化工原理知识点总结复习重点(完美版)

第一章、流体流动

「一、流体静力学

J二、流体动力学

]三、流体流动现象

一四、流动阻力、复杂管路、流量计

•一、流体静力学：

压力的表征：静止流体中，在某一点单位面积上所受的压力，称为静压力，简称压力，俗称

压强。

表压强（力）=绝对压强：力）-大气压强（力）真空度=大气压强-绝对压

出

__________大气压线

密

之

—第对等压&_♦♦________

大气压力、绝对压力、表压力（或真空度）之间的关系

流体静力学方程式及应用：

压力形式口备注：1）在静止的、连续的同一液为内，处于同一

能量形式2+Z]g=2z+Z,g水平面上各点压力都相等。

pP

此方程式只适用于静止的连通着的同一种连续的流体。

应用：

jU型压差计Py-P2=3「p）gR

J倾斜液柱压差计

〔微差压差计

二、流体动力学

•流量

质量流量磁kg/sIms=l7sP、

体积流量Vsm7sJms=GA="/4#G

质量流速Gkg/m2sVs=〃A=相

（平均）流速um/sJG=uP

连续性方程及重要引论：

•一实际流体的柏努利方程及应用（例题作业题）

以单位质量流体为基准：口J/kg

以单位重量流体为基准：口J/N=m

输送机械的有效功率：口

输送机械的轴功率：口（运算效率进行简单数学变换）

1、应用解髭耍点:

2、作图与确定衡算范围：指明流体流动方向，定出上、下游界面；

3、截面的选取：两截面均应与流动方向垂直；

4、基准水平面的选取：任意选取，必须与地面平行，用于确定流体位能的大小；

5、两截面上的压力：管位一致、表示方法一致；

•单位必须一致：有关物理量的单位必须一致相匹配。

•三、流体流动现象：

流体流动类型及雷诺准数：

（1）层流区Re<2000

（2）过渡区20。0<Re<4000

（3）湍流区Re>4000

本质区别:（质点运动及能量损失区别）层流与端流的区分不仅在于各有不同的Re值,

更重要的是两种流型的质点运动方式有本质区别。

流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的邛行运动，各质点互不碰撞，互不

混合

流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动并相互碰撞，产生大大小小的旋

涡。由于质点碰撞而产生的附加阻力较自黏性所产生的阻力大得多，所以碰撞将使流体前进

阻力急剧加大。

管截面速度大小分布:

无论是层流或揣流，左管道任意截面上，流体质点的速度均沿管径而变化，管壁处速度

为零，离开管壁以后速度渐增，到管中心处速度最大。

层流：1、呈抛物线分布；2.管中心最大速度为平均速度的2倍。

湍流：1.层流内层；2、过渡区或缓冲区；3、湍流主体

湍流时管壁处的速度也等于零，靠近管壁的流体仍作层流流动，这一作层流流动的流体薄层

称为层流内层或层流底层。自层流内层往管中心推移，速度逐渐增大，出现了既非层流流动

亦非完全端流流动的区域，这区域称为缓冲层或过渡层，再往中心才是揣流主体。层流内层

的厚度随Re值的增加而减小。

层流时的速度分布U=g〃max

湍流时的速度分布U仁0.8〃max

•四、流动阻力、复杂管路、流量计：

计算管道阻力的通式：（伯努利方程损失能）

范宁公式的几种形式:圆直管道U

非圆直管道邸尸=%吟

・运算时，关键是找出口值，一般题目会告诉，仅用于期末考试，考研需扩充

非圆管当量直径：

当量直径:D0=40（4倍水力半径）

水力半径:口:口

（流体在通道里的流通截面积A与润湿周边长n之比）

流量计概述：（节流原理）

场龙端蚩步是利用流体流经孔板前后产生的压力差来实现流量测量。

孔板流量计的特点：恒截面、变压差，为差压式流量计。

文丘里流量计的能量损失远小于孔板流量计。

•转子流量计的特点:恒压差、恒环隙流速而变流通面积,属截面式流量计。

复杂管路：（了解）

并朕管路各支珞的能量损失相等，主管的流量必等于各支管流量之和。

第二章、流体输送机械

r一、离心泵的结构和工作原理

二、特性参数与特性曲线

“三、气蚀现象与安装高度

I四、工作点及流量调节

离心泵:电动机口

•一、离心泵的结构和工作原理：

离心泵的主要部件：离心泵的的启动流程：

叶轮吸液（管泵，无自吸能力）

泵壳液体的汇集与能量的转换转能

泵轴排放

密封填料密封机械密封（高级）

叶轮其作用为将原动机的能量直接传给液体,以提高液体的静压能与动能（主要为静压

能）。

泵壳具有汇集液体和能量转化双重功能。

轴封装置其作用是防止泵壳内高压液体沿轴漏出或外界空气吸入泵的低压区。常用的轴

封装置有填料密封和机械密封两种。

气缚现象:离心泵启动前泵壳和吸入管路中没有充满液体,则泵壳内存有空气,而空气

的密度又远小于液体的密度,故产生的离心力很小,因而叶轮中心处所形成的低压不足以将

贮槽内液体吸入泵内,此时虽启动离心泵,也不能输送液体,此种现象称为气缚现象,表明

离心泵无自吸能力。因此,离心泵在启动前必须灌泵。

汽蚀现象:汽蚀现象是指当泵入口处压力等于或小于同温度下液体的饱和蒸汽压时,液体发

生汽化,气泡在高压作用下,迅速凝聚或破裂产生压力衩大、频率极高的冲击,泵体强烈振

动并发出噪音,液体流量、压头（出口压力）及效率明显下降。这种现象称为离心泵的汽蚀。

二、特性参数与特性曲线：

流量Q：离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积。

压头（扬程）H：离心泵对单位重量（1N）的液体所提供的有效能量。

效率□:总效率口=口丫口肛11

轴功率N：泵轴所需的功率口

□-Q曲线对应的最高效率点为设计点，

对应的Q、H、N值称为最佳工况参数，铭

牌所标出的参数就是此点的性能参数。

（会使用IS水泵特性曲线表，书P117）

三、气蚀现象与安装高度:

气蚀现象的危害：

①离心泵的性能下降，泵的流量、压头和效率均降低。若生成大量的气泡，则可能出现气缚

现象，且使离心泵停止工作。

②产生噪声和振动，影响离心泵的正常运行和工作环境。

•③泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低了泵的使用寿命。

解决方案：为避免发生气蚀，就应设法使叶片入口附近的压强高于输送温度下的液体饱和蒸

气压。通常，根据泵的抗气蚀性能，合理地确定泵的安装高度，是防止发生气蚀现象的有效

措施。

离心泵的汽蚀余量：

为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液体的静压头（pl/pg）与动压头（ul2/2g）之

和必须大于操作温度下液体的饱和蒸气压头（pv/pg）某一数值，此数值即为离心泵的气蚀

余量。

NPSH=a+幺一生NPSHJATT抗气蚀性能好

pg2gpg

•必须汽蚀余量:（NPSH）r

离心泵的允许吸上真空度：

Pg

H：—离心泵的允许吸上真空度,指在泵入口处可允许达到的最高真空度,m液柱

p.―当地大气压强，Pa；

P、—泵吸入口处允许的最低绝对压强,Pa;

3

p----被输送液体的密度,kg/m0

离心泵的允许安装高度Hg（低于此高度0.5-lm）：

3=g-八/=喑NPSH\-“I

FO,6修

关离心泵先关阀门，后关电机，开离心泵先关出口阀，再启动电机。

•四、工作点及流量调节：

管路特性与离心泵的工作点：

从=AZ♦触+笑+从

pg乙g由两截面的伯努利方程所得

凡=K+%

"山竽+…塔山空+….）空铲

。。——管路系统的输送量,/h

A——管路截面积,m?。

H产f（QD凡=外+/（。€）

(A~~T~i+4+?J旃"2

H"K+BQ：全程化简。

»泵特性方程.H=f{Q）

--------------Q「Q.oGa管路特性方程兄=K+虹

联解既得工作点。

1、离心泵的流量调节：

2、改变阀门的开度（改变管路特性曲线）；

3、改变泵的转速（改变泵的特性曲线）；减小叶轮直径也可以改变泵的特性曲线，但一般不

用。

4、泵串联（压头大）或并联（流速大）

1、往复泵的流量调节：

2、旁路调节；

3、改变活塞冲程和往复次数。

第三章、非均相物系的分离（密度不同）

‘一、重力沉降

一二、离心沉降

.三、过滤

•一、重力沉降：

沉降过程：

Fb-几=ma

•先加速（短），后匀速（长）沉降过程。

流型及沉降速度计算：（参考作业及例题）

层流区（滞流区）或斯托克斯定律区：（10-4<Ret<l）（K<2.62）

过渡区或艾伦定律区(KRet<103)(2.62<K<69.1)

湍流区或牛顿定律区(103<Ret<2Q105)(K>69.1)

相应沉降速度计算式(公式不用记，掌握运算方法)

d2（〃_Q）g

滞流区u,=一西

U.=0.27,也不限：6

过渡区

夕皿）巫严

湍流区

1、计算方法:

试差法:

2、即先假设沉降属于某一流型（譬如层流区），则可直凄选用与该流型相应的沉降速度公式

计算口，然后按口检验Ret值是否在原设的流型范围内。如果与原设一致，则求得的口有

效。否则，按算出的Ret值另选流型，并改用相应的公式求口。

3、摩擦数群法:书P149

•K值法:书pl5O

沉降设备：

则位于降尘室最宓点的颗，

净化气体

粒沉降至室底需要的时间为

k旦

।

气体通过降尘室的时间为

8,

尘啦u~

为满足除尘要求，气体在降尘室内的停留时间至少等于颗粒的沉降时间，所以:

I——降尘室的长度,m;

H——降尘室的高度,m;

1Hb——降尘室的宽度,m;

8N仇或工洋工u——气体在降尘室的水平通过速度,m/s

单层降尘室生产能力：口：与高度H无关，注意判断选择凄空题）

多层降尘室：口（n+l为隔板数，n层水平隔板，能力为单层的（n+l）倍）

•二、离心沉降：

•离心加速度：（惯性离心力场强度）口；重力加速度：g

•离心沉降速度ur：□；重力沉降速度uT：□□

离心分离因数KC：

•KCD（离心沉降速度与重力沉降速度的比值，表征鹿心沉降是重力沉降的多少倍）

离心沉降设备：

旋风分离器:利用惯性离心力的作用从气流中分离出尘粒的设备

H,=2D,S.,D?=

o与*♦

1、性能指标：

2、临界粒径de：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径;

3、分离效率:总效率no；分效率np《粒级效率）;

4、分割粒径d50：d50是粒级效率恰为50%的颗粒直径;

压力降^P：气体经过旋风分离器时,由于进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力,流

动时的局部阻力以及气体旋转运动所产生的动能损失等,造成气体的压力降。

G"-C2”

7西p.”二a力J-FT

7〃.（一一。）（标准旋风）0'2

G—旋风分离器进口气体含尘浓度，&/n?

C2——旋风分离器出口气体含尘浓度,g/n?

Cj——进口气体中粒径在第i小段范围内的颗粒的浓度,g/n?

G,,一出口气体中粒径在第i小段范围内的颗粒的浓度,g/m?

标准旋风Ne=5,D=8.Oo

三、过滤：

1、过滤方式：

饼层过滤:饼层过滤时，悬浮液置于过滤介质的一侧,固体物沉积于介质表面而形成滤饼层。

过滤介质中微细孔道的直径可能大于悬浮液中部分颗位的直径,因而,过滤之初会有一些细

小颗粒穿过介质而使滤液浑浊,但是颗粒会在孔道中迅速地发生“架桥”现象（见图），使

小子孔道直径的细小颗粒也能被截拦,故当滤饼开始形成,滤液即变清,此后过滤才能有效

地进行。可见,在饼层过滤中,真正发挥截拦颗粒作用的主要是滤饼层而不是过滤介质。饼

层过滤适用于处理固体含量较高的悬浮液。

•深床过滤:在深床过滤中,固体颗粒并不形成滤饼,而是沉积于较厚的粒状过滤介质床

层内部。悬浮液中的颗粒尺寸小于床层孔道直径,当颗粒随流体在床层内的曲折孔道中

流过时,便附在过滤介质上。这种过滤适用于生产能力大而悬浮液中颗粒小、含量甚微

的场合。自来水厂饮水的净化及从合成纤维纺丝液中除去极细固体物质等均采用这种过

滤方法。

助滤剂的使用及注意:

为了减少可压缩滤饼的流动阻力，有时将某种质地坚硬而能形成疏松饼层的另一种固体

颗粒混入悬浮液或预涂于过滤介质上，以形成疏松饼层，使滤液得以畅流。这种预混或

预涂的粒状物质称为助滤剂。

对助滤剂的基本要求舛T：

①应是能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性、较高的空隙率及较低的流

动阻力；

•②应具有化学稳定性，不与悬浮液发生化学反应，也不溶于液相中。

应予注意，一般以获得清净滤液为目的时，采用助滤剂才是适宜的。

恒压过滤方程式：（理解，书P175）

对于一定的悬浊液，若口令口，k—表征过滤物料特性的常数，口；恒压过滤时，压力差△

P不变，k、A.s都是常数再令口

V——滤液量，n?;

0----过滤时间，8；

22

V^KAO/二的A一过漉面积,n?

・过滤常数的测定：书P179,包括压缩因子

板框压力机：

过滤板祀洗涤板

过这板洗柒板

洗水入口

滤浆入口

机头

潼液it*

过滤时，悬浮液在指定的压强下经滤浆通道自滤框角端的暗孔进入框内，滤液分别穿过

两侧滤布，再经邻板板面流至滤液出口排走，固体则被截留于框内，如图所示，待滤饼充满

滤框后，即停止过滤。

若滤饼需要洗涤，可将洗水压人洗水通道，经洗涤板角端的暗孔进入板面与滤布之间。

第四章传热

「一、热传导、对流传热

《二、总传热

I三、换热器及强化传热途径

•一、热传导、对流传热：

传热基本方式：

L热传导（宏观无位移）：若物体各部分之间不发生相对位移,仅借分子、原子和自由电子

等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（又称导热）。热传导的条件是系统两部分

之网存在温度差,此时热量将从高温部分传向低温部分,或从高温物体传向与它接触的低温

物体,直至整个物体的各部分温度相等为止。

2.熟对流（宏观有位移）:流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流（简

称对流）。热对流仅发生在流体中。在流体中产生对流的原因有二:一是因流体中各处的温

度不同而引起密度的差别,使轻者上浮,重者下沉,流体质点产生相对位移,这种对流称为

自然对流;二是因泵（风机）或搅拌等外力所致的质点强制运动,这种对流称为强制油流。

3、热辐射（不需要介质）：因热的原因而产生的电磁波在空间的传递,称为热辐射。所有物

体（包括固体、液体和气体）都能将热能以电磁波形式发射出去,而不需要任何介质,也就

是说它可以在真空中传播。

4.对流传热:流体流过固体壁面（流体温度与壁面温度不同）时的传热过程称为对流传热。

1）流体无相变的对流传热流体在传热过程中不发生相变化，依据流体流动原因不同，

可分为两种情况。

①强制对流传热，流体因外力作用而引起的流动；

②自然对流传热，仅因温度差而产生流体内部密度差引起的流体对.•流动。

2）流体有相变的对流传热流体在传热过程中发生相变化,它分为两种情况。

①蒸气冷凝，气体在传热过程中全部或部分冷凝为液体；

②液体沸腾，液体在传热过程中沸腾汽化，部分液体转变为气体

因此，减薄层流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。

1、传热过程中热、冷流体（接触）热交换方式：（书p21D

2、直接接触式换热和混合式换热器;

3、蓄热式换热和蓄热器;

典型的间壁式换热器:（列管换热器,区分壳程、管程、单/多壳程、单/多管程）

•特定的管壳式换热器传热面积：S=QS一一传热面积；n一一管数；d一一管径，叫

L----管长，01。

传热速率和热通量：

传热速率Q（又称热流量）指单位时间内通过传热面积的热量；

传热速率=口；Q=QR——整个传热面的热阻，口

热通量q（又称传热速度）指单位面机的传热速率。

•q=n；q=D；R'——单位传热面积的热阻，口

热传导基本规律：

傅里叶定律:傅立叶定律为热传导的基本定律,表示通过等温表面的导热速率与温度梯度及

传热面积成正比,即:

dQoc-dS-

dQ=-AdS而

Q一导热速率,即单位时间传导的热，其方向与温度梯度的方向相反,w

S----等温表面的面积,m2;

A——比例系数，称为导热系数,

7、通过平壁的稳杰热传导：

单层平壁的热传导:

=4s七一&)=At——Q=-A-t=--\-t-

bbb~RS)R'

25I

b平壁厚度，m；

△t一一温度差，导热推动力，口;

□一一导热热阻,口/w：

2、□----导热热阻，口

多层平壁的热传导:

在稳态导热时，通过各层的导热速率必相等，即Q二Q1=Q2=Q3;热通量也相等：q=ql=q2=q3

A!S(-(2)入2s(.-入)43s(3-£*)

6.~瓦—

bIb)

△/二"一"=Q△“=G-G=Q^5

（三层）

力-八•】小

一酝

白a（n层）

I、通过圆筒壁的热传导:

单层圆筒壁的热传导:

2EZ(t

A.Sm.△t07t-t2)

Q=S郎=2%£ra=

~b~In4//ln^

多层圆筒壁的热传导:

Q尸Q2=Q：FQ“（注意判断选择填空）

qi>q2>q3>qn

%—4

Q';/?1+&+Ry

c-2K£(r-r,)2nL(r-r)2nL(r-r)

Smi=2；，=3Z2，Sc+=-4....3..

In—In—In—

。nr

3

2nL(t-t)

Q=..........l—・4

y-ln-♦y-ln-+y-In-

%r।Ajr2A3r3

Q=

1>iASou

Q多会1n,

（n层）

保温层的临界直径：

通常，热损失随保温层厚度的增加而减少。但是在小直径圆管外包扎性能不良的保温材料,

随保泪层厚度增加，可能反而使热损失增大。

□（散热区、保温区，dO大于B点保温才有意义）

•二、总传热：（参考习题及例题）

热量衡算：

dQ=-%久。=

W——流体的质量流量,kg/h或kg/s;

/——流体的焙,kJ/kg；

下标h和c分别表示热流体和冷流体

d。二-WhCphdT=%<>或

Q=即b4b（-A）=K-。）

cp——流体的平均比热容，kJ/（kg・t）

l——冷流体的温度，3C;

T——热流体的温度，工。

总传热速率方程：

Q=KSkt&=1—-I（/Xb需大于

In2

△4

总传热系数K、总热阻。

总热阻=热阻之和

1_d°bd°J_

K0-aid：'+a。

1_4•D43，-1

•三、换热器及强化传热途径：

间壁式换热器的类型：（掌握原理书p277）

1、管式换热器:

2、电管式换热器（沉浸式蛇管换热器、喷淋式蛇管换热器）

3、套管式换热器

4、蒙壳式换热器（固定管板式换热器、U形管换热器）

1、板式换热器:

2、夹套式换热器

3、板式换热器

4、螺旋板式换热器（I.II.III形）、

1、翅片式换热器:

2、翅片管式换热器

3、版翅片式换热器

热管换热器

八间壁式换热器强化传热途径：

2、增大平均温度差At.

3、增大传热面积S

1）翅化面;2）异形表面;3）多孔物质结构;4）采用小直径传热管。

4、增大总传热系数K

1）提高流体的流速;2）增强流体的扰动;3）在流体中加固体颗粒;4）采用短管换热器;5）

防止垢层形成和及时清除垢层。

第五章、蒸发（不挥发溶质）

〃一、概述及蒸发器

一二、溶液沸点升高与温度差损失

、三、多效蒸发及流程

•一、概述及蒸发器：

•单效蒸发与多效蒸发：单效蒸发与多效蒸发在操作中一般用冷凝方法将二次蒸汽不断地

移出，否则蒸汽与沸腾溶液趋于平衡，使蒸发过程无法进行。若将二次蒸汽直接冷凝，

而不利用其冷凝热的操作称为单效蒸发。若将二次蒸汽引到下一蒸发器作为加热蒸汽，

以利用其冷凝热，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。

•常见蒸发器类型及原理（书P302）

1、循环形（非膜式）蒸发器:

2、中央循环管式（或标准式）蒸发器

3、悬筐式蒸发器

4、外热式蒸发器

5、强制循环蒸发器

1、（单程型）膜式蒸发器:

2、升膜蒸发器

3、降膜蒸发器

4、升-降膜蒸发器

5、刮板搅拌薄膜蒸发器

直接加热蒸发器

•二、溶液沸点升高与温度差损失：

溶液的沸点：

溶液中含有不挥发的溶质,在相同条件下,其蒸气压比纯水的低.所以溶液的沸点就比

纯水的要高，两者之差称为因溶液蒸气压下降而引起的沸点升高。

•例如，常压下20%（质量百分数）NaOlI水溶液的沸点为108.51,而水的沸点为100℃,此

时溶液沸点升高8.5度。

由于有沸点升高现象，使同条件下蒸发溶液时的有效温度差下降&5C,正好与溶液沸

点升高值相等，故沸点升高又称为温度差损失。

温度差损失：（书P310）

1、温度差损失不仅仅是因为溶液中含有了不挥发性溶质引起的，蒸发器内的操作压力高于

冷凝嚣以克服二次蒸汽从蒸发器流到冷凝器的阻力损失、蒸发器的操作需维持一定的液面

等因素都会造成温度差损失V

2、因溶液蒸气压下降而引起的温度差损失△’

3、因加热管内液柱静压力而引起的温度差损失'

4、由于管路流动阻力而引起的温度差损失△'''

三、多效蒸发及流程：（书P322,搞清楚前后黏度、压强、温度）

至冷余注

图576并流加料的三效蒸发装置流程示意图

至冷凝器

图5-17逆流加料法的IZ效蒸发装置流程示意图

图518平流加料法的三效蒸发装置流程示意图

P1>P2>P3T1>T2>T3溶液的沸点必纯溶剂的高，冷凝液的沸点高于二次蒸

汽。

第六章蒸播（液体混合物挥发度不同）

厂一、平衡关系

T二、精储原理及流程

L三、精储过程计算

•一：平衡关系：

用饱和蒸气压和相平衡常数表示的气液平衡关系：

□由拉乌尔定律得出，p-溶液上方组分平衡分压，Pa。p'-在溶液温度下纯组分的饱和蒸

气压，Paox-溶液中组分的摩尔数。下标A表示易挥发组分，B表示难挥发组分。Xb=（l-Xa）

泡点方程式X'=

〃A二P"A'P：〃一/

就点方卷式=道尔顿分压定律售出o

PPP/或一建

挥发度“对于理想溶液rA="L=夕＞VB同理表示

4肛

•相对挥发度：易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比口

相图：（t-x-y图）（x-y图）

图1.I基一甲笨混合液的/-*-r图图k2紫一甲茶混合液的欠一＞图

3.相平衡方程式:U

4.简单蒸倒流程特点:简单蒸^是将原料液一次加入蒸健釜中,在恒压下加热使之部分汽化,

产生的蒸气进入冷凝器中冷凝,随着过程的进行,釜液中易挥发组分含量不断降低,当釜液

组成达到规定值时,即停止蒸^操作,釜液一次排出。

二、精储原理及流程：

□原理：液体混合物经多次部分汽化和冷凝后，便可得到几乎完全的分离。

流程:原料液经预热器加热到指定温度后.送入精像塔的进料板,在进料板上与自塔上部下

降的回流液体汇合后,逐板溢流,最后流人塔底再沸器中。在每层板上,回流液体与上升蒸

气互相接触,进行传热传质过程。操作时,连续地从再沸器取出部分液体作为地底产品（釜

残掖），部分液体汽化,产生上升蒸气,依次通过各层塔板。塔顶蒸气进人冷凝器中被全部

冷凝,并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体.其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产

品(僮出液)。

通常，将原料液进入的那层板称为加料板，加料板以上的塔段称为精馆段加料板以下的塔段

(包括加料板)称为提偏段。

三、精保过程计算：

F---原料液流量,kmol/h;

。一一塔顶产品(僧出液瓶虬knri/h;

W一辆产品(釜赚)流ILkn“/h；

一原料液巾易挥发组分的摩尔分

敢；I

/T出液中易挥发组分的摩尔分；

数；;

釜残液中易挥发组分的摩尔分数L

厂总物料衡算F=D'W

易挥发组分衡算Fx"Wx

Y塔顶易挥发组分的回收率〃o=」r)x2xl(X)%

FXF

3釜难挥发组分的回收率VV(|A

rjw=-^)X1OO%

F(lf)

回流比:R=—

D

最小回流比《屈=3二&

庐(1.1~2.0)兄打

力一％

操作线远高平衡线，口

RT

LTKTV'冷凝器、再沸器热负荷Tf操作费T

•进料热状况的影响及g线方程

/-ICPN+r将Ikmol原料变成饱和蒸汽所徽量

Q=--v-----F-=---------=---------------------------------------

4-ILrIkmol原料的汽化潜热

并由此得到L,=L+qF及V'=V+(q-l)F

进料热状况对q值及q线的影响：

进畀鼎状况进科的殆h,S_q线在r-y03HtMt

g-1

冷液体/"九>1仍（/）

佶和液体4-418

气罐混合物/L</r</v。<g<I一

由和蒸气//=%0Q..*（*）

过气/r>A<0♦MS

q线方程y=-3—x--^—必过点e（X,K公）

q-\q-1卜卜

操作战方程：

精^段操作线方程:

总物料衡算WL+D

易挥发组分衡算Vy*Lx.+DxD

R1

X

操作线方程y„+17D必过点a（x〃，x〃）

A+IA+I

提像段操作线方程:

总物料衡算£'=九/

易挥发组分衡算L,xm,=V,ym+1,+WxW

jw

xx

操作线方程y„l+,=ym-yw必过点c（x1，x『）

L.W

~•X"，

L-W，nL-W

平衡线方程:n

图卜20操作线的作法

-图形关系（记住）。

q=l,斜率为口，图像为口

特殊J泡点X-X

QFn

进料］露点

q=0,斜率为0,图像为口

1.逐板计算法

理论版层数计算:

2.图解法

•说明第n层是加料板In-1层）。提偏段：同理口（nrl层）。

・全塔效率与单板效率

E=丛xlOO%芭1一%

N,%7：

•塔板上气液两相的非理想流动

1.返混现象

液沫夹带塔板上部分液体产生与液体主体流动方向相反的流动为液沫夹带（又称雾沫夹

带）。即液滴被上升的气体夹带到上一层塔板上。

气泡夹带塔板上部分气体产生与气体主体方向相反的流动为气泡夹带。即气泡被下降的液

体卷入下一层塔板上。

2.气体和液体的不均匀分布

气体沿塔板的不均匀分布由于液面落差△的存在,气体通过塔板时阻力大小不等,导致

塔板上气量分布不均。

液体沿塔板的不均匀分布由于液体横向流过塔板时路径长短不一,使塔板的物质传递量减

少。不正确操作

液泛在操作过程中,塔板上液体下降受阻并逐渐在塔板上积累,这种现象称为液泛（也

称淹塔）。根据引起液泛的原因不同,可以分为:

（1）降液管液泛液体流量过大降液管内液体不能及时排出或气体流量过大使降液管液而升

高,均会引起降液管液泛。

（2）夹带液泛气速过大导致液沫夹带量过大,板上液层增厚并各板液层相连造成液泛。

严重漏液当气体通过筛孔的速度较小或气体分布不均匀时,从孔道流下的液体量占液

体流量的10%以上称为严重漏液。

第七章吸收（溶解度差异）

r一、概述及平衡关系

＜二、传质理论

三、吸收塔计算

一、概述及平衡关系：

1、吸收依据：混合物各组分在某种溶剂中溶解度差异

「1）分离混合气体以回收所需的组分；

吸收I2）除去有害组分以净化气体；

目的13）制备某种气体的溶液；

4）工业废气的治理。

2.吸收与解吸流程：

•吸收过程进行的方向与限度取决于溶质在气液两相中的平衡关系。当气相中溶质的实际

分压高于与液相成平衡的溶质分应时，溶质便由气相向液相转移，即发生吸收过程。反

之.如果气相中溶质的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由液相向气相

转移，即发生吸收的逆过程，这种过程称为脱收（或解吸）

温度与压强的影响：

温度口有利于吸收，反之即为解吸

压强口有利于吸收，反之即为解吸

3.平衡关系：

摩尔比:a

气相中溶质的摩尔数二y；

气相中惰性组分的摩微:"l-yf

亨利定律：p*=Exi2*=」—

1'1////PsEMS

*E*

兀.=mxjm=一=mX.

P

p；—溶质和气相中的平衡分压，kPa;

悠一溶质在液相中的摩尔分数；

E—亨利系数，其数值随物系的特性及温度而肺。月的电位与通力单位一致。

c.——单位体积溶液中溶质的摩尔数,kmol/n/

P：一气相中溶质的平衡分压,kPa；

H---溶解度系数，kmol/（kN*n0o

爸——液相中溶质的摩尔分数

y；——与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分数

m一一和平衡常数，或称分配系数，盘纲为L

4.吸收剂的选择：

1）溶解度高（对溶质组分）

2）选择性高

3）挥发度小

4）黏性小

5）其他（无毒、无腐蚀、经济、合理等）

5.相平衡关系在吸收中的应用：

1）判断传质方向:

若气液相平衡关系为□或口，如果气相中溶质的实际组成口大于与液相溶质组成相平

衡的气相溶质组成口，即口）□（或液相的实际组成口小三与气相组成口相平衡的液相组成口，

即□<□,说明溶液还没有达到饱和状态，此时气相中的溶质必然要继续溶解，传质的方向

由气相到液相，即进行吸收；反之，传质方向则由液相到气相.即发生解吸（或脱吸）。

2）确定传质推动力;

传质过程的推动力通常用一相的实际组成与其平衡组成的偏离程度表示。

如图，在吸收塔内某截面AM处，溶质在气、液两相中的组成分别为口、口，若在

操作条件下气液平衡关系为口，则在□-口坐标上可标绘出平衡线0E和A-A截面上的操作点

A,如国所示。从图中可看出，以气相组成差表示的动力为口，以液相组成差表示的推动力

为口（只能以一相来表征）

同理，若气、液组成分别以□表示，并且相平衡方程为口或□以气相分压差表示的推动

力为口，以液相组成表示的推动力为口

同理，对以制取液相产品为目的的逆流吸收，出塔吸收液的组成如都不可能大于与人

塔闻成为浦平衡的液相组成X；,，即

二、传质理论：

扩分子扩散：流体分子无规则的热运动

散涡流犷散：流体质点的湍动

菲克定律：当物质A在介质B中发生扩散时，任一点处物质A的扩散通量与该位置上A的浓度梯

度成正比：

de

—（与傅里叶定律反牛顿黏性定律定箱根4）

dz

JA----物质A在2方向上的分子扩散通量,knol"/

学一物质A的浓度梯度,即物质A的浓度外在z方向上的变化率,kmol/m"

（IX

〃心—物质A在介质B中的分子犷散系数,疗/s。

式中负号表示扩散是沿着物质A浓度降低的方向进行的。

等分子单向扩散（了解，下册书p90）

・双膜理论:双膜理论把两流体间的对流传质过程描述成如图所示的模式。它包含以下几

点基本假设:

•相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，

吸收质以分子扩散方式通过此二膜层由气相主体进入液相主体；

•在相界面处，气、液两相达到平衡；

吸收速率，指单位相后传质面积上单位时间内吸收的溶质量，口,推动力指组成差，吸

收阻力倒数为吸收系数，所以“速率=吸收系数口”方程式：

□,口=常数口（一定情况下）

三、吸收塔计算：

1.摩尔分率、摩尔比相关关系：

气相:D（气体总体积:情性体积）

液相:口

质量分数与摩尔分率的关系为:口=□

摩尔比

VY

摩尔分率与摩尔比的关系为Xy=------

1+X\+Y

摩尔浓度与分压之间的关系为CA=%>=£A

VRT

2.吸收操作线方程与操作线

1=畀+『飙）

1y=*+（x+）

液气比□口,最小液气比的计算:n

B0.移至水平段Y=Yl月平淅战的交点B*时.Xl=Xl”.比点对£3*景小液%比.

这是理论上吸收液所能达到的最高组成，但此时过程的推动力已变为0,因而需要无限大的

相际传质面积，实际上办不到。或者当解吸平衡线为非下凹线时，操作线的极限位置为与平

衡线相交，此时，对应的气液比为最小气液比。以口表示。对应的气体用量为最小用量，记

作Vmino

V二x?X|GX

即V=£2-.

JminLT丫2T

塔高计算基本关系式（掌握方法，不用记公式XI的计算为重点，参考作业）

rV

rz=_X_f_dy_氐-------称为气相总传质单元高度

&°0九y-广KYaQ

[Z=N°G・”OG(填料层高度)

N°G=「上r称为气相总传质单元数

Jy2y-Y

7dY_匕―匕_Y—打,AY._Y.-Y,

^2Y-Y（r-r）,n刊-轨AK

传质单元数的计算

1y,-mX

In(1-5)2+s

T^sX7nX2

mV

式中S=—为解吸因数（脱吸因数）。

L

值的大小反映了溶质A吸收率的高低。

Y2-mX2

N°L=~~A

OLi-A线+

式中称为吸收因数0

mV

吸收塔塔径的计算D=

第八章、塔设备

（、概述

J二、板式塔及流体力学性质

L三、填料塔

一、概述（了解）：

1、作用：

2、使气、液两相充分接触，适当湍动，以提供尽可能大的传质面积和传质系数，接触后两相

又能及时完善分离；

1、在塔内使气、液两相最大限度的接近逆流，以提供最大的传质推动力。

2、性能评估指标：

3、通量一一单位塔截面内生产能力，表征塔设备的处理能力和允许空塔气速；

4、分离效率一一单位压降塔的分离效果，对板式塔以板效率表示，对填料塔以等板高度表

示；

适应能力一一操作弹性，表现为对物料的适应性和对负荷波动的适应性；

塔设备在兼顾通量大、效率高、适应性强的前提下，还应尽量满足流动阻力小、结构简单、

金属耗量少、造价低、易于操作控制等要求。

二、板式塔及流体力学性质（了解）：

板式「泡罩塔板]

塔的J筛板I了解它们工作原理

种类:浮阀塔板>

匚喷射形塔板,

塔板上“鼓泡状（优良工作状态）

气液两Y蜂窝状

相的接泡沫状（为了减少雾沫夹带，大都控制在此状态）

喷射状（优良工作状杰）

触状杰：I

板上压降：

H陈出十接触时间ff塔板效率Tf需求板数设备费I

件降增大—>-------------------------------------------------------

塔釜温度一能耗一操作费T

雾沫夹带:上升气流穿过塔板上液层时,将板上液体带入上层塔板的现象称为雾沫夹带

漏液:错流型的塔板在正惜操作时,液体应沿塔板流动,在板上与垂直向上流动的气体进行

错流接触后由降液管流下。当上升气体流速减小,气体通过升气孔道的动压不足以阻止板上液

体经孔道流下时,便会出现漏液现象。

液泛:塔内若气、液两相中之一的流量增大,使降液管内液体不能顺利下流,管内液体必然积

累,当管内液体增高到越过溢流堰顶部,于是两板间液体相连,该层塔板产生积液.并依次

上升,这种现象称为液泛,亦称淹塔。

液而落差:当液体横向流过板面时,为克服板面的摩擦限力和极上部件（如泡罩、浮阀等）的

局部阻力,需要一定液位差,则在板面上形成液面落差,以口表示。

负荷性能图：（掌握，书下册pl58）

A

十一/、（1）隽沫夹带线〃

/（2）液泛线.

5//Q（3）液相负荷上限线一

（/c3（4）漏液线“

!/（5）液相负荷下限线.

3

//（~4诸线所包困的区域,，

-----------------工便是塔的适宜操作范闱

三、填料塔：（了解）

填料种类：

规整「格栅填料

填料《波纹填料

〔脉冲填料

散装,拉西环

鲍尔环

J阶梯环

|弧鞍与矩鞍

金属环矩鞍

填料［球形填料

流体流动性质（了解，书P184）

第七章、干燥（相对湿度差异）

一、干燥概述

二、空气性质及H-［图

＜三、干燥过程物料衡算及热量衡算

I四、干燥动力学

干燥概述：

、干燥操作的必要条件是物料表面的水汽压力必须大于干燥介质中水汽的分压，两者

差别越大，干燥操作进行得越快。所以干燥介质应及时将汽化的水汽带走，以维持一定

的扩散推动力。若干燥介质为水汽所饱和，则推动力为零，这时干燥操作即停止进行。

1、对流干燥特点：在对流于燥过程中，热空气将热量传给湿物料，物料表面水分即行汽

化.并通过表面外的气膜向气流主体扩散。与此同时，由于物料表面水分的汽化，物

料内部与表面间存在水分浓度的差别，内部水分向表面扩散，汽化的水汽由空气带走,

所以干燥介质既是我热体又是载湿体，它将热量传给物斜的同时把由物料中汽化出来

的水分带走。因此，干燥是传热和传质相结合的操作.干燥速率由传热速率和传质速

率共同控制。

2、空气性质及H-I图：

3、空气性质各参数

H二湿空气中水汽的质量nMP

・湿度H=0.622-v

"湿空气中绝干气的质量

41M,