注化化工原理辅导02

1、化工原理复习化工原理复习本科本科曳力系数曳力系数 Re2 Re=2500 Re=50021052.4 自由沉降自由沉降1沉降速度沉降速度ut 颗粒在重力、曳力、浮力达到平衡时的相对颗粒在重力、曳力、浮力达到平衡时的相对运动速度。运动速度。 为一般计算式为一般计算式第五章第五章 颗粒的沉降和流态化颗粒的沉降和流态化pRe24 6 . 0Re5 .18p 44. 0 3)(4 pptgduRe2时时, 斯托克斯区斯托克斯区得得 ut是颗粒与流体的综合特性是颗粒与流体的综合特性改进判据：改进判据： 由由 和和恰当组合，消去待求变量恰当组合，消去待求变量组成新判据组成新判据 Re2可消去可消去ut /

2、Re2可消去可消去dptpppudgd 3)(63 18)(2gduppt tpud Re23)(4tppugd 3 沉降分离设备沉降分离设备3.1 重力降尘室重力降尘室降尘室的处理能力降尘室的处理能力 qV=A底底utmin 影响因素分析影响因素分析与沉降面积成正比与沉降面积成正比, 与高度无关与高度无关加隔板加隔板 qV=(n+1)A底底utmin除尘效率除尘效率 粒级效率粒级效率进进出出进进CCC iiiiCCC进进出出进进 若小颗粒在斯托克斯区沉降，则若小颗粒在斯托克斯区沉降，则t,气气,故气体先除尘后加热比先加热后除尘好故气体先除尘后加热比先加热后除尘好当当dpdpmin时时,若在斯

3、区沉降若在斯区沉降 18)(2mingdAqppV 底底2minmin ppttidduu 3.2 离心沉降离心沉降离心分离因素离心分离因素旋风分离器旋风分离器1.评价性能的主要指标：评价性能的主要指标：分离效率分离效率总效率总效率粒级效率粒级效率分割直径分割直径dpci=50%的的 颗粒直径颗粒直径gr2 重重力力离离心心力力进进出出进进CCC 0 iiiiCCC进进出出进进 压降压降P P u, 沉降有利沉降有利, 但但P P4 固体流态化固体流态化4.1 流化床的操作分析流化床的操作分析1 uumf ，固定床，固定床2umf uut, 流化床流化床3 uut ，载流床，颗粒输送，载流床，

4、颗粒输送(广义流态化广义流态化)起始流化速度起始流化速度umf固定床向流化床转变点气速固定床向流化床转变点气速带出速度带出速度ut床内颗粒被吹走的速度床内颗粒被吹走的速度22u P2操作压降操作压降 P P与与流速流速u无关无关Amgp)1( PgLp)(1( 3实际流化床实际流化床两种流化现象两种流化现象 散式流化散式流化常见于液固系统常见于液固系统 聚式流化聚式流化常见于气固系统常见于气固系统两者区别在于：两者区别在于： 是否会出现空穴是否会出现空穴(不同于气泡不同于气泡)4.3 流化床的主要特性流化床的主要特性1液体样特性液体样特性 会流动会流动, 会喷射出来会喷射出来2固体混合均匀固体

5、混合均匀 温度均匀温度均匀 适用于强放热催化反应适用于强放热催化反应3恒定的压降恒定的压降 P P=L(1-)(p-)g L, 但但L(1-)不变不变4气固接触的不均匀性气固接触的不均匀性 空穴空穴(气泡相气泡相)中气速快中气速快, 乳化相中气速慢乳化相中气速慢 可导致不正常现象可导致不正常现象腾涌腾涌沟流沟流5 气力输送气力输送1优点：优点：密闭密闭 不受地形的限制不受地形的限制 连续化连续化 结合其它操作结合其它操作 稀相输送：固气比小稀相输送：固气比小 密相输送：固气比大密相输送：固气比大第六章第六章 传热传热1.2传热机理传热机理传导传导分子热运动分子热运动(自由电子迁移自由电子迁移)

6、 接触接触对流对流流体宏观迁移引起载热流体宏观迁移引起载热 接触接触辐射辐射电磁波电磁波 不接触不接触1.3冷热流体接触方式冷热流体接触方式蓄热式蓄热式直接接触式直接接触式间壁式间壁式2 一维平壁热传导一维平壁热传导RtAttQ /21多层平壁导热多层平壁导热条件：定态一维串联过程，速率一致条件：定态一维串联过程，速率一致结果：温差按热阻大小分配结果：温差按热阻大小分配2.3 圆筒壁导热圆筒壁导热在蒸汽管道外包两层同样厚度的保温材料在蒸汽管道外包两层同样厚度的保温材料 12, 应将哪层包在里面？应将哪层包在里面？21212211RRttRtRtQ 1212122112212/ln/ln2rrL

7、rrrrttrrttLQ 3对流给热对流给热研究范围：研究范围：1. 自然对流自然对流: u自然对流的冷源、热源应放在恰当的位置自然对流的冷源、热源应放在恰当的位置2牛顿冷却定律牛顿冷却定律tgLp 22)(TTqw 3.4 无相变对流无相变对流经验关联式经验关联式1. 圆形直管内强制湍流圆形直管内强制湍流 b=0.4流体被加热流体被加热, b=0.3流体被冷却流体被冷却)(tTKq bdPrRe023. 08 . 0 湍湍通常通常的大小顺序：的大小顺序： W/m2气气,自然对流自然对流 510 气气,强制对流强制对流 10100 液液,自然对流自然对流 501000液液,强制对流强制对流 5

8、00104 蒸汽冷凝蒸汽冷凝 1033104 液体沸腾液体沸腾 10361044.1 沸腾给热沸腾给热1. 大容积饱和沸腾大容积饱和沸腾沸腾条件沸腾条件过热度过热度(t-tS)汽化核心汽化核心2沸腾曲线沸腾曲线安全问题安全问题: 恒恒q设备，设备，qcr特别重要特别重要4.2 冷凝给热冷凝给热1.膜状冷凝与滴状冷凝膜状冷凝与滴状冷凝滴状滴状约为约为膜状膜状的的10倍倍工业上滴状工业上滴状不能持久不能持久，安全起见，按，安全起见，按膜状膜状计计413213. 1 tLgr 垂垂直直2.水平圆管外液膜层流的水平圆管外液膜层流的冷凝冷凝：不凝性气体要排除不凝性气体要排除过热蒸汽怎么计算过热蒸汽怎么计

9、算如如pV=101.3kPa,TV=120(TS=100 )当当TW5.9时时, 水平水平垂直垂直41)(64. 00dL 垂垂直直水水平平 5热辐射热辐射黑体黑体吸收率吸收率a =1的物体的物体, 是一种理想化物体是一种理想化物体1. 黑体的辐射能力黑体的辐射能力斯蒂芬斯蒂芬-波尔兹曼定律波尔兹曼定律 C0=5.67W/m2K42. 实际物体辐射能力实际物体辐射能力黑度黑度3. 灰体灰体灰体灰体对各波长具有相同吸收率的理想物体对各波长具有相同吸收率的理想物体克希荷夫定律克希荷夫定律 a =40)100(TCEb 黑黑体体辐辐射射能能力力实实际际物物体体辐辐射射能能力力 bEE 6 传热过程计

10、算传热过程计算以内壁面为基准以内壁面为基准以外壁面为基准以外壁面为基准(较常用较常用)注意：实际考虑污垢注意：实际考虑污垢212111111ddddKm 221212111 mddddK2211111 RRK6.2 传热阻力控制问题传热阻力控制问题K比比1、2中较小的一个中较小的一个还小还小当当12，则，则K2 强化传热须从强化传热须从小的一侧入手小的一侧入手壁温计算：壁温计算： /0， TW=tW结论：壁温总是接近结论：壁温总是接近值大的一边流体温度值大的一边流体温度21111 K)()(21ttTTqww 6.3 传热过程基本方程式传热过程基本方程式思考：思考： t1=t2时时, tm =

11、？当当t1为有限值，为有限值， t2 0时，时，tm？T1,T2,t1,t2一定时一定时,是按并流方式操作的是按并流方式操作的tm大还大还是逆流的是逆流的tm大？大？ tm受小的一端温差影响大些受小的一端温差影响大些)()(21222111ttCpqTTCpqQmm mtKAQ 2121lntttttm 设计计算中的选择设计计算中的选择1.评价换热器好坏的主要指标：评价换热器好坏的主要指标：p, K2.冷却水出口温度选择：冷却水出口温度选择： t2选大了选大了, 易结垢易结垢, tm小小, A, 设备费用大；设备费用大； t2选小了选小了, qm2用量大用量大, 操作费用大。操作费用大。 经济

12、上权衡定经济上权衡定t2。一般。一般tm 10。3.t1的确定的确定,如用河水如用河水,冬天冬天t1低低,夏天夏天t1高高,取哪个？取哪个？4.选流向：逆流：选流向：逆流：tm大大,qm2用量小用量小, 温度范围宽；温度范围宽；并流：壁温较均匀并流：壁温较均匀,出口温度出口温度t2不会过高不会过高,适合于热适合于热敏性物料、高粘性液体敏性物料、高粘性液体5. 选流速：选流速：K和和p的权衡的权衡. 例：单管程改双管程例：单管程改双管程 , 管程、壳程都尽量达到湍流管程、壳程都尽量达到湍流6. 选结构：选结构： 固定管板式固定管板式温差较小时用温差较小时用; 温差温差m/kx ，气相阻力控制，气

13、相阻力控制 Kyky， 如水吸收如水吸收NH3,HCl当当1/kym/kx ，液相阻力控制，液相阻力控制 Kykx/m如水吸收如水吸收H2,CO2,O2)(1eyxyeAyyKkmkyyN 5 低浓度气体吸收低浓度气体吸收当气体浓度当气体浓度Lmin 最小液气比最小液气比通常，取通常，取 为设计型计算专有，实际操作时，为设计型计算专有，实际操作时，若若 ，则，则y2达不到要求达不到要求2121min)(xxyyGLe min)(21 . 1GLGL min)(GLmin)(GLGL 5.8 吸收塔的操作和调节吸收塔的操作和调节吸收剂进塔条件对吸收操作结果的影响吸收剂进塔条件对吸收操作结果的影响

14、A. L,y2 ,x1 .B. t, m , y2 , x1 .C. y1,m , y2 ,x1 .P,结果如何结果如何? G,结果如何结果如何7.1 化学吸收特点化学吸收特点(与物理吸收相比与物理吸收相比)：提高了选择性提高了选择性;提高了吸收速率提高了吸收速率(ky不变不变, Ky增加增加, 溶解度增大溶解度增大);减少了吸收剂用量减少了吸收剂用量;可较彻底除去微量物质可较彻底除去微量物质.7.2 反应对相平衡的影响反应对相平衡的影响不可逆反应：不可逆反应：A(气气)A(液液) AB(液液)， 溶解度溶解度=; m=0可逆反应：可逆反应：A(气气) A(液液)游离态游离态 AB(液液) 相

15、平衡相平衡 化学平衡化学平衡A的溶解度的溶解度=A+ABBB 第九章第九章 液体精馏液体精馏1 概述概述1.1 蒸馏的目的蒸馏的目的 分离液体混合物分离液体混合物1.2 基本依据基本依据(原理原理) 液体中各组分挥发度的不同液体中各组分挥发度的不同2 双组分溶液的汽液相平衡双组分溶液的汽液相平衡2.1 理想物系汽液相平衡理想物系汽液相平衡 双组份汽液平衡的自由度双组份汽液平衡的自由度 F = N + 2 组分数组分数 相数相数F=2, P, t 一定一定, 组成就定了组成就定了 P, x 一定一定, t 就定了就定了 泡点线泡点线(液相线液相线)露点线露点线(汽相线汽相线)yx的近似表达式的近

16、似表达式相平衡方程相平衡方程)()()(000tPtPtPPxBABA )()()(0000tPtPtPPPPyBABAA xxy)1(1 3 平衡蒸馏与简单蒸馏平衡蒸馏与简单蒸馏3.1 平衡蒸馏平衡蒸馏(闪蒸闪蒸)物料衡算物料衡算 F=D+W Fxf=Dy+Wx定义定义同时，同时，y 与与 x 满足相平衡满足相平衡FWq 11 qxxqqyfxxy)1(1 3.2 简单蒸馏简单蒸馏非定态非定态 y(t), x(t)当当 时，时，当简单蒸馏中当简单蒸馏中 与平衡蒸馏与平衡蒸馏中中q相等时，分离程度哪个大？相等时，分离程度哪个大？ 2121xxWWxydxWdWxxy)1(1 11lnln11l

17、n122121xxxxWW 212211WWxWxWy 12WW4 精馏精馏4.1 精馏原理精馏原理4.2 全塔物料衡算全塔物料衡算 F=D+W Fxf=DxD+WxW已知已知 ，求，求 以以xW为支点，为支点， 已知已知 (塔顶采出率塔顶采出率), 求：求：WDfxxx,FWFD,WDWfxxxxFD FDFW 1FDxxDf,FWxW,FDFW 1FWFDxxWDxFxxDfDfW/ 已知已知 ，轻组分回收率，轻组分回收率 A( )，求：求： ，Dfxx ,fDFxDx FWxW,DfAxxFD FDFW 1AfWFxWx 1FWxxfAW/)1( 4.3 回流比和能耗回流比和能耗 定义：

18、回流比定义：回流比 ，R, L, xD, 分离能力提高分离能力提高,但塔釜蒸汽量但塔釜蒸汽量DLR 4.5 过程的数学描述过程的数学描述恒摩尔流假定恒摩尔流假定成立的条件：成立的条件：两组分摩尔汽化潜热相近两组分摩尔汽化潜热相近 rn+1=rn沸点差别不太大，忽略显热差别沸点差别不太大，忽略显热差别 in+1=in=in-1=i代回后代回后 (Vn+1-Vn)r=(Vn+Ln-Vn+1-Ln-1)i=0结论：结论： Vn+1=Vn ， Ln=Ln-1 汽液相摩尔流率不变汽液相摩尔流率不变理论板理论板离开塔板的汽液两相达到传质、离开塔板的汽液两相达到传质、 传热平衡传热平衡nnnxxy)1(1 实际板与理论板的差别实际板与理论板的差别板效率板效率默弗里板效率默弗里板效率 其中其中理论加料板的描述理论加料板的描述 定义定义 理理想想增增浓浓实实际际增增浓浓 11*nnnnmVyyyyEnnnxxy)1(1* mmmmfxLVyLxyVFx 11iIiIqf 两相流量关系两相流量关系q为加料热状态参数为加料热状态参数(液化率液化率)q=0 饱和蒸汽加料饱和蒸汽加料0q1 冷液加料冷液加料q0 过热蒸汽加料过热蒸汽加料精馏塔内的汽液