化工原理期末复习课件

1、1考 试 与 复 习总评成绩期末期中平时5525202题 型1.单项选择与填空题（每小题2 分 共30分）2.判断题（每小题1分共10分）3.简答及分析题（每小题10分 共20分）4.计算题40分，2小题分值20、20分3主要公式傅立叶定律多层圆壁的热传导速率方程牛顿冷却定律(1)传热4热量衡算式：总传热系数总传热速率方程式 平均温度差 流体在光滑圆形直管内作强制湍流的对流传热系数 5气液平衡关系的表达式（亨利定律 ）物料衡算(2)吸收菲克定律6 吸收速率方程用分吸收系数表示的吸收速率方程用总吸收系数表示的吸收速率方程7填料层高度基本计算公式填料层高度=传质单元高度传质单元数 a)传质单元数反

2、映吸收过程的难易程度b)传质单元高度传质单元高度由过程条件决定8传质单元数求法：a平均推动力法b脱吸因素法9问题思考1.影响对流传热系数的因素有哪些？ 流体流动型态： 湍流滞流 流体对流情况： 强制对流自然对流 流体的物理性质： 、Cp 传热面的形状大小和位置 粗糙面 小管短管 错列 流体的相态变化：有相变无相变2 .换热器的传热强化途径有哪些?强化方法：提高K、S或tm（1）提高K值降低污垢热阻；提高对流传热系数 * 若 i 0，提高小( i)的一侧； * 两侧相近，应同时提高两侧流体的 。提高对流传热系数的方法 无相变传热 a）提高管内流速代价：流动阻力，动力消耗，操作费用。 经济优化：选

3、择适宜流速，使总费用最低。优点：总传热系数，传热面积，设备投资费流速非工艺物流：流量工艺物流：流通截面积 壳程：折流挡板数目管程：单管程双(多)管程 b）制造人工粗造表面 促进边界层分离，减薄层流底层，强化传热。c）加设扰流元件 管内装入麻花铁、螺旋圈或金属丝片； 增强湍动，破坏层流底层。 有相变传热 冷凝 ：1）采用滴状冷凝， 2）及时排放不凝气体， 3）气、液流向一致 ， 4）合理布置冷凝面， 5）利用表面张力 （沟槽 ，金属丝）。 沸腾： 1）保持核状沸腾， 2）制造人工表面，增加汽化核心数。 （2）提高传热推动力 限制：两侧均为工艺物流时，温度不能任意改动。 适用：一侧为公用工程物流(

4、加热蒸汽、冷凝水)时， 其进口温度可调。例：提高冷却水用量 t2， tm 提高加热蒸气压力 P ，T ， tm 蒸发、闪蒸P ，T ， tm （3）增加传热面积 改善传热表面，增加单位体积设备的传热面积。 如采用：不同异形管 ；开槽及加翅片 ；折流形式；多孔、高效传热面。153.QWCpt和QKSt二式中的Q、t 有何区别?QWCptQKStQ热负荷，生产任务提出的换热器应有的能力对流传热速率，换热器在一定条件下的换热能力t热流体冷流体最初和最终温度差冷热流体的平均温度差，是传热的推动力164.双膜理论的基本论点有哪些？有何局限性？论点： 相界面间存在气膜、液膜。相界面处气液平衡，界面上无传质

5、阻力。气液相主体湍流，无浓度差。 局限：对具有自由界面的两相系统在高度湍动情况下不适用。 17通常生产中可从以下两个方面来强化吸收过程： （1）增大吸收推动力增加吸收剂用量qn,L或增大气液比qn,L/qn,V，这样操作线位置上移，吸收平均推动力增大。改变相平衡关系，可通过降低吸收剂温度、提高操作压强或将吸收剂改性，从而使相平衡常数m减小，这样平衡线位置下移，吸收平均推动力增大。降低吸收剂入口组成X2，这样液相进口处推动力增大，全塔平均推动力也随之增大。 （2）减小吸收过程阻力（即提高传质系数）开发和采用新型填料，使填料的比表面积增加。改变操作条件，对气膜控制的物系，宜增大气速和增强气相湍动；

6、对液膜控制的物系，宜增大液速和湍动。此外吸收温度不能过低，否则分子扩散系数减小、粘度增大，致使吸收阻力增加。5.强化吸收过程措施有哪些？6气膜控制与液膜控制有哪些特点?(1)气膜控制的特点易溶气体的吸收。总阻力：1/KG1/kG,总阻力主要集中于气膜阻力，总推动力接近于气膜推动力。如水吸收NH3(2)液膜控制的特点难溶气体的吸收。总阻力主要集中于液膜阻力，总推动力接近于液膜推动力主要用于克服液膜阻力。如水吸收CO2 (3)气膜控制的情况常求NOG，HOG，其优点有以下两点：气膜控制过程中HOG易求：气膜控制过程中，当qn,V不变，Z不变时，NOG不变。液膜控制过程常求HOL，NOL，其优点与上

7、述理由同。 197.吸收与传热过程的比较 不同之处：推动力不同传热推动力为两流体温度差而吸收推动力为浓度差。界面阻力传热的界面多为固体有热阻；吸收两相直接接触界面无阻力。 传递方向的总体流动吸收是虚拟膜内的分子单向扩散，将带来沿扩散方向上的总体流动；而传热为膜内热传导，不涉及物质的转移，没总体流动。 公式表达的单一性传热中由于温度表达统一，而公式比较单一；吸收中因浓度表示方法有多种，使得公式表达多样化。相似之处：两者都用界面两侧膜中的分子传递这一类似的简化模型来描述。 一些公式亦有相似之处，如总推动力为分推动力之和，总阻力为分阻力之和，传递速率等于推动力乘以系数等。20【例1】现有一单程列管换

8、热器，内有252.5mm钢管260根，管长为2m。拟用来将8000kg/h的常压气体从20加热至85，壳程为108水蒸汽冷凝，水蒸气冷凝传热系数0=104W/(m2K)， 管壁及两侧污垢热阻忽略可不计，不计热损失。试求：（1）空气在管内的对流给热系数为多少？ （2）总传热系数K（以管外表面积为基准）； （3）通过换热面积计算说明该换热器能否满足要求？ （4）计算说明管壁温度接近哪一侧的流体温度？ 典型例题21 解(1)求10000 (2)求K查得空气在平均温度52.5 下的物性常数为： 22(3)核算 现有换热面积 不能 满足要求，需换用较大传热面积的换热器。 (4) 接近水蒸气的温度。 23

9、 【例2】有一列管式换热器，按传热管的内表面积计算的传热面积为 。流量为5200m3/h（标准状态）的常压空气，在管内从20C加热到90C。压力为200kPa的饱和水蒸汽，在壳程冷凝放热。(1)试求总传热系数：(2)当空气流量增加，其出口温度变为多少？(3)若不想让空气出口温度改变，水蒸汽压力应调节到多少？(4)若不调节水蒸汽压力，改变管长，试求管长为原管长的多少倍。假设空气在管内呈湍流流动，水蒸汽冷凝侧热阻均很小，忽略不计。24解：（1）空气定性温度 ； 比热 200KPa水蒸汽温度T=120。热负荷 平均温度差25已知传热面积 ，则总传热系数（2） 流量增加前： （a）流量增加后：，根据强

10、制对流准数关联式可知：， 故26 （b）由（a）（b）得： 解得： （3）流量增加后，不改变，求水蒸汽温度 （c）27 由式（a）与（c）得 =122.5 查得水蒸汽压力为221kPa，即压力应调节到221kPa。 （4）流量增加后，T不变，而改变管长，即改变传热面积大小（d）由式（a）与（d）得： 则若传热管根数为n，管内径为di，管长为l，则传热面积管长为原管长的1.046倍。2022/8/9 【例3】有一列管式换热器，外表面积为40m2，列管为252.5mm的钢管。用饱和水蒸气将处理量为2.51()4kg/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0.2

11、MPa(绝压)冷凝传热膜系数1.2104W(m2K)油的平均比热容Cp2.1103J(kgK)。 (1)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 ，换热器是否够用? (2)若不够用，可采取哪此措施? (3)并联或串联多大的换热器才够用?要考虑哪些问题? (4)处理量加大一倍，若将加热蒸气提高到3大气压能否保持油的出口温度? (5)油的处理量不变如果油的粘度增大一倍，仍为湍流流动，其他物性不变 ，油的出口温度为多少? 2022/8/9（6）由于换热器运行时间较长使得管壁增加了一层油垢，其厚度为1mm导热系数0.2w(mK)，此时油的出口温度为多少?（7）大气温度为

12、10，管壁对空气的对流传热系数w9.40.052(tw-t)W/(m2K),换热器的壳直径为4265mm，保温后壁温为30,保温层导热系数0.058w(mK)。保温层厚度为多少?保温后每日可节约多少蒸气?解（1）加热水蒸汽为2个大气压时。查表得饱和温度120 t11204080 ，t21208040 2022/8/9接近K查得钢管导热系数45W/(mK)K为基于管外表面积S的总传热系数，当油的流量增加一倍时，u/2u,式中u/、u分别为增加后和增加前油的流速。2022/8/9即用一台换热器油出口温度达不到80 ，只能达到76.2 。（2）处理量增加一倍，仍要保持出口温度为80 ，可采取以下几种

13、措施： 增大传热面，即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、提高管程对流传热系数，以降低管程热阻。（3）并联一台同样大小的换热器，流量增加一倍，传热面积增加一倍，流速不变，传热系数不变。故并联一台40m2的换热器正好够用。 若串联一台换热器，则由上述计算结果通过查换热器规格可知，串联一台6 m2的换热器即可。 若串联一台同样大小的换热器，串联后传热面为S”，此时，2022/8/9串联一台40m2换热器，油出口温度可达96.1，若油的出口温度只需80 ，则可降低蒸气压力。 串联后功率P的变化为：即串联一台换热器消耗的功率为原来的16倍。2022/8/

14、9(4)将水蒸气压力提高到0.3MPa，查表可知0.3MPa对应的饱和蒸气温度为132.9，t1=132.980=52.9 ， t2=132.940=92.9 当提高蒸气压力后，使处理量增加一倍时，一台换热器是够用的。(5)当处理量不变，油的粘度增加一倍时，可用算术平均值，2022/8/96)垢的影响：应是油污的对数或算术平均直径，即油的粘度提高一倍时，油的出口温度降低为72.72022/8/9(7)保温的效果：忽略管壁热阻，则保温前壁温为120，保温后保温层外壁温度为30，当稳定传热时：增加1mm油垢，使油的出口温度降低为57.4式中 分别为保温层的导热系数和保温层厚度，2022/8/9则单

15、位管长、单位时间内热损失为：37 【例4】总压为1atm、温度为20时，1000kg水中溶解15kg NH3，此时溶液上方气相中NH3的平衡分压为2266Pa。试求此时之溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m。解：首先将此气液相组成换算为y与x。NH3的摩尔质量为17kg/kmol，溶液的量为15kg NH3与1000kg水之和。故38 E=Pm=101.3251.436=145.5kPa溶剂水的密度s=1000kg/m3，摩尔质量Ms=18kg/kmol， kmol/（m3kPa） H值也可直接算出:溶液中NH3的浓度为kmol/m3 kmol/（m3kPa）39【例5】在一直径为0.8 m

16、的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合气的流量为540m3/h，二氧化硫的体积分数为0.032。操作条件下气液平衡关系为 ，气相总体积吸收系数 。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，操作压强2atm、温度20 ，要求回收率为98%。求：(1)水的用量（kg/h）； (2)所需的填料层高度。 惰性气体的流量为 解：（1）水的用量先对有关数据进行换算:2022/8/941水的用量为 （2）求填料层高度 2022/8/942或用脱吸因素法计算传质单元数：所得结果一致。式中：【例6】某吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮空气混合物中的丙酮，操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95%。已知物系的浓度较低，丙酮在两相间的平衡关系为y=1.18x，吸收过程为气膜控制，总传质系数Ka与气体流率的0.8次方成正比，1）今气体流率增加20%，而流体及气液进出口组成不变，试求：a）丙酮的回收率有何变化？b）