化工原理(全套)ppt课件.ppt

化 工 原 理,梁燕波,绪 论,根据专业人才培养的目标和化工原理课程的教学目的，我们选择了由何潮洪、冯宵编写的教材化工原理。该课程是一门重要的技术基础课，在整个专业教学过程中是承前启后，由理及工的桥梁。要求学生了解工业生产中所涉及的问题，掌握解决问题的途径，并能运用经济观点综合处理问题，提高分析和解决问题的能力。为学生在今后的学习和工作中，正确而有效地联系工业生产打下基础。,课程介绍,化工原理是一门工程学科, 是工科类化工、制药、食品、发酵、等专业学生的专业课. 它以工业生产中的物理加工过程为背景，研究工业生产过程中的基本规律，应用这些规律解决工业生产中的实际问题。了解物理、化学规律在生产中的应用; 认识实际生产的复杂性和具体过程的特点, 化工原理需要用特定的工程规律和方法来解决实际生产中的问题。该课程的设置目的是使学生能将所学理论知识与工程实际衔接起来，使学生能够学会从工程和经济的角度去考虑技术问题，并逐步实现由学生向工程技术人员的转变。,课程内容,本课程紧密结合专业特点，围绕单元操作原理和应用为主题，以动量传递、热量传递、质量传递理论为基础，系统介绍液体流动、流体输送机械、传热、精馏、吸收等各单元操作的基本原理、基本计算方法、工程应用。通过本课程的学习，使学生掌握各单元操作的基本原理及典型设备的设计计算方法，为进一步学习专业课程及从事工程实践奠定必要的理论基础。本课程通过课堂教学及实验教学、课程见习等实践性环节相结合，使学生牢固建立起“单元操作”的概念，培养学生工程分析方法及独立分析问题和解决问题的能力。,化工原理课程的要求,化工原理分为：理论课和实践课(实验、见习),1、理论课要求,1、 上课时间2、所用教材：由冯宵、何潮洪主编 由科学出版社出版的“十一五“国家级规划教材，化工原理上下册。3、教学内容 ：上册 流体力学基础、流体输送机械、热量传递基础、传热过程计算与换热器。下册 质量传递基础、气体吸收、蒸馏、气液传质设备。4、上课要求：课堂做笔记、每次有作业，使用计算器，每周交作业，每章有测试。,2、实验课要求,实验独立考试1、实验过程操作2、实验报告3、卷面考试,2、实验课要求,1、上课时间： 第8-15周 2、实验教材： 化学化工学院编教材3、实验内容： 化工原理实验和化工原 理实训和化工原理仿真4、实验要求： 第8-15周做实验 具体要 求、专门讲解。5、工业见习： 一次，具体时间、具体要求、专门讲解。,考试要求,考试成绩由：1、期中考试 2、期末考试3、平时作业4、出勤5、见习,第一章 流体力学基础,教学目标：1.掌握流体流动中的作用力和机械能2.掌握压强的表示方法及静力学测量方法3.掌握质量守衡、机械能守衡、动量守衡的原理及有关计算4.掌握流体流动的型态及基本特征5.掌握湍流时直管阻力损失的实验研究方法及局部阻力损失的计算6.掌握简单管路的计算方法,1、1概述,1、什么是流体：具有流动性的气体和液体统称流体。2、什么是流体力学：研究流体流动规律的科学称为流体力学，包括流体静力学和流体动力学。本章研究的内容：结合化工过程特点，对流体静力学原理及其在化工生产中的应用和流体动力学基本方程的应用进行详细的介绍。,1、2流体静力学及其应用,1、流体静止时的性质 ： 质量m , 体积 V 密度 压强P =压力P,静止流体所受力-压强（压力）,1）压强的定义：静止流体单位面积上所受到的压力称为压强，习惯上称压力。2）压强的符号：P3）压强的单位：1atm =101325Pa =760mmHg =10.33mH2O= 1.033at4）压强大小的表征：表压=绝对压强当地大气压 真空度=当地大气压绝对压强,压强大小的表征,补充例题：比较下列压强大小并排序,PA=2atm（绝对压强）， PB=900mmHg （表压）， PC=6420Pa（真空度）,解： 统一单位、 统一基准 PA=2atm（绝对压强）=202650 Pa（绝对压强）PB=900mmHg（表压）=221315 Pa（绝对压强） PC=6420Pa（真空度）=101325-6420=94905 Pa（绝对压强）结论： PB PA PC,作业：比较下列压强大小，并排序,1、PA=40000 Pa（表压） 2、PB=2atm（绝对压强） 3、PC=500 mmHg（真空度） 4、Pd= 15mH2O (表压)（用表压和Pa单位表示）,2、流体静力学方程,2、流体静力学方程,以图1-2为例推倒公式1-3和1-4 首先复习用液柱表示压强 P=gh该压强为点压强或同一平面的压强，是流体密度，g为9.8，h为该点或该平面上方的液柱高度，单位为米。,解：根据图1-2得 P1=g(h-z1) P2 =g(h-z2) P2-P1=g(h-z1)-g(h-z2)=g(z1- z2) ；P2= P1+g(z1- z2) ； （ P2/g）= （P1/g）+(z1- z2),上两式为流体静力学方程。,补充练习,我们可以用汞柱和水柱表示压强，也可以用空气柱表示。P=gh ； 101325=1.29*9.8*h ；h=8015m 一个大气压相当于10.33mH2O ，760mmHg， 8015m空气柱。,静力学方程的应用,静力学方程适用于重力场中静止、连续、均匀、不可压缩流体。等压面是指在连通体内，具有相同高度的平面上的各个点的压强相等。判断连通体，找出等压面。,例1-1,如图所示有三个容器A、B、C内均装有水，容器C敞口。密闭容器A 、B间的液位差Z1=1m,容器B、 C 间液位差Z2 =2m ，两U形管下部液体均为汞，其密度为13600kg/m3 ，高度差分别为R=0.2m ,H=0.1m ,试求容器A B上方压力表的读数PA、PB的大小。,课堂作业,如图所示有三个容器A、B、C内均装有水，容器C敞口。密闭容器A 、B间的液位差Z1=1.2m,容器B、 C 间液位差Z2 =2.3m ，两U形管下部液体均为汞，其密度为13600kg/m3 ，高度差分别为R=0.2m ,H=0.15m ,试求容器A B上方压力表的读数PA、PB的大小。,习题1 画图 抄题 解题 答,如图所示用一U 形管压力计测量密封器罐中的压力，指示液为水，密度0=1000kg/m3 。因气体易溶于水，故在水和气体之间用惰性溶剂（=890 kg/m3 ）将二者隔开。现已知h=10cm , R=24cm ,求器罐内的绝对压力和表压（分别用Pa 和mH2o表示）。,P1=P+0gh P1=Pa+gR 因为P1= P1 所以P=Pa+gR-0gh=101325+10009.810.24-8909.810.1=102806Pa(绝对压强)=1481Pa（表压）P=(10280610.33)/101325 =10.48mH2o (绝对压强)=10.4810.33=0.15mH2o（表压）答：器罐内的绝对压力为102806Pa和10.48mH2o，表压为1481Pa和0.15mH2o,1、3 流体流动的基本方程,流体在流动的过程中遵循1、质量守恒定律2、能量守恒定律 3、动量守恒定律将他们应用在流体流动过程，可以获得流体流动的基本方程1、连续性方程2、运动方程3、能量方程,1、3 流体流动的基本方程,1、3.1基本概念（1）稳定流动与不稳定流动： 图示说明， 目前研究的主要是稳定流动。（2）流速和流量： 定义 符号 u, V, m 单位 表达式: m=V V= Au=(d2/4) u（3）粘性 ： 定义 符号 单位 1 pas = 10P( 泊 )=1000cP(厘泊),（4）非牛顿型流体：,（5）流动类型和雷诺数：,当流体流动时，在不同条件下，可以观察到两种截然不同的流型。这一现象是由雷诺在1883年发现的。Re=du/ （无量纲准数）雷诺准数各项的物理意义及单位。,工程上一般认为：流体在圆形直管流动，当Re4000时为湍流，当Re介于20004000之间时，流动处于一种过渡状态，称为过渡区流动。,对非圆形管道，可用当量直径de来代替直径d ，也可求对应雷诺准数。当量直径de=（4流体流过的横截面积）/流体湿润周边。套管环隙的当量直径de=D-d (大圆内径-小圆外径),例1-3,20C的水在内径50mm的圆形管内流动，质量流量为0.2t/h . 试计算：雷诺准数Re，并判断流动形态；使管内保持湍流的最小流速。,补充作业：,套管换热器的内管为241.5 ，外管为573.5的无逢钢管。液体以5400kg/h的流量流过环隙，液体的密度为1200kg/m3 ,黏度为210-3pa s。 试判断液体在环隙中的流动形态。 （Re=1.28104）,1.3.2 质量恒算方程连续性方程,1、宏观质量恒算：对稳态流动有m1=m2,1、宏观质量恒算：对稳态流动有m1=m21 u1 A1=2 u2 A2若1=2=则u1 A1= u2 A2对圆形管道而言：(d12/4) u1=(d22/4) u2 整理得：d12 u1= d22u2 u1/ u2= d22/ d12,对有分支的情况： 则m0= m1+ m2,例4-1,车间要求将20C水以15kg/s的流量送入某设备中，若选取平均流速为1.1m/s，试计算所需管子的尺寸。若在原水管上再接出一根1594.5的支管，如图所示，以便将水流量的一半该送至另一车间。求当总水量不变时，此支管内水流速度。,1、3.4 总能量衡算机械能衡算方程,首先考虑流体在流动过程中的能量：（1）动能 (1/2)mu2 J; （2）位能 mgz J; （3）静压能 mp/ J,在1-1截面上 mgZ1 + (1/2)mu12 + mp1/ = Et1在2-2截面上 mgZ2 + (1/2)mu22 + mp2/ = Et2对理想流体而言；在1-1截面上机械能总和=在2-2截面上机械能总和mgZ1+ mu12/2 + mp1/= mgZ2 + mu22/2 + mp2/(1)同除mg得：理想状态的伯努利方程Z1+ u12/2 g + p1/g = Z2 + u22/2g + p2/g(2)Z ：位压头 m； u2/2 g：动压头 m; p/g：静压头m;,理想流体的伯努利方程,Z1 + u12/2 g + p1/g = Z2 + u22/2g + p2/g(2)gZ1 + u12/2 + p1/ = gZ2 + u22/2 + p2/(3)2式各项的单位为m ， 3式各项的单位为J/kg .,实际流体的伯努利方程,gZ1 + u12/2 + p1/ + we= gZ2 + u22/2 + p2/+ wf (4)Z1 + u12/2 g + p1/g +he = Z2 + u22/2g + p2/g + hf(5)wf : 摩擦损失 或阻力损失 ； we ：外界做的功 ； he： 外加压头 ； hf ：损失压头 ；各个方程的意义 ，各项的意义 ，各物理量的单位 ，理想状态与实际状态的区别。,关于机械能恒算方程的讨论使用机械能恒算方程时应注意的事项,例16 关于能头转化,例1-7 轴功的计算,如图所示 用泵将河水打入洗涤塔中经喷嘴喷出，喷淋下来后流入废水池。已知管道尺寸为1144，流量为85m3/h,水在管路中流动时的总摩擦损失为10J/kg , 喷头处压力较塔内压力高20kPa，水从塔中流入下水道的损失忽略。求泵的有效功率。,泵的有效功率,泵的有效功率=泵的理论功率=Ne 泵的轴功率=泵的实际功率=NaNe=Vg he=mg he=m weNa= Ne/ = Ne/ Na Ne的值是计算得来的， Na的值是买泵时标注在泵上的功率数。分析： NaNe（he， we）-应用伯努力方程在流体流动的方向上选两个截面列出各截面上的Z、u、 p值-带入伯努力方程进行计算,解： 已知 d=114-8=106 mm=0.106mV=85m3/h=85/3600=0.0236m3/s , wf =10J/kg , p1=0 , u1=0 ，Z1=0 ，Z2=7U2= 4V/d2 =(40.0236)/3.140.1062=2.68m/s , 根据公式gZ1+ u12/2 + p1/ + we= gZ2 + u22/2 + p2/+ wf要求we，必须知道p2/。 可以通过p3/ ， 求p2/,根据公式gZ3 + u32/2 + p3/= gZ4 + u42/2 + p4/因为 u3= u4=0 ，Z4=0 ，p4=0 所以 gZ3 + p3/=0 p3/=-9.811.2=-11.77 J/kgp2/=p3/+20000/=-11.77+20=8.23 J/kg,代入上式 gZ1 + u12/2 + p1/+ we= gZ2 + u22/2 + p2/+ wfwe=79.81+2.682/2+8.23+10=90.49 J/kgNe= m we=V we=10000.023690.49=2136w泵的有效功率=泵的理论功率=Ne ; 泵的轴功率=泵的实际功率=NaNe=Vg he=mg he=m we ; Na= Ne/ = Ne/ Na Ne的值是计算得来的， Na的值是买泵时标注在泵上的功率数。,作业：,用泵将容器A中的液体送入塔B中，容器内及塔内的表压如图所示。已知输送液体的管子的直径为885，输送量10kg/s ，液体密度890kg/m3， 液体流经管路的总摩擦损失为124J/kg. 求泵的有效功率。,解：分别取1-1截面和2-2截面，列伯努利方程U2=(4m)/ (d2)=(410)/3.148900.0782=2.35m/sgZ1 + u12/2 + p1/ + we= gZ2 + u22/2 + p2/+ wfwe= gZ2 + u22/2 + p2/+wf = 9.8133+2.352/2+2100000/890+124=323.73+2.76+2359.55+124=2810 J/kgNe =m we=102810=28100w=28.1kw答：泵的有效功率为28.1kw。,补充题,有一垂直的管道，内经由300渐缩至200，水由下而上在管中流动，测得粗管口p1=150kPa细管口p2=100kPa, 两测压点间垂直距离4.5m，若摩擦阻力忽略，试求水的体积流量。(m3/s),解：Z1=0 , Z2=4.5m , P1= 150KPa , P2=100KPa , he=0 , hf=0 V=Au=(d12/4)u1= (d22/4)u2= d12u1= d22u2 , u1=( d22/ d12) u2=(0.32/0.22) u2=2.25 u2代入方程解之：u1=1.7m/s u2=3.83m/sV=0.12m3/s=432 m3/h答：水的体积流量432m3/h,1、3.5 摩擦阻力的计算,摩擦阻力损失由两部分组成 直管阻力和局部阻力。流体流经直管时的机械能损失称为直管摩擦损失。摩擦损失只发生在管件等局部位置故称局部摩擦损失。,阻力符号： wf J/kg，hfm , PPa,1、直管摩擦损失计算通式：,wf=Lu2/2d hf=Lu2/2dg P=Lu2/2d P=ghf hf= wf/g P=ghf=g2 wf,（1）层流时的值： =64/ Re ， Re=du/（2）湍流时的值： 可用查图法求，也可用公式法求。查图法： 需要Re和/d 用45页的图132。练习： Re=8105 ， /d=0.001 ， Re=3104 ，/d=0.003 ，公式法： 柏拉修斯公式 =0.3164/Re0.25 （2100Re105）,=0.02,=0.03,摩擦系数或摩擦因数,上图所示 是对数坐标,共分四个区:1、层流: Re小于2000, =64/Re, 是直线, 与e/d无关。2、过渡区: Re在2000和4000间, 由湍流线延伸线查得。3、湍流: Re大于4000, 虚线以下部分。高度湍流区: 虚线以上部分, 与Re无关, 只与有关。,2、局部摩擦损失的计算,局部摩擦损失的计算有两种方法其一当量长度法，其二局部阻力系数法。当量长度法用当量长度共线图在49页,练习,截止阀全开 d=100mm , Le=12.5m方角弯头 d=60mm , Le=2m 总阻力 wf=(L+Le) u2/2d,局部阻力系数法,wf=(u2/2)hf=(u2/2g)局部阻力系数可在50页查找。,局部阻力计算,例：1-8 将敞口高位槽中密度870kg/m3、黏度0. 810-3 Pas 的溶液送入某设备 B中。设B中压力为10 kPa（表）输送管道为382.5无缝钢管，其直径段部分总长为10m管路上有一个90标准弯头，一个球心阀（全开）。为使溶液能以4m3/h 的流量流入设备中，高位槽应高出设备多少。,选取高位槽为1-1截面，管出口为2-2截面，列伯努力方程，求高度。,简单管路的计算,例1-9 已知自来水管（无缝钢管）内水压为2105 Pa（表），现需从该处引出一支管将20 自来水以3m3/h 的流量送至1000 m的用户（常压），管路上有10个90 标准弯头，2个球心阀（半开），试计算该支管的直径。,例1-11用水塔给水槽供水，如图所示，水塔和水槽均为敞口。已知水塔水面高出管出口12m，输水管为1144，管路总长100m,(包括所有局部阻力的当量长度)管的绝对粗糙度=0.3 水温20C。试求管路的输水量。（体积流量）,流量计的使用转子流量计作业88页13题 （标准阀=球心阀）主要符号说明p84，牢记20个符号、意义、单位,一、用泵将敞口碱液贮槽中的碱液送往吸收塔顶 , 经莲蓬头喷淋。已知碱液贮槽的碱液深度为 1 m, 槽底至莲蓬头出口的垂直距离为9 m,输送管路为852.5钢管,碱液从莲蓬头喷淋的静压强为0.5 atm(表压),碱液的密度=1100 kg/m3粘度为0.025Pa*s，计算长度l+le=30 m,碱液的流量为36000 kg/h,若泵的效率为 55%,问该泵的实际功率应为多少kW? 作图求解 。,二、某石油化工厂用1084的钢管,每小时输送密度为900 kg/m3、粘度为80 mPaS的油料20 t,已知管路的总长度l+le=160 km,管路允许压力为60atm管路为水平安装,问需要几个加压站?,第三章 流体输送机械,（一）教学目标：1.掌握离心泵的工作原理、特性曲线及流量的调节2.熟悉离心泵有关安装高度的计算、类型及选用3.熟悉往复泵的工作原理、类型及流量调节4.了解气体输送机械的工作原理,3、1 概述,通常把输送液体的机械称为“液泵”或“泵”。把输送气体的机械称为“风机”或“压缩机”。将某封闭空间的气体抽去，使之形成负压的机械叫“真空泵”。,流体输送机械的分类,1、按输送流体的相态分输送流体的泵，离心泵 ，往复泵等 输送气体的机 。通风机 ，鼓风机 ，压缩机等 2、按机械原理分 速度式 容积式 详见表2-1,3、2 速度式流体输送机械,速度式流体输送机械离心泵为什么能产生能量离心泵输送流体的工作原理是利用叶轮高速旋转，其中的叶片对流体作功，从而使流体的静压能和动能均有所增加。,离心泵的结构,离心泵的结构分：1、旋转部分（叶轮、转轴） 2、静止部分（吸入室、 蜗壳）,离心泵工作原理,离心泵内的液体通过离心力的作用获得能量。当液体由叶轮中心甩向外周时，吸入室内形成低压，使被输送液体的液面和吸入室之间形成了一个压差，在该压差的作用下液体经吸入管源源不断的进入泵内。,离心泵分类,目前使用最多的常用类型有：1、水泵 2、耐腐蚀泵 3、油泵 4、杂质泵 。,离心泵的性能指标,四个主要指标1、流量（定义） ，符号Q ,单位 （m3/s）2、扬程（压头） ，符号H , 单位 （m）离心泵的扬程或压头H是指单位质量液体通过泵获得的有效能量。3、功率（定义） ，符号N , 单位 （W）功率分为有效功率和轴功率，经过泵或风机后获得的真实功率称为有效功率，Ne轴功率Na为购买泵时标注功率。一般轴功率有效功率。= Ne/Na4、效率（定义） ，符号 , 效率反映了能量的损失程度。,离心泵的三条特性曲线,曲线的形状和变化趋势（压头流量）（功率流量）（效率流量）,离心泵的工作点和流量调节,1、管路的特性曲线流体通过某一特定管路所需要的压头与流量的关系。该关系可用方程表示: he=A+BQ2 2、离心泵工作点的确定：将离心泵的H-Q与管路的特性曲线he-Q绘在一张图上，则两曲线的交点M就是离心泵工作点。此时，离心泵的流量和压头与管路所需要的流量和压头一致。书上例题2.1，分析题意,离心泵的安装和选用,1、离心泵的气蚀定义及危害2、离心泵的气蚀余量最小气蚀余量，允许气蚀余量 ，3、安装高度最大安装高度 ，允许安装高度 ，实际安装高度。4、离心泵的气缚定义及危害,容积式的流体输送机械,1、往复泵的工作原理2、往复泵的优点及用途、适应范围3、往复泵的结构主要由两部分组成其一、把机械能转换为液体压力能的液力端（液缸体、活塞、吸入阀、排出阀）其二、将原动机的能量传给液力端的传动端（曲柄、连杆、十字头等）,往复泵的工作原理图往复泵的特点及分类,流体输送机械的特点,1、速度式流体输送机械的特点2、容积式流体输送机械的特点3、图示各类泵的适应范围,第四章、热量传递基础,教学目标：1.理解传导传热和对流传热的传热机理,掌握基本方程及其应用2.学会有关传热问题计算的基本方法3.了解强化和抑制传热过程的途径4.掌握圆形直管中对流给热系数的计算5.了解热交换器的基本结构和性能,4、1 概述,热是能量的一种形式，热量是对热在传递过程中的度量，它是一个过程量而非状态量。只要有温差就会有热量传递。热量是自发的从高温向低温传递。,4、1.1基本概念,1、传热速率 符号Q 单位W 表达式 Q=t/R=过程推动力/过程阻力2、热通量 符号q 单位W/m2 表达式 q=dQ/dA3、 潜热包括：汽化热、 凝结热、 升华热 、溶解热、 结晶热、 稀释热等 表达式 Q= m4、 显热表达式 Q= mCpt5、稳态传热与非稳态传热6、温度场与温度梯度,4、1.2 热量传递的三种基本方式,热量传递的三种基本方式为：传导传热、对流传热、辐射传热。以上3种传热的定义、微观机理、主要发生在的物体及状态。,4、2 热传导,4、2.1 热传导的基本定律傅利叶定律傅利叶定律的定义及一维问题的表达式q=-dt/dx 其中：是导热系数,导热系数的定义及单位及计算方法,1、定义：导热系数的物理意义为物体两个面间温差为1K，厚度为1m，每秒经过1m2，传热面积所能传导的热量。2、导热系数的单位：W/mC 或 W/m K 3、导热系数的取值可查附录表，从表中知气液固4、一般来说,金属的随温度升高而变小,大多数非金属固体的随温度升高而变大。,稳态的热传导,1、通过平面壁的热传导单层平面壁的热传导 多层平面壁的热传导2、通过圆筒壁的热传导单层圆筒壁的热传导 多层圆筒壁的热传导,通过平面壁的热传导,（1）单层平面壁的热传导的计算公式为Q=(/b)At=t/ R ， 其中R= b /A （R为热阻）（2）多层平面壁的热传导的计算公式为Q=,多层平面壁的热传导的计算公式,Q=,补充题 若炉灶的炉壁顺序地由厚24cm的耐火砖（=0.9w/mk）,12cm的绝热砖（=0.20w/mk）和24cm的建筑砖（=0.63w/mk）砌成，传热稳定后，耐火砖的内壁温度为940C，普通砖的外壁温度为50C.试求各砖层交界面的温度。（做图求解）作业235页第一题,通过圆筒壁的热传导,（1）单层圆筒壁的热传导计算公式为 （2）多层圆筒壁的热传导计算公式为,例41,为了减少热损失和保证安全工作条件，在外径为159mm的蒸汽管道上包覆保温层。蒸汽管道外壁温度为300C 。保温材料为水泥珍珠岩制品，水泥珍珠岩制品的导热系数随温度的变化关系为=0.0651+0.000105t，其中，的单位（W/mK），要求包覆保温层后外壁温度不超过50C，并要求将每米长度上的热损失控制在300W/m，则保温层的厚度为多少？,解：保温层平均工作温度为t=(300+50)/2=175C 由此得保温层的导热系数=0.0651+0.000105175 =0.0835（W/mK）In(r2/r1)=2(t1-t2)/(Q/L)In(d2/d1)=2(t1-t2)/(Q/L)In(d2/0.159)=23.140.0835(300-50)/(300)d2=0.246m保温层的厚度为（0.246-0.159）/2=0.0435m=43.5mm,4、3 对流传热,4、3.1 概述1、 对流传热的定义：不同温度的流体之间，流体与壁面之间做整体相对位移所发生的热量传递过程称为对流传热2、牛顿冷却公式：Q=At 或 q=t,研究对流传热的主要目的,1、揭示对流传热的影响因素和内在联系，2、确定对流传热系数的具体表达式。影响对流传热（影响对流传热系数）的因素可以分为5个方面流体的相态变化 ； 引起流动的原因 ； 流体的流动状态 ；流体的物理性质；传热面的几何因素。,对流传热系数的计算公式,对于单相流体对流传热，对流传热系数主要与下列因素有关（u、L、Cp、gt。）因此=f（u、L、Cp、gt）无因次准数Nu Re Pr Gr( 准数名称、定义式、物理意义 表42)准数方程的建立、推导、定性温度、特性长度、特性速度、使用条件。,管内强制对流传热,管内强制对流存在三个不同的区域Re10000 湍流 2300 Re10000过渡状态在三个区域内流体的对流传热规律不同。,流体在圆形管道内做湍流时对流传热系数的计算,Nu=Nu=L/=d/ ; =Nu* （ /d）=0.023 重要的是该公式的适应条件：1、流体在圆形管道内 2、湍流流动Re100003、当流体被加热时n=0.4，当流体被冷却时n=0.3 4、流体与管壁温差不大 5、Re=1*1041.2*105 Pr=0.71206、L/d60 7、特性长度是管内经d 8、定性温度是平均温度,流体管道内不同流动状态下的对流传热系数的计算,1、流体在圆形管道内做湍流时的对流传热系数的计算 2、流体在圆形管道内呈过渡状态时的对流传热系数的计算 3、流体在圆形管道内做层流时的对流传热系数的计算 4、流体在圆形弯管内流动时的对流传热系数的计算 5、流体在非圆形管道内流动时的对流传热系数的计算作业：235（5、）,有空气层的传导传热公式,冷凝与沸腾传热,1、冷凝传热 冷凝的种类 ： 膜状冷凝 珠状冷凝珠状冷凝的传热系数比膜状冷凝高几倍到几十倍工业冷凝器设计一般都是按膜状冷凝 考虑冷凝传热过程中，ReL1800层流 ， ReL1800湍流。,冷凝传热,1、纯蒸汽在竖壁上进行层流膜状冷凝时的对流传热系数的计算适应条件：1、纯蒸汽 2、在竖壁上冷凝 3、膜状冷凝 4、产生的液膜呈现稳定的层流（ReL1800层流 ）,2、纯蒸汽在竖壁上进行湍流膜状冷凝时的对流传热系数的计算3、水平单管和管束外的冷凝传热（冷凝液膜流动处于层流状态） 适应条件：1、纯蒸汽 2、在水平壁或管束上冷凝 3、膜状冷凝 4、产生的液膜呈现稳定的层流（ReL1800层流 ）例4-6 首先推导雷诺数的表达式，再讲解例题。 作业235（ 10、11、 12）,第5章 传热过程计算与换热器,换热器的分类与形式介绍各种换热器，重点介绍列管式换热器,间壁式换热器中的传热过程分析,该过程分为三个部分：1、热流体以对流传热的方式将热量传至固体壁面。2、热量以热传导方式由间壁的热侧面传到冷侧面。3、冷流体以对流传热的方式将间壁传来的热量带走。,传热过程理论,1、 传热过程的基本方程 Q=mhcph(th1-th2)=mccpc(tc2-tc1)=mr 2、总传热速率方程 Q=KAtm K: 总传热系数 A:总传热面积 tm传热过程中的平均温差,K: 总传热系数的计算,以传热的外表面做为基准用K0 (用5-16)以传热的内表面做为基准用Ki (用5-17) 表面积不加说明的用K (用5-18)例题5-1 作业277页（1、3、）,tm传热过程中的平均温差的计算,恒温差的计算tm=T-t 变温差的计算1、并流和逆流的传热温差 tm=（t1-t2）/ln(t1/t2),补充题：在某规定尺寸的套管换热器中，热流体与冷流体并流换热。热流体的进出口温度分别为120和70，冷流体的进出口温度分别为20和60。若换热器及其他条件不变，将并流改为逆流，试求冷热流体的出口温度？,补充题：在某规定尺寸的套管换热器中，热流体与冷流体并流换热。热流体的进出口温度分别为120和70，冷流体的进出口温度分别为20和60。若换热器及其他条件不变，将并流改为逆流，试求冷热流体的出口温度？,第七章 质量传递基础,1、质量传递的定义 ： 2、质量传递的推动力：3、常见的传质单元操作 ：,相组成的表示法,1、质量分数和摩尔分数2、质量比和摩尔比3、质量浓度和摩尔浓度,例题 作业,在20的常压下，测得1kg水中含氨0.02Kg ,此时液面上的平衡分压为1205Pa.。求氨在气、液相中的摩尔分数、摩尔浓度、摩尔比。(x ,y ,X ,Y , CAL ,CAG ),第八章 气体吸收,1、气体吸收的定义：分离气体混合物的单元操作。2、气体吸收的依据：混合物中各组分在液相中的溶解度的差异。3、气体吸收的设备：填料吸收塔 板式塔4、有关术语：5、吸收在工业生产中的应用：,吸收过程分类,1、按性质分物理吸收：溶质组分从气相转移到液相，没有明显的化学反应. 如 洗油吸收苯, 水吸收二氧化碳等.化学吸收： 吸收过程有明显的化学反应.化学吸收比物理吸收复杂得多，不仅仅要考虑到气液平衡关系，还要考虑化学反应速率及化学平衡.,2、按吸收的组分数分 单组分吸收：吸收一种物质 多组分吸收：同时吸收两种以上物质3、按吸收的温度变化分 等温吸收 非等温吸收我们研究的是低浓度单组分的等温物理吸收.,吸收的相平衡基础,1、气-液平衡关系气-液平衡关系的定义平衡分压的定义 平衡浓度的定义 溶解度的定义,亨利定律,亨利定律是稀溶液重要的经验定律，在低压和一定温度下，气、液相达平衡状态时，可溶气体在气相中的平衡分压与溶质在液相中的浓度之间的关系。1、数学表达式有三种形式2、三个系数之间的关系式,吸收过程模型,最经典、最易理解的是双膜理论，1927年路斯易霍夫迈提出的.(85年)双膜理论认为：当气体与液体接触时，即使流体的主体是湍流，但气液两相界面处仍分别存在有稳定的气膜和液膜（层流）, 吸收过程是吸收质分子从气相主体运动到气膜，再以分子扩散的方式通过气膜到达气液相界面，在界面处吸收质溶入液相，再从液面界面处以分子扩散形式通过液膜而进入液相主体.,基本要点有四：1)气液两相间有一稳定界面，界面两侧各有一气膜和液膜，不论流体主体流动状况如何，气、液膜中总是层流，吸收质分子以分子扩散的形式通过气、液两膜.2)在相界面处，气液两相处于平衡状态，满足平衡关系.3)在气膜和液膜以外的流体主体中，流体运动状态为湍流，溶质组分在主体中的浓度均匀一致，无浓差，无传质阻力.4)若气相主体吸收质分压为PG，界面气膜吸收质分压为Pi，则推动力为，PG-Pi, 液相吸收推动力为Ci-CL.,传质速率方程,由双膜理论可知气相传质速率方程：NA=kG(PG-Pi)=kY(y-yi) kY=kGP液相传质速率方程：NA=kL(Ci-CL)=kx(xi-x) kx=kLC,总传质速率方程,气相总传质速率方程：液相总传质速率方程：,界面浓度求取,1、如何表示界面浓度2、用何公式计算界面浓度,传质阻力分析,1、为什么要分析阻力2、用什么表示阻力3、总阻力和分阻力4、气膜阻力控制条件5、液膜阻力控制条件,吸收塔计算,吸收塔分为板式塔和填料塔，本章主要讨论填料吸收塔。吸收塔内的气液两相的流动方式，有并流和逆流两种，逆流吸收平均推动力大，通常生产都采用逆流吸收。,吸收塔计算内容,1、吸收剂用量2、吸收剂出塔浓度3、填料塔填料层高度,全塔物料恒算,作图表示：物料流向、物料名称、物料符号。对全塔进行物料恒算得：GB(Yb-Ya)=Ls(Xb-Xa)各项及各符号的意义和单位吸收操作时，表征吸收程度有两种方式：吸收率、残余浓度,操作线方程及操作线,何为操作线方程，如何得到操作线方程。操作线的形状、操作线的作用、推动力的表达形式。,练习题：在填料层高为10米的塔内用纯吸收剂吸收混合气中的溶质。混合气中的溶质的浓度5%（体积分数）混合气入塔流率为0.04kmol/(m2 .s),吸收剂的流率为0.05 kmol/(m2 .s).已知操作条件下相平衡关系为y=0.8x ，气相总传质系数Kya=0.32G0.7 kmol/(m3 .s) 若吸收率在95%以上，问该塔能否满足要求？,第九章 蒸 馏,蒸馏是属于传质过程，是分离液体混合物的单元操作。依据混合物中各组分挥发度的不同，沸点的高低。蒸馏过程的分类：根据被蒸馏混合物的组分数，二元蒸馏和多元蒸馏。根据过程的是否连续，间歇蒸馏，连续蒸馏。根据操作压力，常压蒸馏， 减压蒸馏， 加压蒸馏。根据操作方式，简单蒸馏 ，平衡蒸馏 ， 精馏。我们主要讨论 常压下二元组分连续精馏,二元物系的气液相平衡,对于二元组分蒸馏可分为：轻组分（易挥发组分）和重组分（难挥发组分）。相平衡的主要表现形式：t-x-y x-y 相图。t-x-y相图的形式、内容、功能。三个区（气相区、液相区、气液两相区）、 两条线（t-x 泡点线 、 t-y露点线） tb泡点温度 td露点温度,理想物系的气液平衡,1、拉乌尔定律2、道尔顿分压定律3、安托因方程例9-1分析：利用已知条件求x ,y ,然后描点做t-x-y相图，x-y相图。,挥发度和相对挥发度,1、挥发度的定义2、相对挥发度的表达式3、二元物系气液平衡方程非理想物系的气液平衡重点介绍乙醇和水体系,简单蒸馏,简单蒸馏的定义、生产流程及设备、计算公式原料液 残留液 馏出液W1 W2 WD=W1-W2 x1 x2 xD=(W1x1-W2x2)/(W1-W2),平衡蒸馏,平衡蒸馏的定义、流程及设备、计算公式原料液 蒸汽量 塔底液F V LxF y xF=V+L FxF=Vy+Lx y=-(L/V)x+FxF/V若F=1kmol L=qkmol V=(1-q)kmol,精 馏,精馏定义、设备及流程、术语（精馏段、提馏段、进料板、塔顶液体、塔底液体、回流液体、气相组成、液相组成、）理论t-x-y相图 蒸汽部分冷凝 液体部分气化,常压下二元组分连续精馏,全塔物料衡算例9-5 作业144 （4）,