化工原理总结

1、主讲：王玮 密度密度 （kg/m3） V m RT pM iim y RT pMm理想气体理想气体 i i m w 1 压力压力 （N/m2 = Pa） A F p 绝对压力绝对压力 表压力表压力 真空度真空度 1 atm = 1.013105 Pa = 760 mmHg = 10.33 mH2O 静力学方程静力学方程 )( 2112 zzgpp ghpp 0 静力学方程静力学方程 应用应用 压差（力）测量压差（力）测量 测量液位高测量液位高 确定液封高度确定液封高度 gRppU)( 021 管压差计：管压差计： 等压面：等压面：静止静止、连通连通、同一同一流体内部。流体内部。 黏度黏度 （P

2、as） dydu / 流量与流速流量与流速 wAuAqq Vm 直径与当量直径直径与当量直径 u q d V 4 A rd He 44 连续性方程连续性方程 常数常数 uAqm 2 1 2 1 2 2 1 d d A A u u 伯努利方程伯努利方程 f h pu gzW pu gz 2 2 2 2 1 2 1 1 22 v使用注意事项使用注意事项 条件：可压缩？理想流体？稳定流动？条件：可压缩？理想流体？稳定流动？ 选取截面：选取截面：垂直垂直于流向；截面间流体连续；包括于流向；截面间流体连续；包括 所求物理量；截面上已知量多。所求物理量；截面上已知量多。 选取基准水平面：选取基准水平面：便

3、于计算便于计算。 单位及压力的表示法：单位统一。单位及压力的表示法：单位统一。 压力表示法：一致，均用绝压或表压。压力表示法：一致，均用绝压或表压。 流体流动阻力计算流体流动阻力计算 fff hhh 直管阻力直管阻力 局部阻力局部阻力 2 2 u d l hf 22 22 uu d l h e f 进口进口 出口出口1 5 . 0 ud Re 2000：层流：层流 4000：湍流：湍流 Re 64 25. 0 3164. 0 Re 边界层与速度分布：边界层与速度分布： 层流：层流：u = 0.5umax 湍流：湍流：u = 0.82umax 本章要求本章要求 掌握概念：连续性、掌握概念：连续性

4、、p、流量、流速、流量、流速、流、流 型、型、Re、稳态流动、非稳态流动、牛顿黏性定、稳态流动、非稳态流动、牛顿黏性定 律、流动边界层；律、流动边界层； 掌握流体静力学基本方程式与应用；掌握流体静力学基本方程式与应用； 掌握连续性方程式与应用；掌握连续性方程式与应用； 掌握伯努利方程式与应用；掌握伯努利方程式与应用； 掌握阻力损失的应用；掌握阻力损失的应用； 掌握简单管路的计算，了解复杂管路的特点；掌握简单管路的计算，了解复杂管路的特点； 掌握流速、流量的测定方法。掌握流速、流量的测定方法。 一、泵一、泵 离心泵：泵壳、叶轮、泵轴及轴封离心泵：泵壳、叶轮、泵轴及轴封 主要性能参数主要性能参数

5、qV、H、P、n、 P qV 特性曲线特性曲线 n：比例定律：比例定律 ： ，H ，qV ，P ， ：qV、H、无影响，无影响， P 参数影响参数影响 因素因素 工作点工作点 管路特性曲线管路特性曲线 H qV 0 H 泵特性曲线泵特性曲线 工作点工作点 流量调节流量调节 出口阀出口阀 转速转速 串、并联串、并联 启动启动 关出口阀关出口阀 灌泵灌泵 气缚与汽蚀气缚与汽蚀 安装高度：安装高度：Hg 最大安装高度最大安装高度 fr V g Hh g p g p H 0 max 最大允许安装高度最大允许安装高度 f V g Hh g p g p H 0 允许允许 Hg Hg允许 允许 ha h 1

6、 1 g g 2 1 2 pu g g g V p k k g g p 泵入口处压头泵入口处压头 叶轮压力最低处压头叶轮压力最低处压头 饱和蒸汽压头饱和蒸汽压头 必需汽蚀余量必需汽蚀余量 hr 有效汽蚀余量有效汽蚀余量 ha 二、气体输送机械二、气体输送机械 全风压、风量、功率、效率全风压、风量、功率、效率 特性曲线特性曲线 离心式通风机离心式通风机 性能参数性能参数 qV PqV qV ptqV pstqV n一定一定 风压风压 2 . 1 ttt ppp 本章要求本章要求 掌握概念：气缚与汽蚀、汽蚀余量与安装高度；掌握概念：气缚与汽蚀、汽蚀余量与安装高度； 伯努利方程：管路特性曲线、安装高

7、度计算公式、伯努利方程：管路特性曲线、安装高度计算公式、 风压公式；风压公式； 特性曲线：表示性能参数间的关系、不同设备的特性曲线：表示性能参数间的关系、不同设备的 特性曲线、用于设计及校核。特性曲线、用于设计及校核。 一、重力沉降一、重力沉降 3 )(4 PP t gd u 沉降速度沉降速度 层流区：层流区：10-4 Re 2 Re/24 过渡区：过渡区：2 Re 500 Re/10 湍流区：湍流区：500 Re L2 L1 A B 恒持液恒持液 量区量区 液泛区液泛区 载点与泛点：载点与泛点： 一、三个平衡一、三个平衡 1. 相平衡：相图相平衡：相图 t-x-y、yx BB AA B A

8、xp xp v v / / iii xpp 0 ii Pyp x x y )1(1 00 0 BA B A pp pP x A AA A x P p P p y 0 Ct B Ap 0 lg 2. 物料衡算与热量衡算物料衡算与热量衡算 Dnn x R x R R y 1 1 1 1 Wm m x WqFL W x WqFL qFL y 1 1- - 1-q x x q q y F %100 F D D Fx Dx WDF WDF WxDxFx DLV Dnn DxLxVy 1 WVL W m m WxyVxL 1 恒摩尔流 恒摩尔流 二、两个概念二、两个概念 1. 回流比回流比 R = L/D

9、 Ropt = (1.12)Rmin qq qD xy yx R - - min 全回流全回流 m W W D D x x x x N lg -1 -1 lg min 回流比回流比物理意义物理意义适用场合适用场合 Ropt总费用最低总费用最低正常生产正常生产 R = 不进不出不进不出开工、调试、科研开工、调试、科研 Rmin技术限制技术限制设计基准设计基准 0 R 1 ，L L + F ，V V q = 1 ，L = L + F ，V = V 0 q L ，V V q = 0 ，L = L ，V = F + V q 0 ，L F + V 五种进料热状况的五种进料热状况的 q 值，及相应的汽、液

10、流率：值，及相应的汽、液流率： 1. 计算理论板数及塔高：计算理论板数及塔高： 方法方法特点特点假设假设 逐板计算逐板计算精确精确 恒摩尔流；恒摩尔流； 显热相等；显热相等； 潜热相等。潜热相等。 图解阶梯图解阶梯简明简明 简捷简捷估算估算 TP HNZ)1-( %100 P T N N E 2. 塔径：塔径： T NHETPZ u V D s 4 分段计算。分段计算。 3. 精馏塔的影响因素：精馏塔的影响因素： 已知塔板数已知塔板数 N，相对挥发度，相对挥发度，则当，则当 F 、D 、W ； R ；xF 、xD、xW、q 各参数之一发生变化时，其余各参数之一发生变化时，其余 参数也将发生变化

11、，但各参数之间必须满足物料平参数也将发生变化，但各参数之间必须满足物料平 衡、热量平衡关系及所需的理论板数。衡、热量平衡关系及所需的理论板数。 鼓泡型鼓泡型 泡罩塔泡罩塔 筛板塔筛板塔 浮阀塔浮阀塔 喷射型喷射型 舌形塔舌形塔 浮动喷射塔浮动喷射塔 浮舌塔浮舌塔 板板 式式 塔塔 三、板式塔三、板式塔 1. 不正常操作：不正常操作： 漏液、干吹、液泛、雾沫夹带、气泡夹带。漏液、干吹、液泛、雾沫夹带、气泡夹带。 2. 传质特性：传质特性： 全塔（总板）效率全塔（总板）效率 E %100 P T N N E （NT不包括塔釜）不包括塔釜） 单板效率（单板效率（Murphere 效率）效率） EM

12、1 * 1 - - nn nn MV yy yy E 气相：气相： * 1- 1- - - nn nn ML xx xx E 液相：液相： 1. 湿空气的热力学性质（湿空气的热力学性质（H-I 图）图） %100 s p p s s 622. 0622. 0 pP p pP p H P t H H 5 10013. 1 273 273 )244. 1772. 0( )(88. 101. 1HfHHccc vgH 湿度：湿度： 相对湿度：相对湿度： 湿比容：湿比容： 湿比热：湿比热： 一、基本概念一、基本概念 HtcHtHI H 24922490)88. 101. 1( 湿焓：湿焓： 湿球温度：

13、湿球温度： 绝热饱和绝热饱和 冷却温度：冷却温度： )( , HH rk tt w w ts tH w )( 0 HH c r tt as H as 露点温度：露点温度： d d d ts ts ts H PH p , , , 622. 0 2. 平衡水分与自由水分平衡水分与自由水分 0.32 0.28 0.24 0.20 0.16 0.12 0.08 0.04 非结合水分非结合水分 结合水分结合水分 自由水分自由水分 平衡水分平衡水分 总水分总水分 含水率含水率 X，kg/kg 干料干料 0 0.2 相对湿度相对湿度 0.4 0.6 0.8 1.0 X*=0.085 XB*=0.24kg/k

14、g B 3. 结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分 1. 物料衡算物料衡算 二、物料与热量衡算二、物料与热量衡算 水分蒸发量：水分蒸发量：)()( 2112 XXGHHLW 干空气消耗量：干空气消耗量： )( 1212 21 HH W HH XXG L 湿空气消耗量：湿空气消耗量： )1( 10 HLL 干燥产品流量：干燥产品流量： 2 11 2 1 )1( w wG G 2. 热量衡算热量衡算 预热器消耗热量：预热器消耗热量：)( 01 IILQP L 1 212 )()(QIIGIILQD 干燥器消耗热量：干燥器消耗热量： 干燥过程总热量：干燥过程总热量： L 1 212 )()(QI

15、IGIILQQQ DP 三、干燥时间三、干燥时间 A 含水量含水量X D CB A D C B 2 物料表面温度物料表面温度 干燥时间干燥时间 E E 1 tw X1 预热段预热段 恒速段恒速段 降速段降速段 干燥曲线：干燥曲线：X ； Sd GdX Sd dW U 临界含水量临界含水量 Xc 1. 相平衡（三角形相图）相平衡（三角形相图） A BS DM E FG H K J )(N )(L 顶点；顶点； 边；边； 三角形内；三角形内； 归一性。归一性。 溶解度曲线溶解度曲线 联结线联结线 两相区两相区 单相区单相区 Rn En S B 1.0 1.0 0 两相区两相区 单相区单相区 溶解度曲线溶解度曲线 联结线联结线 Rn En 单相区单相区 溶解度曲线溶解度曲线 A S B 1.0 1.0 0 2. 物料平衡（杠杆规则）物料平衡（杠杆规则） A B S R F E R E M 借助辅助曲线，借助辅助曲线， 试差试差确定确定 R、E MS MF F S ME MR R E SFM ERM EF RF R E FRE Emax MRESF MxRxEySyFx 3. 基本概念基本概念 分配系数：分配系数：平衡平衡的两相的两相 A A A x y RA EA k 相相中中的的组组成成在在溶溶质质 相相中中的的组组成成在在溶溶质质 选择性系数选择性系数： B A