化工原理上下冊(cè)1

化工原理上下冊(cè)2024/3/24化工原理上下冊(cè)[1]電子課件

化工原理教程

化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

化工原理課程設(shè)計(jì)

化工原理例題與習(xí)題

化工原理試題庫(kù)化工原理上下冊(cè)[1]化工原理教程

緒論

第一章流體流動(dòng)

第二章流體輸送機(jī)械

第三章非均相物系分離

第四章傳熱

第五章蒸發(fā)操作

第六章氣體吸收

第七章液體蒸餾

第八章干燥化工原理上下冊(cè)[1]緒論

一、化工生產(chǎn)過(guò)程化工生產(chǎn)是將其原料經(jīng)過(guò)化工手段加工生成產(chǎn)品的加工過(guò)程。化工生產(chǎn)過(guò)程，不論其生產(chǎn)規(guī)模大小，其核心是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程及其設(shè)備——反應(yīng)器（發(fā)生化學(xué)變化的主要場(chǎng)所）。為了使生產(chǎn)過(guò)程得以有效的進(jìn)行，反應(yīng)器內(nèi)必須保持一個(gè)比較適合的反應(yīng)條件，如：一定的溫度、壓力和物料的組成等。因此，原料在進(jìn)入反應(yīng)器之前必須進(jìn)行一定的處理，使其具備一定的溫度、純度和壓力等（統(tǒng)稱為前處理）?；瘜W(xué)反應(yīng)結(jié)束以后，為了得到一定純度的產(chǎn)品，從反應(yīng)器出來(lái)的混合物必須經(jīng)過(guò)一定的處理，如：冷卻、過(guò)濾、精制等（統(tǒng)稱為后處理）。從上述可以看出：化工生產(chǎn)是將原料通過(guò)化學(xué)、物理的加工手段，加工成產(chǎn)品的過(guò)程。

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1、化學(xué)加工手段：也就是使原料在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，得到產(chǎn)物的加工手段。（化學(xué)工藝課程的范疇）2、物理加工手段：物料輸送、提純、混合、加熱（冷卻）等過(guò)程。（化工原理課程的范疇）。二、化工單元操作的概念上述的前后處理過(guò)程，絕大部分都是進(jìn)行的是純粹物理過(guò)程，但卻是化工生產(chǎn)中所不能缺少的步驟，各種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中所涉及的各種物理變化過(guò)程均可歸納為若干個(gè)稱之為化工原理單元操作。由于化工生產(chǎn)的多樣性（包括產(chǎn)品、原料、過(guò)程的多樣性），但是對(duì)物理加工的過(guò)程進(jìn)行深入研究發(fā)現(xiàn)，物理加工主要包括三個(gè)大的方面：流體力學(xué)過(guò)程、傳熱過(guò)程和傳質(zhì)（物質(zhì)傳輸過(guò)程）。即三大類單元操作?；ぴ砩舷聝?cè)[1]類別單元操作流體動(dòng)力過(guò)程流體輸送沉降過(guò)濾流態(tài)化傳熱過(guò)程加熱冷卻傳質(zhì)過(guò)程蒸發(fā)吸收蒸餾萃取干燥具體見下表：化工原理上下冊(cè)[1]舉例：電解食鹽水生產(chǎn)NaOH的過(guò)程（略）?；ぴ砭褪茄芯窟@些實(shí)現(xiàn)物理變化的單元操作的，研究化工單元操作不僅對(duì)化工生產(chǎn)有用，而且對(duì)石油、冶金、食品、制藥等工業(yè)的生產(chǎn)都起到重要作用。三、本課程性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容

1、課程性質(zhì)本課程屬于工程技術(shù)基礎(chǔ)課程。2、課程任務(wù)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，掌握各單元操作的基本原理和有關(guān)典型設(shè)備的工藝尺寸的設(shè)計(jì)或選型，并熟悉其結(jié)構(gòu)、性能。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生從工程觀點(diǎn)分析和處理有關(guān)化工單元操作中各種問(wèn)題的能力，以使學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)踐中能對(duì)生產(chǎn)設(shè)備具備操作、管理和設(shè)計(jì)的能力。

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3、課程內(nèi)容主要討論三大類單元操作：A、流體動(dòng)力過(guò)程B、傳熱過(guò)程C、傳質(zhì)過(guò)程根據(jù)操作方式，單元操作可以分為連續(xù)操作（定態(tài)操作）和間歇操作（非定態(tài)操作）兩大類。四、四個(gè)基本概念1、物料衡算以物質(zhì)守衡定律為基礎(chǔ)，分析和計(jì)算一定衡算范圍內(nèi)進(jìn)、出物料和組成之間的數(shù)量關(guān)系。進(jìn)行物料衡算，首先定出衡算基準(zhǔn)，一般以一定時(shí)間內(nèi)的物料為基準(zhǔn)（時(shí)間基準(zhǔn)）。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，輸入衡算范圍的各段物化工原理上下冊(cè)[1]

流量必須等于輸出衡算范圍的各段物流量與積累于衡算范圍的物料量之和。即:∑G1=∑G0+GA式中:∑G1——輸入物料的總和;∑G0——輸出物料的總和;GA——累積物料的總和。2、熱量衡算以能量守衡定律為基礎(chǔ)，分析和計(jì)算一定衡算范圍內(nèi)進(jìn)、出能量和各項(xiàng)能量之間的數(shù)量關(guān)系。與物料衡算不同，除時(shí)間基準(zhǔn)外，還要選定物流焓的基準(zhǔn)態(tài)。物流焓的基準(zhǔn)態(tài)包括：基準(zhǔn)壓強(qiáng)p0、基準(zhǔn)溫度t0、基準(zhǔn)相態(tài)φ。∑Q1=∑Q0+QL∑Q1——隨物料進(jìn)入衡算范圍的總熱量（KJ或KW）;∑Q0——隨物料流出衡算范圍的總熱量（KJ或KW）;QL——向衡算范圍以外損失的總熱量（KJ或KW）?；ぴ砩舷聝?cè)[1]

3、平衡關(guān)系物系在自然發(fā)生變化時(shí)，其變化必然趨向一定方向，如任其發(fā)展，結(jié)果必然達(dá)到一定的平衡狀態(tài)。在平衡狀態(tài)下，物系的溫度、組成、壓強(qiáng)等均到了宏觀的停止。在平衡狀態(tài)被人為打破后，物系將從新趨向新的平衡。平衡狀態(tài)是物系變化的極限，是實(shí)際操作所追求的理想條件。是我們推知單元操作能否進(jìn)行和能進(jìn)行到何中程度的依據(jù)，也是我們進(jìn)行設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。4、過(guò)程速率物系處于非平衡狀態(tài)，就必然發(fā)生使物系趨向于平衡的過(guò)程。但是以什么樣的速度趨向于平衡，這并不決定于平衡關(guān)系。而是決定于多種因素。一般我們用過(guò)程速率來(lái)表示：過(guò)程速率=（過(guò)程推動(dòng)力）/（過(guò)程阻力）對(duì)上述公式中的各因素對(duì)于不獤的過(guò)程有不同的理解。如：傳熱的過(guò)程推動(dòng)力是溫度差；過(guò)程阻力則主要是物質(zhì)的傳熱能力。化工原理上下冊(cè)[1]五、量綱一致性、單位一致性量綱就是物理量通過(guò)幾個(gè)基本物理量的冪次方的乘積來(lái)表示的關(guān)系。根據(jù)物理規(guī)律建立的理論公式，公式中的每一個(gè)符號(hào)都代表一個(gè)物理量，此方程式中各項(xiàng)的量綱必須一致（即量綱一致性）。單位一致性就是要求公式中使用各個(gè)物理量的單位必須是同一套單位制中的單位（要求使用國(guó)際單位制中的各個(gè)基本單位）?；ぴ砩舷聝?cè)[1]§1流體流動(dòng)處在液體和氣體狀態(tài)下的物體統(tǒng)稱為流體。具有流動(dòng)性、抗剪性和抗張能力很小，無(wú)固定形狀，變形很容易。流體是有大量彼此之間有一定間隙的分子組成，是個(gè)進(jìn)行著雜亂無(wú)章運(yùn)動(dòng)的體系。對(duì)一般工程問(wèn)題我們不需要討論單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)。而是將流體看成由無(wú)數(shù)個(gè)質(zhì)點(diǎn)（或微團(tuán)）所組成的一個(gè)連續(xù)介質(zhì)。這就是我們所謂的連續(xù)性假設(shè)。實(shí)踐證明，在絕大部分情況下是成立的。1.1流體的基本性質(zhì)一、流體的密度單位體積的流體所具有的質(zhì)量。

表達(dá)式：

式中：m－流體的質(zhì)量（kg）Ｖ－流體的體積（m３）ρ－流體的密度（kg·m－３）

化工原理上下冊(cè)[1]單位質(zhì)量的流體所具有的體積稱為比容。表達(dá)式：其單位為m３·kg－１，數(shù)值上等于密度的倒數(shù)。⑴、液體的密度液體的密度隨體積變化很小，一般忽略不計(jì)。⑵、氣體的密度理想氣體的密度醫(yī)科根據(jù)理想氣體方程得出：⑶、混合物的密度液體混合物的平均密度：混合氣體的密度：化工原理上下冊(cè)[1]

二、流體的粘度在外力的作用下，流體內(nèi)部各層之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。有相對(duì)運(yùn)動(dòng)則就有相互作用力，該作用力起到“抗拒”相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用，此特性就是流體的粘性。衡量粘性大小的物理量是粘度，粘度越大，則流體的流動(dòng)性就越差。1）、牛頓粘性定律如圖所示：實(shí)驗(yàn)證明：F∝化工原理上下冊(cè)[1]

引入比例系數(shù)μF=μμ就是流體的粘度。單位面積上的內(nèi)摩擦力：τ=2）、流體的粘度根據(jù)上式可以看出：流體粘度的物理含義是：使流體產(chǎn)生單位速度梯度所需要的內(nèi)摩擦力（剪應(yīng)力）。單位：Pa·S（SI制）1厘泊（CP）=10－2泊（P）=10-3Pa·s運(yùn)動(dòng)粘度的概念一般使用的是動(dòng)力粘度?；ぴ砩舷聝?cè)[1]

1.2流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)主要是研究流體在外力（重力和壓力）的作用下，流體處于平衡狀態(tài)的規(guī)律。垂直作用于單位面積上的壓力稱為流體的靜壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱為壓強(qiáng)。表達(dá)式：式中：p－流體的靜電壓（N·m－２即Pa）；P－垂直作用于流體表面的壓力（N）；A－作用的面積（m２）。常用的壓強(qiáng)單位一般還有atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）、mmHg（毫米汞柱）、at（工程大氣壓）等。1atm=760mmHg=10.33mH2O；1at=735.6mmHg=10mH2O?；ぴ砩舷聝?cè)[1]2、壓強(qiáng)的表達(dá)基準(zhǔn)1）、表壓2）、絕對(duì)壓強(qiáng)3）、真空度三者的關(guān)系如下圖：化工原理上下冊(cè)[1]二、流體靜力學(xué)基本方程1、基本方程的推導(dǎo)如圖所示：平面A的面積為A離液面的深度為Z外壓為P0則A上的壓強(qiáng)PA為：PA=P0+ρgZ具體推導(dǎo)過(guò)程略。2、基本方程的應(yīng)用P=PA-P0=ρg

Z三、基本方程的應(yīng)用1、測(cè)量壓強(qiáng)與壓強(qiáng)差2、液位的測(cè)量3、液封高度的計(jì)算化工原理上下冊(cè)[1]

1.3管內(nèi)流動(dòng)的守恒原理流體流動(dòng)是化工生產(chǎn)的普遍現(xiàn)象，它應(yīng)當(dāng)遵守質(zhì)量守恒、機(jī)械能守恒原理。一、流量和流速1、流量單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道任一截面的流體的量為流體的流量。按照“量”的單位不同，可分為：體積流量和質(zhì)量流量。體積流量：VS（m3/S或m3/h）質(zhì)量流量：ws（kg/s或kg/h）VS·ρ=ws2、流速單位時(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向上通過(guò)的距離，為流速。用u表示。u·A=Vsu·A·ρ=ws[例題]：見課本P29化工原理上下冊(cè)[1]

二、質(zhì)量守恒與連續(xù)性方程在流動(dòng)系統(tǒng)中，若流體在各個(gè)截面上的流速、密度、壓強(qiáng)等只隨位置改變，而不隨時(shí)間改變，則我們稱為定態(tài)流動(dòng)。流體在定態(tài)流動(dòng)時(shí)，遵循連續(xù)性方程。2-21-1Ws1Ws2

如上圖所示：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，有：Ws1=Ws2而Ws1=u1·A1·ρ1Ws2=u2·A2·ρ2A1=d12·π/4A2=d22·π/4代入有：u1/u2=d22/d12，此式即為連續(xù)性方程。化工原理上下冊(cè)[1]

三、能量守恒與柏努利方程流體在做定態(tài)流動(dòng)時(shí)，根據(jù)能量守恒定律，對(duì)任意截面進(jìn)行能量衡算。1、定態(tài)流動(dòng)時(shí)的總能量衡算A、內(nèi)能物質(zhì)內(nèi)部能量的總和，用U表示。單位是:kJ/kgB、位能物體因受重力作用，在不同的高度所具有的能量。m.g.z(kJ/kg)C、動(dòng)能物體因運(yùn)動(dòng)而具有的能量。m·u2/2D、靜壓能流體的靜壓強(qiáng)是推動(dòng)流體流動(dòng)的動(dòng)力，即靜壓強(qiáng)對(duì)流體做功。p·Vs（kJ/kg）E、熱流體溫度變化，而帶來(lái)的熱能的變化，被加熱則為為正，被冷卻則為負(fù)。用Q來(lái)表示。（kJ/kg）F、功流體流動(dòng)獲得機(jī)械能為正（用We來(lái)表示）；流體損失機(jī)械能為負(fù)(用Hf表示)。

化工原理上下冊(cè)[1]2、定態(tài)流動(dòng)時(shí)的機(jī)械能衡算和柏努利方程如前圖：對(duì)1-1和2-2截面進(jìn)行能量衡算。上式中：若物質(zhì)的內(nèi)能無(wú)變化，則U1=U2p·Vs=p·ws/ρ上式若以1kg流體為衡算對(duì)象，則有：3、關(guān)于柏努利方程的討論見課本P36（略）4、柏努利方程的應(yīng)用[例1]：見課本P37[例2]：見課本P38[例3]：見課本P39化工原理上下冊(cè)[1]1.4流體流動(dòng)現(xiàn)象一、流體流動(dòng)類型1、雷諾實(shí)驗(yàn)1883年雷諾通過(guò)實(shí)驗(yàn)揭示了流體流動(dòng)有兩中不同的流動(dòng)類型：層流和湍流。2、兩種流動(dòng)形態(tài)層流和湍流3、雷諾準(zhǔn)數(shù)在雷諾實(shí)驗(yàn)中，還發(fā)現(xiàn)流體以何種流動(dòng)形態(tài)流動(dòng)，與管道直徑d、流體密度ρ、流體粘度μ和流速u有關(guān)。將四個(gè)參數(shù)構(gòu)成數(shù)群：式中Re為雷諾準(zhǔn)數(shù)（簡(jiǎn)稱雷諾數(shù)）。實(shí)驗(yàn)證明：Re≤2000為層流；2000≤Re≤4000為過(guò)渡流態(tài)；Re≥4000為湍流?；ぴ砩舷聝?cè)[1]二、層流與湍流1、流體質(zhì)點(diǎn)的區(qū)別層流時(shí)，流體的質(zhì)點(diǎn)是沿著管軸進(jìn)行規(guī)則平行分層運(yùn)動(dòng)、質(zhì)點(diǎn)之間既不碰撞，也不相互混合。湍流時(shí)，流體的質(zhì)點(diǎn)是作不規(guī)則的雜亂的運(yùn)動(dòng)、質(zhì)點(diǎn)之間有碰撞，也相互混合，從而產(chǎn)生大大小小的旋渦。2、速度分布A、層流時(shí)的速度分布式中：u為平均流速umax為最大流速流速分布如圖?；ぴ砩舷聝?cè)[1]2、湍流時(shí)的速度分布湍流時(shí)的速度分布與Re數(shù)的大小有關(guān)。如圖。的值與Re數(shù)有關(guān)。具體見課本P45頁(yè)關(guān)聯(lián)圖。三、流體邊界層板面附近流速變化大（存在較大的速度梯度）的區(qū)域稱為流動(dòng)邊界層。從平板前緣開始一段長(zhǎng)度內(nèi)，邊界層總是處于滯流狀態(tài)，稱為滯流邊界層?；ぴ砩舷聝?cè)[1]1.5阻力損失流體在管道中流動(dòng)，由于受到阻力的作用，必然要克服阻力而做功，對(duì)流體而言就是能量損失。根據(jù)阻力產(chǎn)生部位的不同，可以分為直管阻力和局部阻力。直管阻力是流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦力（即粘性力）而產(chǎn)生的阻力。局部阻力主要是由于體流經(jīng)管路中管件、閥門及管截面形狀和尺寸突然擴(kuò)大和縮小等局部地方引起流體邊界層分離造成的阻力。一、化工管路化工管路設(shè)計(jì)是化工設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作之一，而化工管路由兩部分組成：直管和管件。1、直管（管子）直管有以下幾種材料的：A、鋼管（包括無(wú)縫鋼管、有縫鋼管）B、鑄鐵管C、有色金屬管（包括銅管、鋁管、鉛管等）D、非金屬材料管（包括陶瓷管、玻璃管、橡膠管、塑料管等）化工原理上下冊(cè)[1]2、管件要將管子連接成管路，必須使用各種管件，是管路延長(zhǎng)、轉(zhuǎn)向或分（合流）等。A、改變管路流向的B、形成支路的C、改變管路直徑的D、連接管路的E、控制流體流量的3、閥門A、截止閥B、閘閥C、節(jié)流閥D、止回閥E、旋塞（考克）化工原理上下冊(cè)[1]二、流體在直管中的阻力損失計(jì)算流體的阻力損失包含了兩項(xiàng)：hf和h’f。其中：hf為直管阻力損失。1、直管阻力計(jì)算的通式如圖：所示為一水平直管內(nèi)流體作定態(tài)流動(dòng)。在1-1和2-2截面間進(jìn)行衡算。因?yàn)楣苈分袩o(wú)局部阻力產(chǎn)生的管件。同時(shí)Z1=Z2；u1=u2則可以列出柏努利方程如下：可以簡(jiǎn)化成：化工原理上下冊(cè)[1]分析在直徑為d、長(zhǎng)度為l的直管中的阻力大?。和苿?dòng)力△P=P1-P2=（p1-p2）A而阻力由于處于力的平衡狀態(tài)：△P=F有：有：在式兩邊分別乘以有：令，則：上式為計(jì)算直管阻力的范寧公式?；ぴ砩舷聝?cè)[1]上式中λ稱為摩擦系數(shù)，摩擦應(yīng)力τ與流體流動(dòng)類型有關(guān)，因此λ也因流體不同的流動(dòng)類型而變化。（1）層流時(shí)：；λ只與Re值有關(guān)，和管壁粗糙度無(wú)關(guān)；（2）湍流時(shí)的λ與Re值和相對(duì)粗糙度（ε/d）有關(guān)，具體數(shù)據(jù)在關(guān)聯(lián)圖中查?。▓D見P62，粗糙度ε見P55表格）。2、非圓形管道的當(dāng)量直徑在化工生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到非圓形管道或者設(shè)備。當(dāng)量直徑de是水力半徑的4倍。de=4rH化工原理上下冊(cè)[1]三、流體流動(dòng)的局部阻力損失計(jì)算流體在管路中流動(dòng)，在管件處由于流速、方向的改變，使流體受到的阻力損失，為局部阻力損失。表示為h′f1、阻力系數(shù)法克服局部阻力所引起的能量損失，可以表示為動(dòng)能的倍數(shù)，即：

或：

式中ζ稱為局部阻力系數(shù)。關(guān)于ζ的討論：（1）、突然擴(kuò)大或突然縮小，式中的流速u應(yīng)該以小截面處的流速為準(zhǔn)，根據(jù)小管與大管的截面積之比，在圖中查?。▓D見P67）。（2）、進(jìn)口與出口，流體從容器中流出，或流入容器中，可按照大截面積與小截面積之比為1或?yàn)?來(lái)計(jì)算（流速u與前面相同，P67圖）?；ぴ砩舷聝?cè)[1]（3）流體從管子直接排入管外空間時(shí)，管口內(nèi)側(cè)截面上的壓強(qiáng)應(yīng)取與管外壓強(qiáng)相等，同時(shí)此處流體還具有動(dòng)能，故出口阻力損失不應(yīng)該計(jì)算在內(nèi)?。。?）其他ζ數(shù)據(jù)可以在P68的表中查取。2、當(dāng)量長(zhǎng)度法流體流經(jīng)管件或閥門時(shí)造成的阻力損失可以折合成相當(dāng)于流體流過(guò)相同直徑、長(zhǎng)度為le的直管阻力損失，即可以采用直管阻力計(jì)算公式計(jì)算：式中l(wèi)e為當(dāng)量長(zhǎng)度，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，單位為m。我們?cè)诔Ｒ姷臄?shù)據(jù)手冊(cè)中查到的通常是le/d，表示管道直徑的多少倍，常見管件的數(shù)據(jù)見表（P68）3、總的阻力損失管路的總能量損失，又稱為總阻力損失，包括所有直管阻力和所有局部阻力。等徑管路的總阻力損失計(jì)算式為：或者：（式中：；）化工原理上下冊(cè)[1]

1.6、管路計(jì)算一、簡(jiǎn)單管路和復(fù)雜管路1、簡(jiǎn)單管路全部流體從入口到出口在一根管道中，并無(wú)分支的連續(xù)流動(dòng)。為簡(jiǎn)單管路。（1）等徑管路是最簡(jiǎn)單的一種管路，它的阻力損失的計(jì)算也是最簡(jiǎn)單的。（2）串聯(lián)管路總阻力損失是各直管阻力損失和各局部阻力損失的總和。（如圖）化工原理上下冊(cè)[1]2、復(fù)雜管路（1）并聯(lián)管路如圖所示：為并聯(lián)管路。Vs=Vs1+Vs2+Vs3（2）分支管路如圖所示：為分支管路。注意：流量關(guān)系、主管的阻力損失關(guān)系化工原理上下冊(cè)[1]（3）匯總管路如圖所示為匯總管路。二、簡(jiǎn)單管路計(jì)算此類管路計(jì)算機(jī)中常遇到的問(wèn)題歸納起來(lái)，主要有以下三種情況：1、已經(jīng)規(guī)定出管徑、管長(zhǎng)、管件和流體的流速，求流體流過(guò)此管路的阻力損失。依據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇流體輸送機(jī)械。化工原理上下冊(cè)[1]根據(jù)：計(jì)算出：再計(jì)算輸送機(jī)械的功率消耗。（注意：的單位是J/kg，功率消耗的單位是J/s）。2、已經(jīng)規(guī)定出管徑、管長(zhǎng)、管件和允許的阻力損失，求管路的輸送能力。3、已經(jīng)管長(zhǎng)、管件、允許的阻力損失和需要的流量，求管徑。本計(jì)算機(jī)一般采用試差的辦法進(jìn)行計(jì)算！即先假設(shè)一個(gè)λ，根據(jù)這個(gè)管徑進(jìn)行計(jì)算?；ぴ砩舷聝?cè)[1]

例：管路的總長(zhǎng)度（）為100m，要求水在鋼管中的流量為27m3/h，輸送過(guò)程允許的壓頭損失為4mH2O，試確定管路直徑。及

所以有：化工原理上下冊(cè)[1]

1.7流量測(cè)量測(cè)量流體的流量和流速，無(wú)論是在化工生產(chǎn)的操作還是在化工實(shí)驗(yàn)中都有很重要的作用。測(cè)量原理：本節(jié)講述的幾種都是基于流體動(dòng)力學(xué)原理的。一、畢托管測(cè)速計(jì)1、結(jié)構(gòu)如圖所示為畢托管的結(jié)構(gòu)示意圖。畢托管是由內(nèi)外兩層套管組成。其中內(nèi)管和外管在圖示A、B點(diǎn)處開兩個(gè)測(cè)量孔，下接U形壓差計(jì)。

化工原理上下冊(cè)[1]2、原理A、B兩點(diǎn)的沖壓：A、B兩點(diǎn)之間的壓差（沖壓）則：3、畢托管的安裝（1）直管長(zhǎng)度要達(dá)到100d。（2）畢托管與直管的軸線要重合。（3）畢托管的直徑要＜＜d/50?；ぴ砩舷聝?cè)[1]二、孔板流量計(jì)1、結(jié)構(gòu)如圖：所示為孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。主要是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)孔板和一個(gè)U形壓差計(jì)組成。2、工作原理通過(guò)孔板將流體的流速改變，不考慮阻力損失，列出動(dòng)力學(xué)方程：根據(jù)連續(xù)性方程有：有：化工原理上下冊(cè)[1]

考慮到阻力損失和U形壓差計(jì)測(cè)量點(diǎn)位置的因素，引入校正系數(shù)。C1和C2，有：令：C0=則有：三、文丘利管略（原理與孔板相同）四、轉(zhuǎn)子流量計(jì)1、結(jié)構(gòu)如圖：所示為轉(zhuǎn)子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。2、工作原理主要是靠轉(zhuǎn)子的上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的讀數(shù)的。化工原理上下冊(cè)[1]§2流體輸送機(jī)械在化工生產(chǎn)中，為了滿足工藝要求，常需要將流體從一地方輸送到另一個(gè)地方，或從低壓輸送到高壓。流體輸送機(jī)械就是對(duì)流體做功，以完成輸送任務(wù)的機(jī)械。本章主要介紹化工中常用的流體輸送設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特性。

2.1流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械的種類很多，主要有兩大類：離心泵和正位移泵?；ぴ砩舷聝?cè)[1]一、離心泵1、離心泵的工作原理離心泵是一種葉片式泵。如圖所示。流體在泵內(nèi)，在葉輪的帶動(dòng)下，高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的流體的離心力的作用下，被高速“甩”出葉輪，從而獲得能量（動(dòng)能）。同時(shí)在葉輪的中心部位，產(chǎn)生負(fù)壓。流體在此負(fù)壓作用下，從吸入口處被吸入泵內(nèi)。2、離心泵的主要部件A、泵殼（蝸殼）采用漸開線形的泵殼。有利于流體在葉輪和泵殼之間的通道流動(dòng)時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能?；ぴ砩舷聝?cè)[1]B、葉輪葉輪是泵對(duì)流體做功的部件，也是泵內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的部件，葉輪的好壞直接關(guān)系到泵的性能好壞。葉輪一般有三種類型的：開式、半開式、封閉式葉輪。C、吸入管吸入管是離心泵吸入流體的部位，在葉輪的中心和吸入管的入口處的負(fù)壓的大小對(duì)泵的性能的影響要特別注意。D、密封裝置密封裝置有：動(dòng)密封和靜密封兩類。此處主要是動(dòng)密封。離心泵上的密封主要是填料函密封。E、電機(jī)電機(jī)是離心泵的動(dòng)力裝置，我們選擇離心泵的動(dòng)力裝置要按照泵的銘牌上的要求選擇。注意電機(jī)的類型：Y型是異步電機(jī)；B表示防爆電機(jī)?；ぴ砩舷聝?cè)[1]4、離心泵的性能曲線離心泵的生產(chǎn)廠家，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的方法，將泵的H-Q、N-Q、η-Q關(guān)系曲線繪制在一張圖上，并附在說(shuō)明書上。一般是在一定轉(zhuǎn)速和常壓下以常溫的清水為實(shí)驗(yàn)流體測(cè)定。A、H-Q表示泵的流量和揚(yáng)程的關(guān)系，一般離心泵的揚(yáng)程隨流量的增加而下降。B、N-Q表示泵的流量與軸功率的關(guān)系，一般離心泵的軸功率隨流量的增加而增加。C、η-Q表示泵的效率與流量的關(guān)系，一般情況下，離心泵的效率隨流量的增加而增加到一個(gè)極高值，而后又下降。5、離心泵的類型A、清水泵該類流體主要是針對(duì)輸送清水設(shè)計(jì)的，原型號(hào)用B表示，新的使用SH表示。是一類使用廣泛的泵，既應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，還使用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水利、灌溉?；ぴ砩舷聝?cè)[1]B、耐腐蝕泵原型號(hào)F，新型號(hào)為IH，是一類輸送腐蝕性液體的泵。可以通過(guò)更換耐腐蝕元件，達(dá)到適應(yīng)不同液體的目的。C、油泵型號(hào)代碼為Y，是一類廣泛使用于輸送有機(jī)液體的泵。D、雜質(zhì)泵主要是輸送含有固體雜質(zhì)的混合液體的泵，型號(hào)代碼：P二、其他類型的泵簡(jiǎn)介（略）

2.2氣體輸送機(jī)械氣體輸送機(jī)械的基本原理及其操作原理，與液體輸送機(jī)械類似，也可以分為離心式、往復(fù)式等幾類。但由于氣體具有可壓縮性，在氣體在被壓送的同時(shí)，氣體的體積、壓強(qiáng)、溫度也隨之變化，這些導(dǎo)致氣體輸送機(jī)械在結(jié)構(gòu)、形狀有很大的不同。

化工原理上下冊(cè)[1]一般根據(jù)氣體壓強(qiáng)的變化將氣體輸送機(jī)械分為以下幾類：1、通風(fēng)機(jī)：出口壓強(qiáng)在15Kpa以下（表壓，下同）壓縮比1~1.5。2、鼓風(fēng)機(jī)：出口壓強(qiáng)在15~300Kpa，壓縮比小于4。3、壓縮機(jī)：出口壓強(qiáng)在300Kpa以上，壓縮比在4以上。4、真空泵：出口壓強(qiáng)在當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?，但入口壓?qiáng)小于大氣壓。一、離心通風(fēng)機(jī)1、工作原理與離心泵相同（略）2、結(jié)構(gòu)同樣具有：機(jī)殼、葉輪、吸入口和排出口組成?；ぴ砩舷聝?cè)[1]3、特性參數(shù)A、風(fēng)量：是指出口處排出的風(fēng)的體積（以進(jìn)口處的狀態(tài)計(jì)算）。B、風(fēng)壓：是指單位體積的氣體流過(guò)風(fēng)機(jī)時(shí)獲得的能量，由于單位與壓強(qiáng)單位一直，故稱為風(fēng)壓。D、軸功率：傳動(dòng)軸所需要的功率。E、效率：傳動(dòng)軸的功率不是完全用來(lái)對(duì)氣體做功，氣體獲得的功與軸功率之比。二、離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)離心鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作原理與離心通風(fēng)機(jī)相似。有單級(jí)和多級(jí)之分。多級(jí)鼓風(fēng)機(jī)其實(shí)就是下一級(jí)以上一級(jí)的出口為入口，進(jìn)行進(jìn)一步加壓?；ぴ砩舷聝?cè)[1]

三、往復(fù)壓縮機(jī)和真空泵1、往復(fù)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)如圖：由于氣體是可以被壓縮的，故行程與壓強(qiáng)的關(guān)系曲線，與往復(fù)泵的曲線有點(diǎn)不同。特點(diǎn)：具有很高的壓縮比，輸出壓強(qiáng)可以達(dá)到很高的值。化工原理上下冊(cè)[1]

§3.0非均相物系的分離非均相物系的概念：是指物系中含有兩個(gè)或以上的相。例如：氣-液混合物系，液-固混合物系，液-液混合物系等。對(duì)非均相物系而言，被分散的為分散相（或分散內(nèi)相，是不連續(xù)的），另一相則為分散外相（是連續(xù)的，又稱為連續(xù)相）。非均相物系的分離，就是將混合物系分離開。

分離的目的有：1、凈化分散介質(zhì)以獲得純凈的氣體或液體。2、收取分散物質(zhì)，以獲得成品。3、保護(hù)環(huán)境。

化工原理上下冊(cè)[1]

3.1過(guò)濾操作一、過(guò)濾操作的基本概念1、過(guò)濾過(guò)濾操作是利用外力是懸浮液通過(guò)多孔性介質(zhì)，固體顆粒被截留，濾液通過(guò)介質(zhì)，而實(shí)現(xiàn)固體顆粒與液體分離的操作。2、濾液通過(guò)多孔性介質(zhì)后的液體。3、濾餅被截留在多孔性介質(zhì)上的固體顆粒。4、濾漿過(guò)濾之前的固體與液體的混合物。5、過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾操作中使用的多孔性介質(zhì)。有：A、織物介質(zhì)（濾布）；B、堆積性介質(zhì)；C、多孔性固體介質(zhì)化工原理上下冊(cè)[1]二、過(guò)濾操作的原理1、過(guò)濾壓強(qiáng)差如圖所示：過(guò)濾壓強(qiáng)差就是濾液和濾漿之間的靜壓強(qiáng)差。該壓強(qiáng)差是過(guò)濾得以進(jìn)行的推動(dòng)力，要提高過(guò)濾速度就要提高這個(gè)靜壓強(qiáng)差。提高靜壓強(qiáng)差的方法；加大濾漿側(cè)的靜壓強(qiáng)或者降低濾液側(cè)的靜壓強(qiáng)。由此而得到兩類過(guò)濾操作：壓濾和抽濾。

化工原理上下冊(cè)[1]三、典型過(guò)濾設(shè)備（一）、葉濾機(jī)1、結(jié)構(gòu)如圖所示：由一個(gè)一端封閉側(cè)面開小孔的管外罩濾布，組成濾葉。若干個(gè)濾葉連接在一個(gè)總管上，并封閉于密閉容器內(nèi)形成葉濾機(jī)。2、工作原理濾漿在密閉容器內(nèi)壓強(qiáng)的作用下，濾液通過(guò)濾布流入總管。濾餅附著與濾葉的外表面?；ぴ砩舷聝?cè)[1]（二）、板框式壓濾機(jī)1、結(jié)構(gòu)如圖所示；由濾板和濾框交替疊合構(gòu)成，在板和框之間壓濾布。板和框在相同位置打孔，形成濾漿的入口和濾液的出口。2、原理（略）上述兩種壓濾機(jī)，存在的缺點(diǎn)：濾餅的卸除比較麻煩。適用于固體顆粒含量比較低的濾漿的過(guò)濾?；ぴ砩舷聝?cè)[1]（三）、滾筒式真空抽濾機(jī)1、結(jié)構(gòu)如圖所示：由滾筒、濾漿槽、洗滌噴頭、刮刀和分配板組成。2、工作原理滾筒上任意一個(gè)單元，在滾筒滾動(dòng)一周，要經(jīng)歷：抽濾、洗滌、吹松和刮除幾個(gè)階段?；ぴ砩舷聝?cè)[1]

3.2沉降沉降操作是利用將懸浮在流體中的固形物和流體的密度不同，在外力的作用下，實(shí)現(xiàn)分離的目的操作。根據(jù)外力的不同，可以分為：沉降和離心分離兩類。一、降塵室1、結(jié)構(gòu)是在流體通道上增加一個(gè)截面很大的容器。如下圖。2、原理由于降低了流體的流速，使流動(dòng)的Re數(shù)變小，固體顆粒在重力的作用下，發(fā)生沉降分離。化工原理上下冊(cè)[1]

固體顆粒大的沉降速度快，顆粒小的沉降速度慢。因此固體顆粒在沉降室內(nèi)的分布是先大后小。實(shí)踐證明：沉降室對(duì)氣—固混合物的分離效果與沉降室的底板面積大小有關(guān)，而與沉降室的高度無(wú)關(guān)。二、沉降槽（增稠器）1、結(jié)構(gòu)如圖所示：由圓桶和錐形容器構(gòu)成，其中混合物的入口在中間位置，清液由四周的溢流槽溢出，泥漿從底部由泥漿泵抽出。2、原理（略）該設(shè)備只能對(duì)混合物中的固體顆粒進(jìn)行增稠，而不能實(shí)現(xiàn)完全的分離。化工原理上下冊(cè)[1]三、旋風(fēng)分離器1、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖所示：2、工作原理氣體在入口管的導(dǎo)引下，在圓桶內(nèi)形成旋風(fēng)，離心力是固體顆粒和氣體分離，氣體從中心的管道流出分離器。該分離裝置，不需要?jiǎng)恿?，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，工作可靠。提高分離效果的關(guān)鍵是各部分的尺寸比例關(guān)系。因此國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中有“標(biāo)準(zhǔn)”分離器一說(shuō)?；ぴ砩舷聝?cè)[1]§4.0傳熱

4.1概述一、傳熱的目的及應(yīng)用1、傳熱的概念無(wú)論是固體、液體、氣體，凡是存在溫度差，就必然導(dǎo)致熱自發(fā)的從高溫處向低溫處傳遞，這一過(guò)程就是熱量傳遞過(guò)程，簡(jiǎn)稱傳熱。2、傳熱的目的傳熱過(guò)程廣泛的存在于化工生產(chǎn)過(guò)程，且在其中具有極其重要的地位和作用。3、研究傳熱的目的A、強(qiáng)化傳熱過(guò)程；B、弱化傳熱過(guò)程；

化工原理上下冊(cè)[1]二、熱量傳遞的基本方式1、熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱，它是物質(zhì)各部分之間不發(fā)生宏觀的相對(duì)位移的情況下，物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的傳遞。2、對(duì)流傳熱由于流體的流動(dòng)，將熱量由一個(gè)地方帶到另一個(gè)地方。A、自然對(duì)流：流體溫度發(fā)生變化時(shí)，密度也相應(yīng)發(fā)生變化，密度小的流體向上流動(dòng)，密度大的向下流動(dòng)。B、強(qiáng)制對(duì)流：由于外力的作用使流體發(fā)生流動(dòng)的對(duì)流傳熱。3、輻射傳熱凡是溫度高于絕對(duì)0度的物質(zhì)，都有向外發(fā)射電磁波的能力，波所具有的能量為輻射能。熱量以輻射能的形式向外傳遞的傳熱方式稱為輻射傳熱?；ぴ砩舷聝?cè)[1]三、工業(yè)生產(chǎn)中流體常用換熱方式1、間壁式換熱冷、熱流體之間隔著一個(gè)固體的間壁，在換熱的過(guò)程中相互不接觸。如圖：為單管程列管式換熱器

化工原理上下冊(cè)[1]2、混合式換熱器冷、熱流體直接接觸完成熱量的傳遞；如圖：為機(jī)械通風(fēng)式?jīng)鏊擃悡Q熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高的特點(diǎn)；但是也具有顯著的缺點(diǎn)：適用范圍很狹窄?；ぴ砩舷聝?cè)[1]3、蓄熱式換熱器冷、熱流體周期性的通過(guò)換熱器，輪流對(duì)蓄熱體進(jìn)行加熱、冷卻，從而完成換熱。如圖：為蓄熱式換熱器。四、定態(tài)傳熱和非定態(tài)傳熱連續(xù)進(jìn)行的傳熱過(guò)程為定態(tài)傳熱；間歇性進(jìn)行的傳熱為非定態(tài)傳熱?；ぴ砩舷聝?cè)[1]

定態(tài)傳熱的特點(diǎn)：輸入系統(tǒng)的熱量等于輸出系統(tǒng)的熱量；對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)任意一點(diǎn)，溫度不隨時(shí)間而變化，溫度僅僅是位置的函數(shù)，而與時(shí)間無(wú)關(guān)。

五、傳熱速度與熱通量1、傳熱速度單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)傳熱面所傳遞的熱量，用Q表示，其單位為W（瓦）。2、熱通量單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位傳熱面面積的熱量，用q表示，其單位為W/m2。上述兩者的關(guān)系是：（W/m2）化工原理上下冊(cè)[1]

4.2熱傳導(dǎo)一、熱傳導(dǎo)的基本概念1、溫度場(chǎng)某一瞬間物體內(nèi)溫度的分布稱為溫度場(chǎng)。一般情況下溫度場(chǎng)是空間和時(shí)間的函數(shù)：若溫度隨時(shí)間變化，則為非定態(tài)傳熱。2、等溫面和溫度梯度A、等溫面溫度場(chǎng)內(nèi)溫度相等各點(diǎn)組成的曲面，稱為等溫面?？赡苁瞧矫嬉部赡苁乔?。B、溫度梯度等溫面的各點(diǎn)溫度都是相等的，因此在等溫面上沒(méi)有熱量傳遞的，熱量傳遞只發(fā)生在溫度不同的等溫面之間?；ぴ砩舷聝?cè)[1]若兩個(gè)等溫面之間的溫度差為△t，在法線上的距離為△n，則溫度梯度表示為：2、傅立葉定律傅立葉定律表明：傳熱速率Q與溫度梯度gradt、垂直于導(dǎo)熱方向的傳熱面積S成正比。對(duì)一維定態(tài)傳熱可以寫成：

或化工原理上下冊(cè)[1]3、導(dǎo)熱系數(shù)上述各式中的λ作為比例系數(shù)為導(dǎo)熱系數(shù)。λ的大小表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小。它的物理意義可以表述為：?jiǎn)挝粶囟忍荻认碌臒嵬俊?shù)學(xué)式可以表示為：化工原理上下冊(cè)[1]二、平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)1、單層平壁熱傳導(dǎo)如圖：所示單層平壁，建立坐標(biāo)系，并在其中取厚度為dx的微元。傳熱速率有：由于x=0時(shí)，t=tw1；x=δ時(shí)，t=tw2；對(duì)上式進(jìn)行積分有：或者寫成：式中：（熱阻）化工原理上下冊(cè)[1]2、多層平壁熱傳導(dǎo)如圖：所示為三層平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)示意圖。因?yàn)槭嵌☉B(tài)熱傳導(dǎo)，因此有：而：（1）（2）（3）將上述三式相加，且，有：=△t或者寫成：化工原理上下冊(cè)[1]三、圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo)1、單層圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo)如圖：在內(nèi)直徑和外直徑之間，取半徑為r的微層，厚度為dr，溫差為dt，則有：對(duì)上式進(jìn)行積分有：令：有：式中：（熱阻）化工原理上下冊(cè)[1]2、多層圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo)如圖：定態(tài)傳熱時(shí)：①②③將①②③相加，有：化工原理上下冊(cè)[1]

4.3對(duì)流傳熱一、牛頓冷卻定律1、對(duì)流傳熱過(guò)程如圖：為間壁對(duì)流傳熱熱流體將熱量傳遞給間壁，熱量在間壁內(nèi)做熱傳導(dǎo)，再傳遞給冷流體。冷、熱流體與間壁接觸處，均存在層流內(nèi)層，層流內(nèi)層的存在是對(duì)流傳熱的熱阻主要集中處。2、牛頓冷卻定律流體被壁面加熱時(shí)：流體被壁面冷卻時(shí)：化工原理上下冊(cè)[1]對(duì)于整個(gè)對(duì)流傳熱過(guò)程來(lái)說(shuō)，由于流體溫度是變化的，因此α值也是在變化的，引入平均對(duì)流給熱系數(shù)的概念后有：二、影響對(duì)流給熱系數(shù)的因素1、流體流動(dòng)產(chǎn)生的原因流體流動(dòng)產(chǎn)生的原因有：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。強(qiáng)制對(duì)流的給熱系數(shù)要比自然對(duì)流的給熱系數(shù)大。2、流動(dòng)型態(tài)及流速的影響由于流動(dòng)型態(tài)的不同，影響層流內(nèi)層的厚度，Re數(shù)大則，層流內(nèi)層薄，對(duì)流給熱系數(shù)就大。3、流體物理性質(zhì)的影響影響流體對(duì)流給熱系數(shù)的物理性質(zhì)有：粘度、比熱、體積膨脹系數(shù)等。4、流體溫度的影響5、流體相變6、換熱面的幾何形狀化工原理上下冊(cè)[1]

4.4傳熱計(jì)算工業(yè)生產(chǎn)中的換熱大多數(shù)是通過(guò)間壁式換熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在所傳熱量中輻射傳熱所占比例很小，故在傳熱計(jì)算中輻射傳熱部分忽略。一、熱量衡算1、熱負(fù)荷的計(jì)算換熱器中冷熱流體單位時(shí)間內(nèi)交換的熱量，稱為換熱器的熱負(fù)荷表示為Q’。一個(gè)能滿足要求的換熱器必須使其傳熱速率等于（或略大于）熱負(fù)荷。熱流體放出的熱量Qh，冷流體吸收的熱量Qc，熱量損失Qf。若熱量損失能忽略時(shí)：Q’=Qh=Qc化工原理上下冊(cè)[1]若熱量損失不能忽略時(shí)：Qh=Qc+Qf如圖中所示。其中：Qh=Q1-Q2;Qc=Q4-Q3。2、載熱體換熱量計(jì)算A、顯熱法適用于流體沒(méi)有發(fā)生相變化的?；ぴ砩舷聝?cè)[1]B、潛熱法此適用于有相變。C、焓差法此法在有無(wú)相變均可采用。二、傳熱基本方程改寫成：化工原理上下冊(cè)[1]三、傳熱系數(shù)1、傳熱系數(shù)K值的計(jì)算在定態(tài)傳熱時(shí)：——總傳熱量——熱流體對(duì)間壁的給熱——間壁的熱傳導(dǎo)——間壁對(duì)冷流體的給熱而：有：化工原理上下冊(cè)[1]

或：

或：上述K1；Ki；Km分別表示對(duì)應(yīng)于內(nèi)表面積、管的平均表面積、外表面積的傳熱系數(shù)。四、傳熱計(jì)算的兩類問(wèn)題1、設(shè)計(jì)性計(jì)算根據(jù)工藝要求（熱負(fù)荷）計(jì)算換熱器的傳熱面積，從而設(shè)計(jì)換熱器的結(jié)構(gòu)。2、驗(yàn)證性計(jì)算已知換熱器的換熱面積和換熱器的結(jié)構(gòu)，計(jì)算它所能達(dá)到的換熱量。驗(yàn)證是否符合工藝要求?；ぴ砩舷聝?cè)[1]§5.0蒸發(fā)

5.1蒸發(fā)操作概述一、蒸發(fā)操作的概念1、概念是將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱，使溶劑不斷揮發(fā)并移去以提高溶液濃度的操作。2、蒸發(fā)操作的特點(diǎn)A、溶質(zhì)不揮發(fā)B、伴隨傳熱過(guò)程C、溶液性質(zhì)對(duì)蒸發(fā)操作的影響D、溶液費(fèi)點(diǎn)的改變3、溶液濃度的表示質(zhì)量百分比：化工原理上下冊(cè)[1]二、蒸發(fā)設(shè)備1、自然循環(huán)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)如右圖：為典型自然循環(huán)蒸發(fā)器。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：流體在加熱器的列管內(nèi)被加熱、汽化，同時(shí)進(jìn)行如圖中箭頭所示的自然循環(huán)（由于密度差，形成的自然流動(dòng)）。由于溶液在加熱器內(nèi)就開始汽化，溶液夾帶著大量汽泡，影響溶液和列管之間的傳熱，同時(shí)溶質(zhì)也可能在管內(nèi)結(jié)晶，形成垢層。

化工原理上下冊(cè)[1]2、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)如右圖：為典型強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖通過(guò)外加循環(huán)泵和除沫器的方式，來(lái)提高溶液在蒸發(fā)器中的循環(huán)，同時(shí)由于外加了一個(gè)除沫器，提高了列管內(nèi)的靜壓強(qiáng)，使溶液在管內(nèi)不沸騰（或少沸騰），提高管壁與溶液的傳熱效率。化工原理上下冊(cè)[1]三、蒸發(fā)操作流程（一）、間歇性蒸發(fā)操作如圖為間歇性蒸發(fā)操作流程。特點(diǎn)：稀溶液一次性加入，加熱蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽，由于溶液濃度的逐步提高，蒸發(fā)操作體系的溫度是逐步提高的。等一個(gè)周期完成以后，再次加料進(jìn)行下一批次的蒸發(fā)操作。

化工原理上下冊(cè)[1]

（二）、連續(xù)性蒸發(fā)操作1、單級(jí)蒸發(fā)操作如圖所示：?jiǎn)渭?jí)蒸發(fā)是原料液連續(xù)不斷加入蒸發(fā)器，經(jīng)加熱蒸發(fā)形成二次蒸汽和完成液，二次蒸汽和完成液也是連續(xù)不斷的產(chǎn)生。主要適用于蒸發(fā)溶劑量（或蒸發(fā)量）不大的溶液。缺點(diǎn)：二次蒸汽所含熱量沒(méi)充分利用。2、多級(jí)蒸發(fā)操作為充分利用二次蒸汽所含熱量，可以將上級(jí)蒸發(fā)操作產(chǎn)生的二次蒸汽作為下一級(jí)的加熱蒸汽?；ぴ砩舷聝?cè)[1]如圖所示：多級(jí)蒸發(fā)操作的特點(diǎn)：溶液的流向和熱量的流向逆向。對(duì)熱量能充分利用?；ぴ砩舷聝?cè)[1]四、物質(zhì)和能量衡算1、物質(zhì)計(jì)算如圖所示：對(duì)溶液而言，有：對(duì)加熱蒸汽而言，有：物質(zhì)的總量不變。化工原理上下冊(cè)[1]2、熱量衡算或者：當(dāng)溶液濃縮熱忽略不計(jì)，且：及則有：從上述，可以看出，對(duì)蒸發(fā)操作進(jìn)行熱量衡算的根本目的是為計(jì)算加熱蒸汽的用量。化工原理上下冊(cè)[1]§6.0氣體吸收6.1概述一、吸收：氣體吸收是用液體吸收劑吸收氣體的單元操作。二、吸收基本原理利用氣體混合物中各組分在某一液體吸收劑中溶解度的不同，從而將其中溶解度最大的組分分離出來(lái)。三、吸收的特點(diǎn)吸收是一種組分從氣相傳入夜相的單向擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程。四、傳質(zhì)過(guò)程借擴(kuò)散進(jìn)行物質(zhì)傳遞的過(guò)程稱為傳質(zhì)過(guò)程。除吸收外，蒸餾.萃取.吸收.干燥等過(guò)程，也都屬于傳質(zhì)過(guò)程。化工原理上下冊(cè)[1]五、吸收劑的選擇1吸收劑應(yīng)對(duì)被分離組分有較大的溶解度，以減少吸收劑用量，從而降低回收吸收劑的能量消耗；2吸收劑應(yīng)有較高的選擇性，即對(duì)于溶質(zhì)能選擇性溶解，而對(duì)其余組分則基本不吸收或吸收較少；3吸收劑應(yīng)易于再生，以減少“解吸”的設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用；4吸收劑的蒸汽壓要低，以減少吸收過(guò)程中的揮發(fā)損失；5吸收劑應(yīng)有較低的粘度、較高的化學(xué)穩(wěn)定性；6吸收劑應(yīng)盡可能價(jià)廉易得、無(wú)毒、不易燃、腐蝕性小?；ぴ砩舷聝?cè)[1]

6.2吸收過(guò)程中的相平衡關(guān)系6.2.1相組成的表示方法1質(zhì)量分率2摩爾分率3比質(zhì)量分率4比摩爾分率5質(zhì)量濃度6摩爾濃度7氣體混合物的組成

化工原理上下冊(cè)[1]6.2.2氣體在液體中的溶解度1氣體的溶解度：正逆擴(kuò)散速率達(dá)到相等，于是就出現(xiàn)了平衡。相平衡時(shí)，氣體吸收質(zhì)在溶液中的濃度，就是吸收質(zhì)在該條件下的溶解度。氣體的溶解度是在一定條件下吸收可能達(dá)到的最高限度，它與氣體和溶劑的性質(zhì)有關(guān)，并受溫度和壓力的影響。此時(shí)的溶液已被吸收質(zhì)所飽和，被稱為飽和溶液，溶液的濃度被稱為平衡濃度或飽和濃度。相平衡時(shí)，氣相和液相中吸收質(zhì)的組成不再變化，此時(shí)溶液上方溶解氣體的分壓，成為平衡分壓。

化工原理上下冊(cè)[1]

2溶解度曲線a在同一種溶劑中，不同氣體的溶解度有很大差異；b同一溶質(zhì)在相同的溫度下，隨著溶質(zhì)氣體分壓的提高，在液相中的溶解度加大；c同一溶質(zhì)在相同的分壓下，溶解度隨溫度降低而增大。6.2.3亨利定律亨利定律是描述互成平衡的氣、液兩相間組成關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。它適用于溶解度曲線中低濃度的直線部分。由于相組成有多種表達(dá)方式，致使亨利定律有多種形式。1.式中：—液相中吸收質(zhì)的濃度；—與液相平衡的氣相吸收質(zhì)的分壓或；H—溶解度系數(shù)或。

化工原理上下冊(cè)[1]2.式中：—液相中吸收質(zhì)的摩爾分率；—亨利系數(shù)。3.即式中：—與液相平衡的氣相中吸收質(zhì)的摩爾分率；x—與液相平衡的氣相中吸收質(zhì)的摩爾分率；—相平衡常數(shù)（無(wú)量綱）；—混合氣體總壓。4.式中：Y*—溶質(zhì)在氣相中的比摩爾分率；X—溶質(zhì)在液相中的比摩爾分率；—相平衡常數(shù)（無(wú)量綱）。

化工原理上下冊(cè)[1]6.3吸收機(jī)理和吸收速率6.3.1傳質(zhì)的基本方式吸收過(guò)程是溶劑從氣相轉(zhuǎn)移到液相的過(guò)程。由于溶劑從氣相轉(zhuǎn)移到液相是通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)行的，因此傳質(zhì)過(guò)程也稱為擴(kuò)散過(guò)程。擴(kuò)散有兩種基本方式：（1）分子擴(kuò)散：由于分子受熱運(yùn)動(dòng)造成質(zhì)量遷移的現(xiàn)象。在靜止或滯流的流體中，某一組分由濃度高的部位向濃度低的部位的移動(dòng)、是通過(guò)分子擴(kuò)散進(jìn)行的，（如一滴墨水滴入水中的擴(kuò)散就是分子擴(kuò)散）；當(dāng)組分垂直于層流流動(dòng)的薄層時(shí)，由于組分的移動(dòng)方向垂直于流體的流動(dòng)方向。因此可以斷定，在這種情況下物質(zhì)垂直穿過(guò)層流薄膜也只有分子擴(kuò)散才可完成。

化工原理上下冊(cè)[1]根據(jù)費(fèi)克（Fick）定律即單位時(shí)間傳遞的物質(zhì)量與傳質(zhì)面積和沿傳質(zhì)方向的濃度梯度成正比，在穩(wěn)定條件下式中—擴(kuò)散速率；式中—分子擴(kuò)散通量；—傳質(zhì)面積；—濃度梯度；—濃度差；—擴(kuò)散系數(shù)。

—擴(kuò)散距離。

當(dāng)式中；化工原理上下冊(cè)[1]（2）渦流擴(kuò)散由于流體質(zhì)點(diǎn)湍流、脈動(dòng)、造成大量漩渦將物質(zhì)從高濃度傳遞到低濃度的擴(kuò)散。與給熱相似。質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)與混合共同點(diǎn)方向從高到低阻力小分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散總稱對(duì)流擴(kuò)散吸收同時(shí)存在分子擴(kuò)散與渦流擴(kuò)散即真正的層流膜內(nèi)是分子擴(kuò)散，膜外是渦流擴(kuò)散，而渦流擴(kuò)散比較復(fù)雜，不能定量計(jì)算，故把膜外（氣相主體與氣膜外緣與液相主體與液膜外緣）的渦流擴(kuò)散阻力折合成相當(dāng)分子擴(kuò)散的一定厚度虛擬膜加在真正的層流膜上，形成氣液相界面兩側(cè)的雙膜，通過(guò)費(fèi)克定律表示出來(lái)。

化工原理上下冊(cè)[1]6.3.2吸收過(guò)程的機(jī)理1．雙膜理論化工原理上下冊(cè)[1]化工原理上下冊(cè)[1]雙膜理論的基本點(diǎn)：（1）當(dāng)氣液兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在兩相接觸面（界面）的兩側(cè)存在著作層流流動(dòng)的穩(wěn)定的氣膜和液膜。吸收質(zhì)通過(guò)雙膜由氣相傳入液相。（2）界面上氣液兩相平衡。（3）吸收過(guò)程的阻力主要集中在界面兩側(cè)的氣膜和液膜上，吸收速率主要決定于通過(guò)此雙膜的擴(kuò)散速率。因此提高氣液兩流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，可以減少氣膜和液膜的厚度，增大吸收速率。

化工原理上下冊(cè)[1]6.3.3吸收速率方程一、在吸收操作中，單位時(shí)間內(nèi)單位相際傳質(zhì)面積上吸收的溶質(zhì)量為吸收速率。表示吸收速率與吸收推動(dòng)力之間的關(guān)系式即為吸收速率方程式。1.氣膜吸收速率方程式亦即(1)式中：—吸收質(zhì)A的分子擴(kuò)散速率；—?dú)饽の障禂?shù)；Y、Yi—吸收質(zhì)A在氣相主體與相界面處的比摩爾分率。式中1/kY為吸收質(zhì)通過(guò)氣膜的擴(kuò)散阻力，這個(gè)阻力的表達(dá)形式是與氣膜推動(dòng)力(Y-Yi)相對(duì)應(yīng)的?；ぴ砩舷聝?cè)[1]2.液膜吸收速率方程式亦即(2)式中：—吸收質(zhì)A的分子擴(kuò)散速率；—液膜吸收系數(shù)；Y、Yi—吸收質(zhì)A在相界面與液相主體處的比摩爾分率。式中1/kX為吸收質(zhì)通過(guò)液膜的擴(kuò)散阻力，這個(gè)阻力的表達(dá)形式是與液膜推動(dòng)力(Xi-X)相對(duì)應(yīng)的?；ぴ砩舷聝?cè)[1]3.吸收速率總方程界面上氣液兩相處于平衡狀態(tài)，故在亨利定律適用的范圍內(nèi)即另外，設(shè)與濃度（摩爾分率）溶液平衡的氣相中吸收質(zhì)的摩爾分率為則：將、代入（2）式（3）

令則：（4）總阻力=氣膜阻力+液膜阻力化工原理上下冊(cè)[1]（4）式是用氣相濃度差表示的總推動(dòng)力的吸收速率方程，簡(jiǎn)稱為氣相總吸收速率方程式，是以氣相濃度差表示總推動(dòng)力時(shí)的吸收傳質(zhì)系數(shù)，簡(jiǎn)稱為氣相吸收傳質(zhì)總系數(shù)。單位

用同樣的方法也可以推導(dǎo)得令則（6）式（6）是用液相總濃度差表示推動(dòng)力的吸收速率方程式，簡(jiǎn)稱液相總吸收速率方程。是以總濃度差表示推動(dòng)力時(shí)的吸收傳質(zhì)系數(shù)，稱為液相吸收傳質(zhì)總系數(shù)。單位化工原理上下冊(cè)[1]6.3.4吸收總系數(shù)1吸收系數(shù)的確定吸收系數(shù)往往是通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接測(cè)得的，也可以用經(jīng)驗(yàn)公式或用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的方法求算。2吸收總系數(shù)與吸收膜系數(shù)的關(guān)系

式中：m—相平衡常數(shù)，由求出；1/KY、1/KX—與推動(dòng)力（

Y、

X）對(duì)應(yīng)的總阻力?；ぴ砩舷聝?cè)[1]式中：P—?dú)庀嗫倝海╧Pa）；C—液相總濃度（kmol(溶液+吸收劑)/m3）；kG—以分壓差（

p）為推動(dòng)力的氣膜吸收系數(shù)（kmol吸收質(zhì)/m2·s·kPa）；KG—以分壓差（

p）為推動(dòng)力的氣相吸收系數(shù)（kmol吸收質(zhì)/m2·s·kPa）；kL—以濃度差（

C）為推動(dòng)力的液膜吸收系數(shù)（kmol吸收質(zhì)/（m2·s·kmol吸收質(zhì)/m3））KL—以濃度差（

C）為推動(dòng)力的液相吸收系數(shù)（kmol吸收質(zhì)/（m2·s·kmol吸收質(zhì)/m3））化工原理上下冊(cè)[1]6.4吸收過(guò)程的計(jì)算6.4.1物料衡算與操作線方程一、吸收塔的物料衡算根據(jù)質(zhì)量守恒原則：入方物料=出方物料

將上式整理可得：式中：—單位時(shí)間通過(guò)吸收塔的惰氣量；—單位時(shí)間通過(guò)吸收塔的吸收劑量；、、、—分別表示進(jìn)塔、出塔氣相中和出塔、進(jìn)塔液相中吸收質(zhì)的比摩爾分率；化工原理上下冊(cè)[1]二.吸收塔的操作線方程將（1）可整理為：（2）全塔操作線方程

溶質(zhì)吸收率或回收率用（2）式可求得塔底吸收液濃度。我們可以在塔截面任意高度取一截面與塔底端面之間作吸收質(zhì)的物料衡算，如前圖：整理得：上式稱為逆流吸收塔的操作線方程。

、、是工藝上確定的，與精餾操作線方程一樣是斜截式方程直線的斜率?；ぴ砩舷聝?cè)[1]逆流吸收塔的操作線方程表示在吸收塔任一截面上，氣液兩相中吸收質(zhì)的濃度關(guān)系，它在坐標(biāo)圖上為一條直線AT，直線端點(diǎn)A表示塔頂?shù)囊合酀舛群蜌庀酀舛龋ㄏ《耍?，端點(diǎn)B表示塔底的液相濃度和氣相濃度（濃端）。直線上的任一點(diǎn)（X、Y）則表示塔中任一截面液相氣相的濃度。AT線為任一塔截面的操作線，AB線為全塔操作線。化工原理上下冊(cè)[1]6.4.2吸收劑用量的確定1液氣比由全塔操作線方程改寫，得：L/V稱為吸收劑單位耗用量或液氣比。即處理單位惰性氣體所需要的吸收劑量。而也就是操作線的斜率。2最小液氣比吸收劑的單位耗用量L/V，在理論上其值不能低于一定的最小值(L/V)min。(L/V)min稱為最小液氣比。相應(yīng)的吸收劑用量成為最小的吸收劑用量。若平衡關(guān)系服從亨利定律，即，則最小液氣比亦可按下式計(jì)算：

化工原理上下冊(cè)[1]

當(dāng)操作線端點(diǎn)B與平衡線相交或相切時(shí)的液氣比為最小液氣比，此時(shí)塔底的推動(dòng)力等于零，所需要的接觸面積和吸收塔的尺寸為無(wú)限大。

化工原理上下冊(cè)[1]3.操作液氣比的確定吸收操作時(shí)選用的液氣比必須較上述的理論最小值大。但是如果L/V過(guò)大，則吸收劑單位耗氧量太大，操作費(fèi)用增加；而若L/V過(guò)小，則為達(dá)一定的吸收效果，吸收塔必須增高，設(shè)備費(fèi)用就增大。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般選擇實(shí)際液氣比為最小液氣比的1.2～2倍。

化工原理上下冊(cè)[1]

6.5填料塔的工藝設(shè)計(jì)一、塔徑的計(jì)算式中—塔徑；u—空塔速度；—操作條件下混合氣、體積流量有波動(dòng)時(shí)取最大值。一般以進(jìn)塔底流量為準(zhǔn)而其它的也相應(yīng)取塔底下的值。二、填料層高度的計(jì)算1.填料層高度的基本計(jì)算式：式中：Z—填料層的高度(m)；VP—填料層的體積(m3)；F—吸收所需的傳質(zhì)界面(m2)；a—單位體積填料的有效吸收面積(1/m)；Ω—塔的截面積(m2)，等于πD2/4，其中D為塔徑(m)?；ぴ砩舷聝?cè)[1]在吸收操作中，填料塔不同橫截面上的傳質(zhì)推動(dòng)力是變化的。因此，對(duì)于全塔吸收速率方程而言，應(yīng)該用全塔的平均推動(dòng)力作為

Ym（或

Xm）吸收速率方程式中的推動(dòng)力。這樣，以比摩爾分率差為推動(dòng)力的吸收速率方程式可以寫成：則或式中：GA—單位時(shí)間內(nèi)吸收的物質(zhì)量（kmol/s）；F—吸收所需傳質(zhì)面積（m2）；

Ym、

Xm—全塔范圍內(nèi)以比摩爾分率表示的平均推動(dòng)力。吸收的物質(zhì)量GA可由全塔物料衡算式，即求出?；ぴ砩舷聝?cè)[1]2用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法計(jì)算填料層的高度。由填料層高度的基本計(jì)算式、吸收速率方程和全塔總物料衡算式，可得填料吸收塔所需填料層高度的具體計(jì)算式如下：或當(dāng)吸收操作達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，式中a、Ω、V、L均為定值，若吸收總系數(shù)KY或KX也可取為定值或取全塔平均值，則填料層高度的計(jì)算便取決于吸收過(guò)程平均推動(dòng)力

Ym或

Xm的計(jì)算。化工原理上下冊(cè)[1]對(duì)于氣相：當(dāng)

同理,對(duì)于液相：當(dāng)

化工原理上下冊(cè)[1]3理論板層數(shù)的計(jì)算理論板：離開該板的氣液兩相互相成平衡，而且塔板上的液相組成是均勻的。梯級(jí)圖解法求理論板層數(shù)示意圖表示一個(gè)逆流操作的板式吸收塔實(shí)際工作狀況，為簡(jiǎn)化推導(dǎo)，假定每層塔板都為理論板?；ぴ砩舷聝?cè)[1]一、梯級(jí)圖解法求理論板層數(shù)以X為橫坐標(biāo)，Y為縱坐標(biāo)，在相圖上畫出平衡線OE，操作線BT。由T點(diǎn)開始畫梯級(jí)直到B為止，梯級(jí)數(shù)即為理論板層數(shù)。上下兩層板氣液關(guān)系在操作線上，同一層理論板氣液關(guān)系在平衡線上；即實(shí)際板上X~Y操作關(guān)系都在操作線上，理論板上X~Y平衡關(guān)系都在平衡線上，適用范圍：氣液相任意濃度（高濃度、低濃度）、任意表示方法（摩爾分率、比摩爾分率）的氣體吸收或脫吸過(guò)程。二、解析法求理論板層數(shù)

（略）化工原理上下冊(cè)[1]6.6脫吸及其它條件下的吸收一.脫吸：使溶解于液相中的氣體釋放出來(lái)的操作稱為脫吸（解吸）。二.脫吸的方法：使溶液與惰性氣體或蒸汽逆流接觸。三.其它條件下的吸收高濃度氣體吸收/低濃度吸收非等溫吸收多組分吸收化學(xué)吸收

化工原理上下冊(cè)[1]§7.0液體的蒸餾7.1概述一、蒸餾操作的應(yīng)用蒸發(fā)操作主要應(yīng)用于分離（或濃縮）溶質(zhì)不揮發(fā)的溶液，而對(duì)于溶質(zhì)和溶劑均揮發(fā)的溶液要用蒸餾操作來(lái)完成。我們通常將容易揮發(fā)的組分稱為輕組分；不太容易揮發(fā)的組分稱為重組分。二、蒸餾操作的分類按照操作是否連續(xù)可以分為：1、間歇性蒸餾2、連續(xù)性蒸餾化工原理上下冊(cè)[1]按照操作壓強(qiáng)可以分為：1、常壓蒸餾2、減壓蒸餾3、加壓蒸餾按照蒸餾操作的級(jí)數(shù)可分為1、單級(jí)蒸餾2、多級(jí)蒸餾3、精餾（含一般精餾和