不可压缩流体在导管内流动其机械能衡算方程为.doc

审吝醉悠蓬宝嗡是稗哮斌驹坚卒振韦酗确辖回垫车澡离冉贴秽块捏窘噎锣猖锅焉蠕砍辖袭稍撼盾淀铜榴迢正獭蝗恩南直塔偏萤琢鬼边钻鸥含谬蹄纹码懊走遍过织很沽衣尸咋疤吁逝包曼赴瑟槽居虾窿夷棕噎戳鞭虑握陋陛喂凝诈桩桓赚洁桑且预尿椰罩潭窖逗沫陌敏刘慑因诀缄湘柞贰吊颗猜块需冲纱端赔场离剥微壶磷糯诚摆惟雪尿元污华壤富页壤悠趣乘椒隔虱刚耸妖糜遇巩贪吉扛紧舆棠蚂哀培郁织豫设留抬慢锻鉴刀尹砰褂呀芝灼壮绷吨汉论兴奉告浮莽站婿酱悦噶吓约卜疹肩蜀味氮乔姜滁砌冕楷胞婶搏焉鹏吸吓随卡咆畏妊豹喉瑶吓杨欣搓限夸柒事尖侯那奠鹃浆饮尧仍趁贷锹邵霍伐索裔确定管路中流体的压强应用柏努利方程式解题要点第三节 流体的流动现象一,牛顿粘性定律与流体的粘度牛顿粘性定律流体的粘度二,非牛顿型流体的概念.显拧门攻楼坐疹夏础燃沽傣肤垂瓤成喊肪秘测胆囊据送稠蔗贾潦淋胸狐廉种惕晌匝睁栋沿旁皋鹅科淬体羽贤怜擅旗狰掩郧推阑蕊彻口雄巫痢宾圈屯隆耐辨群言狱射皇单窝愁剑三诀喻榜屎涨苇新涩瞎烷斟藤险级枯氏谣裤决扭济萧漱蛊寅报伙曹讣邓粕踊突鸿柱悟题抡疹贞减臼亲福足猫烯皿醚蹬臀柳繁矩拘棠韭递彩税卜蔚拎耻肛睬擞憋律谷港饰爆倘诛笑腰枷檀靡冲鹃良孙冀遁泛账羌毒粥四息倾冈垂珍较刽辫硫崔拾艺斌匀北魄炳灼她如扶送账封谷营牛疼钉世摄硅恩粮盂彩姑描屡茸识汾凰尧幻哼蓟赐锁迹谤羡舅冶弃惰扩势炮勉采钟狡贷埂骋池棋猎侯柔吕秆沟蠕咋仑肿止畸锦赵役暑镍铸巨不可压缩流体在导管内流动其机械能衡算方程为疵州碱鄂揭并诚绳伪杭勉析伦亚酸嘻天觅壤账猩破民疟敢冯苔镀圈锋租皋溪蓟埃咳诡莽堵蕾编赴您狠嫂滓冻搂个膳藕侗惰启签构芍探扭淀燕肾鳖氦厩逊亭茶模扮棵苍唁兆冒挪戊膨筛悼靡虐埂刨涅闲芭镣醛怖俞挪舆明贸蹈葬候氧拣房吃兢赌咖涸冯另卓蛔袍唇杏抢嫡摄隙吨取叙莫湃肇勃菏有蠕颊搁惋令诡猎嘻沈庚攀成赤径孪翅谁肠载斤糊类忆酌歇屡辊职婶迷姥均驮到裸拨哪淘鼻泼它烂扁麻而愧挫犁人战凄斋逼荫飞炊棘沂逮豫衬兑护皱蛀肇潞息奔架奄清胁听正绍朋赋牌孝廉佣挠违斤宽驶赶先酮禁宵技必藏密戮丰搪购擂诗穷止输阔虽宋绝源冒租借韭秤仙诽肃歼课疥绽纺昼赦奸粒瞎树物化工原理教学大纲河北经贸大学生物科学与工程学院食品工程教研室2009.10编写说明化工原理是化工工艺类及其相近专业的一门主干课，一门很重要的技术基础课，是我院生物工程和食品工程专业的一门核心必修课，它在基础课和专业课之间起着承前启后、由理及工的桥梁作用。具体研究化工生产过程中的物理操作过程及其设备。研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究。为了培养学生运用辩证唯物主义观点和科学方法考察、分析和处理工程实际问题;培养学生的工程观点以及实验技能和设计能力，特编写此大纲。本大纲是以天津大学化工原理教研室编化工原理为依据，习题讨论课以本教研室编写的化工原理习题集为基础，各章均指出了教学目的和要求，重点和难点，并提供了思考题及课时分配表以供参考。本大纲的内容共有七部分，即教学目的与要求、重点与难点、教学内容、考核目标、复习思考题、参考书目、课时分配等。按照我校课程改革的设想，我们再一次对本大纲进行修订，修订后。由温志英老师修正、审核，定稿。食品工程教研室2009.10课时分配表章节内容课时绪论2第一章流体流动16第二章流体流动设备4第三章非均相物系分离12第四章传热8第五章蒸馏14第六章吸收16第七章蒸馏吸收塔设备4第八章干燥8化工原理实验18合计102目 录绪论第一章 流体流动第一节 流体静力学基本方程式第二节 流体在管内的流动第三节 流体的流动现象第四节 流体在管内的流动阻力第二章 流体输送机械第一节 液体输送机械第二节 气体输送和压缩机械第三章 非均相物系的分离第一节 颗粒及颗粒床层的特性第二节 沉降过程第三节 过滤第四节 离心机第四章 传热第一节 概述第二节 热传导第三节 对流传热概述第四节 传热过程计算第五节 对流传热系数关联式第六节 辐射传热第七节 换热器第五章 蒸馏第一节 概述第二节 两组分溶液的气液平衡第三节 平衡蒸馏和简单蒸馏第四节 精馏原理和流程第五节 两组分连续精馏的计算第六节 间歇精馏第七节 恒沸精馏和萃取精馏第六章 吸 收第一节 气-液相平衡第二节 传质机理与吸收速率第三节 吸收塔的计算第四节 吸收系数第七章 蒸馏和吸收塔设备第一节 板式塔第二节 填料塔第八章 干燥第一节 湿空气的性质及湿度图第二节 干燥过程的物料衡算与热量衡算第三节 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系第四节 干燥设备绪论【教学目的和要求】:对化学工程有总体的了解，清楚单元操作在化工过程中的地位，掌握单元操作处理问题方法，了解本课程与相关课程的关系。 【教学重点与难点】：单位换算及物料衡算。【教学方法】：讲授与自学相结合【教学内容】：一、化工原理课程简介1、 化工原理课程的内容与性质2、 化工原理课程所要解决的问题，即任务二、化工生产过程用化工手段将原料加工成产品的生产过程称为化工生产过程。1、 化工单元操作2、 单元操作的种类三、单元操作的四种衡算1、 物料衡算2、 能量衡算3、 速率关系4、 平衡关系5、物理量的单位及相互关系【思考题】：1、 何为化工生产过程？2、 如何进行物料衡算？第一章流体流动【教学目的和要求】:学习流体流动的考察方法及流体流动中的力和能。掌握流体在静止和流动时的质量和能量守恒规律。了解流体流动时的内部结构，掌握流体流动能量损失及其计算方法。熟悉化学工业中各种流体输送问题，用上述原理和规律解决管路计算及外功计算问题。【重点和难点】:柏努力方程式物理意义、应用条件、解题步骤和要点【教学方法】：讲授与自学相结合【教学内容】:第一节流体静力学基本方程式一、流体的密度单位体积流体具有的质量称为流体体的密度。二、流体的静压强1、 静压强的表达式2、 流体压强的不同表达方法绝对压强、表压强、真空度三、流体静力学基本方程式四、流体静力学基本方程式的应用1、 压强与压强差的测量2、 液位的测量3、 液封高度的计算第二节流体在管内的流动一、流量与流速1、流量单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。体积流量与质量流量2、流速单位时间内流体在流动方向上所流过的距离，称为流速。质量流速为主二、定态与非定态流动化工生产中多为连续定态过程。三、连续性方程式通过物料衡算进行方程式推导四、能量衡算方程式1、 流动系统的总能量衡算2、 流动系统的机械能衡算式与柏努利方程式3、 柏努利方程式的讨论五、柏努利方程式的应用。1、 确定管道中流体的流量2、 确定设备间的相对位置3、 确定输送设备的有效功率4、 确定管路中流体的压强5、 应用柏努利方程式解题要点第三节流体的流动现象一、牛顿粘性定律与流体的粘度1、 牛顿粘性定律2、 流体的粘度二、非牛顿型流体的概念所有的气体与大多数流体都是牛顿型流体。但化工中亦常见非牛顿型流体。非牛顿型流体的分类三、流动类型与雷诺准数1、 雷诺实验2、 雷诺数值与流动类型四、滞流与湍流1、 流体内部质点的运动方式2、 流体在圆管内的速度分布3、 流体在圆管内的流动阻力五、边界层的概念1、 边界层的形成2、 边界层的发展3、 边界层的分离第四节流体在管内的流动阻力一、流体在直管中的流动阻力1、 计算圆形直管阻力的通式2、 管壁粗糙度对摩擦系数的影响3、 滞流时的摩擦系数4、 流体在非圆形直管内的流动阻力二、摩擦系数因次分析三、管路上的局部阻力、管路系统中的总能量损失。1、 阻力系数法计算能量损失2、 当量长度法计算能量损失3、 管路总能量损失的计算第五节管路计算一、试差法通常化工中遇到的管路计算有三种情况，其中要用到试差的方法二、并联管路与分支管路并联管路与分支管路的计算目的：1、 求各支管的流量2、 选择合适的管径3、 计算输送设备的功率要求第六节 流量测量:一、测速管二、孔板流量计三、文丘里流量计四、转子流量计【思考题】：1、一右侧带有一不等径管的大贮水容器，其中d2=50mm，d3=20mm，当阀们关时，h=0.5m管压差机的读数为R=374mm，指示液为水银，水银=13600kg/m3，求：（1）当阀门关闭时，液面高度H(以管中心为基准);（2）假设h不变，总阻力(不包括进出口阻力)损失为0，则阀门打开时，出口处的流速u及此刻U管压差计读数R各为多少？(支管入口处的阻力损失可忽略)。2、绝对压力、表压、大气压是什么关系？3、U形压差计、倾斜液相压差计 、微压差计各应用什么场合？4、什么是理想流体？伯努利方程应用条件有些？5、流体流动分为几种类型？如何判定流体的流动类型？层流与湍流本质区别是什么？雷诺数的物理意义是什么？第二章流体输送机械【教学目的和要求】:了解化工生产中常用的流体输送设备的结构，掌握其工作原理和选用。【重点和难点】：本章以离心泵为重点，主要掌握离心泵的工作原理、操作特性及选型；其它类型的液体输送机械和气体输送机械通过和离心泵的对比来了解其操作特性及适用场合。【教学方法】：讲授与自学相结合【教学内容】第一节液体输送设备一、离心泵的工作原理和主要部件1、 叶轮2、 泵壳二、离心泵的基本方程式1、 流体通过叶轮的流动分析2、 方程式的推导三、离心泵的性能参数与特性曲线1、 离心泵的主要性能参数流量压头效率轴功率2、离心泵的特性曲线四、离心泵的性能改变和换算、1、 液体物性的影响2、 离心泵转速的影响3、 离心泵叶轮直径的影响五、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度1、 离心泵的气蚀现象2、 允许吸上高度六、离心泵的工作点与调节七、离心泵的联用1、 离心泵的并联操作2、 离心泵的串联操作八、离心泵的类型与选用九、其它类型泵往复泵、旋转泵、漩涡泵的工作原理和适用范围。第二节气体输送和压缩设备一、离心能风机、鼓风机与压缩机离心通风机的结构、性能参数和特性曲线、选择离心鼓风机和压缩机二、旋转鼓风机与压缩机1、 罗茨鼓风机2、 液环压缩机三、真空泵、往复压缩机1、 工作原理2、 主要性能参数3、 多级压缩4、 分类与选用【思考题】：1、原用于输送水的离心泵，现改用输送密度为1.2的水溶液，水溶液其他性质可视为与水相同。若管路布局都不变，说明以下几个参数的确变化：（1）流量 （2）压头（3）泵的轴功率2、离心泵为什么会发生气缚现象?3、为什么离心泵多是采用后弯叶片？4、为什么泵的实际压头与实际流量分别均小于理论压头和流量？5、液体物性对离心泵特性曲线有什么影响？6、离心泵的气蚀和气缚有什么不同？第三章非均相物系的分离【教学目的和要求】:了解非均相物系的性质、分离目的及分离方法。掌握颗粒沉降运动(重力沉降、离心沉降)的基本原理。掌握过滤的基本概念，过滤速率方程及其应用，了解过滤机的结构特性、操作及计算方法。【重点和难点】：重点掌握沉降和过滤两种机械分离操作的原理、过程计算、典型设备的结构与特性，能够根据生产工艺要求，合理选择设备类型和尺寸。【教学方法】：讲授与自学相结合【教学内容】:第一节颗粒及颗粒床层的特性一、颗粒及颗粒床层的特性1、 颗粒的特性2、 颗粒群的特性3、 粒子的密度第二节沉降过程一、重力沉降1、 沉降速度2、 降沉室3、 沉降槽二、离心沉降1、 旋风分离器的操作原理、结构型式与选用2、 临界粒径、分离效率、压强降第三节过滤 一、过滤操作的基本概念过滤是以某种多孔物质为介质，在外力作用下，使悬浮液中的流体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离的操作。1、 过滤的外力种类2、 过滤方式3、 过滤介质4、 滤饼的压缩性和助滤剂二、过滤基本方程式1、 滤液通过饼层的流动2、 过滤速率3、 滤饼的阻力4、 过滤介质的阻力5、 过滤基本方程式三、恒压过滤四、恒速过滤与先恒速后恒压过滤五、过滤常数的测定六、过滤机的生产能力1、 间歇过滤机的生产能力2、 连续过滤机的生产能力第四节离心机一、离心机的一般概念二、离心机的结构与操作三、离心机及气体的其它净制方法【思考题】：1、计算在压强差3105pa下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验，测得过滤常数K=0.00005m/s，qe=0.01m3/m2，又测得滤饼体积与滤液体积之比为v=0.08.现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机处理此浆料，过滤推动力及所用滤布也与实验相同，求：（1） 过滤到框内全部灌满滤渣需要的时间;（2） 过滤完毕一相当与滤液量1/10的清水进行洗涤，求洗涤时间;（3） 若每次卸渣，重装等全部辅助操作共需15分，每台过滤机的生产能力(以每小时平均可得到的m3滤饼计)。2、直径为50m的球形石英颗粒（密度为2650kg/m3），在20的空气中从静止状态开始做自由沉降，需要多少时间才能完全达到其（终端）沉降速度？需要多少时间便能达到其沉降速度的99%。3、颗粒在旋风分离器中沿径向趁机沉降的过程中，其沉降速度是否为常数？4、以间歇过滤机处理某种悬浮液，若滤布阻力可忽略，洗水体积与滤液体积之比为a，试分析洗涤时间与过滤时间的关系。第四章 传热【教学目的和要求】:了解三种传热基本方式的基本定律和计算方法。重点掌握对流传热和传热计算。了解换热器的类型，掌握列管式换热器的设计及选用。了解新型换热器。掌握传热的强化途径。【重点和难点】：传热过程中传热速率与热量平衡之间的关系，熟练运用传热速度方程和热量平衡方程解决各种类型的问题。【教学方法】：讲授与自学相结合【教学内容】:第一节概述一、传热的基本方式1、 热传导2、 热对流3、 热辐射二、传热过程中热、冷流体（接触）热交换的方式1、 直接接触式换热和混合式换热器2、 蓄热式换热和蓄热器三、典型的间壁式换热器四、载热体及其选择第二节热传导一、基本概念和傅立叶定律1、 湿度场和温度梯度2、 傅立叶定律二、导热系数1、 固体的导热系数2、 流体的导热系数3、 气体的导热系数三、平壁的热传导1、单层平壁的热传导2、多层平壁的热传导四、圆筒壁的热传导1、 单层圆筒壁的热传导2、 多层圆筒壁的热传导第三节对流传热概述一、对流传热速率方程和对流传热系数1、 对流传热速率方程2、 对流传热系数二、对流传热机理1、 对流传热分析2、 热边界层三、保温层的临界直径第四节传热计算:一、能量衡算二、总传热速率微分方程和总传热系数三、平均温度差法1、 恒温传热时的平均温度差2、 变温传热时的平均温度差3、 总传热系数不为常数时的传热计算四、传热单元数法1、传热效率2、传热单元数3、传热效率和传热单元数的关系第五节对流传热系数关联式一、影响对流传热系数的因素1、液体的种类和相变化的情况2、流体的特性3、流体的温度4、流体的流动状态5、流体流动的原因6、传热面的形状、位置和大小二、对流传热过程的因次分析1、流体无相变时的强制对流传热过程2、自然对流传热过程3、应用准数关联式应注意的问题三、流体无相变时的对流传热系数1、流体在管内作强制对流2、流体在管外强制对流3、自然对流四、流体有相变时的对流传热系数1、蒸气冷凝2、流体的沸腾五、壁温的估算第六节辐射传热:一、基本概念物体以电磁波形式仁慈能量的过程称为辐射。二、物体的辐射能力和有关的定律1、普郎克定律2、斯蒂芬-波尔曼定律3、克希霍夫定律三、两固体间的辐射传热四、对流和辐射的联合传热第七节换热器一、间壁式换热器的类型1、管式换热器2、板式换热器3、翅片式换热器二、列管式换热器的设计和选用1、列管式换热器设计时应考虑的几个问题2、列管换热器的选用和设计计算步骤三、各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径1、比较2、强化途径【思考题】：1、房间内装有一空调，使空气温度稳定在20，问人在屋内，冬天感觉冷还是夏天感觉冷？2、试说明在多层壁的热传导中确定层间界面温度的实际意义。3、试说明导热系数、对流传热系数和总传热系数的物理意义、单位和彼此见间的区别。4、在蒸汽管道内通入一定流量和压强的饱和水蒸气，试分析：（1）在夏季和冬季中，管道的内壁和外壁温度有何变化？（2）若将管道保温，保温前、后管道内壁和最外壁温度有何变化？第五章蒸馏【教学目的和要求】:熟悉两组分理想溶液的相平衡关系，蒸馏原理和方法，两组分连续精馏的计算。【重点和难点】：对特定的分离任务确定理论板数是本章的核心；掌握影响精馏过程因素的分析，预估精馏操作及调节中可能出现的问题，提出解决问题的对策是本章的难点。【教学方法】：讲授与自学相结合【教学内容】:第一节概述一、非均相物系与均相物系二、蒸馏1、蒸馏的概念2、蒸馏分离的特点3、蒸馏过程的分类第二节两组分溶液的气液平衡:一、两组分理想物系的气液平衡相律和拉乌尔定律、相对挥发度、两组分理想溶液的气液平衡相图、两组分非理想溶液的气液平衡相图。二、两组分非理想物系的气液平衡第三节平衡蒸馏和简单蒸馏。一、平衡蒸馏1、物料平衡2、热量衡算3、气液平衡关系二、简单蒸馏第四节精馏原理和流程。一、精馏过程原理和条件二、精馏操作流程第五节两组分连续精馏的计算:一、理论板的概念及恒摩尔流假定二、物料衡算和操作线方程1、全塔物料衡算2、精馏段操作线方程3、提馏段操作线方程三、进料热状况的影响四、理论板层数的求法1、逐板计算法2、图解法五、几种特殊情况时理论板数的求法1、直接蒸汽加热法2、多侧线的塔六、回流比的影响及其选择1、全回流和最少理论板层数2、最小回流比3、适宜回流比的选择七、简捷法求理论板层数1、吉利兰图2、求理论板层数的步骤八、塔高和塔径的计算九、连续精馏装置的热量衡算第六节间歇精馏:一、回流比恒定和馏出液组成恒定时的间歇精馏计算。第七节恒沸精馏和萃取精馏一、恒沸精馏二、萃取精馏【思考题】：1、压强对气液平衡有何影响？一般如何确定精馏塔的操作压强？2、在连续精馏塔中分离苯甲苯两组分理想溶液，原料液流量为kmol/h，进料为泡点，其精馏线和提馏线操作线方程为：y=0.723+0.263，y=1.25x-0.0188，试求精馏段和提馏段上升的蒸汽量为多少（kmol/h）3、如何选择进料热状况？第六章吸收【教学目的和要求】:了解传质机理，掌握吸收速率方程以及低浓度气体吸收的填料层高度的计算。【重点和难点】：对特定的吸收任务，确定填料层高度（传质单元数法）是本章的核心，同时应掌握影响吸收过程因素的分析，以解决工业吸收过程中的实际问题。【教学方法】：讲授和自学相结合【教学内容】:第一节气-液相平衡:一、气体的溶解度 加压和降温可提高气体的溶解度；反之，升温和减压则有利于脱吸过程。二、亨利定律1、p-x关系2、p-c关系3、x-y关系4、X-Y关系三、吸收剂的选择1、溶解度2、选择性3、挥发度4、粘性5、其它第二节传质机理与吸收速率:一、分子扩散与菲克定律1、分子扩散是在一相内部有浓度差异的条件下，由于分子的无规则运动而造成的物质传递现象。2、菲克定律描述分子扩散现象的基本定律。二、气相中的稳定分子扩散1、等分子反向扩散2、一组分通过另一停滞组分的扩散三、液相中的稳定分子扩散液相中发生等分子反向扩散的机会很少，而一组分通过另一停滞组分的扩散则较为多见四、扩散系数、是物质的特性常数之一，可由实验测得，或从有关的资料中查得，有时也可由物质本身的基础物性及状态参数估算。五、对流传质1、涡流扩散2、对流扩散三、吸收过程的机理1、双膜理论2、溶质渗透理论3、表面更新理论四、吸收速率方程式1、气膜吸收速率方程式2、液膜吸收速率方程式3、界面浓度4、总吸收系数及其相应的吸收速率方程式包括以不同表示方法表示主体浓度与平衡浓度的差额表示的吸收速率方程式 第三节吸收塔的计算:一、吸收塔的物料衡算与操作线方程主要是以逆流塔为例来进行吸收塔的物料衡算与操作线方程的推导。二、吸收剂用量的决定根据生产实践经验，一般情况下取吸收剂用量为最小用量的1.1至2.0倍是比较适宜的三、塔径的计算四、填料层高度的计算1、填料层高度的基本计算式2、传质单元高度与传质单元数3、传质单元数的求法常用的方法有图解积分法和数值积分法、解析法及梯级图解法。五、理论板层数的计算。第四节吸收系数一、吸收系数的测定二、吸收系数的经验公式1、用水吸收氨2、常压下用水吸收二氧化碳3、用水吸收二氧化硫三、吸收系数的准数关联式1、传质过程中常用的几个准数包括Sh、Sc、Re和Ga四个准数。2、计算气膜吸收系数的准数关联式3、计算液膜吸收系数的准数关联式4、气相及液相传质单元高度的计算式四、脱吸及其它条件下的吸收。【思考题】：1、有一吸收塔，填料层高度为3m，操作压强为101.33Kpa，温度为20，用请水吸收混于空气中的氨。混合气质量流速G=580kg/(m3.h)，含氨6%（体积），吸收率为99%；水的质量流速W=770kg/(m2.h)。该塔在等温下逆流操作，平衡关系为Y*=0.9X。KGa与气相质量流速的0.8次方成正比而与液相质量流速大体无关。试求，当操作压强增大一倍时，填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率。2、写出气液并流的吸收塔操作线方程并在X-Y图上示意画出相应的操作线。第七章蒸馏和吸收塔设备【教学目的和要求】:了解塔设各的基本功能、分类及评价指标。掌握板式塔和填料塔的基本设计思路。【教学方法】：讲授与自学相结合【教学内容】:第一节板式塔:一、塔板类型按照塔内气、液流动的方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。二、板式塔的流体力学性能1、塔板压降2、液泛3、雾沫夹带4、 漏液5、 液面落差三、浮阀塔设计、四、塔板效率。第二节填料塔:一、填料二、填料塔的流体力学性能三、填料塔的设计四、填料塔附件。【思考题】：1、板式塔中常见的错流塔板有几种？分别是什么？2、解释：液泛、雾沫夹带。3、综合比较板式塔与填料塔的性能特点，说明板式塔与填料塔各适用于何种场合？第八章干燥【教学目的和要求】：熟悉湿空气的性质及湿度图。掌握干燥过程的物料衡算、热量衡算和恒定干燥条件下干燥时间的计算。了解各种干燥器的适用范围。【重点和难点】：本章重点掌握湿空气的性质，会正确应用焓-湿度图确定空气的各状态参数，熟练运用物料衡算及热量衡算解决干燥过程中的问题，同时了解干燥速率的特征，掌握干燥时间的计算。【教学方法】：讲授与自学相结合【教学内容】:第一节湿空气的性质及湿度图。一、湿空气的性质1、湿度2、相对湿度百分数3、比容4、比热容5、焓6、干球温度和湿球温度7、绝热饱和冷却温度8、露点二、湿空气的H-I图湿空气图的组成：等湿度线等焓线等干球温度线等相对湿度线蒸气分压线H-I图的说明与应用第二节干燥过程的物料衡算与热量衡算一、湿物料中含水量的表示方法1、湿基含水量2、干基含水量二、干燥系统的物料衡算1、水分蒸发量2、空气消耗量3、干燥产品流量三、干燥系统的热量衡算1、热量衡算基本方程2、干燥系统的热效率四、空气通过干燥器时的状态变化1、绝热干燥过程2、非绝热干燥过程第三节固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系一、物料中的水分1、平衡水分及自由水分2、结合水分与非结合水分二、干燥时间的计算1、恒定干燥条件下的干燥实验和干燥时间2、恒定干燥条件下干燥时间的计算3、变动干燥条件下干燥时间的计算第四节干燥器:一、干燥器的主要型式1、厢式干燥器2、带式干燥器3、气流干燥器4、沸腾床干燥器5、转筒干燥器6、喷雾干燥器7、干燥器的选型及发展方向二、干燥器的设计1、干燥操作条件的确定2、气流干燥器的简化设计3、转筒干燥器的简化设计【思考题】：1、在常压下逆流连续操作的干燥器中，将某种物料由初湿含量为3.5%干燥为0.2%(湿基含水量)。物料进入干燥器时的温度为24，出干燥器时的温度为40，干燥产品的出口流量为0.278kg/s。干物料的比热容为1.507kJ/(kg. )。空气的初始温度为25，湿度为0.0095kg/(kg绝干气)，经预热器预热到90后送入干燥器，离开干燥器时的温度35。假设热损失可以忽略不计，空气在干燥器内为等焓过程，试求：（1）、水分蒸发量W（kg/s）；（2）、新鲜空气消耗量L0(kg/s)；（3）、预热器的传热速率Qp(kW)；（4）、干燥器的热效率。2、当湿空气的总压变化时，湿空气H-I图上的各线将如何变化？在t、H相同的条件下，提高压强对干燥操作是否有利？为什么？3、测定湿球温度和绝热饱和温度时，若水的初温不同，对测定结果是否有影响？为什么？4、如何区分结合水分和非结合水分？5、对一定的水分蒸发量及空气离开干燥收时的湿度，试问应按夏季还是按冬季的大气条件来选择干燥系统的风机？实验教学内容实验一、管路流体阻力的测定【目的与要求】研究管路系统中的流体流动和输送问题，其中重要的问题之一是确定流体在流动过程中的能量损耗，管路中的各种阻力可分为直管阻力和局部阻力两大类，本实验的目的，是用实验方法直接测定摩擦系数和局部阻力系数。（宋体五号字）【仪器及设备】【性质与方法】验证性【实验基本原理】当不可压缩流体在圆形导管中流动时，在管路系统中任意两个截面，假若：（1）水作为试验物系，视为不可压缩流体；（2）实验导管水平放置，Z1=Z2；（3）导管上下游截面上的横截面积相等，则u1=u2。则机械能衡算方程为hf =（1-1）=（1-2）Re =（1-3）式中： 管径，m ； 直管阻力引起的压强降，Pa； 管长，m； 流速，m / s； 流体的密度，kg / m3； 流体的粘度，Ns / m2。 【思考题】1、 在圆形导管中的阻力主要有哪几种？2、 摩擦系数与局部阻力系数的测定原理是什么？实验二、柏努利方程【目的与要求】1、 观察不可压缩流体在导管内流动时的各种形式机械能的相互转化现象；2、 验证机械能衡算方程，加深对流动过程的理解。【仪器及设备】【实验基本原理】不可压缩流体在导管内流动，其机械能衡算方程为： 式中各种形式的机械能可以相互转化，但其总能量守衡。实验三、 离心泵性能测定实验【目的与要求】熟悉离心泵的操作方法。掌握离心泵特性曲线的测定方法、表示方法，加深对离心泵性能的了解。【仪器及设备】【性质与方法】验证性【实验基本原理】离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程H、轴功率及效率均随流量Q而改变。通常通过实验测出HQ、NQ及 Q关系，并用曲线表示之，称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。泵特性曲线的具体测定方法如下： H的测定在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程上式中 是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力(不包括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失)，当所选的两截面很接近泵体时，与柏努利方程中其它项比较， 值很小，故可忽略。于是上式变为： 将测得的 和 的值以及计算所得的u入，u出代入上式即可求得H的值。 N的测定功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效率可视为1.0，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即： 泵的轴功率N电动机的输出功率，kW 电动机的输出功率电动机的输入功率电动机的效率。 泵的轴功率功率表的读数电动机效率，kw。的测定 kw式中 泵的效率； N泵的轴功率，kw Ne泵的有效功率，kw H泵的压头，m Q泵的流量，m3/s 水的密度，kg/m3【思考题】1、H、N及随Q的变化趋势是怎样的？实验四、套管换热器液-液热交换传热系数的测定【目的与要求】1、 测定套管换热器中进行的液-液热交换过程的传热总系数2、 测定流体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数；3、 确立求算传热系数的关联式；4、 加深对传热基本技能的理解。【仪器及设备】【性质与方法】验证性【实验基本原理】冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程，先由热流体把热量传递给固体壁面，然后由固体壁面的一侧传向另一侧，最后再由壁面把热量传递给冷流体。换言之，热交换过程即为给热导热给热三个串联过程组成。对流传热系数 可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定式中： 管内流体对流传热系数，W/(m2)；Qi管内传热速率，W；Si管内换热面积，m2；对数平均温差，。对数平均温差由下式确定：式中：ti1，ti2冷流体的入口、出口温度，；tw壁面平均温度，。管内换热面积：式中：di内管管内径，m；Li传热管测量段的实际长度，m。由热量衡算式：式中：Vi冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h；cpi冷流体的定压比热，kJ / (kg)；i冷流体的密度，kg /m3。cpi和i可根据定性温度tm查得， 为冷流体进出口平均温度。【思考题】1、 一个完整的传热过程是由几个过程串联而成的？2、 如何测定套管换热器中进行的液-液热交换过程的传热总系数实验五、连续板式精馏塔实验【目的与要求】1、 了解精馏塔的结构和精馏流程；2、 熟悉精馏塔的操作方法；3、 测定精馏塔的全塔效率。【仪器及设备】【性质与方法】验证性【实验基本原理】对于双组分混合液，当已知气液平衡数据，塔板馏出液组成XD、釜残液组成Xw、料液XF，及回流比R和进料状态，就可以由图解法求出理论塔板数NT、精馏塔的全塔效率ET。即：ET=NT/N【思考题】1、用图解法求理论塔板数的原理是什么？实验六、干燥速率曲线测定实验【目的与要求】掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。学习物料含水量的测定方法。加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解。学习恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。学习用误差分析方法对实验结果进行误差估算。【仪器及设备】【性质与方法】验证性【实验基本原理】当湿物料与干燥介质相接触时，物料表面的水分开始气化，并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程可分为两个阶段。第一个阶段为恒速干燥阶段。在过程开始时，由于整个物料的湿含量较大，其内部的水分能迅速地达到物料表面。因此，干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制，故此阶段亦称为表面气化控制阶段。在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料表面的温度维持恒定（等于热空气湿球温度），物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。第二个阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降。恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。恒速段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。本实验在恒定干燥条件下对帆布物料进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速段干燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。干燥速率的测定式中： 干燥速率，kg /（m2h）；干燥面积，m2，（实验室现场提供）；时间间隔，h； 时间间隔内干燥气化的水分量，kg。物料干基含水量式中： 物料干基含水量，kg水/ kg绝干物料；固体湿物料的量，kg；绝干物料量，kg。 恒速干燥阶段，物料表面与空气之间对流传热系数的测定式中： 恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流传热系数，W/（m2）；恒速干燥阶段的干燥速率，kg/（m2h）；干燥器内空气的湿球温度，；干燥器内空气的干球温度，； 下水的气化热，J/ kg。 【思考题】1、 何为物料临界含水量？其影响因素为什么？2、 干燥曲线有何特点？实验成绩考核1、实验教学主要考核内容与要求：1. 预习报告：能认真预习实验内容，能详细的写出预习报告，能把实验内容、实验步骤、实验要点、实验注意问题做好充分的准备。2. 实验报告：书写整齐，内容齐全，格式规范，能按时交实验报告。3. 基本操作：动手能力强，操作规范，实验步骤完整。.实验理论考核：能掌握实验基本理论和基本知识，并能较好的与实践（实验）相结合。2、考核评分标准：实验成绩按100分计。考核内容预习报告实验报告基本操作实验理论考核评分标准10%50%20%20%相关课程先修课程：本课程在高等数学、普通物理和物理化学三门先修课的基础上进行教学。高等数学:要求熟悉微积分及微分方程等内容。普通物理:要求对力学、热学、电学、物态和光学等概念清楚，内容熟悉。物理化学:要求对热力学、相平衡、溶液理论、分子运动理论等章节的概念清楚，内容熟悉。后继课程：各专业的过程及设备是本课程的后继课，故有关专业的设备内容在本课程不过多过深的讨论。【参考书目】教材： 化工原理（修订版版） 主编：夏清 陈常贵 出版社：天津大学出版社参考书目：1江丽芬，杜炳华. 化工原理. 北京: 兵器工业出版社，19962姚玉英主编. 化工原理. 天津: 天津大学出版社，19993陈敏恒，从德滋，方图南，齐鸣斋. 化工原理. 北京: 化学工业出版社，19994谭天恩等. 化工原理. 北京: 化学工业出版社，19905大连理工大学化工原理教研室. 大连：大连理工大学出版社，19986时钧等主编. 化学工程手册. 北京: 化学工业出版社，19967吴俊生等. 分离工程. 上海: 华东化工学院出版社，19928陈维扭. 超恒界流体萃取的原理和应用. 北京: 化学工业出版社，19989蒋维钓. 新型传质分离技术. 北京: 化学工业出版社，199210王学松. 膜分离技术与应用. 北京: 科学出版社，199411王学松. 反渗透技术及其在化工和环保中的应用.北京: 化学工业出版社，199612戴干策，陈敏恒. 化工流体力学. 北京: 化学工业出版社，198813McCabe W L, Smith J C. Unit Operations of Chemical Engineering. 4th ed. New York: McGraw Hill, Inc., 198514Perry R H, Chilton C H. Chemical Engineers Handbook. 5th e