环境工程原理期末总结.ppt

环境工程原理 期末总结,2014.12.31,主要内容,绪论 物料衡算与热量衡算 传热原理（计算1） 沉降 过滤 传质原理 吸收（计算1） 反应工程（计算1）,传热过程 知识关联图,温差差别,(局部),热量衡算方程：,传热速率Q的计算：,牛顿冷却定律：,导热速率方程,平壁：,圆筒壁：,辐射传热速率,总传热系数的计算：,对流传热系数的求解,导热系数：物性参数,金属非金属固体液体气体,当流体被加热时，n=0.4； 流体被冷却时， n=0.3。,上式的应用条件：考试中一般满足,物性参数的定性温度为流体进出口的平均温度。,对流传热系数,无相变：,管内强制对流的影响因素：,1. 进口段的影响,2. 热流方向的影响,3. 自然对流的影响,4. 其他因素的影响：管路弯曲，表面粗糙度,增大管内强制对流传热系数的途径：,在管路条件不变的情况下，增大流速，增大。 在流量不变的情况下，减小管径或采用蛇管。,注意：此时并不与管径尺寸成反比。,变化的根本原因：层流底层的厚度的变化,有相变：,冷凝：影响冷凝传热的因素，如何影响冷凝液层的厚度,沸腾：,沸腾的过热度与传热系数的关系,沸腾条件过热，气化核心,强化传热措施,传热平均温度差的计算：,首先依据题意，画出流体温度在传热设备中的变化趋势； 其次，计算两流体流体进口温差、出口温差； 求对数平均值,传热过程强化的途径,1.增大总传热系数：,2.增大传热面积,3. 增大传热平均温度差,逆流优于并流,如何有效提高K？,控制热阻法：,，Rs可忽略时，K接近于小一方；,若 大小，小K 如 汽水 冷凝水 此时，有效提高K的途径为提高小,黑体、镜体、透过体、灰体、黑度,Planck law,辐射热传导基本概念、基本原理,基本概念,基本原理,(2) Stefan-Boltzmann law(四次方定律),(3) Kirchhoff law,减小热辐射的措施,非均相分离过程 知识关联图,传热综合题,有一列管换热器，外表面积为40m2，列管为252.5 mm的钢管。用饱和水蒸气将处理量为2.5104kg/h的油从40 加热到80。油走管程，流动状态为湍流。蒸气走壳程， 水蒸气压力为0.2MPa(绝压)，冷凝给热系数=1.2104W/ (m2.K)，油的平均比热容cp=2.1103J/(kg.K)。 当油的处理量增加一倍时，油的出口温度为多少？若要 保持油的出口温度仍为80，此换热器是否够用？ 若不够用，可采取哪些措施？ 并联或串联多大的换热器才够用？,解： 当油的处理量增加一倍时，油的出口温度为多少？ 若要保持油的出口温度仍为80，此换热器是否够用？,查表知2atm水蒸气的饱和蒸气温度 ts=120,列管换热器,A=40m2,252.5mm钢管。 油走管程, ms2=2.5104kg/h,t1=40,t2=80,湍流,cp=2.1103J/(kg.K)。 蒸气走壳程,ps=0.2MPa(绝压),=1.2104W/(m2.K)。,K为基于管外表面积A的总传热系数,查得钢管导热系数 =45 W/(m.K)，则,列管换热器,A=40m2,252.5mm钢管。 油走管程, ms2=2.5104kg/h,t1=40,t2=80,湍流,cp=2.1103J/(kg.K)。 蒸气走壳程,ps=0.2MPa(绝压),=1.2104W/(m2.K)。, 12 2K,当油的流量增加一倍时，u=2u,若油出口温度仍为80时：,列管换热器,A=40m2,252.5mm钢管。 油走管程, ms2=2.5104kg/h,t1=40,t2=80,湍流,cp=2.1103J/(kg.K)。 蒸气走壳程,ps=0.2MPa(绝压),=1.2104W/(m2.K)。,若换热面仍为40m2，油的出口温度t,可解得： t=76.2,AA，所以换热面不够。,列管换热器,A=40m2,252.5mm钢管。 油走管程, ms2=2.5104kg/h,t1=40,t2=80,湍流,cp=2.1103J/(kg.K)。 蒸气走壳程,ps=0.2MPa(绝压),=1.2104W/(m2.K)。, 若不够用，可采取哪些措施, 增大传热面 并联或串联一台换热器, 提高加热蒸气的压力，以提高传热推动力, 加添加物，增加扰动 提高管程对流给热系数，以 降低管程热阻, 并联或串联多大的换热器才够用？要考虑哪些因素？,并联一台同样大小的换热器，流量ms增加一倍，传热面 增加一倍，流速不变，传热系数K不变 正好够用。,列管换热器,A=40m2,252.5mm钢管。 油走管程, ms2=2.5104kg/h,t1=40,t2=80,湍流,cp=2.1103J/(kg.K)。 蒸气走壳程,ps=0.2MPa(绝压),=1.2104W/(m2.K)。,若串联一台换热器，由上面计算通过查换热器规格知，串 联一台6m2的换热器即可。,列管换热器,A=40m2,252.5mm钢管。 油走管程, ms2=2.5104kg/h,t1=40,t2=80,湍流,cp=2.1103J/(kg.K)。 蒸气走壳程,ps=0.2MPa(绝压),=1.2104W/(m2.K)。,传质原理,1. 掌握基本概念 Fick 定律 等分子反方向扩散 单向扩散 2. 气液相平衡原理 吸收的方向、推动力和极限 3.双膜理论 模型 控制步骤的判断,需要掌握的公式,1. Fick 定律,2.等分子反方向稳态扩散,3.单方向稳态扩散,漂流因子,4. 亨利定律,实验证明: a）对稀溶液而言，E只是温度的函数，温度上升，E增加，溶解度下降； b）难溶气体的E大，易溶气体的E小。,Henry 定律的其他形式,双膜模型,5. 对流扩散的传质公式,相间,相内,在理解双膜理论的基础上，能够推导KL或KG与kL和kG之间的关系。判断控制步骤。,例题：在总压P500kN/m2、温度t=27C下使含CO23.0%（体积）的气体与含CO2 370 g/m3的水相接触，试判断是吸收还是解吸？并计算以CO2分压差表示的总传质推动力。 已知在操作条件下，亨利系数E1.73105kN/m2，水溶液的密度可取1000kg/m3。,解： 由题意可知，,于是：pe = E xA=1.731051.51410-4=26.19kPa 而气相主体中CO2的分压pA = p3.0%=5003.0%=15kPa,对稀水溶液，C1000/18=55.56kmol/m3,可见pe pA，故将发生解吸现象。 以分压表示的总传质推动力 ：p = pe pA=26.18 15=11.18kPa,例：在填料塔内以水吸收空气氨混合气中的氨。已知：总压P为1大气压，温度t为20，亨利系数E为7.66104Pa ，气相体积传质分系数kGa为4.2510-4kmol/(sm3kpa) ，液相体积传质分系数 kLa为 5.8210-3s1。气相中含氨5.4%（体积），液相中含氨0.062（摩尔分率），液相可按稀溶液处理。试求气、液界面处平衡的浓度以及气相传质阻力占总阻力的分率。,解：m=E/P=76.6/101.33=0.756 y=0.054 x=0.062 c=1000/18=55.56kmoL/m,气相阻力占总阻力分率为：,吸收,1. 吸收影响因素：温度、压力 2. 平衡线和吸收操作线图示及基于图的分析 3. 计算要求： 物料衡算 最小液气比 传质单元数 传质单元高度 填料层高度,需要掌握的公式,1. 逆流操作时的物料衡算及最小液气比,2. 填料层高度的计算公式,例：设计一台常压操作的填料吸收塔，用清水吸收焦炉气中的氨，操作条件下的平衡关系为y=1.2x，气体流率为4480m3/(m2.h)，入塔气体浓度为10g/Nm3，要求回收率为95%，吸收剂用量为最小用量的1.5倍,气相体积总传质系数Kya=200kmol/(m3.h)。试求： 水用量(m3/(m2.h)(取水=1000kg/m3)； 出塔溶液中氨的浓度(mol%)； 填料层高度(m)； Kya正比于G0.8(G为摩尔流率)，若回收率不变，塔内温度、压力、均不变,在液流量不变情况下，气体流率增加一倍，则填料层高度应变为多少？,解： y1=(1010-3/17)/(1/22.4)=0.0132 y2=Y1(1-)=0.0132(1-0.95)=6.5910-4 (L/G)min=(y1-y2)/(y1/m)=m=0.951.2=1.14 L/G=1.5(L/G)min=1.51.14=1.71 G=4480/22.4=200 kmol/(m2.h) L=1.71200=342 kmol/(m2.h) =34218/1000=6.16 m3/(m2.h) x1=(y1-y2)/(L/G) =(0.0132-6.5910-4)/1.71=0.00733=0.733%, HOG=G/Kya=200/200=1 m S=m/(L/G)=1.2/1.71=0.702 NOG=1/(1-S)ln(1-S)y1/y2+S=6.37 h=6.73 m HOGG/G 0.8=G 0.2=(1.2G) 0.2 HOG/HOG=1.20.2=1.037 HOG=1.037m, S=m/(L/G)=m/(L/1.2G)=1.2S=0.842 NOG=1/(1-S)ln(1-S)y1/y2+S=8.78 H=HOGN