕球溫度tw0.622Pw