1、化工原理复习化工原理复习 掌握掌握颗粒和颗粒群特性、影响重力沉降速度因素颗粒和颗粒群特性、影响重力沉降速度因素 掌握掌握降尘室、沉降槽处理能力的数学描述以及旋风分离器的降尘室、沉降槽处理能力的数学描述以及旋风分离器的主要性能；主要性能； 掌握掌握过滤操作的基本概念、过滤基本方程式及恒压恒速过滤过滤操作的基本概念、过滤基本方程式及恒压恒速过滤方程式；了解过滤常数的测定方法；方程式；了解过滤常数的测定方法； 了解了解过滤设备的结构、特点及生产能力的计算；过滤设备的结构、特点及生产能力的计算； 了解了解固体流态化技术在化工生产中的应用。固体流态化技术在化工生产中的应用。 了解了解流化现象、流化形式及
2、流化床的特征、操作范围和影流化现象、流化形式及流化床的特征、操作范围和影响流化质量的因素。响流化质量的因素。 第三章第三章 非均相混合物的分离和固体流态化非均相混合物的分离和固体流态化 2022-5-28北京理工大学珠海学院3重点一：颗粒及颗粒群的特性重点一：颗粒及颗粒群的特性用直径用直径d表示表示颗粒的重要特征：大小和形状颗粒的重要特征：大小和形状1）球形颗粒）球形颗粒体积体积表面积表面积比表面积比表面积球形颗粒球形颗粒2）非球形颗粒）非球形颗粒非球形颗粒非球形颗粒当量直径表示当量直径表示形状系数形状系数(球形度球形度): 表征颗粒的形状与球表征颗粒的形状与球形的差异程度。形的差异程度。一、
3、球形颗粒的自由沉降一、球形颗粒的自由沉降颗粒受力分析重力Fg浮力Fb阻力Fd设颗粒的密度为s，直径为d，流体的密度为， 重力 36gsFdg浮力 36bFdg22duFA24Ad对球形颗粒阻力 22 42duFdgbdduFFFmamdt2332366426ssudgdgdda(a)颗粒开始沉降的瞬间，速度颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此阻力，因此阻力Fd=0，amax 颗粒开始沉降后，颗粒开始沉降后，u Fd ；u ut 时，时，a=0 。等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度ut 称为沉降速度。称为沉降速度。当当a=0时，时，u=ut，代入（，代入（a）式
4、）式233206642tsudgdgd4() 3stdgu沉降速度表达式沉降速度表达式重力 浮力 阻力 01) 1) 滞流区或斯托克斯滞流区或斯托克斯(stokes)(stokes)定律区（定律区（10 10 44ReRet t11） 218stdu斯托克斯公式斯托克斯公式0.6Re0.269stgdtu艾伦公式艾伦公式 3) 湍流区或牛顿定律区（湍流区或牛顿定律区（Nuton）（）（103Ret 2105） 1.74stdgu牛顿公式牛顿公式 2) 过渡区或艾伦定律区（过渡区或艾伦定律区（Allen）（）（1Ret1，萃取时组分萃取时组分A可以在萃取相中浓集，可以在萃取相中浓集， 越大，组分
5、越大，组分A与与B萃取分离的效果越好。萃取分离的效果越好。 kA愈大，愈大，kB愈小，选择性系数愈大愈小，选择性系数愈大 选择性系数表示萃取剂对组分选择性系数表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小溶解能力差别的大小ABSRREEFM作溶解度曲线及辅助线作溶解度曲线及辅助线确定确定F F、S S点点由杠杆定律确定由杠杆定律确定M M 由由M M及辅助线试差法确定及辅助线试差法确定R R、E E由由R R、E E及及SESE、SRSR定定R R、E E 由确定由确定x x图解法图解法（ 已知已知 xF、F、S 求 x ）（1）部分互溶物系）部分互溶物系3.单级萃取的计算，萃取剂的选择及用量的确定
6、ABSRREEFM作溶解度曲线及辅助线作溶解度曲线及辅助线确定确定F点点确定确定R点点连接连接RS交溶解度曲线于点交溶解度曲线于点R 由由R及辅助线确定及辅助线确定E连接连接RE,FS，两线相交于点，两线相交于点M由杠杆定律确定由杠杆定律确定S、E、R的量的量由确定由确定E E相组成相组成连接连接SF并延长至并延长至E得脱溶剂后的量得脱溶剂后的量图解法图解法（ 已知已知 xF、F、 x 求求 S及及E相和相和R相的量、相的量、E相相组成组成 ） 原料量原料量F及组成一定，增大及组成一定，增大S，M向向S点靠近。点靠近。 G点：最大溶剂用量，点：最大溶剂用量，SmaxD点：最小溶剂用量，点：最小
7、溶剂用量，Smin萃取操作萃取操作S应满足下列条件：应满足下列条件：maxminSSSABSFS0RDMEG萃取剂萃取剂极限用量极限用量 ：0maxGSGFFS0minDSFDFS物料衡算：物料衡算：)()(F0XXBYYS0FYXXSBY操作线方程操作线方程SYBXSYBXF0YXXF0Y0操作线方程在操作线方程在Y-X坐标图上为过点（坐标图上为过点（XF,Y0），斜率为），斜率为-B/S的直线的直线 单级萃取操作的操作线方程 （2）完全不互溶物系）完全不互溶物系Y10分配曲线Y0XXF-B/S图解法图解法（已知已知XF、F、Y0，分离要求X，求S ）作分配曲线作分配曲线由由X确定点确定点b
8、，由，由(X，Y0)确定点确定点a连接连接ab，该线斜率为，该线斜率为-B/S 由斜率由斜率-B/S确定确定SabY10分配曲线Y0XXF-B/Sab图解法图解法（已知已知XF、F、Y0，萃取剂用量S，求X)作分配曲线作分配曲线由由(XF，Y0)确定点确定点a由点由点a及斜率及斜率-B/S作操作线作操作线ab交分配曲线于点交分配曲线于点b 由点由点b坐标确定坐标确定X2022-5-28北京理工大学珠海学院43u 1了解干燥操作的分类、基本原理及特点； u 2掌握湿空气的性质、湿度图及其应用； u 3掌握干燥过程的物料衡算和热量衡算；u 4了解常用干燥器的性能及应用范围。本章重点本章重点2022
9、-5-28北京理工大学珠海学院445-1 湿空气的热力学性质和湿度图湿空气的热力学性质和湿度图5-1 -1 湿空气的热力学性质湿空气的热力学性质湿空气湿空气：干空气和水蒸汽的混合物，这种混合物称湿空气。：干空气和水蒸汽的混合物，这种混合物称湿空气。 由于绝干空气的质量在干燥前后没有变化，故湿空气各由于绝干空气的质量在干燥前后没有变化，故湿空气各种有关性质都是以种有关性质都是以1kg绝干空气为基准。绝干空气为基准。1、湿空气中水气分压、湿空气中水气分压 pP = pg + p式中：式中：P 总压，总压，Pa或或kPa pg 绝干空气的分压，绝干空气的分压，Pa或或kPa P 湿空气中水气分压湿空
10、气中水气分压 2022-5-28北京理工大学珠海学院452、湿度、湿度HgvggvvnnnMnMH2918 量量湿湿空空气气中中绝绝干干空空气气的的质质湿湿空空气气中中的的水水蒸蒸汽汽质质量量pPppPpH总622. 02918 若湿空气中的水蒸汽分压等于该温度下水的饱和蒸汽压，若湿空气中的水蒸汽分压等于该温度下水的饱和蒸汽压，即表示空气呈饱和状态，则湿空气的相应湿度称为湿空气的即表示空气呈饱和状态，则湿空气的相应湿度称为湿空气的饱和湿度，即：饱和湿度，即：ssspPpH622. 02022-5-28北京理工大学珠海学院46%100Spp3、相对湿度百分数、相对湿度百分数 在一定的总压下，在一
11、定的总压下，湿空气湿空气中水蒸汽分压中水蒸汽分压 p与同温度下水与同温度下水的的饱和蒸汽压饱和蒸汽压 pS之比的百分数，称为相对湿度百分数，简称之比的百分数，称为相对湿度百分数，简称相对湿度。相对湿度。P=0， =0，表示空气中不含水分，表示空气中不含水分P=Ps， =1，表示湿空气为水汽饱和，表示湿空气为水汽饱和H是湿空气中含水的绝对值，由湿度值不能分辨湿空气是湿空气中含水的绝对值，由湿度值不能分辨湿空气 的吸湿能力的吸湿能力 表示湿空气含水的相对值，表示湿空气含水的相对值， 越小吸湿能力越大。越小吸湿能力越大。偏离饱和空气或绝干空气的程度2022-5-28北京理工大学珠海学院47HpPpS
12、S0 622.u ps 随温度的升高而增加，H 不变，提高 t，气体的吸湿能力增加，故空气用作干燥介质应先预热。uH 不变而降低 t，空气趋近饱和状态。当空气达到饱和状态而继续冷却时，空气中的水份将呈液态析出。 2022-5-28北京理工大学珠海学院484、比容（湿容积）、比容（湿容积）vH绝干气水汽绝干空气湿空气wvvkgmvH绝干气3在常压下，在常压下，vH的计算公式为：的计算公式为：tHfvH, H ，t ，湿容积增大。，湿容积增大。 比容：比容：一定的湿度和压强下一定的湿度和压强下，1kg 绝干空气和相应水汽体积之和。2730.772 1.244273HtvH2022-5-28北京理工
13、大学珠海学院495、比热容、比热容cH 常压下，将常压下，将1kg绝干空气和其所带的绝干空气和其所带的Hkg水蒸汽的温水蒸汽的温度升高度升高1所需的总热量，称为湿热，又称湿空气的比热。所需的总热量，称为湿热，又称湿空气的比热。即即:vgHHcccHCH88. 101. 16、焓、焓H 1kg绝干空气和其所带的绝干空气和其所带的Hkg水蒸汽所具有的焓，称水蒸汽所具有的焓，称湿空气的焓湿空气的焓H ，即：即：vgHHIII HtH249288. 101. 17.7.干燥过程中的物料温度干燥过程中的物料温度 (1)干球温度 t ： 湿空气的真实温度，简称温度( 或 K)。将温度计直接插在湿空气中即可
14、测量。(2) 空气的湿球温度 tw大量、快速流动的空气与少量水接触，达到稳定时（动态平衡），湿球温度计所指示的温度就称为湿球温度2022-5-28北京理工大学珠海学院51H，t的流动不饱和空气t棉棉t1t t10t2twHH1 tW td饱和湿空气饱和湿空气 t = tW = td式中，式中，Hs,td 湿空气在露点下的饱和湿度，湿空气在露点下的饱和湿度，kg/kgps,td 露点下水的饱和蒸汽压，露点下水的饱和蒸汽压，Pa例题例题52 p2531、H-I图图 P坐标轴坐标轴五条线五条线 -等湿线等湿线等焓线等焓线等干球温度线等干球温度线等相对湿度线等相对湿度线水蒸汽分压线水蒸汽分压线512
15、湿空气的湿空气的HI图图等湿线等焓线等温线饱和空气线p-H线2、湿度图的应用、湿度图的应用(1,2,3)1）由测出的参数确定湿空气的状态）由测出的参数确定湿空气的状态 a）水与空气系统，已知）水与空气系统，已知空气的干球温度空气的干球温度 t 和湿球温度和湿球温度tw，确定该确定该空气的状态点空气的状态点A(t, H)。b）水与空气系统中，已知）水与空气系统中，已知 t 和和 td，求原始状态点，求原始状态点A(t, H)。c）水与空气系统中，已知）水与空气系统中，已知 t 和和 ，求原始状态点，求原始状态点A的位置的位置2）已知湿空气某两个可确定状态的独立变量，求该湿空气）已知湿空气某两个可
16、确定状态的独立变量，求该湿空气的其他参数和性质的其他参数和性质 2、湿度图的应用、湿度图的应用(1,2)AtdA%AtBtABAtBtABA=1HI1 间壁式加热和冷却间壁式加热和冷却 若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终保持不变，且为不饱若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。三、湿空气的基本状态变化过程三、湿空气的基本状态变化过程2 间壁式冷却减湿间壁式冷却减湿BA =1HIHAHB 利用上述方法，如果将凝结出来利用上述方法，如果将凝结出来的水分设法除去，再将所得的饱和空的
17、水分设法除去，再将所得的饱和空气加热，则不会恢复原来的状态，而气加热，则不会恢复原来的状态，而空气的湿度小于原空气的湿度，即达空气的湿度小于原空气的湿度，即达到减湿的目的。到减湿的目的。 上述间壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，继续冷却时，水蒸气上述间壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，继续冷却时，水蒸气就在冷却壁面上凝结出来，而且温度不断降低，但空气始终在饱和状态。就在冷却壁面上凝结出来，而且温度不断降低，但空气始终在饱和状态。 例：例：已知湿空气的干球温度已知湿空气的干球温度t=30，相对湿度，相对湿度=0.6，求湿空气的湿度，求湿空气的湿度H，露，露点点td、tas
18、。 %1006 . 0t=30AH=0.016kg/kg干气干气Dtd=21等焓线等焓线Ctas=232022-5-28北京理工大学珠海学院65BAH=0.014673 =100%t=20 t=50 =19%I=58I=88例例2 若常压下，某湿空气的温度为20 ，湿度为0.014673 kg/kg（绝干空气），试求20 及50 ：（1）湿空气的相对湿度。 （2）湿空气的焓。2022-5-28北京理工大学珠海学院66ACH=0.02403 =100%t=27t=50 Bp= f (H)t=28 p= 38000D例例3 若常压下，某湿空气的温度为30 ，湿度为0.02403 kg/kg（绝干空
19、气），试求20 及50 ：（1）分压P。 （2）露点td。（3）绝热饱和温度tasP一、湿基含水量一、湿基含水量w%100湿物料的总质量水分质量w二、干基含水量二、干基含水量X湿基含水量湿基含水量w为水分在湿物料中的质量百分数，即：为水分在湿物料中的质量百分数，即： 湿物料中的水分与绝干物料的质量比表示湿物料中湿物料中的水分与绝干物料的质量比表示湿物料中水分的浓度，称为干基含水量，水分的浓度，称为干基含水量，kg/kg（水（水/绝干物料绝干物料)。X 湿物料中水分的质量湿物料中绝干物料的质量100%wwX1XXw1685-2 -2 5-2 -2 干燥系统的物料衡算干燥系统的物料衡算物料衡算可以
20、计算：物料衡算可以计算：（1）单位时间内从物料中除去水分的质量；）单位时间内从物料中除去水分的质量；W（2）单位时间内空气的消耗量；）单位时间内空气的消耗量；L（3）单位时间内获得干燥产品的质量；）单位时间内获得干燥产品的质量；69一、水分蒸发量一、水分蒸发量 单位时间内从物料中蒸发出水分的质量，称蒸发量，单位时间内从物料中蒸发出水分的质量，称蒸发量，以以W表示，表示，kg/s新鲜空气新鲜空气L，H1湿物料湿物料G1，X1干燥产品干燥产品G2，X2废气废气L，H2 G绝干物料量；绝干物料量；kg/s L绝干空气的流量；绝干空气的流量；kg/s X1，X2干燥前后湿物料的干基含水量；干燥前后湿物
21、料的干基含水量；kg/kg; H1，H2干燥前后湿空气的湿度，干燥前后湿空气的湿度， kg/kg;G1，G2干燥前后湿物料质量流量，干燥前后湿物料质量流量，kg/s70 对水进行物料衡算：对水进行物料衡算：2211LHGXGXLH111 XGG221 XGGWGG1221XXGWL HH21新鲜空气新鲜空气L，H1湿物料湿物料G1，X1干燥产品干燥产品G2，X2废气废气L，H2单位时间内绝干物料的流量，Kg/s单位时间内水分的蒸发量，Kg/s71LWHH21lLWHH121单位空气消耗量单位空气消耗量 ：二、空气消耗量二、空气消耗量 LL每蒸发1kg水分消耗的绝干空气质量，称为单位空气消耗量，
22、kg/kg21XXGWL HH211221HHXXGL72二、干燥产品的质量二、干燥产品的质量G2)1 ()1 (2211wGwGGw1、w2物料在干燥前后的湿基含水量。物料在干燥前后的湿基含水量。注意：注意： G2和和G不同，不同，G2是含有较少水分的湿物料。是含有较少水分的湿物料。735-2 -3 5-2 -3 干燥系统的焓衡算干燥系统的焓衡算空气空气t0, H0, I0预热器预热器干燥器干燥器废气废气t2,H2,I2湿物料湿物料1,X1,I1干燥产品干燥产品2,X2,I2空气空气t1,H1,I1QPQDQLH0、H1、H2分别为空气进出预热器和离开干燥器时的湿度，分别为空气进出预热器和离
23、开干燥器时的湿度，kg/kg绝干气绝干气 ；I0、I1、I2分别为空气进出预热器和离开干燥器时的焓，分别为空气进出预热器和离开干燥器时的焓，kJ/kg绝干气绝干气 ；t0、t1、t2分别为空气进出预热器和离开干燥器时的温度，分别为空气进出预热器和离开干燥器时的温度，；1、2分别为湿物料进、出干燥器的温度，分别为湿物料进、出干燥器的温度，；I1、I2 分别为湿物料进、出干燥器的焓，分别为湿物料进、出干燥器的焓，kJ/kg绝干气绝干气 ；Qp单位时间内预热器消耗的热量，单位时间内预热器消耗的热量，kW；QD单位时间内向干燥器补充的热量，单位时间内向干燥器补充的热量，kW；QL干燥器的热损失速率，干
24、燥器的热损失速率，kW；74LIQLIp01QL IIp()10预热器预热器 的消耗的热量的消耗的热量QpQPLDQIGILQIGIL2211干燥器干燥器 的补充的热量的补充的热量QDLDQIIGIILQ)()( 1212LDPQIIGIILQQQ)()( 1202干燥系统消耗的总热量：干燥系统消耗的总热量：空气空气t0, H0, I075一、焓衡算的基本方程：一、焓衡算的基本方程：QL IIp()10预热器预热器 的消耗的热量的消耗的热量Qp干燥器干燥器 的补充的热量的补充的热量QDLDPQIIGIILQQQ)()( 1202LDQIIGIILQ)()( 1212干燥系统消耗的总热量：干燥系
25、统消耗的总热量：76简化计算：简化计算： 向干燥系统输入的热量用于：向干燥系统输入的热量用于： 加热空气加热空气 蒸发水分蒸发水分 加热物料加热物料 热损失热损失cm可由绝干物料比热容可由绝干物料比热容cs及纯水的比热容及纯水的比热容cw求得：求得：77二、干燥系统的热效率二、干燥系统的热效率干燥系统的热效率定义为干燥系统的热效率定义为蒸发水分所需的热量为蒸发水分所需的热量为忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则：忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则：例题例题55 p261785-2 -4 5-2 -4 空气进、出干燥器的状态变化空气进、出干燥器的状态变化一、等焓干燥过程（绝热干燥过程）一、等焓干燥过程（绝热干燥过程）对干燥器作热量衡算，对干燥器作热量衡算，QL IIp()10 2021()()PDLQQQL IIG IIQ 物料的总水分、平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分之间的关系见图物料的总水分、平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分之间的关系见图示。示。总总水水分分自自由由水水分分平平衡衡水水分分非结合水分非结合水分结结合合水水分分x*x0 x1空气相对湿度空气相对湿度100%物物料料的的含含水水量量0pass
