化工原理课件

化工单元操作与设备

单元一流体流动单元二流体输送机械单元三非均相混合物的分离第四章传热第五章蒸发第八章气液传质设备第一节气液传质设备类型与基本要求

逐级接触式：板式塔塔内气液传质情况情况连续接触式：填料塔逆流操作优点：传质推动力大；对气液传质设备性能的要求：1、生产能力和生产强度大；2、传质效率高；3、流体阻力小；4、操作弹性大；5、结构简单，投资少，安装检修方便。第二节板式塔主要结构：塔体、塔板；有溢流装置板式塔无溢流装置（穿流式）一、筛孔塔板的结构及作用1、筛孔作用：气体上升的通道

干板阻力气体的流动阻力液体重力开孔率：筛孔的总面积与筛孔所在的塔板面积之比。与板压降有关。2、溢流堰种类：齿形堰，平直堰。3、降液管作用：液体下降的通道。弓形种类：圆形参数：底隙高度、降液管高度、流通截面积；要求：1、流通截面积影响液体下降的流速，流动阻力；2、高度应满足正常操作；3、体积足可让气液完全分离；4、面积不宜大，影响传质面积；4、塔板上液流的安排考虑因素：流径长，液面落差小，利于传质；单流型、双流型、多流型等；二、塔板上气液流动和接触状况

1、塔板上气液两相接触状态鼓泡接触：液体为连续相，气体为分散相；泡沫接触：液体为连续相，气体为分散相；喷射接触：液体为分散相，气体为连续相；2、塔板上气液的非理想流动（1）返混现象A、液（雾）沫夹带原因：气速大，板间距小；B、气泡夹带原因：降液管太短；结果：造成传质推动力下降，效率下降；（2）气体和液体的不均匀分布气体：由于塔板上的液层厚度不同，导致上升气体沿塔板的不均匀分布；液体：塔板中央流径短，流速大，阻力小；两端流径长，流速小，阻力大；结果：不均匀分布使气液的传质量降低，分离效果下降；（3）漏液特点：随机性、倾向性；影响因素：气体流量；3、板式塔的不正常操作（1）液泛（淹塔）：降液管液泛、夹带液泛产生原因：液体或气体流量太大；解决方法：降低气体速度（低于泛点气速），增加板间距；（2）严重漏液原因：上升气速太小；解决方法：使上升气体的流速高于漏液点气速；三、全塔效率和单板效率1、全塔效率2、单板效率：四、板式塔的设计（略）五、其它类型塔板简述1、泡罩塔板操作：优点：操作弹性大，无漏液，易于操作；缺点：气体阻力大，压降大；结构复杂，安装检修困难；2、浮阀塔板操作状态：浮动舌形塔板：优点：气流水平吹出，气液传质效果好；生产能

力大，操作弹性大，板效率高压降小；缺点：气量小时漏液较严重，浮动阀片有卡死、脱落现象；3、垂直筛板4、无溢流塔板

第三节填料塔一、填料塔的结构及填料特性1、结构：塔体、填料液体分布器填料压板填料支承装置封头。2、操作壁流现象：液体偏向塔壁汇流的现象。3、填料（1）种类：整砌和乱堆（散装）；（2）特性：

a、比表面积α：单位体积填料的表面积，单位是m2/m3；b、空隙率ε单位体积填料层具有的空隙的体积，m3/m3；干填料因子

c、填料因子，m-1;

湿填料因子表示气体通过填料层时的流动特性的优劣，反映了堆积后填料的性能。

d、单位体积内堆积填料的数目n：与填料的尺寸有关。e、堆积密度ρ(3)常用填料a、拉西环特点：结构简单，价格低廉；但高径比太大，容易形成线接触，降低传质面积。b、鲍尔环特点：液体湍动程度高，流动阻力小，传质面积、效率大；

c、阶梯环

d、弧鞍形填料e、矩鞍形填料f、金属环矩鞍形填料二、填料塔内的流体力学特性1、气体通过填料层的压降(1)随着气体速度的增加,压降在增加;(2)三个区域:恒持液量区,载液区,液泛区;(3)两个点:载点(A)

泛点(B);2、泛点气速的计算（略）3、持液量（1）影响填料支承的强度和气体的流动阻力；（2）静持液量和动持液量；三、塔径的计算u:空塔气速，m/s；四、填料塔的附件1、填料支承装置要求：有足够的机械强度，空隙率大于填料的空隙率；种类：栅板支承和升气管支承；2、液体分布装置作用：均布液体种类：莲蓬头式、多孔管式、槽（sgmj）式等；3、液体再分布器作用：避免液体的壁流现象；种类：4、液体出口装置特点：维持一定高度，防止气体被带出。5、气体进口装置特点：均布气体；防止液体进入气体管路。6、除沫器第四节板式塔与填料塔的比较1、板式塔：操作稳定，效率高，不易被堵塞，压降大；2、填料塔：压降小，便于安装，可用于处理耐腐蚀介质；作弹性小，不宜处理有颗粒的物系。

第一节概述一、蒸发过程及其特点1、定义：将含有非挥发性物质的稀溶液加热沸腾使部分溶剂气化并使溶液得到浓缩的过程。2、目的：（1）浓缩溶液；（2）制取或回收纯溶剂；3、特点（1）蒸发是传热过程；（2）溶剂挥发而溶质不挥发；（3）溶剂的气化会消耗大量的热量；（4）蒸发的溶液种类不同时，所需设备和操作方式有区别；二、蒸发过程的分类1、按加热方式：直接加热和间接加热；2、按操作压强：常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发3、按蒸发的效数：单效蒸发和多效蒸发；单效蒸发：二次蒸汽没有被利用的蒸发；多效蒸发：有多个蒸发器，二次蒸汽作为下一台蒸发器的加热蒸汽被再次利用；效数：蒸发器串联的个数。4、按操作方式：间歇蒸发和连续蒸发。第二节单效蒸发过程一、单效蒸发流程2、单效蒸发过程的计算（1）水分蒸发量的计算对溶质进行物料衡算，得：则完成液的浓度为：蒸发室加热室W,h’F,w0D,h0F-W,w1,h1D,hc例题：见P188。（2）加热蒸汽消耗量的计算对系统进行热量衡算，得：加热蒸汽用量为：蒸发室加热室W,T’,h’F,w0,t0,h0D,T,hsD,T,hcF-WQLw1,t1,h1注：溶液的焓由实验测定，值随浓度和温度而变化。当溶液的浓缩热不大时，可用平均比热容近似计算：又因为：所以：意义：加热蒸汽放出的热量用于：（1）预热原料液；（2）气化水份；（3）补偿蒸发器的热损失；令单位蒸汽消耗量，kg蒸汽/kg水；是蒸发器的一项重要的技术经济指标。当溶液在沸点下进入蒸发器时，且忽略热损失的情况下，注：由于溶液的热效应和热损失的存在，使得e大于1.1。例题：P190。(3)加热室传热面积的计算

有效温度差（4）蒸发器的有效温度差A、蒸发装置的最大可能温度差B、温差损失（沸点升高）※Δ’杜林规则:

※Δ’’的计算

※Δ’’’考虑1-1.5℃。例题：P193。三、蒸发器的生产能力和生产强度1、生产能力：单位时间内蒸发的溶剂（水）量，

kg/s。2、生产强度：单位传热面积上单位时间内蒸发的溶剂（水）量，kg/m2.s。

第三节多效蒸发过程目的：再次利用二次蒸汽，节约能量，提高蒸发器的经济性。一、多效蒸发的操作流程

1、并流法

2、逆流法

3、平流法特点：1、溶液在效间的输送不需要泵；2、有自蒸发现象；3、完成液在末效排出，热量消耗低；4、各效由于温度渐升而导致传热系数下降，生产能力降低或传热面积增加。特点：1、溶液在效间的输送需要泵；2、无自蒸发现象，产生的二次蒸汽量少；3、完成液在第一效排出，温度较高，损失的热量多，且不利于热敏性材料的蒸发；4、传热系数均匀，保持在较高的水平。特点：

溶液不在效间流动，有利于有结晶析出的情况或得到不同浓度的料液。4、错流加料流程部分产流部分逆流。二、多效蒸发的最佳效数

蒸发过程的单位蒸汽消耗量最佳效数:根据设备费和操作费之和为最小来确定。三、多效蒸发的计算（略）效数n单效双效三效四效五效理想值10.50.330.250.2实际平均值1.10.570.40.30.27第四节蒸发装置及其选型一、蒸发器

循环型蒸发器非循环型（单程型）1、循环型（1）中央循环管式蒸发器优点：结构简单，操作可靠，投资少；缺点：循环速度低，传热系数低，清洗难度大。（2）悬筐式蒸发器优点：循环速度加快，清洗、检修方便，传热系数高，热损失小；缺点：结构复杂，设备费用高。（3）外热式特点：优点：便于清洗和更换，降低蒸发器的总高度，循环速度快，传热系数大；缺点：单位面积金属耗量大，热损失大；（4）列文式优点：循环速度加快，加热管内不易结垢，增加了传热推动力；缺点：设备庞大，温差损失大；适用范围：适于处理易结晶、结垢及粘度大的溶液。（5）强制循环型特点：循环速度大且可以调节，但动力消耗大；适用范围：适于处理高黏度、易结垢或有结晶析出的溶液。2、非循环型蒸发器共同点：传热效果好，加热时间短，适于热敏性材料的蒸发。（1）升膜式传热及蒸发速度快，适用于处理大量稀溶液或易起泡的蒸发。（2）降膜式特点：有利于液膜的维持和高粘度液体的蒸发。（3）刮板式蒸发器二、蒸发器的选用膜式：适用于热敏性材料；刮板型：适用于高粘度溶液；循环型：常用液体的蒸发；具体性能比较：见P200。三、蒸发装置的附属设备1、除沫器（1）作用：气液分离，防止有用产品的损失。（2）型式：2、冷凝器（1）作用：使二次蒸汽冷凝。（2）型式：混合式（凝液需回收）、间壁式（凝液不需要回收）

THEENDThanks第一节概述一、传热在生产中的应用强化传热1、传热的应用削弱传热设计传热设备2、传热计算问题的应用计算传热量减少热损失二、传热的基本方式1、热传导传热机理：通过分子的热振动传递热量；特点：分子不发生宏观的位移；2、热对流传热机理：通过流体质点的相对位移传递热量；特点：流体质点互相混合、碰撞；

自然对流：由于温度不同导致密度差异而引

方式起的移动；

强制对流：由于外力引起的移动；

对流传热：流体与固体壁面间的热量传递过程。

3、热辐射传热机理：通过发射电磁波的形式向外辐射能量；特点：传热过程不需要介质；注：实际传热过程中三种方式结合进行。三、生产中的换热方式1、混合式：冷热两种流体直接混合；特点：传热速度快；适用于：废热回收；2、间壁式：冷热流体通过间壁传递热量；特点：两种流体不直接混合，保持原状态；3、蓄热式四、间壁式换热器传热过程简述1、过程：（1）热流体对流间壁；（2）间壁一侧传导间壁另一侧；（3）间壁另一侧对流冷流体；2、概念：（1）传热速率（热流量）：Q

单位时间内通过传热面的热量，单位为：W。（2）热通量q

单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位为W/m2。（3）定常传热：传热系统中各点的温度、传热速率、热通量仅随位置改变，不随时间而变的传热过程。特点：同一传热方向上，传热速率是一常量。

第二节热传导一、热传导的基本定律1、傅立叶定律其中：λ称为热导率，w/(m．℃);2、热导率

w/(m．℃);是表示物质导热能力大小的指标，是物质的物性。（1）固体的导热系数

λ金属固体>λ非金属固体

金属：T升高，导热系数下降；非金属：T升高，导热系数增加；（2）液体的导热系数λ固>λ液

T升高，液体的导热系数略有减小；（3）气体的导热系数λ液>λ气T升高，气体的导热系数增加。二、通过平壁的定常热传导1、单层平壁其中：热阻（与导热系数成反比）热通量：

w/m2;

例题：见P129。

2、多层平壁(1)公式推导化简后:(2)温差与热阻成正比,热阻大,则温差也大。例题：P130页。

三、圆筒壁的定常热传导1、单层（1）特点：传热面积随半径而变化。（2）公式推导：分变量积分并整理：变形：其中：说明：Q不随半径而变，但热通量q随r的增大而减小。

2、多层以三层圆筒壁为例：同样的方法可推导出：同样，各层热阻越大，温差就越大。例题：P132页。第三节对流传热一、对流传热基本方程和对流传热系数1、对流传热分析：（1）在流动截面上存在温度分布；（2）温度差主要集中在层流底层中。

2、对流传热基本方程

牛顿冷却定律对热流体：对冷流体：其中：反映对流传热程度的大小。δt：代表层流内层的厚度，mm；二、影响对流传热系数的因素1、流体的物性：如导热系数λ、密度ρ、粘度μ和比热容cp；2、流体的相态变化；3、流动型态；4、自然对流的影响；5、传热面的形状特征与相对位置；三、量纲分析法在对流传热中的应用1、无相变化时，对流传热系数的特征关联式2、通过量纲分析的无量纲数为：努塞尔准数雷诺数普兰特准数格拉斯霍夫准数四、流体无相变化时的对流传热系数

1、圆形直管内强制对流其中：当流体被加热时，n=0.4;

当流体被冷却时，n=0.3;注：经验公式在使用时注意应用范围、应用条件等问题。2、管外强制对流五、流体有相变化时的对流传热系数

膜状冷凝1、蒸汽冷凝滴状冷凝自然沸腾2、液体沸腾核状沸腾膜状沸腾第四节传热计算一、热量衡算1、焓差法热流体：冷流体：2、显热法：热流体：冷流体：3、潜热法二、传热速率方程其中：K：传热系数，w/(m2.℃)A：传热面积，m2

；A=nπdl

传热面积可以是Ai、Am、A0。例题：P148页。三、传热平均温度差流体的流动方向：并流逆流错流折流恒温传热：冷热流体在换热过程温度不变。变温传热：冷热流体只要有一种流体的温度发生变化。1212221121、恒温传热

2、变温传热：（1）一类：

Δt1=T-t1Δt2=T-t2

（2）二类：考虑流动方向并流：Δt1=T1-t1Δt2=T2-t2TtTtTt1Tt2T1t1T2t2逆流

Δt1=T2-t1Δt2=T1-t2

错流、折流：校正系数可根据R、P值查图：T2t1T1t2思考题：对于同样的进出口温度，选择什么

样的流型更好？结论：逆流好。原因：

1、传质推动力大；

2、所需传热介质少；四、传热系数的计算1、基本公式（1）热流体的对流传热：（2）管壁的热传导：（3）冷流体的对流传热：化简、整理后得：又因为：所以：其中：A可以取A0、Am、Ai。常取：基于外表面积下的传热系数K0。考虑污垢热阻：管外壁污垢热阻管内壁污垢热阻2、几点说明（1）当传热面为平壁时：（2）当忽略管壁热阻和污垢热阻时：（3）提高K的方法：设法减小起决定性作用的热阻。（4）K值也可以选取经验数据或进行实验测定。五、传热计算举例（P157）1、设计型计算：根据已定的生产要求，确定所需换热面积。2、操作型计算：判断已有换热器的面积能否完成指定的生产任务。3、壁温的估算壁温接近于热阻较小的一侧流体的温度。六、工业热源与冷源

1、热源：电热、饱和水蒸汽、热水、烟道气等。2、冷源：冷水、空气、冷却剂（低温盐水、液氨、液氮）

第五节热辐射一、热辐射的基本概念1、热辐射:以电磁场波的形式传递能量的方式。波长范围：0.76~20μm。2、辐射能：Q；吸收能：QA；吸收率：反射能：QR；反射率：透过能：QD；透过率：

A+R+D=1注：不同的物体A、R、D的值不同。

固体和液体：D≈0；单原子和由双原子气体：D≈1；3、黑体的辐射能力—斯蒂芬-波尔兹曼定律(1)黑体：A=1；(2)黑体的辐射能力：E0；

W/m2;σ0-辐射常数，σ0=5.67×10-8W/(m2.K4)。也可写成：C0：黑体辐射系数，为5.67W/(m2.K4)。3、实际物体的辐射能力(1)黑度：ε(2)实际物体的辐射能力：常用工业材料的黑度值见P164。4、灰体的辐射能力和吸收能力---克希荷夫定律(1)灰体：对各种波长具有相同吸收率的理想化物体。A=ε(2)辐射能：二、两固体间的热辐射总辐射系数，W/(m2.K4)角系数（见P165表4-11）三、辐射对流联合传热1、对流传热：辐射传热：

统一形式：壁面散失的总热量为：2、辐射对流联合传热系数（1）空气自然对流，TW<423K，在平壁保温层外：在管道及圆筒壁外：（2）空气沿粗糙表面强制对流空气速度≤5m/s时：空气速度>5m/s时：

第六节换热器

直接接触式换热器间壁式蓄热式一、间壁式换热器的类型1、夹套式2、沉浸式蛇管式3、喷淋式蛇管式4、套管式换热器5、列管式换热器（1）结构：筒体、管板、列管、封头、折流挡板。（2）概念：管程和壳程折流挡板（3）种类：固定管板式、浮头式和U形管式。

6、其他高效换热器（1）螺旋板式（2）平板式（3）板翅式（4）翅片管式（5）热管07514二、列管式换热器的设计（略）三、传热过程的强化

1、增大传热面积

2、增大传热系数

3、增大传热温度差

均相混合物1、混合物非均相混合物:有两种相态

(有明显的相界面,性质不均匀)

气-固物系:含尘气体;2、非均相混合物液-液物系:乳浊液;

液-固物系:悬浮液;

连续相（分散介质）、分散相（分散物质）内蒙古化工职业学院3、分离目的（1）回收有用物质（2）净化物料（3）环境保护4、分离方法沉降机械法过滤内蒙古化工职业学院

第一节沉降

重力沉降沉降离心沉降一、重力沉降1、球形颗粒的自由沉降（1）自由沉降：不受其它颗粒和器壁的影响。（2）自由沉降速度内蒙古化工职业学院经过受力分析：根据牛顿第二定律：浮力Fb阻力Fd重力Fg内蒙古化工职业学院

颗粒的沉降过程分为两个阶段加速阶段：u=0,Fd=0,a=amax

u↑，fd↑，a↓等速阶段：u=ut时，Fd=Fg-Fb，a=0内蒙古化工职业学院2、阻力系数:实验测得:(1)层流区(10-4<Ret≤2)(2)过渡区(2<Ret≤103)(3)湍流区(103<Ret≤2×105)3、沉降速度的计算(1)层流区：斯托克斯公式内蒙古化工职业学院（2）过渡区（3）湍流区注：计算时先假设沉降所在区域，后利用公式进行计算，最后再进行判断假设是否成立，如成立计算结果有效；如不成立，则重新进行假设重新计算，直到判断成立。内蒙古化工职业学院4、实际重力沉降速度（1）颗粒形状当量直径：球形度:（2）干扰沉降（3）绝对速度内蒙古化工职业学院二、离心沉降1、离心沉降：利用离心力的作用使固体颗粒迅速沉降的操作。2、离心加速度3、离心沉降速度（受力分析）内蒙古化工职业学院注：ζ及沉降速度仍可以按重力沉降方法计算。4、离心分离因数Kc值一般在102～105之间，其大小反映了离心沉降设备的效能为重力沉降设备的倍数，是离心分离设备性能的一项重要指标。提高离心分离因数的方法：提高转速、设备直径。5、颗粒运动的绝对速度up;内蒙古化工职业学院三、沉降分离设备1、沉降分离设备的指标（1）基本要求:tr≥ts停留时间沉降时间（2）分离性能指标总效率：沉降下来的颗粒的重量与颗粒总重量的比值。粒级分离效率ηi：在一定粒径颗粒的总量中，被分离的部分所占的质量百分数。临界直径dpc:粒级效率100%时的颗粒直径。内蒙古化工职业学院最大生产能力：规定了临界粒径后设备的处理量。二、重力沉降设备１、降尘室含尘气体的处理量降尘室的处理量与降尘室的高度无关。utu内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院2、连续沉降槽（澄清器，增稠器，浓缩器）（1）结构（2）适用于大流量、低浓度的悬浮液的分离。内蒙古化工职业学院三、离心沉降设备

1、旋风分离器

是判断旋风分离器分离效率高低的重要依据。临界粒径：5-75μm的粒子。特点：结构简单，价格低廉，性能稳定；

内蒙古化工职业学院2、旋液分离器

旋风分离器相比，旋液分离器的特点是(1)形状细长，直径小，圆锥部分长，以利于颗粒的分离；(2)中心经常有一个处于负压的气柱，有利于提高分离效果。旋液分离器中颗粒沿壁面高速运动，磨损严重，一般采用耐磨材料制造。

内蒙古化工职业学院3、沉降离心机（1）工作原理：利用机械带动液体旋转，分离非均相混合物的设备。（2）种类：立式、卧式；间歇式、连续式；人工卸料式、螺旋卸料式、刮刀卸料式。（3）管式分离机、螺旋卸料沉降离心机内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院

第二节过滤过滤：在推动力的作用下，使液-固或气-固混合物中的流体通过多孔性介质，固体颗粒被截留，实现固体与流体分离的操作。一、概述1、滤饼过滤与深层过滤2、过滤介质：使流体透过而截留固体的可渗透性材料。（1）砂粒、无烟煤、活性炭、金属网、滤布深层过滤饼层过滤内蒙古化工职业学院（2）选择过滤介质的依据：分离要求；悬浮液特性；操作条件；过滤设备的类型；3、过滤的推动力重力、离心力和压强差。加压过滤和真空过滤；恒速过滤与恒压过滤；内蒙古化工职业学院4、过滤基本参数（1）处理量（2）生产能力：单位时间内得到的滤液的体积，

m3滤液/h；（3）生产率G：单位时间、单位面积内过滤出的干固体质量，kg干固体/(m2.s)；（4）过滤面积A（5）悬浮液固相浓度c:单位体积悬浮液中含有的固体颗粒的总体积。内蒙古化工职业学院（6）滤饼含液量ω:滤饼中所含液体的质量分数。（7）滤饼与滤液的体积比ν：m3滤饼/m3滤液；（8）过滤速率:单位时间内获得的滤液的体积，m3滤液/s;（9）过滤速度：单位时间内单位过滤面积上得到的滤液的体积，m3滤液/(m2.s);内蒙古化工职业学院5、滤饼的可压缩性

可压缩滤饼:助滤剂滤饼不可压缩滤饼6、滤饼的洗涤例题：P112。内蒙古化工职业学院二、恒压过滤1、过滤的基本方程流动模型：液体在圆管内的层（滞）流流动。哈根·泊谡叶公式：（1）空隙率ε：单位体积床层中的空隙体积，

m3/m3；（2）滤液的流速：

内蒙古化工职业学院（3）滤液通过滤饼的流动可看成是液体以速度u通过长度为L（滤饼厚度）、直径为d0的并联管路的流动。（4）滤液通过过滤介质的流动阻力可折合为以流速u流过厚度为Le（当量滤饼厚度）的滤饼的阻力。内蒙古化工职业学院

其中：滤饼的比阻，１／m2；由于滤饼厚度随时间变化，则：过滤基本方程内蒙古化工职业学院对于可压缩滤饼：

s：滤饼的压缩性指数，０－１间；（对于不可压缩滤饼，s＝0）r0：单位压强差下滤饼的比阻，１／m2;２、恒压过滤方程内蒙古化工职业学院

令：

——恒压过滤方程其中：Ｋ、qe由实验测定。内蒙古化工职业学院当滤饼阻力远大于过滤介质的阻力时，Ｖe、qe可被忽略。３、过滤常数Ｋ、Ｖe、qe的测定（略）例题：Ｐ115。内蒙古化工职业学院三、过滤设备1、板框压滤机（1）结构：机头、滤框、滤板、尾板和压紧装置。（2）工作原理：内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院（3）生产能力：单位时间得到的滤液量。（4）排液方式：明流、暗流；内蒙古化工职业学院（5）特点：优点：构造简单，过滤面积大，过滤压力高，操作灵活；缺点：间歇操作，劳动强度大，效率低；（6）例题（略）内蒙古化工职业学院2、转筒真空过滤机（1）结构：转鼓、分配头；（2）工作原理：（3）生产能力：浸没度ψ：转鼓浸入液面以下面积占整个转鼓面积的百分率。过滤时间：（注：n为转鼓每分钟转数）内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院

m3/h；

若过滤介质阻力可忽略，则：（4）特点：连续操作，处理量大，成本高，过滤速度低

内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院3、过滤离心机（1）种类：三足式、卧式刮刀卸料式、离心卸料式等；（2）操作过程：过滤、洗涤、甩干、卸料、洗网（3）操作特点：操作时间可随意控制，分离1μm以上的颗粒，生产能力大，但不易保持颗粒形状的完整。内蒙古化工职业学院

第三节分离设备的选择一、气—固分离降尘室：50μm以上；用于含尘气体的预分离；旋风分离器：5μm以上；非粘性、非纤维状固体；湿式除尘器：1μm以上；除粉尘，非水硬性固体；袋滤器：0.1μm以上；气体的净化或干粉的回收；电除尘器：0.01μm以上；效率高，处理能力大；内蒙古化工职业学院二、液—固分离1、获得固体产品：增浓：沉降槽，旋液分离器，沉降离心机；过滤：过滤离心机，板框压滤机；2、澄清液体普通要求：连续沉降槽、过滤机；澄清要求高：深层过滤；内蒙古化工职业学院

任务一概述一、流体输送机械的作用1、流体输送；2、传递能量，使流体位能、动能、压强能升高；二、流体输送机械的分类液体输送机械1、据输送的流体分气体输送机械离心式2、据工作原理分正位移式（容积式）：包括往复式、旋转式；流体作用式

内蒙古化工职业学院

任务二离心泵一、离心泵的工作原理与主要部件的结构（一）、结构及作用：1、叶轮作用：将原动机的机械能传给液体，使液体的动能、压强能大幅度提高。种类：开式、半开式、闭式2、泵壳（蜗壳）作用：（1）汇集液体；（2）转能装置：将动能转化为压强能；内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院3、轴封装置

作用：（1）防止泵内高压液体向泵外泄漏；（2）防止泵外气体向泵内泄漏；种类：填料密封和机械密封；（二）工作原理1、排液原理：a.启动离心泵前，先向泵内灌水（即灌泵）；b.叶轮将原动机的机械能传给液体，使液体的动能和压强能都大幅度提高,液体在离心力的作用下被甩到叶轮外缘；内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院c.液体在泵壳内汇集起来，在泵壳流动时动能逐渐减小，压强能逐渐增加，动能逐渐转化为压强能。d.当液体压力大于大气压时,表现为液体液面的上升,即排液.2、吸液原理：当叶轮中心的液体被甩出去后，中间形成一暂时的低压区，当中心压力小于大气压时，表现为离心泵的吸液。3、“气缚”现象：由于叶轮中心存有气体，虽启动离心泵但不能送液的现象。内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院二、离心泵的主要性能参数1、流量Qm3/h;2、扬程Hm;

例题：见P77。（略）3、离心泵的轴功率和效率（1）有效功率Ne:单位时间内泵对液体所做的有效功。内蒙古化工职业学院计算公式：KW（2）轴功率N：单位时间内泵轴传给泵的机械能量。（3）效率η：容积损失泵的能量损失水力损失机械损失例题：P78。（略）内蒙古化工职业学院三、离心泵的特性曲线及影响因素1、特性曲线：HηH-Q：-

N-Q：-η-Q：-N2、影响因素：密度转速：比例定律（1）流体性质（2）泵的性质粘度叶轮直径：切割定律

内蒙古化工职业学院比例定律：切割定律：内蒙古化工职业学院四、离心泵的工作点及流量调节1、管路特性曲线2、泵的工作点

P内蒙古化工职业学院3、流量调节方法：（1）改变管路特性曲线调节流量阀：入口阀和出口阀（2）改变泵的特性曲线改变转速和叶轮直径内蒙古化工职业学院五、离心泵的汽蚀现象和安装高度1、“汽蚀”现象：起因：泵内压力低于输送条件下被输送流体的饱和蒸汽压。现象：液体气化、液化导致液体对叶轮、泵壳的撞击和剥蚀作用。解决方法：控制泵的安装高度。内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院2、安装高度（1）离心泵的必需汽蚀余量汽蚀余量：有效汽蚀余量:(NPSH)a必需汽蚀余量:(NPSH)r关系:(NPSH)a≥(NPSH)r+0.5m内蒙古化工职业学院（2）离心泵的安装高度

因此:实际安装时，考虑安全量:0.5~1.0m。例题：P84，（略）。内蒙古化工职业学院六、离心泵的安装、运转、类型与选用1、安装与运转☆计算安装高度，尽量减小进口阻力，在出口安装单向阀；☆启动泵前应先灌泵排气；☆启动时关闭出口阀，停泵时先关闭出口阀；☆定期检查泵体、轴承润滑和轴封等状况；内蒙古化工职业学院2、泵的类型与规格（1）类型：清水泵（IS）、单级双吸式离心泵（S）多级泵（D、DG）、耐腐蚀泵（F）、油泵（Y）、杂质泵（P）（2）规格：IS65-40-315类型入口直径：mm出口直径:mm叶轮直径：mm内蒙古化工职业学院(3)选用*

根据所输送流体的种类选择泵的类型；*根据送液量选择泵的型号；*核算泵所需的轴功率；例题：见P87页。内蒙古化工职业学院

任务三其它类型的化工用泵一、往复泵1、结构：泵缸、活塞、吸入阀和出口阀。2、工作原理：3、送液量：单动泵：双动泵：实际输液量：η为容积效率

内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院4、特点（1）送液量与容积有关；（2）扬程理论上与流量无关；（3）流量调节采用旁路调节；（4）启动泵前不需用灌泵，有自吸能力；（5）启动泵前应打开出口阀;5、适用场合：

小流量，大扬程；输送高粘度流体内蒙古化工职业学院6、其它往复泵（1）计量泵：

作用:准确定量的输送液体，保证液体的配比。（2）隔膜泵：适用于输送腐蚀性液体或悬浮液。二、旋转泵（转子泵）1、齿轮泵结构：适用场合：输送小流量、高扬程的粘稠的液体。07429内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院2、螺杆泵结构：种类：单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵特点：压头高，效率高、流量稳定；适用场合：输送高压、高粘度流体。三、旋涡泵1、结构：叶轮、泵体内蒙古化工职业学院2、工作原理（同离心泵）3、特性曲线：Q增加，H减小；

Q增加，Ne减小；

Q增加，η先增加后减小；4、特点：（1）启动前应打开出口阀；（2）调节流量用旁路调节；5、适用场合：高扬程、小流量；内蒙古化工职业学院第四节气体输送机械1、作用:（1）输送气体；（2）压缩气体；（3）营造真空状态；2、特点：（1）体积大，体积流量大；（2）气体具有可压缩性，结构与形状特殊；3、种类：通风机:小于15KPa,压缩比为1-1.15;根据出口压强鼓风机:15-300KPa,压缩比小于4;与压缩比分压缩机:大于300KPa，压缩比大于4;

真空泵:大气压；内蒙古化工职业学院一、离心通风机1、结构叶轮、机壳（矩形）；2、工作原理：同离心泵。3、性能参数（1）风量：Qm3/h;（2）风压：ptPa;内蒙古化工职业学院

由于ρ

g(z2-z1)、ρgΣHf和ρu12/2可以忽略，则：其中：ps为静风压，pk为动风压，

pt为全风压。（3）轴功率与效率

kw；内蒙古化工职业学院4、离心通风机的选用（1）据所输送气体种类和风压范围，选择风机的类型；（2）据风量和风压选择风机型号；注：实际的风量和风压应换算为标准条件下的风量和风压，换算关系式为：内蒙古化工职业学院二、鼓风机1、离心式特点：设备尺寸较大，叶片数多，转速高；2、旋转式—罗茨鼓风机三、压缩机1、离心式：叶轮级数多，转速高；流量大，易调节；内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院2、往复式：常采用分段多级压缩；四、真空泵1、作用：营造真空氛围；2、种类（1）水环真空泵（2）喷射真空泵内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院任务一概述一、流体的连续介质模型流体：具有流动性的物体，包括液体和气体。流体质点：由无数个注体分子组成的连续介质。内蒙古化工职业学院二、流体的密度与比体积1、密度与比体积的定义

ρ=单位：kg/m3

ν=单位：m3/kg；2、纯组分流体的密度

ρ==单位：kg/m3

注：其中P的单位是KPa,R=8.314kJ/kmol·K内蒙古化工职业学院3、混合物的密度（1）液体混合物

(i=1、2、3...n)

（2）气体混合物a、(i=1、2、3...n)内蒙古化工职业学院

b、其中：例题：略；内蒙古化工职业学院三、流体的粘性1、牛顿粘性定律：速度梯度，1/s；

μ：比例系数，称粘度，N.s/m2

内蒙古化工职业学院2、流体的粘度1、意义：当=1时，τ=μ；2、单位：1pa.s=10p(泊)=1000cp（厘泊）3、混合物的粘度（略）内蒙古化工职业学院任务二流体静力学一、流体的压强1、定义：单位:Pa

2、绝对压力、表压力和真空度（1）例：PPA（绝压）=1.5atm

A设备PA（表压）=0.5atm

大气压：1atmB设备PB（绝压）=1.5atm0PB（表压）=-0.5atmPB（真空度）=0.5atm内蒙古化工职业学院（2）结论表压强=绝对压强—大气压真空度=大气压—绝对压强例：当某设备内绝对压强为1.9atm时，问其表压为多少？当某设备内绝对压强为0.9atm时，问其表压又为多少？如用真空度表示是多少?(单位均为大气压)内蒙古化工职业学院3、单位1atm=1.013×105Pa=101.3kPa=760mmHg=1.033kgf/cm2=10.33mH2O例题：某设备内压强为780mmHg,用Pa表示为多少？内蒙古化工职业学院二、流体静力学基本方程P=P0+ρgh1、公式推导：受力分析2、说明：（1）本式也适用于气体；（2）静止的、连通的同一种液体,处在同一水平面上两点的压强相等；等压面：压强相等；（3）巴斯噶原理：液面上方压强具有传递性。（4）压强大小可以用高度来衡量。内蒙古化工职业学院3、静力学基本方程的应用（1）测量压强及压强差；（2）测量液位；（3）测量液封高度；内蒙古化工职业学院

任务三流体动力学内蒙古化工职业学院一、流量与流速

质量流量：Wskg/h1、流量Ws=Vsρ体积流量:Vsm3/h2、流速：（1）平均流速

m/sWs=VsAρ（2）质量流速：

kg/(m2.s)内蒙古化工职业学院3、圆形管道直径的选取根据：选择一常用流速，进行计算：后进行圆整。例题：

内蒙古化工职业学院二、连续性方程1、定常流动和非定常流动：流体在管道内流动时，任一截面（与流体流动方向相垂直的）上的流速、密度、压强等物理参数均不随时间而变的叫定常流动。反之，为非定常流动。2、连续性方程据质量守恒定律：

12内蒙古化工职业学院

---流体连续性方程对于液体（不可压缩流体）：

---液体连续性方程也可变为：意义：流体在定常流动时，流速与管道截面积成反比，与管道直径的平方成反比。内蒙古化工职业学院三、柏努利方程1、流体所具有的机械能：（1）位能：

◆在重力场中，液体高于某基准面所具有的能量称为液体的位能。液体在距离基准面高度为z时的位能相当于流体从基准面提升高度为z时重力对液体所作的功。

◆mkg流体所具有的位能：mgz,单位是：J;

单位质量流体所具有的位能：gz,单位是：内蒙古化工职业学院（2）动能◆液体因运动而具有的能量，称为动能。

◆mkg流体所具有的动能：,单位是：J;单位质量流体所具有的动能：，单位是：内蒙古化工职业学院（3）压强能◆流体自低压向高压对抗压力流动时，流体由此获得的能量称为压强能。◆mkg流体所具有的压强能：单位是：J;

单位质量流体所具有的压强能：

v——流体的比容（比体积），

内蒙古化工职业学院2、理想流体的柏努利方程◆理想流体，无摩擦力，据机械能守恒定律：机械能＝位能＋动能＋压强能＝常数◆单位质量流体所具有的机械能

---理想流体的柏努利方程内蒙古化工职业学院3、讨论：◆机械能守恒与转换方程意义：流体的各种机械能形式之间在一定条件下是可以相互转换的，但总和不变。如图所示管道：◆系统处在静止状态，

内蒙古化工职业学院◆对于可压缩流体如果：，可用，近似按不可压缩流体处理。◆公式中的p既可以用表压，也可用绝压，但须前后保持一致。内蒙古化工职业学院4、实际流体的柏努利方程◆实际流体：（1）有流动阻力，Σhf，单位是J/Kg；（2）有外加功，We，单位是J/Kg；

---实际流体的柏努利方程（扩展了的柏努利方程）内蒙古化工职业学院

◆以单位重量流体为衡算基准，有：

位压头静压头动压头有效压头压头损失◆以单位体积位衡算基准,有：内蒙古化工职业学院5、实际流体的柏努利方程的应用◆计算两容器间的相对位置；◆计算输送机械的有效功率；◆计算流体的输送量；◆计算输送压强。例题：见课本。内蒙古化工职业学院四、实际流体的基本流动现象（一）、流体的流动类型

1、雷诺实验

内蒙古化工职业学院2、实验结果：

层流流体流动型态湍流内蒙古化工职业学院3、流型的判断（1）影响流型的因素：流速：u；密度：ρ；粘度：μ；直径：d；（2）流动型态的判断：雷诺数（无量纲准数）

（3）判断：当Re<2000,层流；当2000<Re〈4000，过渡状态；当Re>4000，湍流；例：见P37（略）内蒙古化工职业学院（二）圆管内的速度分布1、层流时的速度分布特点：管中心处流速最大2、湍流时的速度分布3、层流内层：内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院（三）流动边界层的基本概念1、流动边界层：特点：存在速度梯度和阻力的区域；层流边界层种类湍流边界层：层流内层；2、主流区：速度梯度为零；3、边界层的分离特点：有大量机械能损失；内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院第四节管内流动阻力一、化工管路：管子、管件、阀件；（一）、管子1、种类及用途：铸铁管：强度差，价格低，用作污水管；焊接钢管（水煤气管）：输送水、煤气等低压钢管无腐蚀性介质，分为镀锌管和黑管。无缝钢管：输送高压、高温无腐蚀性流体。合金钢管：输送高温且有腐蚀性介质。

内蒙古化工职业学院

紫铜管铜管特点：重量轻，导热性好，黄铜管延展性好，用作换热管。铅管：耐酸，机械强度差；铝管：耐酸不耐碱，输送浓硝酸等；尺寸标注方法：Φ外径

×壁厚mm陶瓷管和玻璃管：不耐压，耐腐蚀；塑料管：种类多，抗腐蚀，易加工；橡胶管：耐酸、碱腐蚀，有弹性，但易老化；内蒙古化工职业学院2、管路的连接（1）螺纹连接（2）焊接（3）承插式连接（4）法兰连接内蒙古化工职业学院（二）管件1、用于改变流向的：弯头（90°、45°、180°）2、用于连接支管的：三通、四通等；内蒙古化工职业学院

3、用于堵塞管路的：管帽、丝堵等；4、其它：改变管径、延长管路等。内蒙古化工职业学院（三）常用阀门种类：闸阀、截止阀、止回阀、球阀、旋塞、隔膜阀等；截止阀闸阀止回阀旋塞阀球阀内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院旋塞阀内蒙古化工职业学院球阀内蒙古化工职业学院流动阻力:Σhf种类:直管阻力(hf)

局部阻力(hf’)内蒙古化工职业学院二、直管内的流动阻力1、计算公式：通过对流体进行能量衡算和受力分析，得出：范宁公式其中：摩擦系数（摩擦因数）阻力压降：压头损失：内蒙古化工职业学院2、层流时的摩擦因数影响摩擦因数大小的原因：(1)流动型态（Re）绝对粗糙度εmm(2)管壁粗糙程度相对粗糙度ε/d3、湍流时的摩擦因数

其中：ε/d相对粗糙度通过实验，得到计算λ的经验公式或摩擦因数图：内蒙古化工职业学院图内蒙古化工职业学院*

摩擦因数与雷诺数、相对粗糙度的关系汇总层流区：湍流区：完全湍流区：过渡区：既可以按层流计算，也可以按湍流查