环境工程原理复习ppt课件

1、环境工程原理复习环境工程原理复习复复 习习环境工程原理课程共分三部分：环境工程原理课程共分三部分： 第一篇第一篇 环境工程原理根底环境工程原理根底 第二篇第二篇 分别过程原理分别过程原理 第三篇第三篇 反响工程原理反响工程原理 环境工程原理采用工程学的方法，将各种不环境工程原理采用工程学的方法，将各种不同的工艺流程中共性问题抽出进展讨论。同的工艺流程中共性问题抽出进展讨论。 课程内容具有普适性和通用性。课程内容具有普适性和通用性。 质量守恒定律质量守恒定律 热量守恒定律热量守恒定律 动量传送根本实际动量传送根本实际 热量传送根本实际热量传送根本实际 质量传送根本实际质量传送根本实际 反响动力学

2、实际反响动力学实际环境工程原理的根本实际：环境工程原理的根本实际：环境工程原理根底讨论的主要内容：环境工程原理根底讨论的主要内容：衡算衡算质量衡算质量衡算热量衡算热量衡算 衡算范围衡算范围 衡算基准衡算基准 进、出衡算范围进、出衡算范围 各流体的量及变化各流体的量及变化 组成的表达方式；浓度换算；组成的表达方式；浓度换算； 衡算范围内有无物料累积；能否发生化学反响；衡算范围内有无物料累积；能否发生化学反响； 能否发生相变等。能否发生相变等。热量传送热量传送根本概念：根本概念：传热的根本方式；稳定传热与不稳定传热；传热的根本方式；稳定传热与不稳定传热；温度场；温度梯度等温度场；温度梯度等稳定导热

3、的根本定律：稳定导热的根本定律：傅立叶傅立叶Fourier第一定律第一定律 数学表达式数学表达式 导热系数导热系数(W/m ) 相关计算相关计算单层平壁；多层平壁；单层多层圆筒壁导热计算等单层平壁；多层平壁；单层多层圆筒壁导热计算等对流传热对流传热什么是对流传热？什么是对流传热？对流传热速率方程：对流传热速率方程：牛顿冷却定律牛顿冷却定律Q =AT对流传热系数对流传热系数(W/m2)1TTQRA传热面积传热面积传热推进力传热推进力传热阻力传热阻力对流传热系数的阅历关联式对流传热系数的阅历关联式322() () () ( )pakgclug TlClRePrGrC, a, k, g 阅历常数。阅

4、历常数。运用范围；定性温度；特征尺寸。运用范围；定性温度；特征尺寸。查阅相应图、表；量纲一致性检验。查阅相应图、表；量纲一致性检验。有无相变？圆形直管弯管？板？有无相变？圆形直管弯管？板？管内管外？管内管外？“大空间自然对流？大空间自然对流？总传热速率方程总传热速率方程Q = K T AddQKT A1RKTQR推进力：对数平均温度差。推进力：对数平均温度差。与冷、热两股流体流向及形与冷、热两股流体流向及形状有关。状有关。总传热系数：总传热系数：选阅历值；选阅历值；现场测定；现场测定；计算，相应公式。计算，相应公式。总阻力：总阻力：Ri； Ro； Rm ； rSi ；rSo。传热效率传热效率=

5、 实践的传热量实践的传热量 Q 最大能够的传热量最大能够的传热量 Qmax假设热流体为最小值流体，那么传热效率为：假设热流体为最小值流体，那么传热效率为： 12121111()()mhphhhhhmhphhchcq cTTTTq cTTTT假设冷流体为最小值流体，那么传热效率为：假设冷流体为最小值流体，那么传热效率为： 21211111()()mcpcccccmcpchchcq cTTTTq cTTTT假设知传热效率，那么可根据两股流体的进口温度来确定假设知传热效率，那么可根据两股流体的进口温度来确定换热器传热量换热器传热量Q Q。传热单元数传热单元数NTU210dd()ccTAccThcmc

6、pcTK ANTUTTq c如，基于冷流体的传热单元数如，基于冷流体的传热单元数流体的热容流量流体的热容流量传热效率和传热单元数的关系传热效率和传热单元数的关系并流并流min1 exp()11RRNTUccminmin1 exp()(1)1exp()(1)RRRNTUccNTUc逆流逆流当两流体之一有相变时，当两流体之一有相变时，min1 exp ()NTU 质量传送质量传送根本概念：根本概念：传质的根本方式：传质的根本方式：分子分散；对流分散分子分散；对流分散分子分散的根本定律：分子分散的根本定律：费克费克( Fick )定律定律JA= NAz= -DAB(dcA/dz)Fick 定律中组成

7、的表达方式；分散系数定律中组成的表达方式；分散系数D的物理意义。的物理意义。分子传质分子传质静止流体中的质量传送静止流体中的质量传送等分子反向分散等分子反向分散纯分子分散纯分子分散单向分散单向分散一组分经过另一停滞组一组分经过另一停滞组分的分散分的分散传送方式传送方式传送类型传送类型分子分散分子分散0()AAAiBmDppNppRTz p传质速率传质速率Stefan 定律定律漂流因数漂流因数00lnBiBBmBiBppppp组分组分B的的对数平均分压对数平均分压当当 p =pBm ， Stefan定律表达为定律表达为Fick定律。定律。0()AAAiDpNppRTz分散控制过程分散控制过程 传

8、质传质反响反响分散分散反响控制过程反响控制过程 传质主要受反响速率影响传质主要受反响速率影响传质主要受分散速率影响传质主要受分散速率影响界面上有化学反响的稳态传质界面上有化学反响的稳态传质0ln(1)ABAAD cNyL 10ln(1)AANk cy 对流传质速率方程对流传质速率方程0()AGAAiNkpp气相组成以分压表示气相组成以分压表示液相组成以体积摩尔浓度表示液相组成以体积摩尔浓度表示0()ALAiANkcc气相组成以摩尔分率表示气相组成以摩尔分率表示0()AyAAiNkyy液相组成以摩尔分率表示液相组成以摩尔分率表示0()AxAiANkxxyGkk pxLkk c对流传质对流传质机械

9、分别机械分别传质分别传质分别常用分别技常用分别技术术沉降沉降过滤过滤吸收吸收吸附吸附萃取萃取膜分别膜分别分别过程原理分别过程原理枯燥枯燥沉沉 降降n 单颗粒的几何特性参数单颗粒的几何特性参数表示颗粒大小的参数：表示颗粒大小的参数：粒径：粒径：dp体积：体积：Vp外表积：外表积：A球形颗粒的比外表积：球形颗粒的比外表积：6ppAaVd球形颗粒与非球形颗粒的差别以外形系数表征。球形颗粒与非球形颗粒的差别以外形系数表征。 = (deV / deS)2 球形颗粒的球形颗粒的 =n 颗粒群的特性颗粒群的特性粒度粒径分布粒度粒径分布颗粒的平均粒径颗粒的平均粒径n 粒子的密度粒子的密度重力沉降重力沉降球形颗

10、粒的自在沉降速度球形颗粒的自在沉降速度4()3ppptDdd guC阻力系数，阻力系数，CD=f (Rep )滞流区：滞流区：Rep22118ptpugd过渡区：过渡区：2Rep103Stokes方程方程0.6()Re0.27ppptgduAllen方程方程湍流区：湍流区：103 RepR1E1R2E2PQR1E1R2E2萃萃 取取膜分别膜分别表征膜性能或效率的参数：表征膜性能或效率的参数：膜的选择性膜的选择性1FPPFFccccc 截留率截留率分别因子分别因子/ABABAByyxxn流体的浸透性流动性流体的浸透性流动性 浸透性流动性又称浸透通量或浸透速率。浸透性流动性又称浸透通量或浸透速率。

11、 表示单位时间经过单位面积的体积流量表示单位时间经过单位面积的体积流量 m3m-2s-1，也可以换算成质量通量或摩尔通，也可以换算成质量通量或摩尔通量。量。n 膜技术运用简介膜技术运用简介反浸透反浸透(RO)和纳滤和纳滤(NF)；微滤；微滤(MF)和超滤和超滤(UF)干干 燥燥一、概述一、概述1. 1. 枯燥：用加热的方法使固料中的水分气化的枯燥：用加热的方法使固料中的水分气化的单元操作。单元操作。分类：分类：常压常压真空真空枯燥枯燥延续式延续式间歇式间歇式大批量消费大批量消费小批量消费小批量消费热传导、对流、辐射、结合枯燥热传导、对流、辐射、结合枯燥过程过程空气空气 热量热量物料外表物料外表

12、物料内部水分物料内部水分枯燥介质枯燥介质是载热体是载热体是载湿体是载湿体气化气化分散分散传热过程传热过程传质过程传质过程WppWtt二、湿空气的性质和二、湿空气的性质和H-IH-I图图六个性质，四个温度六个性质，四个温度1、总压、总压P PaPpp水气干气npnPp水水干水2、湿度、湿度Hkg水气水气/kg干气干气0.622pHPp3、相对湿度、相对湿度%100%spp0.622sspHPp4、比容、比容Hv3m湿气湿气/kg干气干气273(0.772 1.244)273HtvH5、比热、比热HckJ/kg干气干气1.01 1.88HcH6、比热、比热HIkJ/kg(1.01 1.88)249

13、0HIH tH干气干气t()asWttdt真实温度真实温度等焓达饱和等焓达饱和等湿达饱和等湿达饱和对饱和空气对饱和空气Wdttt对不饱和空气对不饱和空气Wdttt常用公式常用公式0.622pHPp0.622sspHPp熟练运用湿空气的熟练运用湿空气的H-I图图三、枯燥系统的物料衡算，热量衡算三、枯燥系统的物料衡算，热量衡算W枯燥水分量枯燥水分量L空气耗费量空气耗费量Q1、湿基含水量、湿基含水量wkg水水/kg湿料湿料1G湿料湿料2G产品产品干基含水量干基含水量Xkg水水/kg干料干料Gkg干料干料/h(s)1wXw1XwX2、物料衡算、物料衡算枯燥枯燥器器LL2H1H1,G X2,G X11(

14、,)G w22(,)G w枯燥前后干物料量不变枯燥前后干物料量不变1122(1)(1)GGwGw那么那么212111wGGw121211wGGw121212122111wwwwWGGGGww或用干基，或用干基，1221()()WG XXL HH物料水分减少物料水分减少空气水分添加空气水分添加21WLHH3、热量衡算、热量衡算预热器预热器干燥器干燥器L空气空气 H0 t0 I0Qp LH0 =H1 t1 I1QLQD LH2 t2 I2 GX1 1 I1 GX2 2 I2pDQQQ202211.01 ()(2490 1.88 )()mLL ttWtG cQ2(2490 1.88 )100%WtQ

15、4空气经过枯燥器时的形状变化空气经过枯燥器时的形状变化 当当 ， 时时0DQ 0LQ 可视为等焓过程，即可视为等焓过程，即 等焓枯燥等焓枯燥12II 当当 ，但，但 那么那么 非等焓过程非等焓过程0DQ 0LQ 12II 当当 那么那么21()DLQQG II补充热补充热热损失热损失 物料带走的热物料带走的热12II 当当 足够大，使足够大，使 ，那么空气，那么空气在恒温下进展枯燥。在恒温下进展枯燥。 DQ12tt5枯燥速率和枯燥时间枯燥速率和枯燥时间结合水分；非结合水分；平衡水分；自在水分。结合水分；非结合水分；平衡水分；自在水分。枯燥曲线；枯燥速率曲线枯燥曲线；枯燥速率曲线枯燥速率枯燥速率

16、ddddUG XUS tS 等速枯燥阶段；降速枯燥阶段等速枯燥阶段；降速枯燥阶段反响工程原理反响工程原理反响过程根本实际：反响过程根本实际：反响工程学反响工程学反响过程速率的影响要素：反响过程速率的影响要素： 传送过程；流动形状等。传送过程；流动形状等。反响器分类反响器分类釜式和管式釜式和管式间歇式、半延续式半间歇式和延续式间歇式、半延续式半间歇式和延续式反响器的放大反响器的放大阅历放大；类似放大；模型放大阅历放大；类似放大；模型放大模型建立方法模型建立方法物理模型；数学模型物理模型；数学模型数学模型的五类方程数学模型的五类方程n 反响动力学方程反响动力学方程n 物料衡算方程物料衡算方程n 热

17、量衡算方程热量衡算方程n 动量衡算方程动量衡算方程 n 参数计算式参数计算式 物性参数、传送参数物性参数、传送参数理想反响器理想反响器理想混合反响器理想混合反响器 完全混合反响器完全混合反响器 活塞流反响器活塞流反响器 完全不混合反响器完全不混合反响器 间歇操作的理想混合反响器间歇操作的理想混合反响器n 理想的间歇操作反响器的操作特点理想的间歇操作反响器的操作特点 n 理想间歇操作反响器设计的主要目的理想间歇操作反响器设计的主要目的n 建立数学模型建立数学模型n 建立物理模型建立物理模型间歇操作均相化学反响器操作特点：间歇操作均相化学反响器操作特点：一次加料；一次出料；一次加料；一次出料；定时反响；剧烈搅拌。定时反响；剧烈搅拌。 间歇操作均相化学反响器设计计算：间歇操作均相化学反响器设计计算：计算根本方程计算根本方程ddAAnVt 0ddAAAxnVt 00dAxAAAxtnV00dAxAAAxtc式中：式中： 反响物反响物A A的量，的量，kmolkmol 反响物反响物A A的