考研化工原理考研辅导讲义超级总结

第一章流体流动

以单位质量流体为基准：Z[g+,〃|2+旦+弘=z,g+_l〃,2+&，+£%J/kg

2p2p

21

以单位重量流体为基准：z.+—u.+-^+H,^z2+—u2+-^+^hl，m

2gpg2gpg

、，.101,

以单位体积流体为基准：pgzx+-pu[+Hr=pgz2+-pu2+P2+EPf，Pa

一、£一静压能

P

1、0一流体密度，Kg/m3

一日pM

气体密度p=而

比容v——=一

mp

2、P—压强

(1)压力的表示方法：绝对压力、表压、真空度

(2)静力学基本方程：—+zxg--+z2g,p,=p&+pgh

PP

静力学基本方程适用于在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体

①总势能守恒；②等压面的概念；③压力具有传递性；④压力或压力差可用液柱高度表示。

(3)静力学基本方程的应用：U形管压差计，关键在于等压面的选取。

二、gZ一位能，基准面的选取

三、一动能

2

2、连续性方程匕==UA--•--11A=常数，—=—=—|

22“2414J

3、u可由伯努力方程算出。(当两截面面积相差较大时，大截面的u=0)

4、流速的测量

皮托管、孔板流量计、转子流量计的工作原理、基本结构和计算

四、Ehf=hf+h；管路阻力损失

1、静止或理想流体，叫=0

1u2

2、直管阻力损失〃,=4———

1d2

(1)牛顿粘性定律7=〃一，

dy

粘度的物理意义流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力

(2)边界层的概念；边界层的产生、发展、分离。

(3)流体的流动形态：层流和湍流

层流(ReW2000)：u———(7?"—)

44

①速度分布为抛物线方程

2

②管中心处速度最大，»max=-7?,管壁处速度为0

4〃

③管截面的平均流速〃=—〃max=—

28"

④哈根-泊谡叶方程式△0,=%坐，2=^

湍流Re>4000：u«0.82〃max

64

(4)摩擦系数入：①层流区见二记②过渡区将湍流时的曲线延伸，以查取入值。③湍流区，当口6/一定时,

入随Re的增大而减小，Re增大至某一数值后，入下降缓慢；当Re一定时，入随的增加而增大。④完全湍流区,

人与Re无关，只与勿"有关归0c“一，阻力平方区。

3、局部阻力损失：叫=/匕

'2fd2

“同It，四*1Vl、去小“流通截面积“A

4、非圆形管道的流动阻力：de=4x-————=4x—

润湿周边n

五、We一净功(有效功)

1、不含输送设备，We=0

2、Ne=WeWs=WeVsP=HegVsP

W

3、丸="，m,压头，选泵的主要依据

g

4、N旦二山

rj102〃

六、伯努力方程的应用

1、几点说明

①如果系统中的流体处于静止状态，Z1g+^=Z2g+£2

P-P

②柏努利方程式表明理想流体在流动过程中任意截面匕总机械能、总压头为常数。

③适用于不可压缩性流体

2、应用伯努力方程解题时注意的问题

①截面的选取②基准水平面的选取③计算中要注意各物理量的单位保持一致,，尤其在计算截面上的静压能时，0、

P2不仅单位要一致，同时表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压。

第二章流体输送机械-

一、工作原理

基本部件：叶轮（6〜12片后弯叶片）;泵壳（蜗壳）（集液和能量转换装置）:轴封装置（填料函、机械端面密封）。

原理：借助高速旋转的叶轮不断吸入、排出液体。

注意：离心泵无自吸能力，因此在启动前必须先灌泵，且吸入管路必须有底阀，否则将发生“气绒”现象。

某离心泵运行一年后如发现有气缚现象，则应检查进口管路是否有泄漏现象。

二、性能参数及特性曲线

1、离心泵的理论压头=”一一%cot%Q

gg孙b]如

采用后弯叶片，当采用后弯片时，Ctg°为正,可知理论压头随叶轮直径、转速及叶轮周边宽度的增加而增加，随流量

的增加呈线性规律下降。

理论压头与流体的性质无关。

2、离心泵的主要性能参数

①流量Q：以体积流量来表示的泵的输液能力，与叶轮结构、尺寸和转速有关。

②压头（扬程）H：泵向单位重量流体提供的机械能。与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关。扬程并不代表升举高度。

〃=AZ+纱+

PS

③有效功率Ne=We（Ds=HgQp轴功率N=（M

102〃

④效率7

3、离心泵的特性曲线

常包括曲线，这些曲线表示在•定转速下输送某种特定的液体时泵的性能。

①由N—。线上可看出：。=0时，所以启动泵和停泵都应关闭泵的出U阀。

②离心泵特性曲线测定实验，泵启动后出水管不出水，而泵进口处真空表指示真空度很高，可能出现的故障原因是吸

入管路堵塞。

③若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头减小,流量减小,效率减小,轴功率增大。

4、离心泵特性的影响因素

①流体的性质：（A）液体的密度变化〃不变，但是Noc0（Q,〃,〃受管路制约）（B）〃加大：QJ"JNT

②转速:比例定律/々；%/坦=（〃N/N3

=〃22/〃1＞；2t=（«2/«,）

③叶轮直径。2/。1=2/2；”2/g=（2/2）2；牝/乂=（2/。|）3

三、离心泵的工作点

1、泵在管路中的工作点为离心泵特性曲线CH-Q）与管路特性曲线（He-Q«）的交点。管路特性曲线为：

He=K+BQ；.

2、工作点的调节：既可改变。来实现，又可通过改变“e-。，来实现。具体措施有改变阀门的开度，改变泵

的转速，叶轮的直径及泵的串、并联操作。

离心泵的流量调节阀安装在离心泵的出旦管路上，开大该阀门后，真空表读数增大,压力表读数减小,泵的扬程

将减小,轴功率将增大。

两台同样的离心泵在联压头不变而流量加倍，串联则流量不变压头加倍。对于高阻管路，串联比并联组合获得的

Q增值大；但对于低阻管路，则是并联比串联获得的Q增量多。

四、离心泵的安装高度建

为避免气蚀现象的发生,离心泵的安装高度忘形，注意气蚀现象产生的原因。

1三个基本概念

（2\

①允许汽蚀余量NPSH：NPSH=-^-+-——匹

I烟2g）Pg

②允许吸上真空度"s'=庄二区

Pg

2、泵的允许安装高度

2

①Hg=H；-LH/g为操作条件下的允许吸上真空度，为吸入管路的压头损失，m。

②Hg=2—2-NPSH-H/OT

Pg

3、汽蚀现象的产生的原因：①离心泵的安装高度太高；②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；③吸入管路的阻

力或压头损失太高。

计算出的允许安装高度为负值，这说明该泵应该安装在液体贮槽液面以下。

五、离心泵的选择、安装和操作

第三章非均相分离

-、颗粒及颗粒床层的特性

1、颗粒：球形a=S/P=6/d,非球形de=#Vp/兀由=S/S/a=S,//=6/d*,

2颗粒床层：£空隙率；4=(1—

二、重力沉降

1、沉降公式%=遗，层流区Re<1,^=2£—/=才坂=P)g

\3PqRe。18

2、降尘室耳=旦<6=,，七多层%<(〃+1)为况

utu

①临界粒径的计算"=P)g.,vs<u,bl,dm.n

②直径为d的颗粒的回收率=丝=上旦=4方

2

Hu.1mminesdmin.

三、离心沉降

沉降公式"”产铲

四、过滤

1、基本概念：深床过滤和饼层过滤，过滤介质，助滤剂

dVJ2Ap'_5dV_KA2

2、过滤基本方程式:布一小仅+匕,)'犷优+()

P+%)2=KA\0+0e)(4+心)2=:K(e+q)

V1+2VV,=-KA20q〜2qq0■-=K0

3、恒压过滤：，,

V2=KA2。q2=K6

22

Ve=KA0tq；=S

4、先恒压后恒速"=应=广^=常数，\P^ad+b-^eR,qR

AdOdO(q+qJ

5、恒压过滤常数的测定：也=2”辿

dqKK

②洗涤时间盘=嗫/

W

7、生产能力:间歇式e=eD+ew+eR,Q=--------------

9D++SR

第四章传热

热传导（导热）、热对流（对流）和热辐射，传热速率Q,热通量q

dQ^-AdS—,X——导热系数

-1—=—U----------

bR寸比n

手

i=\

3、圆筒壁的稳定热传导：0/,-t2N或Q=21人（生一3，5S?=2=2用”二工

（）=—：-----=urmC〃？r

In—

多层（n层）圆筒壁：Q=/或0=2*3）

£b,l1.r..,

一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应降低,主要原因是因水的导热系数大于保温

材料的导热系数,受潮后，使保温层材料导热系数增大，保温效果降低。

在包有两层相同厚度保温材料的圆形管道上，应该将导热系数小的材料包在内层,其原因是为了减少热损失,

降低壁面温度。

二、对流传热概述

1.对流传热基本方程一牛顿冷却定律

。——对流传热系数，单位为：W/在换热器中与传热面积和温度差相对应。

2.对流传热系数

①流体在圆形直管中作强制湍流流动

对气体或低粘度的液体M/=0.023Re08PrAa=0.0232（必2严（处）人

d/.i2

流体被加热时，n=0.4；液体被冷却时，n=0.3。

定性几何尺寸为管子内径4。

定性温度取流体进、出口温度的算术平均值。

无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在传热边界层或滞流层内,减少热阻的最有效的措施是提高流体湍动程度。

水在管内作湍流流动时，若使流速提高至原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的2°s倍。若管径改为原来

的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的4°$X2°2倍。（设条件改变后，仍在湍流范围）

②蒸汽冷凝：滴状冷凝的传热系数大于膜状冷凝传热系数。

③沸腾传热可分为三个区域,它们是自然对流区、泡状沸腾区和膜状沸腾区,生产中的沸腾传热过程应维持在迪比

沸腾区操作。

注意：在这三种情况下，提高对流传热系数的方法。

7

4、保温层的临界直径d,=2/l/a

5、壁温的估算*一%]=」；―"

—+&-+Rn

%«,

三、两流体通过间壁换热Q=KSAtm

1、Q传热速率，W（J/S）

Q=WhCph5F=忆C”区—G，。=Whr=匕区一。），。=Wh[r+Cph（Ts一4）]=WcCpc应一幻

2、总传热系数K(串联热阻)—=—^+Rsi^+-^-+—+Rso(基于外表面)

K°a,d；s'可Xdmao

K取决于a小的那•侧，a,,a”的影响因素及关联式。

3、换热面积S=—2—,S=〃欣/

K

4、平均温度差△/“,=―-~~竺一当Ati/At2<2时，Atm可取算术平均值，即：Atm=(At]+At2)/2

ln(Aq/M)

5、£-NTU法

KS!-T2’2-'Li

@£h=----------------~~~,£c=~~~,

W"4CphT-tl\'T1-tl\

KS^^,NTU)c=KS

②c唁

m

6、换热计算：运用热平衡方程和传热速率方程求解

四、换热器

间壁式换热器有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式、螺旋板式、板翅式等。提高间壁式换热器传热系数

的主耍途径是提高流体流速、增强人工扰动;防止结垢，及时清除污垢。消除列管换热器温差应力常用的方法有三

种，即在壳体上加膨胀节，采用浮头式结构或采用U型管式结构。翅片式换热器安装翅片的目的是增加传热面积；

增强流体的湍动程度以提高a。为提高冷凝器的冷凝效果,操作时要及时排除不凝气和冷凝水。

间壁换热器管壁温度小接近a大的一侧的流体温度;总传热系数K的数值接近热阻大的一侧的a值。如在传热

实验中用饱和水蒸气加热空气，总传热系数接近于空气侧的对流传热膜系数,而壁温接近于水蒸气侧的温度。

对于间壁换热器m|Cpi（T「T2）=m2cp2（t「t2）=KSA1等式成立的条件是稳定传热、无热损失、无相变化。

列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高a值，支撑管子。

在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管外；易结垢的流体走管内；高压流体走管内；有腐

蚀性的流体走管内；粘度大或流量小的流体走管外。

五、辐射传热

1、基本概念：黑体、白体、灰体

8

2、两固体间的相互辐射：2s（击尸—

六、间壁式换热气强化传热的途径方程：Q=KAMm

1、增大传热平均温度差△口

（1）两侧变温情况下，尽量采用逆流流动;

（2）提高加热剂T1的温度（如用蒸汽加热，可提高蒸汽的压力来达到提高其饱和温度的目的）；降低冷却剂1

的温度。

利用AtnJ来强化传热是有限的。

2、增大总传热系数K

?吗+凡）+髭+七+“）今

(1)尽可能利用有相变的热载体（a大）;

(2)用九大的热载体，如液体金属Na等;

(3)减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻;

(4)提高a较小,一侧有效。

提高心的方法

无相变传热：1）增大大流速；2）管内加扰流元件；3）改变传热面形状和增加粗糙度。

3、增大单位体积的传热面积A/V

（1）直接接触传热：可增大A和湍动程度，使Qf

（2）采用高效新型换热器

9

第五章蒸储

利用各组分挥发度不同将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作称为蒸储。对于均相物系，必须

造成一个两相物系才能将均相混合物分离。蒸储操作采用改变状态参数的办法（如加热和冷却）使混合物系内部产

生出第二个物相（气相）；吸收操作中则采用从外界引入另一相物质（吸收剂）的办法形成两相系统。

一、两组分溶液的气液平衡

PaPPr

1.气液平衡方程：猫=。，yA=~\

P；~PBPP：-PB

axv.p.lx.

y---------------,a--=———-

l+（a-l）xvBpB/xB

2.气液平衡相图

（1）温度一组成（t-x-y）图

气液两相呈生衡状态H寸，气液两相温度相同,但气相组成大于液相组成;若气液两相组成相同,则气相露点温

度大于液相泡点温度。

（2）x-y图

二、精储原理

精储过程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理进行的,精微操作的依据是混合物中各组分挥发度的差

具，实现精储操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底产生上升蒸汽。精储塔中各级易挥发组分浓度由上至下逐级

降低;精锚塔的塔顶温度总是低于塔底温度,原因之一是：塔顶易挥发组分浓度高于塔底，相应沸点较低;原因之

二是：存在压降使塔底压力高于塔顶，塔底沸点较高。

当塔板中离开的气相与液相之间达到相平衡时,该塔板称为理论板。

精馈过程中，再沸器的作用是提供•定量的上升蒸汽流，逡凝盗的作用是提供塔顶液相产品及保证由适宜的液

相回流。

三、两组分连续精饿的计算

1.全塔物料衡算

总物料衡算：F=D+W

易挥发组分：

FXF=DXD+Wxw

r）x

塔顶易挥发组分回收率：2x100%

FXF

塔底难挥发组分回收率：*="“一"）x100%

厂（1-3

2.精储段物料衡算和操作线方程用=*“=£%+占/

上式表示在一定操作条件卜，精储段内自任意第n层板卜降的液相组成Xn与其相邻的下一层板（第n+1层板）

上升蒸汽相组成丫向.之间的关系。在x—y坐标上为直线，斜率为R/R+1,截距为x0/R+l。

10

rw

3.提储段物料衡算和操作线方程力向二1七“一看》”.

上式表示在一•定操作条件下，提饵段内自任意第m层板下降的液相组成X4叮其相邻的下一层板（第m+1层板）

上升蒸汽相组成Ym+1之间的关系。L'除与L有关外，还受进料量和进料热状况的影响。

四、进料热状况参数

实际操作中，加入精晶塔的原料液可能有五种热状况：（1）温度低于泡点的冷液体；（2）泡点卜.的饱和液体：（3）

温度介于泡点和露点的气液混合物；（4）露点下的饱和蒸汽；（5）温度高于露点的过热蒸汽。

IV-IF将1也?。/进料变为饱和蒸汽所需的热量

原料液的千摩尔汽化潜热

不同进料热状况下的q值

进料热状况冷液体饱和液体气液混合物饱和蒸汽过热蒸汽

q值>110〜10<0

对于饱和液体、气液混合物和饱和蒸汽进料而言,q值等于进料中的液相分率。

L'^L+qF,V'^V-(\-q)F

q线方程（进料方程）为：y=—二一表示两操作线交点的轨迹方程。

q-\q-\

塔底再沸器相当于一层理论板（气液两相平衡），塔顶采用分凝器时，分凝器相当于一层理论板。由于冷液进料

时提微段内循环量增大，分离程度提高，冷液进料较气液混合物进料所需理论板数为少。

五、回流比及其选择

（1）全回流

R=L/D=8,操作线与对角线重合，操作线方程之=x上|,达到给定分离程度所需理论板层数最少为

（2）最小回流比

当回流比逐渐减小时，精锚段操作线截距随之逐渐增大,两操作线位置将向平衡线靠近,为达到相同分离程度

所需理论板层数亦逐渐增多。达到恒浓区（夹紧区）回流比最小,所需理论板无穷多。

I.正常平衡线火min=红二2

Yq-Xq

饱和液体进料时：Xq=XF,饱和蒸汽进料时：yq=XF

II.不正常平衡线

由a（XD，yD）或c（xw，yw）点向平衡线作切线，由切线斜率或截距求Rmin

（3）适宜回流比R=（1.1-2）Rmin

精微设计中，当回流比增大时所需理论板数减少,同时蒸储釜中所需加热蒸汽消耗量增加,塔顶冷凝器中冷却

介质消耗量增加,操作费用相应增加，所需塔径增大。

精懦操作时，若F、D、XF、q、R、加料板位置都不变，将塔顶泡点回流改为冷回流，则塔顶产品组成Xn变大。

精馈设计中，回流比愈大,操作能耗愈大,随着回流比逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现先减小后增大

11

的过程。

六、板效率和实际塔板数

X,1X

1.单板效率（默弗里效率）Emv=,Eml="~"

yn*-yn+ix“T—x“*

2.全塔效率

E=(NT/NP)xlOO%

精储塔中第n・l,n,n+l块理论板,yn+i<yn»tn.i<tn,yn>xn.io

精微塔中第n-l,n,n+l块实际板，xn*<xn,yn*>yno

如板式塔设计不合理或操作不当，可能产生液泛、漏液、及雾沫夹带等不正常现象,使塔无法正常工作。

负荷性能图有五条线，分别是雾沫夹带、液泛、漏液、液相负荷上限和液相负荷下限。

12

第六章吸收

利用各组分淆解度不同而分离气体混合物的单元操作称为吸收。当气相中溶质的的实际分压电迂与液相成平

衡的溶质分压时，溶质从气相向液相转移,发生吸收过程；反之当气相中溶质的的实际分压低王与液相成平衡的溶

质分压时，溶质从液相向气相转移,发生脱吸(解吸)过程。

-、气-液相平衡------传质方向与传质极限

平衡状态下气相中溶质分压称为平衡分压或饱和分压，液相中的溶质浓度称为平衡浓度或饱和浓度------溶

解度。

对于同一种溶质，溶解度随温度的升高而减小,加压和降温对吸收操作有利,升温和减压有利于脱吸操作。

亨利定律：p*=Ex——E为亨利系数，单位为压强单位，随温度升高而增大，难溶气体

(稀溶液)E很大，易溶气体E很小。对理想溶液E为吸收质的饱和蒸气压。

p*=c/H——H为溶解度系数，单位：kmol/(kN-m),H=P/(EMS),随温度升高

而减小，难溶气体H很小，易溶气体H很大。

y*=mx----m相平衡常数，无因次，tn=E/P,m值愈大，气体溶解度愈小；

m随温度升高而增加，随压力增加而减小。

Y*=mX—当溶液浓度很低时大多采用该式计算。

x

y=2,xx,y——摩尔分率，X,Y——摩尔比浓度

1-歹

二、传质理论——传质速率

1、分子扩散——凭借流体分子无规则热运动传递物质的现象。推动力为浓度差，由菲克定律描述：JA=-DAB(dCA)/(dz)

JA—扩散通量，kmol/(m2.s)DAB—扩散系数

涡流扩散一凭借流体质点的湍动和旋涡传递物质的现象。

2、等分子反向扩散传质速率：气相内"人=—L(PAI—PA2)

RTz

单相扩散传质速率：气相内NA=NA=一与一(PAI—PA2)

RTZPBE

其中P/pBm>l为漂流因数，反映总体流动对传质速率的影响。

pBm=(PB2-pBl)/ln(pB2/pB1)

一般而言，双组分等分子反向扩散体现在精微单元操作中,而一组分通过另一组分的单相扩散体现在吸收单元操作

中。

气相中，温度升高物质的扩散系数增大,压强升高则扩散系数降低;液相中粘度增加扩散系数降低。

在传质理论中有代表性的三个模型分别为双膜理论、溶质渗透理论和表面更新理论。

3、传质速率方程——传质速率=传质推动力/传质阻力

NA=七(PA—PA,)N"ky(y—yJNk=kY(Y-Yt)

13

)刈=

NA=M(%-，Akx(Xj-X)NA=kx(X,-X)

/=尤(PA-P：)N”K，(y_y*)

NA=K、(C*A-CA)NA=K,(»NA=K,(X*_X)

注意传质系数与推动力相对应，即传质系数与推动力的范围一致,传质系数的单位与推动力的单位一致。

吸收系数之间的关系：

111\\H\m\111

kKk

勺Hk\kGKL解Gy七y储kxmky

ky—%G，ky—%G，kxck］，kxcki

气膜控制与液膜控制的概念

对于易溶气体,H很大，传质阻力绝大部分存在于气膜之中，液膜阻力可以忽略，此时Ke3q,这种情况称为

“气膜控制”:反之，对于难溶气体,H很小，传质阻力绝大部分存在于液膜之中，气膜阻力可以忽略，此时K立

显，这种情况称为“液膜控制”。

三、物料衡算——操作线方程与液气比

1、全塔物料衡算:V(Y1-Y2尸L(X1-X2)，V(71-^)=L(乂一必)，丫2=丫1(1一%)

2、吸收操作线方程：Y=^X+(Y}-^Xx),Y=^X+(Y2-^X2)1-塔底，2-塔顶

吸收操作时塔内任一截面上溶质在气相中的实际分压总是高王与其接触的液相平衡分压，所以吸收操作线总是

位于平衡线的上方。

3、最小液气比：='一匕=［一匕液气比即操作线的斜率，L=(1.1-2.0)Lmin

卜人_X：-乂8_占

m

增加吸收剂用量，操作线斜率增大,操作线向远离平衡线的方向偏移,吸收过程推动力增大,设备费用减少。

四、填料层高度计算

1、填料层高度=传质单元高度x传质单元数

即Z=NOG-HOQ,

N°G=I"罟下一气相总传质单元数(气体流经一段填料后其组成变化等于该段填料的总的平均推动力则为

♦个传质单元)

14

v

HOG=........-气相总传质单元高度（一个传质单元所对应的填料高度）

KYaL2

传质单元高度的数值反映了吸收设备传质效能的高低，传质单元数反映了吸收任务的难易程度。

2、传质单元数的计算

①平均推动力法（适合平衡线为直线）：

N°oGo=二=七"，，"=乂-彳轨=-丫；

i^Y-YAX=,△，A噌K,"111222

min—!-

轨

当△Y/△Y2<2忖，可用算术平均推动力△Ym=（△Yi+△Y2）/2

②脱吸因数法（平衡线为直线）:

1-5[_Y2-mX2

S——脱吸因数，平衡线与操作线斜率之比（mV/L）,反映吸收推动力的大小。S增大，液气比减小，吸收推动

力变小，NOG增大

气体吸收中，表示设备（填料）效能高低的•个量是传质单元高度,表示传质任务难易程度的一个量是传质单

元数。

15

第七章干燥

•、湿空气的性质

1>湿度

&=="=/H=0.622-?!—=0.622-^i—

彻.4…，,P-P.

2、.相对湿度（p

.■去xlOO*引H=0.6221_3

<p=l（或100%）,表示空气已被水蒸汽饱和，不能再吸收水汽，已无干燥能力。（P愈小，即Pv与Ps差距愈大,

表示湿空气偏离饱和程度愈远，干燥能力愈大。

3、比热：将1kg干空气和其所带的Hkg水蒸气的温度升高1℃所需的热量

cH=c3+cvH-1.01+1.88//,kJ/kg干空气•℃

4、烙：单位质量干空气的焰和其所带Hkg水蒸汽的熔之和。

I=cgt+（分+cvt）H=r0H+J+c、,H）t=2492”+（1.01+1.88/7）/,kJ/kg干空气

5、.湿空气比容”：每单位质量绝干空气中所具有的空气和水蒸汽的总体积。

3

=4+uwH=（0.773+1.244/7）言1*⑹%*m/AgT气

6、干、湿球温度：湿球温度为湿空气温度t和湿度H的函数。

7、绝热饱和温度心：绝热饱和过程又可当作等焰过程处理。

不饱和空气：t>tas（或饱和空气：以门小

8、露点td：H=0.622Ps”

p

-Ps,,d

9、湿焰图

不饱和湿空气当温度升高时，湿球温度力直，绝对湿度丕变，相对湿度相低，露点不变,比容增大,焰增大。

二、物料衡算与热量衡算

1、物料性质

①含水量卬=二一，X=—匚

1+X1-w

②比热和焰：cm=Cs+附=q+4.1874,I'=（c,+Xcw）0=cm0

2、物料衡算

①%=〃“2-”J=G（M_/）

w

②上二--------：湿空气用量：L=L[\+H）kg湿气/h或/'=/（1+”0）kg湿气/kg水

H2~H\Q

湿空气体积：VS=LOHn?湿气Zh或匕=/。〃n?湿气/kg水

3、热量衡算

①2=£（4一/。）=LCH&-I。）=.01+1.88H）（4_幻

16

②。D-3+G&」/「)+&

Q=。「+OD=L(A—4)+GYA，一/「)+QL

缶

'=L(1.01+1.88")-ZO)+%(2490+1.88/2-4.187^,)+Gcm2(02~O^+QL

④”/2490+L88G)

④提高热效率途径：a、当to,h一定时，4JT；”2T一〃T。

b、当力，t2一定时，t]Tf"T。

C、尽量利用废气中的热量

三、干燥速率与干燥时间

1、水分的性质：平衡水分和自由水分，结合水分和非结合水分

物料中总水分可分为非结合水分与结合水分,也可分为自由水分和平衡水分。物料中水分超过平衡水分的部分

水分为自由水分,可用干燥方法除去；水分大于XB*(与6=100%湿空气接触时的平衡水分)部分为非结合水,小

于XH*水分为结合水。

区除可除水分与不可除水分的分界点是平衡湿含量。

2、干燥速率曲线

恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括恒速干燥阶段(包括预热段)和降速干燥阶段,其中两干燥阶段的交

点对应的物料含水量称为临界含水量。

恒速干燥阶段也称为前面汽化控制阶段,物料发面的温度为空气的湿球温度，影响干燥速率的因素为干燥介质

的状况。

降速阶段也称为内部迁移捽制阶段。物料表面的温度高于空气的湿球温度，影响干燥速率的因素为物料结构尺

寸和形状

临界含水量与物料性质和干燥介质的状况有关，同一物料•，如恒速段的干燥速率增加，则临界含水量增大,物

料平衡水分随温度升高而减小。

3、恒定干燥条件下干燥时间的计算

①恒速阶段：％=瓦](X—X,)

②降速阶段「2=弓£'等G'（X「_X*）,X「一X*

----------------In------------

SUcX「X*

附：化工原理实验技术

1.流体流动阻力测定实验

基本要求：测定流体流过光滑管与粗糙管的直管阻力，作出实测的摩擦系数与雷诺数曲线，并与教材中推荐的经验

曲线或理论关系曲线相比较；测出一定开启度的闸阀的局部阻力系数数值。

重点：保证实验中的流动稳定，正确读取转子流量计读数和U型压差计及压差传感器的读数。

难点：实验系统的气体排除，倒U型管压差计及压差传感器的的使用。

2.离心泵性能特性曲线测定实验

基本要求：测定离心泵一定转速下输送水的特性曲线，即压头、轴功率和泵效率与流量曲线。

重点：了解离心泵的结构，操作要点；仪器的使用方法各操作参数的测定方法。

难点：离心泵的灌泵和启动；真空表和压力表的正确读数；涡轮流量计的正确使用；扭矩仪及压差传感器的正确

读数。

3.恒压过滤常数测定实验

基本要求：熟悉板框压滤机的结构与操作，对碳酸钙与水悬浮液作恒压过滤实验，测出恒压下的过滤常数，并根据

不同压力下的过滤常数值回归出压缩性指数值。

重点：悬浮液的配制和输送；过滤过程管路中的阀门正确操作；滤液计量的准确可靠。

难点：控制悬浮液的浓度均匀，防止固体颗粒沉淀。

4.固体流态化实验

基本要求：熟悉固体颗粒床层的结构与操作，测出气固相床层的流体力学特性曲线，即流动压降与表观气速关系曲

线。

重点：颗粒床层的均匀性；流动压降的正确测定。

难点：控制流量均匀，防止颗粒床层严重的沟流和节涌。

5.对流给热系数测定实验

基本要求:观察水蒸气在管外壁面冷凝的现象;学会用热电阻测量内管壁温的原理及测定方法，测出“水与水蒸汽”或

“空气与水蒸汽”体系的传热膜系数，并与山经验式计算值比较。

重点：了解套管换热器的结构；蒸汽中冷凝水和不凝性气体排放：流体流量的稳定；热电阻的温度正确读取。

难点：保持蒸汽压力恒定；使传热处于稳定状态；冷凝液的液面恒定。

6.吸收（解吸）实验

基本要求:观察填料塔内的气液流动现象;学会气相色谱仪、二氧化碳气敏电极的测定方法及原理，测出“二氧化碳、

空气与水”体系的体积传质系数。

重点：了解填料塔的结构，气液流量的稳定；二氧化碳浓度的正确测定。

难点：二氧化碳气敏电极的熟练使用；使传质处于稳定状态；塔底液位的恒定。

7.精微实验

基本要求:掌握双组分连续精储塔的实验原理及测定方法，测定“乙醇与水”体系的全塔效率或等板高度。

18

重点：了解精微塔的结构；全回流条件下的总板效率或等板高度的测定。

难点：非理想物系的理论塔板数的求取。

8.干燥速率曲线测定实验

基本要求:在恒定干燥条件下测定干燥曲线，求出“湿空气，湿毡与水体系”的临界含水量及临界干燥速率；了解称

重传感器、自动记录仪和电加热控温仪的原理和使用方法。

重点：恒定干燥条件的建立；湿物料的正确配制和秤量。干燥过程中湿物料的含水量随时间的变化规律。

难点：准确掌握湿物料的加入水量；正确调节和使用称重传感器。

掌握上述实验的霎验原理，能合理安排其流程,并分析所缶测定参数及所用仪器和仪表。

第一章典型习题

一、客观题

（-）压强及静力学方程式

1.某设备的表压强为lOOkPa,则它的绝对压强为—kPa；另一设备的真空度为400mmHg,则它的绝对压强为—。

（当地大气压为101.33kPa）

［答：201.33kPa,360mmHg］

2.在一水平变径管路中，在小管截面A和大管截面B连接一U型压差计，当流体流过该管时，压差计读数R值反映（A）.

A.A、B两截面间的压强差B.A、B两截面间的流动阻力

C.A、B两截面间动压头变化D.突然扩大或缩小的局部阻力

（二）流体的流动规律及流动阻力

1.流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是一型曲线。其管中心最大流速为平均流速的一倍，摩擦系

数人与Re关系为o

［答：抛物线，2,=64/Re］

2.流体在钢管内作湍流流动时，摩擦系数九与一和—有关；若其作完全湍流（阻力平方区），则入仅与—

有关。

3.流体作湍流流动时，邻近管壁处存在一,雷诺数愈大，湍流程度愈剧烈，则该层厚度—。

［答：滞流内层；愈薄］

4.因次分析的依据是—,

［答：因次一致性］

5.从液面恒定的高位槽向常压容器加水，若将放水管路上的阀门开度关小，则管内水流量将—，管路的局部阻

力将—，直管阻力将—，管路总阻力将—o（设动能项可忽略。）

［答：变小、变大、变小、不变］

6.牛顿粘性定律的表达式为—，该式应用条件为一流体作—流动。

da

T-fl—

［答：♦,牛顿型，滞流］

7.水力半径的定义式为—，当量直径为一倍水力半径。

血戡却

［答：".睡四边长，4］

8.局部阻力的计算方法有和。

［答：阻力系数法，当量长度法］

9、连续性介质假定是指»

10、流体阻力产生的根源是。粘性是指o

19

11、在连续稳定流动过程中，流速与管径的（）成正比。均匀圆管内流体的流速不因流阻的存在而

12、流体流动边界层是指（）。流体流过某一障碍物发生边

界层脱体的原因是（）o由于固体表面形状而造成边界层分离所引起的能量损

失，称为（）。粘性流体绕过固体表面的阻力为摩擦阻力和（）之和，又称为局

部阻力。

13、流体流动边界层形成的原因为（）。

14.通常流体粘度H随温度t的变化规律为（C）。

A.t升高、N减小B.t升高、N增大

C.对液体粘度t升高N减小，对气体则相反.D.对液体t升高N增大，对气体则相反

15.流体在圆形直管中流动时、若其已进入阻力平方区，则摩擦系数九与雷诺数Re的关系为（C）。

A.Re增力口，入增大B.Re增加，入减小

C.Re增加，入基本上不变D.Re增加，入先增加大后减小

16.滞流和湍流的本质区别是（D）。

A.湍流流速大于滞流流速B.滞流时Re数小于湍流时Re数

C.流道截面大时为湍流，截面小的为滞流D.滞流无径向脉动，而湍流有径向脉动

17.因次方析的目的在于（B）。

A.得到各变量间的确切定量关系.B.用无因次数群代替变量,使实验与关联简化.

C.得到无因次数群间定量关系.D.无需进行实验，即可得到关联式.

18.滞流内层越薄，则以下结论是正确的（D）。

A.近壁面处速度梯度越小B.流体湍动程度越低

C.流动阻力越小D.流动阻力越大

19、层流底层越薄，则以下结论正确的是（）。

A.近壁处速度梯度越小B.流动阻力越小C.流动阻力越大D.流体湍动程度越小

（三）伯努力方程的应用

1.水流经图示的管路系统从细管喷出•已知dl管段的压头损失（包括局部阻力）d2管段的压头损失Hf,2=2m

（不包括出口损失）。则管口喷出时水的速度u3=m/