“化工原理”課程論文參考題目

化工原理課程論文附件一：課程論文封面格式要求。（見(jiàn)下頁(yè)）化工原理課程論文題目：院（系）：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：jEsAa指導(dǎo)教師：熊楚安教師職稱(chēng)：教授4化工原理課程論文附件二：課程論文參考題目“化工原理”課程論文參考題目一、理論研究方面：1、離心力場(chǎng)中的液體靜力學(xué)方程式及其應(yīng)用2、轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量公式的推導(dǎo)及其討論3、“化工原理”課程中各種“準(zhǔn)數(shù)”的歸納與總結(jié)，如：雷諾準(zhǔn)數(shù)、努塞爾特準(zhǔn)數(shù)、普蘭特準(zhǔn)數(shù)、……等等。4、串、并聯(lián)管路；串并聯(lián)電路的比較5、流動(dòng)邊界層，傳熱邊界層，傳質(zhì)邊界層的比較6、三傳現(xiàn)象的類(lèi)似性7、流體流動(dòng)時(shí)的摩擦系數(shù)與流體流過(guò)固體顆粒的阻力系數(shù)的分析比較8、離心泵的葉片安裝角對(duì)泵壓頭的影響9、離心泵的比例定律、切削定律的推導(dǎo)及應(yīng)用10、重力沉降與離心沉降的比較11、旋風(fēng)分離器的并聯(lián)、串聯(lián)操作11、12、恒壓過(guò)濾與恒速過(guò)濾的比較13、非均相混合物分離方法的選擇14、流體輸送方式輸送設(shè)備的歸納總結(jié)15、過(guò)濾機(jī)最佳操作周期的確定16、化工原理課程研究方法的歸納總結(jié)，如：理論分析法、數(shù)學(xué)模型法等17、速度梯度、溫度梯度、濃度梯度間聯(lián)系與互相影響18、平均溫差法與傳熱單元法間的聯(lián)系19、化工原理課程主要系數(shù)歸納、總結(jié)，如摩擦系數(shù)、阻力系數(shù)、流量系數(shù)、傳熱系數(shù)、對(duì)流傳熱系數(shù)、總的傳熱系數(shù)……（上下冊(cè)中主要的物理系數(shù)）20、化工原理課程中所涉及到的“面積”總結(jié)，如，傳熱面積、傳質(zhì)面積、過(guò)濾面積等21、減少流動(dòng)阻力的措施22、強(qiáng)化傳熱過(guò)程的措施.-I"，.三23、壁溫的求解與吸收過(guò)程中界面濃度的確定、比較24、傳熱與傳質(zhì)的類(lèi)比25、傳熱計(jì)算與傳質(zhì)計(jì)算（吸收過(guò)程）的比較26、簡(jiǎn)單蒸餾與平衡蒸餾的比較127、蒸餾過(guò)程中的節(jié)能技術(shù)28、亨利定律與拉烏爾定律的比較29、精餾操作分析30、化工原理課程中工程觀點(diǎn)總結(jié)，如等效觀點(diǎn)、最優(yōu)化觀點(diǎn)等等31、吸收操作分析32、板式塔板上氣液接觸狀態(tài)的選擇33、吸收因數(shù)對(duì)吸收操作的影響34、板式塔負(fù)荷性能圖及其應(yīng)用35、影響板式塔負(fù)荷性能圖的因素36、板式塔和填料塔的比較37、并流傳熱、逆流傳熱的比較38、并流吸收、逆流吸收的比較39、算術(shù)推動(dòng)力與對(duì)數(shù)推動(dòng)力的比較40、濕空氣性質(zhì)的歸納總結(jié)41、各章節(jié)后的作業(yè)題、思考題的深入討論等等二、實(shí)際應(yīng)用方面“化工原理”的基本理論在實(shí)際生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用情況及新的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。三、計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算和輔助設(shè)計(jì)針對(duì)化工原理課程中某一問(wèn)題編寫(xiě)一個(gè)應(yīng)用程序。列出程序清單、程序說(shuō)明，運(yùn)行結(jié)果，并要上交相應(yīng)的磁盤(pán)?；ぴ碚n程中可編程運(yùn)算的問(wèn)題很多，如：1、試差法2、一些經(jīng)驗(yàn)方程的回歸等3、逐板法求理論塔板數(shù)4、圖解法求理論塔板數(shù)5、簡(jiǎn)捷法求理論塔板數(shù).-I"，.三6、傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算..-'7、泵的工作點(diǎn)的確定8、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理程序9、負(fù)荷性能圖的繪制/10、傳熱過(guò)程計(jì)算11、柏努力方程的應(yīng)用12、輔助設(shè)計(jì)程序，如：CAD繪圖等等四、學(xué)習(xí)體會(huì)、心得及建議方面學(xué)完化工原理課程后的一些學(xué)習(xí)體會(huì)、心得及一些建議等。五、其它方面。?化工原理課程論文附件三：課程論文樣本。換熱器設(shè)計(jì)中適宜流體用量的確定熊楚安黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程系，黑龍江雞西，158105摘要：利用換熱器的操作線來(lái)分析討論流體用量對(duì)傳熱過(guò)程的操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用的影響，找出了換熱器設(shè)計(jì)和選型中適宜流體用量的優(yōu)化確定方法，簡(jiǎn)便、快捷，具有一定的適用性。關(guān)鍵詞：操作線流體用量?jī)?yōu)化選擇中圖法分類(lèi)號(hào)：TQ051.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ATheOptimumDefinitionMethodonAmountofFluidDuringTheDesignofHeatExchangerXiongchi’an

NaturalResourcesandEnvironmentalEngineeringDept.HeiLongJiangInstituteofScienceandTechnology,JiXi158105,China;Abstract:Thepaperdiscussestheinfluenceoffluid’samountonexpensesofoperatingandequipmentduringheattransferdependingontheoperatingline,aoptimumdefinitionmethodofthefluid’samountduringthedesignandselectiontypeofheatexchangerisformed.Themethodisconvenient,quickandsignificantofguideinapplication.Keywords:operatinglineamountoffluidoptimumselection0引言：在換熱器的設(shè)計(jì)和選型中，工藝流體(被處理物料)的用量和進(jìn)、出口溫度是由工藝要求所規(guī)定的，另一種流體即加熱劑或冷卻劑的進(jìn)口溫度，一般由來(lái)源而定，但它的用量或出口溫度則由設(shè)計(jì)者選定。這個(gè)用量的大小，將直接影響到加熱劑或冷卻劑的出口溫度以及換熱器傳熱面積的大小。例如，用冷卻水作為某物料的冷卻劑時(shí)，在一定熱負(fù)荷條件下，選用較高的冷卻劑用量時(shí)，可降低操作費(fèi)用，但冷卻水的出口溫度較高，傳熱過(guò)程的平均溫差減小，使傳熱面積加大，增加了設(shè)備費(fèi)用。反之，為了減小傳熱面積，就需增大用水量。最適宜的流體用量應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)衡算來(lái)確定，即根據(jù)操作費(fèi)用與設(shè)備費(fèi)用之和最少來(lái)確定。那么，如何利用這一原則來(lái)方便、快捷地確定適宜的流體用量呢？適宜流體用量的確定方法1.1換熱器的操作線方程及操作線下面，以逆流換熱器為例來(lái)分析討論這一問(wèn)題在逆流換熱器內(nèi)，冷、熱流體的溫度沿傳熱面的變化如圖1所示。設(shè)冷、熱流體在換熱器內(nèi)無(wú)相變化，在冷流體入口端和任意截面間取控制體，作熱量衡算可得：wc(T-T)=wc(t-t)hph2cpc1或1=^c^t+(T-里Kt)"ph2Whcph1(1a)如果忽略了cph、cpc隨溫度的變化，式⑴為一直線方程，如圖2中的直線AB(1a)圖1.逆流換熱器中冷熱流體溫度沿傳熱面的變化TOC\o"1-5"\h\z該直線方程的特點(diǎn)是，通過(guò)兩個(gè)定點(diǎn)A(T,t)和B(T,t)；直線的斜率為翌；，即冷熱兩流體的2112wc熱容量流率之比。直線AB的物理意義是，兩個(gè)端點(diǎn)A、B分別代表逆流換熱器的冷端和熱端流體的溫度，線上的每一點(diǎn)代表?yè)Q熱器某一截面上冷、熱流體的溫度，故將式線AB稱(chēng)之為該換熱器的操作線［1］。T/1)稱(chēng)之為該換熱器的操作線方程，直X1.2圖2逆流換熱器的操作線和推動(dòng)力1)稱(chēng)之為該換熱器的操作線方程，直傳熱過(guò)程的平衡關(guān)系為冷、熱流體的溫度相等，即T=t(2)式(2)如圖2中的對(duì)角線所示。操作線與對(duì)角線間的垂直距離代表?yè)Q熱器內(nèi)任一截面的傳熱推動(dòng)力，

即冷、熱兩流體間的溫度差(T—t)。2適宜流體用量的初步確定在傳熱過(guò)程中，若熱流體是工藝流體，其流量，進(jìn)、出口溫度由工藝條件所規(guī)定的，即wc,T,Thph12是已知的，冷卻劑的進(jìn)口溫度t也是確定的，那么冷卻劑的適宜用量如何確定呢?由圖2可見(jiàn)，換熱器操作線的一個(gè)端點(diǎn)A(J；,匕)已經(jīng)固定，另一端點(diǎn)B則可在XL的水平線上移動(dòng)。點(diǎn)B的橫坐標(biāo)將取決于操作線的斜率里c，操作線的斜率里c稱(chēng)之為冷、熱流體的熱容量流率whcphwhcph之比。當(dāng)熱流體的熱容量流率wchh已經(jīng)確定時(shí)，若減小冷流體的用量(即操作費(fèi)用減小)則操作線斜率減小，點(diǎn)B沿水平線T=L向右移動(dòng)，操作線與對(duì)角線間的距離減小，傳熱推動(dòng)力減小，所需的傳熱面積增大(即設(shè)備費(fèi)用增加)。當(dāng)B點(diǎn)移至水平線丁=二與平衡線T=t的交點(diǎn)B'時(shí)，有t「T「即冷卻劑的出口溫度與加熱劑的進(jìn)口溫度相同，傳熱過(guò)程達(dá)到平衡。這是理論上冷卻劑的出口溫度所能達(dá)到的最高溫度，此時(shí)，傳熱過(guò)程的推動(dòng)力為零，因此所需的傳熱面積為無(wú)限大，此種情況下的操作線的斜率為最小斜率，稱(chēng)之為冷熱流體最小的熱容量流率之比，以(W^^,表示，相應(yīng)的冷卻劑的熱容量流率為Wcmin冷流體的最小熱容量流率，以(wc)表示，其用量為冷流體的最小用量，用(W).表示。cpcmin,.、?".：cmin反之，若增大冷流體的用量(即操作費(fèi)用增加)，操作線斜率增大，若點(diǎn)B沿水平線T=L向左移動(dòng)，使操作線遠(yuǎn)離平衡線，傳熱過(guò)程推動(dòng)力增大，所需傳熱面積減小(即設(shè)備費(fèi)用減小)。當(dāng)移至只二七時(shí)，傳熱推動(dòng)力最大，所需傳熱面積最小，但冷卻劑的用量卻為無(wú)窮大。這是冷流體用量的上限值。1由以上分析可見(jiàn)，流體用量的大小，從操作費(fèi)用與設(shè)備費(fèi)用兩個(gè)方面影響到傳熱過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效果，應(yīng)權(quán)衡利弊，選擇適宜的流體用量，使兩種費(fèi)用之和最小，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，參照蒸餾操作中適宜的回流比⑵，以及吸收操作中適宜的液氣比的確定方法⑵，在一般情況下，取冷熱流體熱容量流率之比里心Whcph為冷熱流體最小熱容量之比(工^)的1.1?2.0倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的流體用量即為經(jīng)濟(jì)上適宜的流體用量。Wcmm即:cpc=(1.1~2.0)(cpc)(3)WhcphWhcphmin或wc=(1.1~2.0)(wc)^(3a)ph由圖2可知(wph由圖2可知(wccpc)

"phc)min可用圖解法或解析法求出。pcmin(4a)或(wc)=wccpcminhph(4a)聯(lián)立（3）、（4）可得適宜的冷流體用量為:wcT-Tw=(1.1~2.0)—-彳2pc11若冷流體是工藝流體，即wccpc、t1、、t2^知，熱流體的進(jìn)口溫度T1也是確定的，那么熱流體適宜的用量也可采用類(lèi)似的方法確定。如圖2所示，此時(shí)操作線AB的B點(diǎn)是固定，A點(diǎn)可沿垂直線t=t1上、下移動(dòng)。當(dāng)A點(diǎn)移至與平衡線T=t相交于A'點(diǎn)時(shí)T2=衡線T=t相交于A'點(diǎn)時(shí)T2=L，操作線AB有最大斜率（量流率之比(hph)wcmin由圖2可知(WfSph)

Wccpcmint—tT-〈此時(shí)，傳熱推動(dòng)力最小，所需的傳熱面積無(wú)限大定方法與冷流體出口溫度的確定方法一樣，即取hph'min=Whcpc(6)(6a)但熱流體用量最小，熱流體適宜的出口溫度的確wcwc(hph)=(1.1?2.0)(hph)

wcwcmin(7a)或（wc）=（1.1~2.0）（wc）hphhphmin(7a)聯(lián)式（6）和式（7）可得適宜的熱流體用量為：wh=(1.1~2.0).cphT1-t1（8）如果冷、熱流體作并流傳熱，冷熱流體的適宜用量的優(yōu)化選擇方法與逆流傳熱時(shí)相同。如果一側(cè)流體有相變時(shí)，則另一側(cè)流體的適宜用量的優(yōu)化選擇可采用同樣的方法確定。1.3適宜流體用量的最終確定綜上所述，若熱流體是工藝流體時(shí)，冷流體的適宜用量可按式6）來(lái)優(yōu)化初步確定，當(dāng)冷流體是工藝流體時(shí)，熱流體適宜用量可按式（8）來(lái)初步確定。那么，式（5）和式（8）中的（1.廣2.0）這個(gè)系數(shù)的具體數(shù)值又該如何確定呢？在換熱器的設(shè)計(jì)和選型中，溫度差校正系數(shù)平攵也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)。溫度差修正系數(shù)平攵是用來(lái)表示某種流動(dòng)型式在給定工況下接近逆流的程度。綜合利弊，一般在設(shè)計(jì)時(shí)，至少不能使平攵小于0.8,否則在經(jīng)濟(jì)性能上不合算，應(yīng)另選其它流型式，以提高平攵值⑶。因此，適宜流體用量的確定，在滿(mǎn)足使適宜的兩流體的熱容量流率之比為最小熱容量流率比的（1.廣2.0）倍的前提下，還必須同時(shí)滿(mǎn)足使溫度差校正系數(shù)平攵N0.8這個(gè)條件來(lái)最終確定這個(gè)系數(shù)的

具體數(shù)值的大小。分析與討論由以上的分析可知，取兩流體的實(shí)際熱容量流率之比為最小熱容量流率之比的1.廣2.0倍來(lái)選擇流體的用量，在經(jīng)濟(jì)上是適宜的。這種優(yōu)化選擇方法的依據(jù)可簡(jiǎn)要分析討論如下：傳熱過(guò)程和傳質(zhì)過(guò)程之間有著許多的類(lèi)似性。傳熱操作中兩流體的熱容量流率之比與精餾操作中的回流比及吸收操作中的液氣比有著相同的地位，它們對(duì)操作過(guò)程中的操作費(fèi)與設(shè)備費(fèi)的影響規(guī)律是類(lèi)似的。在實(shí)際操作中，經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)化的適宜的回流比是最小回流比的1?廣2.0倍⑵，適宜的液氣比是最小液氣比的1.1?2.0倍［2］。利用傳熱過(guò)程與傳質(zhì)過(guò)程之間的類(lèi)似性，參照適宜回流比，適宜液氣比的確定方法，選取適宜的兩流體熱容量流率之比為兩流體最小熱容量流率之比的1.廣2.0倍是可行的。由式(5)可知：當(dāng)熱流體是工藝流體時(shí)，結(jié)合整個(gè)換熱器的熱量衡算方程里c有，12-t1^-t]熱量衡算方程里c有，12-t1^-t]1.1~2.0=0.91~0.50由式(8)和式(9)可知，當(dāng)冷流體是工藝流體時(shí)，(10)有T―T2=1=0.91~0.50(11)T-111.1~2.0d—冷流體的實(shí)際傳熱量稱(chēng)之為以冷流體為基t一twc(t一t)分析式(10)21——^-p^_21—.冷流體的實(shí)際傳熱量稱(chēng)之為以冷流體為基分析式(10)，t-1wc(T-1)冷流體的最大可能傳熱量11cpc11"、準(zhǔn)的換熱器的傳熱效率，以七表示［3］o由式(10)可知，當(dāng)熱流體為工藝流體時(shí)，冷流體的適宜用量的優(yōu)化選擇，應(yīng)使換熱器的傳效辛c在50%~91%之間。T-Twc(T-T)熱流體的實(shí)際傳熱量同理，分析式(11)，有2=1=鳥(niǎo)、云研曰土鳥(niǎo)尋，稱(chēng)之為以熱流體T-1wc(T-1)熱流體的最大可能傳熱量:.11hph11為基準(zhǔn)的換熱器的傳熱效率，叫表示⑶。由式(11)可知，當(dāng)冷流體為工藝流體時(shí)，熱流體的適宜用量的優(yōu)化選擇，應(yīng)使換熱器的傳熱效奉人在50%~91%之間。其實(shí)，傳熱效率也可作為用來(lái)說(shuō)明換熱器經(jīng)濟(jì)性能的參數(shù)。它是流體實(shí)際的傳熱量與理論上最大可能的傳熱量之比。當(dāng)操作線與平衡線有交點(diǎn)時(shí)，兩種流體的溫度差到達(dá)平衡狀態(tài)。此時(shí)，傳熱面積無(wú)窮大，這時(shí)的傳熱量即是理論上最大可能的傳熱量。傳熱效率過(guò)高，傳熱推動(dòng)力小，所需的傳熱面積過(guò)大，設(shè)備費(fèi)增加；傳熱效率過(guò)低，流體用量過(guò)大，操作費(fèi)用增加。由上述分析可知，經(jīng)濟(jì)性能較好的換熱器，必須同時(shí)滿(mǎn)足其傳熱效率在50%~91%之間，同時(shí)其溫度差校正系數(shù)中攵N0.8這兩個(gè)經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)化條件。結(jié)論(1)在換熱器的設(shè)計(jì)和選型中，流體的用量從設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用兩