过程原理与设备-复习课件

绪论1/第一章YANTAIUNIVERSITY

为研究单元操作过程始末和过程中各股物料的数量、组成之间的关系及吸收和释放的能量，必须作出物料衡算和能量衡算常用基本概念与方法绪论1/第一章YANTAIUNIVERSITY 为研究单1传热的三种基本方式

传热以温差（压）为推动力，凡是有温差的地方就有热量的传递。没有外功输入时，高温→低温。物体内部和物体之间。1.热传导（导热）：Conduction2.对流传热（热对流）：Convection3.热辐射：Radiation热源与冷源用于加热或冷却的物料或手段。冷却剂（介质）：水加热剂（介质）：饱和蒸汽传热的三种基本方式 传热以温差（压）为推动力，凡是有温1.2YANTAIUNIVERSITY

化工原理课件导热系数（热导率）：dq

∂t∂n=−

dQ

∂tdS

∂nλ=−☻数值上等于单位温度降度下的热通量。 标志物质的导热性能，是物性之一；☻λ=f(组成，结构，形态，T，p，ρ，湿度)；☻一般，金属导热系数最大，非金属固体 次之，液体较小，气体最小；☻来源：实验测定，查有关手册。YANTAIUNIVERSITY 化工原理课件dq=− 3通过平壁的稳态热传导通过平壁的稳态热传导4通过平壁的稳态热传导通过平壁的稳态热传导5四、通过圆筒壁的稳态热传导

四、通过圆筒壁的稳态热传导6思考：

气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？bb12Qbb21Q思考：bb12Qbb21Q78对流传热速率方程

讨论：牛顿冷却定律只是一种推论,一个实验定律，即假设Q∝t，并非从理论上推导的结果。

复杂问题简单化表示牛顿冷却定律只是给出了计算传热速率简单的数学表达式，并未简化问题本身，只是把诸多影响过程的因素都归结到了当中

如何确定及增强换热的措施是对流换热的核心问题对流传热系数(给热系数)，W/m2K8对流传热速率方程讨论：牛顿冷却定律只是一种推论,一892.6传热过程分析与计算2.6间壁式换热器的传热过程计算2.6.1总传热速率方程2.6.2Q的计算2.6.3K的计算2.6.4tm的计算

92.6传热过程分析与计算2.6间壁式换热器的传热过程计910§2.6间壁式换热器的传热过程计算§2.6.1总传热速率方程总传热系数，单位W/m2K

dA10§2.6间壁式换热器的传热过程计算§2.6.1011§2.6间壁式换热器的传热过程计算------称为总传热热阻§2.6.2Q的计算dA11§2.6间壁式换热器的传热过程计算------称为1112§2.6间壁式换热器的传热过程计算§2.6.3K的计算12§2.6间壁式换热器的传热过程计算§2.6.3K1213考虑到实际传热时间壁两侧还有污垢热阻，则上式变为：13考虑到实际传热时间壁两侧还有污垢热阻，则上式变为：1314---------对数平均温差§2.6.4tm的计算（逆、并流）（逆、并流）14---------对数平均温差§2.6.4tm1415151516LMTD法------对数平均温差法

小结（逆、并流）16LMTD法------对数平均温差法小结（逆、并流）1617§3.2单效蒸发器的计算已知：F、x0、t0、x计算内容：L、W、加热蒸汽量D、加热面积一、物料衡算DA17§3.2单效蒸发器的计算已知：F、x0、t0、x1718

由于溶液沸点升高，则与蒸发纯水相比△t必然会降低，故沸点升高又叫温差损失。△

t纯溶剂

-△t溶液

=(T–T’)-(T-t)=t-T’=△

有效的传热温差：△t溶液

=△t纯溶剂

-△☻稀溶液或有机胶体溶液的Δ较小，无机盐溶液的Δ较大。☻影响因素：浓度Δ′、蒸发器中液柱高度Δ″、蒸汽流动阻力。§3.3单效蒸发器的有效传热温差☻加入溶质，蒸汽压降低，沸点升高Δ'。18 由于溶液沸点升高，则与蒸发纯水相比△t△t纯溶剂18第四章质量传递基础传质概述相组成的表示方法第四章质量传递基础传质概述相组成的表示方法19第四章质量传递基础传质方式第四章质量传递基础传质方式20第四章质量传递基础一．费克定律

§4.2分子扩散费克定律的其它表达形式：第四章质量传递基础一．费克定律§4.2分子21第四章质量传递基础三．双组分、一维、稳态分子扩散过程举例1．等分子反向扩散第四章质量传递基础三．双组分、一维、稳态分子扩散过程22第四章质量传递基础2．单向扩散三．双组分、一维、稳态分子扩散过程举例第四章质量传递基础2．单向扩散三．双组分、一维、稳23传递过程与单元操作第五章气体吸收24/43

§5.2气液相平衡一．溶解度一定操作温度和压力下，平衡状态溶质在气相中的分压称为平衡分压或饱和分压，相应的液相浓度称为平衡浓度第五章气体吸收24/43§5.2气液相平衡24传递过程与单元操作第五章气体吸收25/43

§5.2气液相平衡第五章气体吸收25/43§5.2气液相平衡25传递过程与单元操作第五章气体吸收26/43条件：（1）不同气体的溶解度差异很大（2）对于稀溶液，有是物性，通常由实验测定。可从有关手册中查得。H越大，表明溶解度越大，越易溶H随温度变化而变化，一般地，T，H

§5.2 气液相平衡亨利定律：第五章气体吸收26/43条件：（1）不同气体的溶解度差26传递过程与单元操作第五章气体吸收27/43亨利定律的其他形式：E，m随温度、总压变化而变化，

§5.2 气液相平衡思考：E越大，表明溶解度越小；E随温度变化而变化，T，m越大，表明溶解度越小；T，P，mm，第五章气体吸收27/43亨利定律的其他形式：E，m随27传递过程与单元操作第五章气体吸收28/43

§5.2 气液相平衡思考：第五章气体吸收28/43§5.2 气液相平衡思考28传递过程与单元操作第六章蒸馏29/22§6.1概述利用各组分挥发度的差异将液体混合物加以分离的单元操作称为蒸馏。汽相中有B等组分吗？A组分易挥发，称之为易挥发组分，也叫做轻组分；B为难挥发组分，也叫重组分。思考:液相中有A组分吗？有，因为轻、重组分都具挥发性，只是A较B易挥发罢了有，因此，蒸馏操作组分是在汽、液相中重新分配。yA＞xAxB＞yB第六章蒸馏29/22§6.1概述利用各组分29传递过程与单元操作第六章蒸馏30/224、双组分理想溶液的汽液平衡相图（t~x~y图)两条线：气相线（露点线）

——yA~t关系曲线液相线（泡点线）——xA~t关系曲线三个区域：液相区气、液共存区气相区t/Cx(y)01.0露点线泡点线露点泡点xAyAxf气相区液相区两相区L1L2§6.2二元物系的汽液相平衡

混合液体的泡点随组成的变化而变化；同组成下，露点高于泡点。第六章蒸馏30/224、双组分理想溶液的汽液平衡相图（30传递过程与单元操作第六章蒸馏31/225、x~y图对角线y=x

为辅助线；

x~y曲线上各点具有不同的温度；对于大多数溶液，平衡时y>x

，故平衡曲线在对角线的上方；平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易分离。§6.2二元物系的汽液相平衡对角线y=x，辅助线，参考线注意：曲线上各点对应的温度是不同的。第六章蒸馏31/225、x~y图对角线y=x为31传递过程与单元操作第六章蒸馏32/22α的物理意义气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之比的倍数；α标志着分离的难易程度；若α>1,则y>x

,可用蒸馏方法分离，且α愈大，x-y图中平衡线愈远离对角线，物系愈易分离；α=1,无法用普通蒸馏方法分离。

§6.2二元物系的汽液相平衡第六章蒸馏32/22α的物理意义气相中两组分组成32传递过程与单元操作第六章蒸馏33/22§6.2二元物系的汽液相平衡讨论：（3）越远离1，也就愈有利于蒸馏操作－越大，相平衡曲线偏离对角线愈远，表示达到汽液相平衡时汽、液两相组成的差异愈大（1）相平衡曲线必落在对角线的上方；x-y相图（P一定）（2）平衡线上各点，既表不同平衡时的组成，又对应不同温度点；tAtBα

1tAα2第六章蒸馏33/22§6.2二元物系的汽液相平衡33传递过程与单元操作第六章蒸馏34/43D,xDW,xWF,xF§6.4二元连续精馏的分析与计算一、全塔物料衡算第六章蒸馏34/43D,xDW,xWF,xF§634传递过程与单元操作第六章蒸馏35/43D,xDF,xF§6.4二元连续精馏的分析与计算二、精、提馏段物料衡算n1第六章蒸馏35/43D,xDF,xF§6.435传递过程与单元操作第六章蒸馏36/43二、精、提馏段物料衡算nxn

yn+1

第六章蒸馏36/43二、精、提馏段物料衡算nxnyn36传递过程与单元操作第六章蒸馏37/43二、精、提馏段物料衡算2．提馏段操作线方程第六章蒸馏37/43二、精、提馏段物料衡算2．提馏段37传递过程与单元操作第六章蒸馏38/43将精馏段与提馏段关联起来其中饱和液体所占分率为q，饱和蒸汽所占分率为（1－q）。第六章蒸馏38/43将精馏段与提馏段关联起来其中饱和液38传递过程与单元操作第六章蒸馏39/43§6.4二元连续精馏的分析与计算第六章蒸馏39/43§6.4二元连续精馏的分析与39过程原理与设备-复习课件40传递过程与单元操作第六章蒸馏41/43进料方程（q线方程）意义：精馏段与提馏段交点轨迹方程xWyxxDxF第六章蒸馏41/43进料方程（q线方程）意义：精馏段与41传递过程与单元操作第六章蒸馏42/43思考：为什么一个梯级代表一个理论板？第六章蒸馏42/43思考：为什么一个梯级代表一个理论板42D,xDW,xWF,xF公式：操作条件包括：进料状况（F、xF、q）、R操作压力P、操作温度T冷凝器热负荷V、再沸器热负荷VD、W。D,xDW,xWF,xF公式：操作条件包括：进料状况（43绪论44/第一章YANTAIUNIVERSITY

为研究单元操作过程始末和过程中各股物料的数量、组成之间的关系及吸收和释放的能量，必须作出物料衡算和能量衡算常用基本概念与方法绪论1/第一章YANTAIUNIVERSITY 为研究单44传热的三种基本方式

传热以温差（压）为推动力，凡是有温差的地方就有热量的传递。没有外功输入时，高温→低温。物体内部和物体之间。1.热传导（导热）：Conduction2.对流传热（热对流）：Convection3.热辐射：Radiation热源与冷源用于加热或冷却的物料或手段。冷却剂（介质）：水加热剂（介质）：饱和蒸汽传热的三种基本方式 传热以温差（压）为推动力，凡是有温1.45YANTAIUNIVERSITY

化工原理课件导热系数（热导率）：dq

∂t∂n=−

dQ

∂tdS

∂nλ=−☻数值上等于单位温度降度下的热通量。 标志物质的导热性能，是物性之一；☻λ=f(组成，结构，形态，T，p，ρ，湿度)；☻一般，金属导热系数最大，非金属固体 次之，液体较小，气体最小；☻来源：实验测定，查有关手册。YANTAIUNIVERSITY 化工原理课件dq=− 46通过平壁的稳态热传导通过平壁的稳态热传导47通过平壁的稳态热传导通过平壁的稳态热传导48四、通过圆筒壁的稳态热传导

四、通过圆筒壁的稳态热传导49思考：

气温下降，应添加衣服，应把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？bb12Qbb21Q思考：bb12Qbb21Q5051对流传热速率方程

讨论：牛顿冷却定律只是一种推论,一个实验定律，即假设Q∝t，并非从理论上推导的结果。

复杂问题简单化表示牛顿冷却定律只是给出了计算传热速率简单的数学表达式，并未简化问题本身，只是把诸多影响过程的因素都归结到了当中

如何确定及增强换热的措施是对流换热的核心问题对流传热系数(给热系数)，W/m2K8对流传热速率方程讨论：牛顿冷却定律只是一种推论,一51522.6传热过程分析与计算2.6间壁式换热器的传热过程计算2.6.1总传热速率方程2.6.2Q的计算2.6.3K的计算2.6.4tm的计算

92.6传热过程分析与计算2.6间壁式换热器的传热过程计5253§2.6间壁式换热器的传热过程计算§2.6.1总传热速率方程总传热系数，单位W/m2K

dA10§2.6间壁式换热器的传热过程计算§2.6.5354§2.6间壁式换热器的传热过程计算------称为总传热热阻§2.6.2Q的计算dA11§2.6间壁式换热器的传热过程计算------称为5455§2.6间壁式换热器的传热过程计算§2.6.3K的计算12§2.6间壁式换热器的传热过程计算§2.6.3K5556考虑到实际传热时间壁两侧还有污垢热阻，则上式变为：13考虑到实际传热时间壁两侧还有污垢热阻，则上式变为：5657---------对数平均温差§2.6.4tm的计算（逆、并流）（逆、并流）14---------对数平均温差§2.6.4tm5758155859LMTD法------对数平均温差法

小结（逆、并流）16LMTD法------对数平均温差法小结（逆、并流）5960§3.2单效蒸发器的计算已知：F、x0、t0、x计算内容：L、W、加热蒸汽量D、加热面积一、物料衡算DA17§3.2单效蒸发器的计算已知：F、x0、t0、x6061

由于溶液沸点升高，则与蒸发纯水相比△t必然会降低，故沸点升高又叫温差损失。△

t纯溶剂

-△t溶液

=(T–T’)-(T-t)=t-T’=△

有效的传热温差：△t溶液

=△t纯溶剂

-△☻稀溶液或有机胶体溶液的Δ较小，无机盐溶液的Δ较大。☻影响因素：浓度Δ′、蒸发器中液柱高度Δ″、蒸汽流动阻力。§3.3单效蒸发器的有效传热温差☻加入溶质，蒸汽压降低，沸点升高Δ'。18 由于溶液沸点升高，则与蒸发纯水相比△t△t纯溶剂61第四章质量传递基础传质概述相组成的表示方法第四章质量传递基础传质概述相组成的表示方法62第四章质量传递基础传质方式第四章质量传递基础传质方式63第四章质量传递基础一．费克定律

§4.2分子扩散费克定律的其它表达形式：第四章质量传递基础一．费克定律§4.2分子64第四章质量传递基础三．双组分、一维、稳态分子扩散过程举例1．等分子反向扩散第四章质量传递基础三．双组分、一维、稳态分子扩散过程65第四章质量传递基础2．单向扩散三．双组分、一维、稳态分子扩散过程举例第四章质量传递基础2．单向扩散三．双组分、一维、稳66传递过程与单元操作第五章气体吸收67/43

§5.2气液相平衡一．溶解度一定操作温度和压力下，平衡状态溶质在气相中的分压称为平衡分压或饱和分压，相应的液相浓度称为平衡浓度第五章气体吸收24/43§5.2气液相平衡67传递过程与单元操作第五章气体吸收68/43

§5.2气液相平衡第五章气体吸收25/43§5.2气液相平衡68传递过程与单元操作第五章气体吸收69/43条件：（1）不同气体的溶解度差异很大（2）对于稀溶液，有是物性，通常由实验测定。可从有关手册中查得。H越大，表明溶解度越大，越易溶H随温度变化而变化，一般地，T，H

§5.2 气液相平衡亨利定律：第五章气体吸收26/43条件：（1）不同气体的溶解度差69传递过程与单元操作第五章气体吸收70/43亨利定律的其他形式：E，m随温度、总压变化而变化，

§5.2 气液相平衡思考：E越大，表明溶解度越小；E随温度变化而变化，T，m越大，表明溶解度越小；T，P，mm，第五章气体吸收27/43亨利定律的其他形式：E，m随70传递过程与单元操作第五章气体吸收71/43

§5.2 气液相平衡思考：第五章气体吸收28/43§5.2 气液相平衡思考71传递过程与单元操作第六章蒸馏72/22§6.1概述利用各组分挥发度的差异将液体混合物加以分离的单元操作称为蒸馏。汽相中有B等组分吗？A组分易挥发，称之为易挥发组分，也叫做轻组分；B为难挥发组分，也叫重组分。思考:液相中有A组分吗？有，因为轻、重组分都具挥发性，只是A较B易挥发罢了有，因此，蒸馏操作组分是在汽、液相中重新分配。yA＞xAxB＞yB第六章蒸馏29/22§6.1概述利用各组分72传递过程与单元操作第六章蒸馏73/224、双组分理想溶液的汽液平衡相图（t~x~y图)两条线：气相线（露点线）

——yA~t关系曲线液相线（泡点线）——xA~t关系曲线三个区域：液相区气、液共存区气相区t/Cx(y)01.0露点线泡点线露点泡点xAyAxf气相区液相区两相区L1L2§6.2二元物系的汽液相平衡

混合液体的泡点随组成的变化而变化；同组成下，露点高于泡点。第六章蒸馏30/224、双组分理想溶液的汽液平衡相图（73传递过程与单元操作第六章蒸馏74/225、x~y图对角线y=x

为辅助线；

x~y曲线上各点具有不同的温度；对于大多数溶液，平衡时y>x

，故平衡曲线在对角线的上方；平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易分离。§6.2二元物系的汽液相平衡对角线y=x，辅助线，参考线注意：曲线上各点对应的温度是不同的。第六章蒸馏31/225、x~y图对角线y=x为74传递过程与单元操作第六章蒸馏75/22α的物理意义气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之比的倍数；α标志着分离的难易程度；若α>1,则y>x

,可用蒸馏方法分离，且α愈大，x-y图中平衡线愈远离对角线，物系愈易分离；α=1,无法用普通蒸馏方法分离。

§6.2二元物系的汽液相平衡第六章蒸馏32/22α的物理意义气相中两组分组成75传递过程与单元操作第六章蒸馏76/22§6.2二元物系的汽液相平衡讨论：（3）越远离1，也就愈有利于蒸馏操作－越大，相平衡曲线偏离对角线愈远，表示达到汽液相平衡时汽、液两相组成的差异愈大（1