1、盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日1化工原理盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日2化工原理复习要点化工原理复习要点1.流体流动及输送流体流动及输送2.传热过程传热过程3.吸收吸收4.精馏精馏盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日31.流体流动及输送流体流动及输送1、一个前提：稳定流动，本章仅研究稳定流动的问题。、一个前提：稳定流动，本章仅研究稳定流动的问题。2、两个物性参数：密度、两个物性参数：密度、粘度粘度，本章中密度、粘度一般作，本章中密度、粘度一般作常数处理。常数处理。牛顿粘性定律牛顿粘性定律 或FddddAF dd-比例系数，即流体
2、的粘度，单位Pa.s-剪应力，单位为Padd-速度梯度，s盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日4),(Tpf液体:)(TfT 气体:一般)(TfT 超高压),(Tpfp 粘度的物理本质粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。2.粘度的单位粘度的单位SI制：Pas 或 kg/(ms)物理制：cP(厘泊）换算关系1cP10-3 Pas盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日5通常流体粘度通常流体粘度随温度随温度t的变化规律为：的变化规律为：（）At升高、升高、减小减小 Bt升高、升高、增大增大C对液体对液体t升高升高增大，对气体则相反增大，对气体则相反D对液
3、体粘度对液体粘度t升高升高减小，对气体则相反减小，对气体则相反.D3.压强压强压强有不同的单位和表示方式压强有不同的单位和表示方式 1atm=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O=101.3kPa=1.033kgf.cm2表压表压=绝对压力绝对压力-大气压力大气压力真空度真空度=大气压力大气压力-绝对压力绝对压力压力测量：压力测量：压差计压差计盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日61.某设备的表压强为某设备的表压强为100kPa，则它的绝对压强为，则它的绝对压强为 kPa；另一设备的真空度为另一设备的真空度为300mmHg，则它的绝对压强，则它的绝对压强为
4、为 。（当地大气压为。（当地大气压为101.33 kPa）。）。答案：答案：201.33，460mmHg4.流体流动形态流体流动形态 层流层流（或滞流滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合；湍流湍流（或紊流紊流）：流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日7判断流型判断流型Re2000时，流动为层流，此区称为层流区；Re4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；2000 Re 4000 时，流动可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定
5、的过渡区。.流体在圆管内的速度分布流体在圆管内的速度分布流型判据流型判据雷诺准数雷诺准数 无因次数群dRe盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日8管中心流速为最大，即r0时，umax.u2max.1Rruu管截面上的平均速度:max.uRrdruAVuRS21220即层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2。即流体在圆形直管内层流流动时，其速度呈抛物线分布。221max4)(Rlppu盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日9nRruu1max.湍流速度分布的经验式：max82.0uAVuS流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是流体在圆形直管中作滞流流动时
6、，其速度分布是 型曲线。型曲线。其管中心最大流速为平均流速的其管中心最大流速为平均流速的 倍，摩擦系数倍，摩擦系数与与Re关系为关系为 ；而湍流时，流体管中心最大流速为平均流；而湍流时，流体管中心最大流速为平均流速的速的 倍。倍。盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日10离心泵的主要部件有离心泵的主要部件有 、和和 。其特。其特征曲线有征曲线有 、。.离心泵的结构离心泵的结构.叶轮，泵壳，泵轴，叶轮，泵壳，泵轴，H-qv,Pa-qv,-qv.计算计算管路计算的基本关系式管路计算的基本关系式是是连续性方程连续性方程，柏努力柏努力方程（包括静力学方程）方程（包括静力学方程）及及能量
7、损失计算式能量损失计算式（含（含的确定）。的确定）。盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日11常数AAA.2211连续性方程连续性方程：2121221ddAAuu例例 在稳态流动系统中在稳态流动系统中,水连续地从粗管流入细管水连续地从粗管流入细管.粗粗管内径为细管内径的两倍管内径为细管内径的两倍,求细管内水的流速是粗管求细管内水的流速是粗管的若干倍的若干倍?倍倍盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日1224dvq流速与流量流速与流量gpgZ12112gpgZ22222理想流体的柏努利（理想流体的柏努利（Bermoulli)方程方程(B.E)盐城师范学院化工原理化
8、工原理2022年12月4日星期日13fHpgZHegpgZ2222121122实际流体存在流动磨擦阻力，则./gHevqepapPa,pe分别为实际功率（轴功率）和理论功率，单位为-输送机械的效率流体输送所需功率是指单位时间耗用的能量，可按下式求算流体输送所需功率是指单位时间耗用的能量，可按下式求算盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日14gvdlelHf2)(2流动阻力计算式：流动阻力计算式：)(Re,d管进口及出口管进口及出口进口：流体自容器进入管内。进口进口=0.5 进口阻力系数进口阻力系数出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外空间。出口出口=1 出口阻力系数出口阻力
9、系数 盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日15 每小时将每小时将104kg、45氯苯用泵从反应器氯苯用泵从反应器A输送到高位槽输送到高位槽B（如图所示）管出口处距反应器液面的垂直高度为（如图所示）管出口处距反应器液面的垂直高度为15m，反应器液面上方维持反应器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方为大的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为气压，管子为76mm4mm、长、长26.6m的不锈钢管，管壁的不锈钢管，管壁绝对粗糙度为绝对粗糙度为0.3mm。管线上有两个全开的闸阀、。管线上有两个全开的闸阀、5个个90标准弯头。标准弯头。45氯苯的密度为氯苯的密度为1075 k
10、gm-3，粘度为，粘度为6.510-4 Pas。泵的效率为。泵的效率为85%，求泵的轴功率。附：各局，求泵的轴功率。附：各局部阻力系数部阻力系数 全开闸阀全开闸阀 1=0.17 90o标准弯头标准弯头 2=0.75摩擦系数计算式摩擦系数计算式25.0Re3164.0盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日161.解：如图，取解：如图，取1-1、2-2界面，以界面，以1-1截面为截面为基准面基准面21,2222211122feHguHgpHguHgpp1=26.7kPa（绝压），（绝压），H1=0,u1 0 p2=101.3kPa（绝压）（绝压）H2=15m 133410583.2
11、36001075101smqV123271.0068.0410583.2smu盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日1754108.0105.6107571.0068.0eR21,222122feHguzgppH弯闸进直局直,21,52fffffffhhhhhhh25.0525.0)108.0(3164.0Re3164.0=0.0188盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日18gudlhf22,直直81.9271.0068.06.260188.02=0.189m 81.9271.0)75.0517.025.0(2,局fh=0.1179m 1179.0189.08
12、1.9271.01581.9107510)7.263.101(23eH=22.41m 盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日19Pe=HeqV g=22.41 2.583 10-3 1075 9.81=0.61 103W Pa=kWWNe72.010717.085.01061.033盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日202.传热过程传热过程、热传导基本方程：傅立叶定律、热传导基本方程：傅立叶定律ddtAQddtAQ或 的意义的意义、平壁的定态热传导、平壁的定态热传导盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日21 导热系数：导热系数：导热系数又是物
13、质导热能力的标志，其物理意导热系数又是物质导热能力的标志，其物理意义为当物体两个面义为当物体两个面(等温面等温面)间温差为间温差为1 K，厚度为，厚度为1 m时，时，每秒经过每秒经过1 m2传热面积所能传导的热量传热面积所能传导的热量J；其单位为；其单位为J(mKs)-。物质的导热系数用实验测定。良导热体与。物质的导热系数用实验测定。良导热体与绝热体的导热系数值相差很大绝热体的导热系数值相差很大(可达一万倍可达一万倍)各种材料中，各种材料中，金属金属具有较大的导热系数，其中以具有较大的导热系数，其中以银和铜银和铜的导的导热系数值最高，但金属中夹有少量杂质后，其导热系数值有热系数值最高，但金属中
14、夹有少量杂质后，其导热系数值有显著变化。绝热材料的导热系数较小，与其孔隙度有很大的显著变化。绝热材料的导热系数较小，与其孔隙度有很大的关系，这是因为不发生对流的空气有很好的绝热能力。液体关系，这是因为不发生对流的空气有很好的绝热能力。液体的导热系数并不大，的导热系数并不大，气体的导热系数最小气体的导热系数最小盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日22质地均匀的固体的导热系数与温度间近似地存在直质地均匀的固体的导热系数与温度间近似地存在直线关系：线关系：)1(0t式中式中 0,0,t固体时的导热系数，固体时的导热系数，W/(mK)；a 温度系数。温度系数。对大多数金属材料对大多数
15、金属材料a 0 ，t 液体液体 一般来说，纯液体的大于溶液一般来说，纯液体的大于溶液 t （除水和甘油）（除水和甘油）气体气体 t 金属固体 非金属固体 液体 气体 盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日23RTAbtQ)/()/()(1332211AbTbbbAtRitQ、圆筒壁的传热传热、圆筒壁的传热传热122121ln1)(2ln1)(212ddttlrrttlQ、平壁的定态热传导、平壁的定态热传导盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日24nnrrntlrrrrrrttlQ134323212141ln12ln1ln1ln1)(2、总传热速率方程、总传热速率
16、方程mtKAQ、K及及tm 盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日25当流体被加热时：当流体被加热时：4.08.0PrRe023.0d当流体被冷却时：当流体被冷却时：3.08.0PrRe023.0dmtKAttttKAtTtTtTtTKAQ212122112211lnln)()(22111221111111dddbddAdAdAbdAKmm盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日26、热量衡算式、热量衡算式 通过三层平壁的定态传导过程，各层界面接触均匀，通过三层平壁的定态传导过程，各层界面接触均匀，第一层两侧温度为第一层两侧温度为120和和80，第三层外表面温度，
17、第三层外表面温度为为40，则第一层热阻，则第一层热阻R1与第二、三层热阻与第二、三层热阻R2，R3的大小为：的大小为：（）A.R1（R2+R3）B.R1（R2+R3）C.R1=（R2+R3）D.无法确定无法确定)()(12222111ttcqTTcqQPmpm盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日27 有一套管式换热器，内管为有一套管式换热器，内管为18010mm的钢管，内管中的钢管，内管中有质量流量为有质量流量为3000Kg/h的热水，从的热水，从90 冷却到冷却到60 ，环，环隙中冷却水从隙中冷却水从20 升到升到50 ，总传热系数，总传热系数K=2000W/（m2 ）。试
18、求：）。试求：（1）所需冷却水用量）所需冷却水用量热水的比热容取热水的比热容取4.191103J/(kg)，冷水比热容取，冷水比热容取4.174103J/(kg)，忽略热损失忽略热损失；（2）并流流动时平均温度差；）并流流动时平均温度差；（3）并流时所需传热面积。）并流时所需传热面积。盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日28 W1005.1)6090(10191.436003000)(532111TTcqQpmkg/h 3012)2050(10174.436001005.1)(351222ttcQqpm10 0750 2060908.301070ln0170mt25mm 7.
19、18.3020001005.1tKQA解解(1)热负荷冷却水消耗量 （2）（3）传热面积 盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日293.吸收吸收物理吸收是一个物理化学过程，吸收的极限取决于当时条件下吸收质在吸收剂中的溶解度，吸收速率主要取决于吸收质从气相主体传递进入液相主体的扩散速率。降温加压降温加压有利于吸收有利于吸收。盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日30一、亨利定律一、亨利定律盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日31）E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体）H的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体，HT）m的讨论：m大，
20、溶解度小，难溶气体 mT mp盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日32二、双膜理论二、双膜理论（2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。（3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以 涡流扩散的形式传质。（1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存 在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，A以分子扩 散方式通过气膜和液膜。盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日33gklHkGK111如值较大，得如值较大，得kg吸收过程的总阻力主要由气膜阻力所构成，过程称为吸收过程的总阻力主要由气膜阻力所构成，过程称为气膜控制气膜控制同理可得：同理可得：lkgkHLK11如值较小如值较小k
21、l 即过程为即过程为液膜控制液膜控制盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日34物料衡算物料衡算VYLXVYLX2222XXYYVL)(22XVLYXVLY2,YV1,XL2,XL1,YVYV,XL,逆流吸收塔物料衡算)21)()21)(XXLnqYYVnq五、填料吸收塔的计算五、填料吸收塔的计算盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日35液气比液气比Y1L/VBB*min)(VL最小最小液气比液气比min)(0.21.1(VLVL2121min)(XmYYYVL盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日36212122112211lnln)()(YYY
22、YYYYYYYYYYm低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为 12*YYYYYdYaKGZ12*XXXXXdXaKLZ及GGHNZLLHNZ盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日37若总吸收系数和吸收系数间的关系可表示为若总吸收系数和吸收系数间的关系可表示为1/KL=H/kg+1/kl,当当 项可忽略时，表示该吸收为液膜控制。项可忽略时，表示该吸收为液膜控制。KgH 吸收速率主要决定于通过双膜的扩散速度，要提高气液两吸收速率主要决定于通过双膜的扩散速度，要提高气液两流体的相对运动，提高吸收效果，则要流体的相对运动，提高吸收效果，则要 （）A.增加气膜厚度和减少液膜厚度增加气膜厚度
23、和减少液膜厚度 B.减少气膜和液膜厚减少气膜和液膜厚度度 C.增加气膜和液膜厚度增加气膜和液膜厚度 D.以上都不正确以上都不正确盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日38炼油厂用三乙醇胺的水溶液为吸收剂，吸收石油炼油厂用三乙醇胺的水溶液为吸收剂，吸收石油气中的气中的H2S，进塔气中吸收质的含量为，进塔气中吸收质的含量为0.03mol(H2S)/mol(惰气惰气)，吸收率要求，吸收率要求98%，气，气液平衡关系为液平衡关系为Y=2.0X,吸收剂进塔时不含吸收剂进塔时不含H2S，出塔时的含量出塔时的含量0.013mol(H2S)/mol(吸收剂吸收剂),过程过程的气相体积吸收总系数
24、的气相体积吸收总系数KYa可取可取0.02kmolm-3s-1,惰气的流速为惰气的流速为0.012 kmolm-2s-1，试求填料塔，试求填料塔的填料高度的填料高度.P232 5-17盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日39Y1=0.03 Y2=0.03(1-0.98)=610-4 X1=0.013 X2=0 mGYYYn21aAKVhYG根据公式 H=hGnG 344221122111079.10106026.003.0ln)0106()026.003.0(ln)()(YYYYYYYYYm盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日40maAKVhYG6.002.
25、0012.0H=0.616.42=9.85m 42.161079.110603.03421YmYYnG盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日414.精馏精馏本章主要内容为理想双组分互溶体系连续精馏，本章主要内容为理想双组分互溶体系连续精馏，常压，常压，泡点进料泡点进料 q=1 露点进料露点进料q=0。蒸馏蒸馏(包括精馏包括精馏)是利用物系在发生相变过程是利用物系在发生相变过程中中组分间的挥发性的差异组分间的挥发性的差异，将液体混合物中，将液体混合物中各组分分离的操作。各组分分离的操作。盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日42一、气液平衡关系式一、气液平衡关系式
26、=PA0/PB0 盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日43二、操作线方程与进料线方程二、操作线方程与进料线方程精馏段操作线方程精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：提馏段操作线方程：三、回流比三、回流比R、理论塔板数、理论塔板数NT 当当D=0 则：则：R=NT=NTmin DnnxVDxVLy1DnnxRxRRy1111WmmxVWxVLy1可得：qFLLFqVV1WqFLWxxWqFLqFLyWnn1盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日44当精馏段操作线，提馏段操作线，泡点进料线三线当精馏段操作线，提馏段操作线，泡点进料线三线交点落在平衡线上时。交点落在平
27、衡线上时。则：则：R=Rmin NT=Rmin 的求法：图解法的求法：图解法 fxfyfydxMRNT 的求法：的求法：逐板法、图解法逐板法、图解法 盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日45某连续精馏塔某连续精馏塔,已知其精馏段操作线方程为已知其精馏段操作线方程为y=0.80 x+0.18,则馏出液组则馏出液组xD=_,回流比回流比 0.9，4；精馏塔中由塔顶往下的第精馏塔中由塔顶往下的第n-1、n、n+1层理论层理论板，其气相组成关系为板，其气相组成关系为()。Ayn+lynyn-1 By n十十1 yn yn-1 Cyn+1=yn=yn-1 D不确定不确定B盐城师范学院化
28、工原理化工原理2022年12月4日星期日46例例在连续精馏塔中分离某理想二元混合物。已知原料液流量在连续精馏塔中分离某理想二元混合物。已知原料液流量为为100kmol/h，组成为，组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下（易挥发组分的摩尔分率，下同），饱和蒸汽进料，馏出液组成为同），饱和蒸汽进料，馏出液组成为0.98，回流比为，回流比为2.6。若要求易挥发组分回收率为若要求易挥发组分回收率为96%，试计算：，试计算：(1)釜残液的摩尔流量；釜残液的摩尔流量；(2)提馏段操作线方程。提馏段操作线方程。解：解：(1)釜残液的摩尔流量釜残液的摩尔流量 由由盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日47解得解得 kmol/h由由解得解得 W=51.02 kmol/h(2)提馏段操作线方程提馏段操作线方程 kmol/h 盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日48kmol/h 饱和蒸汽进料，饱和蒸汽进料，q q=0=0kmol/h kmol/h 由由 得得 盐城师范学院化工原理化工原理2022年12月4日星期日49由由
