化工原理總結演示文稿當前第1頁\共有117頁\編于星期日\20點（優選）化工原理總結當前第2頁\共有117頁\編于星期日\20點混合液體的密度：公式應用條件：混合前后體積不變，則1kg混合液的體積等于各組分單獨存在時的體積之和。（3）氣體密度的計算氣體的密度隨溫度和壓強而變化

——液體混合物中各組分的質量分數當前第3頁\共有117頁\編于星期日\20點

當氣體的壓強不太高、溫度不太低時，氣體密度可按理想氣體狀態方程來計算。

上式中的ρ0為標準狀態下氣體的密度，T0、p0分別為標準狀態下氣體的絕對溫度和絕對壓強?；旌蠚怏w的密度：當前第4頁\共有117頁\編于星期日\20點（2）流體的粘度液體的粘度隨溫度升高而減小，氣體的粘度則隨溫度升高而增大。壓強變化時，液體的粘度基本不變；氣體的粘度隨壓強增加而增加的很少，在一般工程計算中可忽略不計。國際單位制中粘度的單位為Pa?s物理單位制的粘度單位為P（泊）和cP（厘泊），它們的換算關系如下：

1Pa?s=10P=1000cP（重點）粘度與密度之比稱為運動粘度，以ν表示混合氣體和液體的黏度用P141-8、1-9計算當前第5頁\共有117頁\編于星期日\20點（1）壓力的單位在SI制中，壓力的單位是N/m2，稱為帕斯卡，以Pa表示。也可用其它單位表示：atm（標準大氣壓）、at（工程大氣壓），某流體柱高度或kgf/cm2等。（2）單位換算1at=9.81×104Pa=1.0kgf/cm2=10.0mH2O=735.6mmHg1atm=1.013×105Pa=1.033kgf/cm2=10.33mH2O=760mmHg（3）壓力的基準

壓力可以有不同的計量基準絕對壓力:以絕對真空(即零大氣壓）為基準。表壓：以當地大氣壓為基準。當前第6頁\共有117頁\編于星期日\20點表壓＝絕對壓力－大氣壓力真空度＝大氣壓力－絕對壓力當前第7頁\共有117頁\編于星期日\20點（1）U形壓差計在正U形管中要求指示劑密度大于工作介質密度一、壓強與壓強差的測量當前第8頁\共有117頁\編于星期日\20點1.3流體流動的基本方程1.3.1流量與流速

(一)流量（1）體積流量：

單位時間內流體流經管道任一截面的流體的體積，稱為體積流量，以表示，其單位為m3/s或m3/h。（2）質量流量

:

單位時間內流體流經管道任一截面的流體的質量，稱為質量流量，以表示，其單位為kg/s或kg/h。體積流量與質量流量之間的關系為

當前第9頁\共有117頁\編于星期日\20點（二）流速(1)平均流速：流速是指單位時間內液體質點在流動方向上所流經的距離。流量與流速關系為：u＝Vs/A（重點）

(2)質量流速：單位時間內流體流經管道單位截面的質量稱為質量流速（massvelocity），以G表示，單位為kg/m2·s。G＝Ws/A=ρAu/A=ρu（重點）例1-3用內徑105mm的鋼管輸送壓力為2atm、溫度為120℃的空氣。已知空氣在標準狀態下的體積流量為630m3/h，試求此空氣在管內的流速和質量流速（取空氣的平均分子量為Mm=28.9）。當前第10頁\共有117頁\編于星期日\20點

1.3.3連續性方程式根據質量守恒定律，從截面1-1進入的流體質量流量應等于從截面2-2流出的流體質量流量，即Ws1＝Ws2

ρ1A1u1＝ρ2A2u2此關系可推廣到管道的任一截面，即ρAu＝常數。若液體不可壓縮，ρ＝常數，則上式可簡化為Au＝常數。對于圓形管道，可得

（重點）當前第11頁\共有117頁\編于星期日\20點H稱為壓頭或揚程，其物理意義為單位重量流體流經泵所獲得的能量，單位為m。

We為單位質量流體流經泵所獲得的能量，也稱為有效功，單位為J/kg。

（非常重要）實際流體的柏努利方程式（單位質量）有效功率：單位時間輸送設備所作的有效功。以Ne表示：當前第12頁\共有117頁\編于星期日\20點（重點）離心泵的軸功率用N表示：實際流體的柏努利方程式（單位體積）,單位為Pa柏努力方程式的應用（1）流量、流速；（2）容器的相對位置；（3）管路中的流體壓強；（4）管路中所需的外加能量。Ws的單位必須是kg/s當前第13頁\共有117頁\編于星期日\20點層流特點：質點始終沿著與管軸平行的方向作直線運動，質點之間互不混合。圓管中的流體就如一層一層的同心圓筒在平行地流動。（滯流）湍流特點：流體質點除了沿著管道向前流動外，各質點還作劇烈的徑向脈動。（紊流）層流與湍流的區別：層流只有軸向運動，而湍流不僅有軸向運動，而且還有徑向運動。Re≤2000時，流動類型為層流；Re≥4000時，流動類型為湍流；2000＜Re＜4000，過渡區，流動類型不穩定。當前第14頁\共有117頁\編于星期日\20點流體在圓管內流動時的速度分布

層流流動時的速度分布為拋物線形狀。管中心的流速最大，向管壁的方向漸減，靠管壁的流速為零。平均速度為最大速度的一半。

當前第15頁\共有117頁\編于星期日\20點湍流速度分布：類似拋物線，頂部寬闊而平坦，管壁較陡。Re↑，頂部越平坦，管壁越陡。（近似）u=0.82umax層流底層：δ，在靠近管壁的區域，仍有一極薄的流體作層流流動，稱為層流內層或層流底層。流體的湍流程度越大，層流底層越薄。層流底層的存在，對傳質、傳熱有重要影響。

u↑,湍動程度↑，δ↓。當前第16頁\共有117頁\編于星期日\20點

1.5流體在管內的流動阻力流動阻力產生的內因是流體的粘性，外因是流動。流體在管內流動的總阻力=直管阻力+局部阻力直管阻力：指流體流經直管時，由于流體流動產生的內摩擦力而產生的阻力。局部阻力：指流體流經管件、閥門等由于改變方向產生旋渦而產生的阻力。當前第17頁\共有117頁\編于星期日\20點1.5.1流體在直管中的流動阻力（1）計算圓形直管阻力的通式（范寧公式）λ—摩擦系數，λ與流體流動狀況、管路粗糙度有關或（2）管壁粗糙度對摩擦系數的影響化工所用管道分為光滑管和粗糙管。管徑常以ΦA*B表示，其中A指管外徑，B指管壁厚度當前第18頁\共有117頁\編于星期日\20點（3）層流時的摩擦系數層流時的哈根-波謖葉方程（重點）（4）湍流時的摩擦系數湍流時摩擦系數是通過因次分析（量綱分析）和實驗得到與Re和相對粗糙度的關系。并繪在圖上，P44，該圖可分為四個區域：當前第19頁\共有117頁\編于星期日\20點①層流區：Re≤2000，λ與Re為直線關系，而與ε/d無關。阻力損失與速度的一次方成正比。λ可計算，也可以查圖。λ=64/Reλ=f(Re)②過渡區：

2000<Re<4000，流動類型不穩定，為安全起見，一般按湍流計算λ。③湍流區：Re≥4000及虛線以下的區域λ=f(Re,ε/d)。Re較小，λ集中；Re較大，λ分散ε/d=const：Re↑，λ↓；Re=const：ε/d↑，λ↑④完全湍流區：λ僅與ε/d有關，而與Re無關。Re一定時，λ隨ε/d增大而增大，阻力損失與速度的平方成正比，稱為阻力平方區。當前第20頁\共有117頁\編于星期日\20點（5）流體在非圓形直管內的流動阻力當流體在非圓型管內湍流流動時，計算阻力時d用當量直徑de代替。當量直徑：4倍的流通截面積除以流體潤濕周邊長度de——當量直徑，m；rH——水力半徑，m。

對于矩形管長為a,寬為b當前第21頁\共有117頁\編于星期日\20點（1）阻力系數法u為管中流體流速，ξ為局部阻力系數管件不同ξ也不同，其值由實驗測定突然擴大時，

突然縮小時，注意：計算突然擴大或突然縮小的局部阻力損失時，流速u均為細管中的流速。當流體從管道中流入截面較大的容器，或氣體從管道排放到大氣中，ξ=1流體自容器進入管的入口，相當于自很大的截面突然縮小到很小的截面，ξ=0.5當前第22頁\共有117頁\編于星期日\20點2、當量長度法此法是將流體流過管件或閥門所產生的局部阻力損失，折合成流體流過長度為Le的直管的阻力損失。Le由實驗測定。P48管路系統的總能量損失管路系統的總阻力損失包括直管阻力損失和所有管件、閥門等的局部阻力損失。若管路系統中的管徑d不變，則總阻力損失計算式為：當前第23頁\共有117頁\編于星期日\20點(2)已知d、l和∑hf及管路設置，求管路的輸送量Vs。(3)已知l、∑hf、Vs及管路設置，確定輸送管路的管徑。（1）簡單管路（2）復雜管路①并聯管路并聯管路特點：總流量等于各支管流量之和；a)V＝V1＋V2＋V3單位質量流體流經各支管的阻力損失相等。

b)hf1=hf2=hf3=hfAB123AB當前第24頁\共有117頁\編于星期日\20點根據hf1=hf2=hf3各支管的流量比即d增大，l下降，流量越大。②分支管路：流體在主管處有分支，但最終不再匯合的管路稱分支管路。P55例1-25V＝V1＋V2＋V3＋……可在分支處將其分為若干簡單管路，然后按一般的簡單管路計算，在計算分支管路所需的能量時，須按耗用量最大的那支管路計算。當前第25頁\共有117頁\編于星期日\20點測量流量的原理：管道中流體的流量愈大，在孔板前后產生的壓差ΔP=P1-P2也越大，Vs與ΔP互為一一對應的關系。所以只要用差壓計測出孔板前后的差ΔP，就能知道流量Vs。C0:流量系數或孔流系數，無因次，其數值在0.6左右，可通過實驗測得。P71（重點）當前第26頁\共有117頁\編于星期日\20點第2章流體輸送機械概述

流體從低處→高處；低壓處→高壓處；所在地→較遠處；

需要對流體做功，增加流體的機械能。流體輸送設備（通用機械）：液體輸送設備——泵；氣體輸送設備——

通風機、鼓風機、壓縮機或真空泵。作用：向系統輸入能量，補充所需機械能；用于流體的輸送或加壓。當前第27頁\共有117頁\編于星期日\20點（3）效率泵的效率就是反映能量損失的大小。能量損失的原因①容積損失：泵的泄漏造成的。容積效率η1。②水力損失：由于流體流過葉輪、泵殼時產生的能量損失。水力效率η2。③機械損失：泵在運轉時，在軸承、軸封裝置等機械部件接觸處由于機械磨擦而消耗部分能量，機械效率η3。泵的總效率η（又稱效率）η＝η1×η2×η3

對離心泵來說，一般0.6~0.85左右，大型泵可達0.90。當前第28頁\共有117頁\編于星期日\20點（4）軸功率離心泵的軸功率是指泵軸所需的功率。當泵直接由電動機帶動時，它即是電機傳給泵軸的功率，以N表示，其單位為W或KW。泵的有效功率可寫成

由于有容積損失、水力損失與機械損失，所以泵的軸功率N要大于液體實際得到的有效功率，即泵在運轉時可能發生超負荷，所配電動機的功率應比泵的軸功率大。在機電產品樣本中所列出的泵的軸功率，除非特殊說明以外，均系指輸送清水時的數值。當前第29頁\共有117頁\編于星期日\20點2離心泵的特性曲線

一、離心泵的特征曲線（1）H--Q曲線（2）N--Q（3）η--QQ↑,H↓Q↑,N↑Q=0,η=0

注意：特性曲線是在一定轉速下測定。當前第30頁\共有117頁\編于星期日\20點最高效率點稱為設計點。離心泵的銘牌上標出的性能參數就是指該泵在運行時效率最高點的性能參數。

啟動離心泵時，為了減小啟動功率，應將出口閥關閉。高效率區：ηmax×92%3、離心泵的性能的改變和換算1）液體物性對離心泵特性的影響(1)密度的影響

離心泵的壓頭、流量、效率均與液體的密度無關。但泵的軸功率與輸送液體的密度有關，隨液體密度而改變。因此，當被輸送液體與水不同時，原離心泵特性曲線中的N—Q曲線不再適用。當前第31頁\共有117頁\編于星期日\20點(2)粘度的影響

若被輸送液體的粘度大于常溫下清水的粘度，則泵體內部液體的能量損失增大，因此泵的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率增大，亦即泵的特性曲線發生改變。

2）離心泵的轉速對特性曲線的影響

當轉速n改變時，泵的流量Q、壓頭H及功率N也相應改變。對同一型號泵、同一種液體，在效率η不變的條件下，Q、H、N隨n的變化關系如下式表示。當前第32頁\共有117頁\編于星期日\20點適用條件：同一型號泵、同一種液體，在效率η不變的前提下。

3）葉輪直徑對離心泵特性的影響當離心泵的轉速一定時，通過切割葉輪直徑D，使其變小，也能改變特性曲線。(稱為切割定律)適用條件：同一型號泵、同一液體、同一轉速下直徑D的切割量小于5-10％。

比例定律當前第33頁\共有117頁\編于星期日\20點汽蝕原因：當離心泵入口處壓力p1≤飽和蒸汽壓汽蝕危害：噪音、震動，流量、揚程明顯下降汽蝕避免：最低點壓強＞飽和蒸汽壓造成泵入口處壓力過低的原因：①離心泵的安裝高度Hg高；②泵吸入管路局部阻力過大；③液體溫度高。2離心泵的抗氣蝕性能

離心泵的抗氣蝕性能可用氣蝕余量和允許吸上真空度表示。當前第34頁\共有117頁\編于星期日\20點1）離心泵的氣蝕余量油泵用Δh----氣蝕余量2）離心泵的允許吸上真空度——稱之為允許吸上真空度由泵的制造廠家在98.1KPa（10mH2O）大氣壓下，用20℃清水實驗測得。

若操作條件與上述實驗條件不一致或輸送其它液體時，可按P882-28的公式換算。當前第35頁\共有117頁\編于星期日\20點工作點：泵的特性曲線H-Qv與管路的特性曲線H-Q的交點。適宜工作點：工作點所對應效率在最高效率區。2

離心泵的流量調節1)改變泵出口閥門開度實質：改變管路特性曲線，泵特性曲線不變。當前第36頁\共有117頁\編于星期日\20點

優點：迅速方便，連續調節。代價：閥門阻力損失↑。適用場合：流量調節幅度不大，需經常調節的地方。泵出口閥：兩套(手動閥和自動閥)閥門開?。築↑曲線變陡Q↓H↑閥門開大：B↓曲線變平坦Q↑H↓

當前第37頁\共有117頁\編于星期日\20點2)改變泵的轉速或切削葉輪的直徑實質：改變泵特性曲線，管路特性不變。

轉速n增大，泵特性曲線上移，則：Q↑H↑轉速n減小，泵特性曲線下移，則：Q↓H↓當前第38頁\共有117頁\編于星期日\20點3離心泵的并聯和串聯

(1)離心泵的并聯并聯后的總流量必低于單臺泵流量的兩倍，而且并聯壓頭略高于單臺泵的壓頭

。當前第39頁\共有117頁\編于星期日\20點(2)．串聯操作泵型號相同，首尾相連。兩臺泵串聯操作的總壓頭必低于單臺泵壓頭的兩倍。當前第40頁\共有117頁\編于星期日\20點（3）離心泵組合方式的選擇

對于管路特性曲線較平坦的低阻力型管路，采用并聯組合方式可獲得較串聯組合方式為高的流量和壓頭反之，對于管路特性曲線較陡的高阻力型管路，則宜采用串聯組合方式。當前第41頁\共有117頁\編于星期日\20點第4章傳熱4.1概述傳熱在化工生產中的應用熱力學第二定律：只要存在溫度差，熱量會自發從高溫傳遞向低溫，直至溫度相等。傳熱方向：傳熱極限：傳熱推動力：高溫→低溫溫度相等溫度差傳熱應用：科研、生產、生活當前第42頁\共有117頁\編于星期日\20點傳熱的基本方式1.熱傳導：固體主要傳熱方式分子無規則熱運動，使相鄰分子間傳熱。傳熱速率相對較慢。

單純的導熱，物體各部分之間無宏觀運動。2.熱對流：流體主要傳熱方式流動中，流體質點相互碰撞，傳熱。傳熱速率與流動狀態密切相關。對流類型：①強制對流：流體的運動受到外力的作用。②自然對流：流體的運動是由于流體內部冷、熱部分的密度不同而引起。工程中通常將流體和固體壁面之間的傳熱稱為對流傳熱。當前第43頁\共有117頁\編于星期日\20點物體溫度↑，熱輻射能力↑。實際傳熱過程：幾種傳熱方式可同時存在。3．熱輻射熱輻射：因熱的原因而產生的電磁波在空間的傳遞。輻射傳熱：物體間相互輻射和吸收能量的總結果。方向：高溫→低溫熱輻射的電磁波波長范圍0.38～100μm，可見光和紅外線范圍。特點：兩物體不相接觸，也不需任何介質。當前第44頁\共有117頁\編于星期日\20點1.固體的導熱系數

金屬是最好的導熱體。λ純金屬＞λ合金

t

↑,λ↓

非金屬：t

↑,λ↑2.液體的導熱系數

金屬液體：t

↑,λ↓非金屬液體：t

↑,λ↑。λ金屬液體＞λ非金屬液體λ純液體＞λ溶液溶液的λ：經驗公式，查手冊。3.氣體的導熱系數λ=f(T），t

↑,λ↑

氣體的導熱系數很小，故對導熱不利，但對保溫有利。當前第45頁\共有117頁\編于星期日\20點通過平壁的穩態熱傳導（1）單層平壁的穩態熱傳導

①導熱系數λ=const;②溫度只沿著垂直于壁面的x軸方向變化，等溫面皆為垂直于x軸的平行平面。一維穩態的熱傳導當前第46頁\共有117頁\編于星期日\20點x/mt2t1t/℃t2t3t4多層平壁穩態導熱溫度分布Q

（2）多層平壁的穩態熱傳導條件：多層平壁一維穩態導熱(x方向)。則：當前第47頁\共有117頁\編于星期日\20點（1）單層圓筒壁的穩態熱傳導

問題：與平壁穩態導熱的異同點相同點：一維穩態導熱，Q=常數不同點：1、熱流方向不同2、傳熱面積沿徑向不同當前第48頁\共有117頁\編于星期日\20點

（2）多層圓筒壁的穩態熱傳導各層厚分別為b1=r2-r1；b2=r3-r2，b3=r4-r3；各層材料的導熱系數λ1、λ2、λ3r1r2r3r4t1t2t3t4λ1λ2λ3當前第49頁\共有117頁\編于星期日\20點

（2）有相變傳熱

例4-4試計算壓力為147.1kPa，流量為1500kg/h的飽和水蒸汽冷凝后并降溫至50℃時所放出的熱量。

當前第50頁\共有117頁\編于星期日\20點4.4.2總傳熱速率方程和總傳熱系數（1）總傳熱速率方程K：總傳熱系數，W/（m2.k）

注意：K與S相對應，同選Si、Sm或So

（2）總傳熱系數獲取方法：①選取經驗值P177②實驗測定K值；QSΔtm→K③計算重點當前第51頁\共有117頁\編于星期日\20點如果考慮污垢熱阻

工程上規定，以傳熱管外表面積So為基準當前第52頁\共有117頁\編于星期日\20點若傳熱面為平壁或薄管壁時：

（忽略管壁熱阻和污垢熱阻）結論：K值總是接近熱阻大的一側流體的a值（a?。?，總熱阻由熱阻較大一側流體控制，如果要提高K，首先要提高a小。ai、ao相差不太大時，兩者必須同時提高。圓筒壁：So≠Si≠Sm，SO=πdOL，Si=πdiL，Sm=πdmL。當前第53頁\共有117頁\編于星期日\20點4.5.3流體無相變時對流傳熱系數的經驗關聯式強制對流傳熱和自然對流。強制對流自然對流

1流體在管內強制對流時的對流傳熱系數(1)流體在圓形直管內強制湍流時的對流傳熱系數

①低粘度的流體Nu=0.023Re0.8Prn

當流體被加熱時，式中n=0.4；流體被冷卻時，n=0.3適用范圍：Re＞104，0.7＜Pr＜120，管長與管徑之比L/d≥60，μ＜2×10-3Pa·s；特性尺寸：管內徑di；定性溫度：tm=（t1+t2）/2當前第54頁\共有117頁\編于星期日\20點

②高粘度液體

適用范圍：Re＞104，0.7＜Pr＜120，長徑比L/d≥60；特性尺寸：管內徑di；定性溫度：除粘度μw取壁溫外，tm=（t1+t2）/2

當液體被加熱時當液體被冷卻時

對于氣體，不管是加熱或冷卻，皆取1③短管對于L/d＜60的短管，管子入口處攏動較大，所以a較高，需要修正，乘以短管修正系數

④彎管

式中：R——彎管的曲率半徑Rdi當前第55頁\共有117頁\編于星期日\20點4.5.4流體有相變時的對流傳熱蒸汽冷凝和液體沸騰α相變＞＞α無相變1．蒸汽冷凝時的對流傳熱蒸汽冷凝傳熱：當飽和蒸汽與低于飽和溫度的壁面接觸時，將冷凝成液滴并釋放出氣化潛熱。(1)蒸汽冷凝的兩種方式①膜狀冷凝：冷凝液能夠潤濕壁面，在壁面上形成一層完整的液膜。②滴狀冷凝：冷凝液不能夠潤濕壁面，在壁面上形成許多的小液滴。

α膜狀冷凝小于

α滴狀冷凝工業冷凝器的設計都按膜狀冷凝考慮。當前第56頁\共有117頁\編于星期日\20點大容器飽和沸騰曲線AB段，自然對流區，Δt較小時，傳熱以自然對流為主。BC段，核狀沸騰區，汽泡產生速度大，α上升很快。CDE段，膜狀沸騰區，當Δt增大到一定程度，汽泡產生速度大于脫離的速度，使傳熱困難，對流傳熱系數α下降。工業一般控制在核狀沸騰區控制Δt＜Δtc核狀沸騰也稱為泡狀沸騰當前第57頁\共有117頁\編于星期日\20點吸收率反射率透射率黑體：能全部吸收輻射能的物體A=1。白體：能全部反射輻射能的物體R=1。（鏡體）透熱體：能全部透過輻射能的物體D=1。灰體：能以相同的吸收率A，吸收全部波長輻射能的物體。（工業上，多數物體都可近似視為灰體）當前第58頁\共有117頁\編于星期日\20點

4.7換熱器

換熱器的種類很多，但根據冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分為三大類：

●間壁式

●直接接觸式（混合式）

●蓄熱式

當前第59頁\共有117頁\編于星期日\20點二、列管式換熱器的設計時應考慮的問題（一）流體流徑的選擇P279管程和殼程選擇原則：（1）

不潔凈或易結垢的液體宜在管程，因管內清洗方便；

（2）

腐蝕性流體宜在管程，以免管束和殼體同時受到腐蝕；

（3）

壓力高的流體宜在管內，以免殼體承受壓力；

（4）飽和蒸汽宜走殼程，因飽和蒸汽比較清潔，表面傳熱系數與流速無關，而且冷凝液容易排出；（5）流量小而粘度大的流體一般以殼程為宜，因在殼程Re>100即可達到湍流；（6）

需要被冷卻物料一般選殼程，便于散熱。

當前第60頁\共有117頁\編于星期日\20點4-7-3換熱器的傳熱強化途徑

總傳熱速率方程：

強化方法：（一）增大傳熱面積S

關于傳熱面積S的改變，不以增加換熱器臺數，改變換熱器的尺寸來加大傳熱面積S，而是通過對傳熱面的改造，如開槽及加翅片、以不同異形管代替光滑圓管等措施來加大傳熱面積以強化傳熱過程。

(二）增大傳熱平均溫度差

（三）增大總傳熱系數K

（設法減小對K值影響較大的熱阻）減小熱阻的主要方法有(1)加大流速；（2）防止結垢和及時地清除垢層。

當前第61頁\共有117頁\編于星期日\20點5.1濕空氣的性質及濕度圖5-1-1濕空氣的性質

一、濕度又稱為濕含量。它以濕空氣中所含水蒸氣的質量與絕對干空氣的質量之比表示，用符號Ｈ表示，其單位為kg水氣/kg干空氣

第5章干燥當前第62頁\共有117頁\編于星期日\20點二、相對濕度百分數濕空氣為飽和空氣濕空氣為絕干空氣三、比容（濕容積）在p總=101.3kPa時

重點當前第63頁\共有117頁\編于星期日\20點六、干球溫度和濕球溫度

對于某一定干球溫度的濕空氣，其相應的溫度越低，濕球溫度值越低，并且干球溫度大于濕球溫度，而對于飽和濕空氣而言，其濕球溫度與干球溫度相等。當前第64頁\共有117頁\編于星期日\20點八、露點不飽和的濕空氣在濕含量Ｈ不變的情況下冷卻，達到飽和狀態時的溫度，稱為該濕空氣的露點，用符號表示。

露點是濕空氣的一個物理性質，當達到露點時，空氣的濕度為飽和濕度。當空氣從露點繼續冷卻時，其中部分水蒸氣便會以水的形式凝結出來。對于不飽和濕空氣為對于飽和的濕空氣則有

當前第65頁\共有117頁\編于星期日\20點5.2干燥過程的物料衡算與熱量衡算（本章重點）5-2-1濕物料中含水量的表示方法一、濕基含水量

是以濕物料為計算基準的水分的質量百分數，即二、干基含水量Ｘ

是以濕物料中絕對干物料為計算基準的水分的質量比，即濕物料中水分質量與絕對干料的質量之比。

當前第66頁\共有117頁\編于星期日\20點

第一章蒸餾本章重點：二組分連續精餾塔的計算

當前第67頁\共有117頁\編于星期日\20點

2）用相對揮發度表示的氣液平衡關系蒸餾的依據是混合液中各組分揮發度的不同。在一定條件下純組分的揮發度由該組分在給定條件下的飽和蒸氣壓表示。在混合溶液中，其揮發度用它在氣相中的分壓與其液相中摩爾分率的比表示。習慣上將易揮發組分的揮發度與難揮發組分的揮發度之比稱為相對揮發度，以表示。當前第68頁\共有117頁\編于星期日\20點用相對揮發度表示的易揮發組分A的氣液相平衡方程式

在一定溫度范圍內，α可近似為常數。α值的大小反映了混合液分離的難易程度。若α=1，則表明這種混合液不能用普通方法分離。α越大,分離越容易。3兩組分理想溶液的氣液平衡相圖蒸餾中常用的相圖有恒壓下的溫度-組成圖和氣液平衡相圖。1）溫度-組成圖（t-x-y圖）蒸餾通常在一定外壓下進行，溶液的溫度隨組成而變，故恒壓下的溫度組成圖（t-x-y圖）對蒸餾過程的分析具有重要意義。

重點當前第69頁\共有117頁\編于星期日\20點1.4精餾原理和流程

1.4.1精餾過程原理和條件精餾：利用混合物中各組分揮發能力的差異，通過液相和氣相的回流，使氣、液兩相逆向多級接觸，在熱能驅動和相平衡關系的約束下，使得易揮發組分不斷從液相往氣相中轉移，而難揮發組分卻由氣相向液相中遷移，使混合物得到不斷分離，稱該過程為精餾。精餾的原理:多次部分汽化、多次的部分冷凝。精餾過程既傳熱又傳質，屬傳質過程控制。當前第70頁\共有117頁\編于星期日\20點1.5兩組分連續精餾的計算計算內容：餾出液及釜液的流量、塔板數或填料高度、進料口的位置、塔高、塔徑等。

1.5.1理論板的概念及恒摩爾流假定1、理論板的概念

理論板指離開該板的氣相組成與離開該板的液相組成之間互成平衡的理想化塔板。

2、恒摩爾流假定（1）恒摩爾氣流

精餾段：V1=V2=…=Vn=V

當前第71頁\共有117頁\編于星期日\20點

提餾段：V1’=V2’=…=Vn’=V’（除飽和液體進料外,其余V≠V‘）（2）恒摩爾液流

精餾段：L1=L2=…=Ln=L

提餾段：

恒摩爾流假定成立的條件：(1)各組分的摩爾汽化潛熱相等；（主要條件）(2)氣液接觸時因溫度不同而交換的顯熱可以忽略；(3)塔設備保溫良好，熱損失可以忽略不計。當前第72頁\共有117頁\編于星期日\20點1.5.2物料衡算和操作線方程1、全塔物料衡算（重點）塔頂易揮發組分的回收率塔底難揮發組分的回收率

當前第73頁\共有117頁\編于星期日\20點2、精餾段操作線方程（重點）例用連續精餾方法分離乙烯、乙烷混合物。已知進料中含乙烯0.88（摩爾分數，下同），流量為200kmol/h。今要求餾出液中乙烯的回收率為99.5%，釜液中乙烷的回收率為99.4%，試求所得餾出液、釜液的流量和組成。當前第74頁\共有117頁\編于星期日\20點3、提餾段操作線方程1.5.3進料熱狀況的影響（1）過冷液體（溫度低于泡點）；q>1（2）飽和液體（溫度等于泡點）；q=1（3）氣液混合物（溫度在泡點和露點之間）；0<q<1（4）飽和蒸氣（溫度等于露點）；q=0（5）過熱蒸氣（溫度高于露點）。

q<0（重點）當前第75頁\共有117頁\編于星期日\20點進料熱狀況參數q精餾段與提餾段物流之間的關系為：（重點）

q>1

q=1q=0～1q=0q<0過冷液體進料

飽和液體進料

氣液混合物進料

飽和蒸氣進料

過熱蒸氣進料

當前第76頁\共有117頁\編于星期日\20點1.5.4理論板層數的求法

相平衡關系精餾操作方程提餾段操作線方程

1、逐板計算法逐板計算法是利用相平衡方程和操作線方程，根據塔頂餾出液或塔釜液的組成，從塔頂或塔底開始向塔的進料板方向計算。計算精餾段理論板數，利用精餾段操作線方程和相平衡方程；計算提餾段理論板數，利用提餾段操作線方程和相平衡方程。精餾段理論板數與提餾段理論板數之和，即為全塔理論板數。當前第77頁\共有117頁\編于星期日\20點2、q線方程

在進料板上，同時滿足精餾段和提餾段的物料衡算，故兩操作線的交點落在進料板上。當q為定值，改變塔操作的回流比時，兩操作線交點軌跡即q線。

當一定操作回流比條件下，不同熱狀態對提餾段存在顯著的影響（重點）當前第78頁\共有117頁\編于星期日\20點3圖解法（1）在直角坐標系中繪出物系的相平衡曲線和對角線。

（2）繪出精餾段操作線（精餾段操作線通過D、C兩點）。（3）繪出q線（q線與精餾段操作線相交于Q點）（4）連接W點與q線與精餾段操作線的交點Q，得到提餾段操作線。（5）在平衡線與精餾段操作線之間作梯級，當梯級跨過兩操作線的交點時，應改在提餾段操作線與平衡線之間作梯級，直至梯級達到或跨過點w為止。此時，梯級數N（含再沸器）為所求的理論塔板數N，跨過兩操作線交點的板為進料板。當前第79頁\共有117頁\編于星期日\20點（重點）3、適宜回流比

以獲得精餾總成本最低的回流比為最優回流比?？偝杀緸橥顿Y費用和操作費用之和。

操作費用和投資費用之和最小的回流比為最適宜的回流比。這一回流比R通常選最小回流比倍數經驗范圍：大多數文獻建議

R=（1.1～2.0）Rmin當前第80頁\共有117頁\編于星期日\20點1.7

恒沸精餾和萃取精餾恒沸精餾和萃取精餾方法的應用條件：

（1）一些具有恒沸點的非理想溶液；（2）有些相對揮發度接近1的體系。1.7.1恒沸精餾

在雙組分混合液中加入第三組分（稱為夾帶劑），該組分能與原溶液中的一個或兩個組分形成一新的最低恒沸物，恒沸物從塔頂蒸出，塔底引出較純產品，這種精餾稱之為恒沸精餾。

乙醇-水常壓下恒沸點為78.15℃，其恒沸點組成是，乙醇0.894，水0.006（摩爾分數）。當加入夾帶劑苯時，即可形成更低沸點的三元恒沸物。其組成是：苯0.544，乙醇0.23，水0.226，沸點為64.6℃。在較低溫度下，苯與乙醇、水不互溶而分層，從而苯被分離出來。當前第81頁\共有117頁\編于星期日\20點對夾帶劑的要求是：①夾帶劑應能與被分離組分形成新的恒沸物，且該恒沸物易于和塔底組分分離；②新恒沸物中夾帶劑的含量要少；③新恒沸物最好為非均相混合物；④價格低廉、安全可靠。1.7.2萃取精餾

萃取精餾是向原料液中加入第三組分（稱為萃取劑或溶劑），以改變原組分間的相對揮發度而達到分離要求的特殊精餾方法。萃取劑本身揮發性很小，不與混合物形成共沸物，卻能顯著地增大原混合物組分間的相對揮發度，以便采用精餾方法加以分離。常壓下環己烷與苯相對揮發度接近１，若以糠醛作為萃取劑，則苯由易揮發組分變為難揮發組分，且相對揮發度發生顯著改變。苯的沸點80.1℃，環己烷的沸點80.73℃當前第82頁\共有117頁\編于星期日\20點選擇萃取劑的原則：①萃取劑應使原組分間相對揮發度發生顯著的變化；②萃取劑本身的揮發性小，且不與原組分形成恒沸物；③無毒、無腐蝕性，熱穩定性高；④來源方便，價格低廉。與恒沸精餾相比，萃取精餾具有以下特點：①可以作為萃取劑的物質較多，故萃取劑比夾帶劑易于選擇；②萃取劑以液態從塔頂加入，從塔底流出，不像夾帶劑以氣態形式夾帶組分從塔頂流出，故萃取精餾的能耗較少；③萃取劑的加入量可以在較大范圍內變動，而適宜夾帶劑的量多為一定，故萃取精餾的操作方式靈活，易控制；④萃取精餾不宜采用間歇操作，而恒沸精餾則可采用間歇操作方式。當前第83頁\共有117頁\編于星期日\20點本章重點：填料吸收塔的工藝計算第2章吸收當前第84頁\共有117頁\編于星期日\20點2-1-1氣體的溶解度

在一定溫度和壓力下，氣液兩相接觸時將發生溶質氣體向液相轉移，使其在液相中的濃度增加，當長期充分接觸后，液相中溶質濃度不再增加達到飽和，這時兩相達到相平衡。此時，溶質在液相中的濃度稱為平衡溶解度。簡稱為溶解度。

溶解度隨溫度和溶質氣體的分壓不同而不同，平衡時溶質在氣相中的分壓稱為平衡分壓。溶質組分在兩相中的組成服從相平衡關系。加壓和降溫有利于吸收操作，反之，升溫和減壓對解吸有利。但加壓、減壓費用太高一般不采用。

2.1氣體吸收的相平衡關系當前第85頁\共有117頁\編于星期日\20點2-1-2亨利定律

（適用于稀溶液）當總壓不高（一般小于500KPa）時，在一定溫度下，稀溶液上方氣相中溶質的平衡分壓與其在液相中的濃度之間存在著如下的關系：式中:Pi*--溶質A在氣相中的平衡分壓,kPaxi--溶質在液相中的摩爾分率,E—亨利系數，kPa說明：同一溶劑中，易溶氣體的E值很小，難溶的很大。亨利定律其它幾種表達形式:

當前第86頁\共有117頁\編于星期日\20點亨利定律各系數之間的關系:

（重點）H值隨溫度升高而減小，易溶氣體H值大，難溶則小當前第87頁\共有117頁\編于星期日\20點2.1.3吸收劑的選擇：P48（１）對被吸收的組分要有較大的溶解度，且有較好的選擇性。

（２）要有較低的蒸氣壓，以減少吸收過程中溶劑的揮發損失。（３）要有較好的化學穩定性，以免使用過程中變質。

（４）腐蝕性要小,以減小設備費用和維修費。（5）吸收后的溶劑應易于再生。當前第88頁\共有117頁\編于星期日\20點2.1.4相平衡關系在吸收過程中的應用P531．判斷傳質進行的方向

不平衡的氣液兩相接觸后所發生的傳質過程是吸收還是解吸，取決于相平衡關系。

吸收過程平衡過程解吸過程當前第89頁\共有117頁\編于星期日\20點2．確定傳質的推動力在吸收過程中，通常以實際的氣、液相組成與其平衡組成的偏離程度來表示吸收過程推動力。實際組成偏離平衡組成越遠，過程推動力越大，過程速率也越快。

以氣相表示的吸收過程推動力以液相表示的吸收過程推動力當前第90頁\共有117頁\編于星期日\20點2.3

吸收塔的計算（本章重點）已知：V-----惰性氣體的摩爾流量,kmol/hY1-----進塔氣體中溶質摩爾比Y2-----離塔氣體中溶質摩爾比X2-----進塔吸收液中溶質的摩爾比求：(1)完成分離任務所需吸收劑的用量L(2)出塔液體中溶質的摩爾比X1(3)所需的填料層高度Z(4)填料塔塔徑D當前第91頁\共有117頁\編于星期日\20點吸收塔的物料衡算與操作線方程

出塔氣體摩爾比Y2的給出形式:（1）如果溶質是有害氣體，一般直接規定Y2的值。（2）如果吸收的目的是回收有用物質，則以回收率的形式給出。（重要）當前第92頁\共有117頁\編于星期日\20點

2.3.2吸收劑的用量的決定（重要）若平衡關系可用（重點）當前第93頁\共有117頁\編于星期日\20點吸收劑用量的大小從設備費和操作費兩方面影響生產過程的經濟效益，應權衡利弊，選擇適宜液氣比，使總費用為最小。一般情況下P74例2-8當前第94頁\共有117頁\編于星期日\20點2-3-3塔徑的計算Vs---在操作條件下混合氣體的體積流量，m3/s

u----混合氣體的空塔速度，m/s

在吸收過程中，由于溶質不斷進入液相，故混合氣體流量由塔底至塔頂逐漸漸小。在計算塔徑時，一般應以塔底的氣體流量為依據。當前第95頁\共有117頁\編于星期日\20點2.3.4填料層高度的計算1、填料層高度的基本計算式當前第96頁\共有117頁\編于星期日\20點2）脫吸因數(S)法（吸收因數法A)應用前提是：在吸收過程涉及的濃度范圍內平衡關系可以用線性方程Y*=mX+b(注：b可以＝0或≠0)表示的情況。吸收因數脫吸因數當前第97頁\共有117頁\編于星期日\20點X=X2+V/L（Y-Y2）（重點）P118當前第98頁\共有117頁\編于星期日\20點3）對數平均推動力法應用前提：在吸收過程涉及的濃度范圍內平衡關系可以用線性方程Y*=mX+b(注：b可以＝0或≠0)表示的情況。（重點）（重點）當前第99頁\共有117頁\編于星期日\20點——氣相對數平均推動力。同理，液相總傳質單元數為：

或可用算術平均值代替對數平均值。

——液相對數平均推動力當前第100頁\共有117頁\編于星期日\20點第3章蒸餾和吸收塔設備3.1概述

1、塔設備基本功能（1）是為混合物的氣、液兩相提供多級的充分、有效的接觸與及時、完全分離的條件；（2）在塔內使氣、液兩相最大限度接近逆流，以提供最大的傳質推動力。2、塔設備性能評價指標生產能力、分離效率、操作彈性。

3、塔設備的分類板式塔和填料塔

當前第101頁\共有117頁\編于星期日\20點3.2板式塔板式塔性能要求：①生產能力大；②塔板效率高；③具有適當的操作彈性；④塔板阻力??；⑤塔結構簡單，易于加工制造，維修保養。液相總流向—重力，頂底，板上橫向流過；氣相總流向—壓差，底頂，穿過每層板?？傮w上—氣液兩相逆流接觸；塔板上—氣液兩相錯流接觸。當前第102頁\共有117頁\編于星期日\20點六、負荷性能圖當前第103頁\共有117頁\編于星期日\20點第4章液-液萃取4.1概述液-液萃?。ǔ樘幔豪靡后w混合物中各組分對溶劑溶解度的差異來分離或提純物質的傳質過程。目的:分離液-液混合物。依據:利用混合物中各組分在某一溶劑中的溶解度之間的差異。（1）幾個基本概念①萃取劑(溶劑)S：所用的溶劑；

②原料液F：所處理的混合液；③溶質A：原料液中易溶于溶劑