化工原理课件

第一章、流體流動第一節、概述一、流體及其相關概念1、流體：氣體+液體2、流體流動：無數流體質點{微團}組成的連續介質在空間的位移。拉格朗日法：描述每個質點在流場中隨時間的變化規律。歐拉法：用“流速場”這個概念來描述流體的運動3、可壓縮流體與不可壓縮流體P11

流體的體積不隨壓力和溫度變。流體的體積隨壓力和溫度變。4、流體基本特性：流動性：流體抗拉、抗壓能力極小的宏觀表現。第一章、流體流動二、流體的主要力學性質1、慣性：品質表示慣性大小（1）、密度：單位體積流體的品質。

Kg/m3

液體

Kg/m3

氣體理想氣體：分子本身沒有體積、分子間沒有任何作用力。（低壓氣體）氣體標準狀態：P13第一章、流體流動

理想氣體標準狀態密度、（1—4）已知ρ0求任意P、T下的該氣體密度：（1—5）混合氣體的密度：（1—6）混合液體的密度：（1—7）（2）比容：單位品質流體體積。

V=1/ρ第一章、流體流動2、重力特性（1）、容重：單位體積流體的重力

γ=G/VN/m3（2）、與ρ的關係：γ=ρ*g3、粘滯性（粘性）（1）粘性：流體內部質點間或流層間因相對運動而產生內摩擦力以反抗相對運動的性。（2）牛頓內摩擦定律（粘性定律）(p25)第一章、流體流動第一章、流體流動牛頓內摩擦定律示例圖計算公式（3）、粘性係數μ（動力粘性係數）：物理意義：當速度梯度為一時，表示單位面積上的內摩擦力。單位：N*S/m2Pa*S相關表達：運動粘性係數：γ=μ/ρm2/s第一章、流體流動特性第一章、流體流動（4）、牛頓內摩擦定律的應（舉例）（例題：化工原理p25）4、壓縮性和熱脹性壓縮性：流體受壓、體積縮小、密度增大的性質。用壓縮係數來表示。米2/牛熱脹性、流體受熱、體積膨脹、密度減小的性質。用熱脹係數來表示。

T-1

第一章、流體流動5、表面張力特性由於分子間的吸引力，在液體的自由表面上能夠承受及其微小的張力，這種張力………。發生在液體與液體，液體與氣體，液體與固體接觸面。氣體不存在表面張力。表面張力係數：單位長度上的表面張力。牛/米第一章、流體流動第二節、流體靜力學基本方程式一、流體的壓力1、基本概念壓力（壓強）；總壓力絕對壓力；相對壓力；表壓；真空度。2、壓強的三種單位：大氣壓：atm帕/千帕：Pa/KpammHg柱/m水柱1atm=101.325Kpa=760mmHg=10.33mH2o1atm（工程）=100Kpa=760mmHg=10mH2o1mmH2o=10Pa第一章、流體流動3、壓強關係圖第一章、流體流動二、流體靜力學基本方程式1、P=P0+ρgh

Pa=N/m2=N*m/m3=J/m3從能量的觀點看，各項代表單位體積液體的能量。2、Z+P/ρg=常數

m=N*m/N=J/N從能量的觀點看，各項代表單位重量液體的能量。Z：位壓頭（位能）；P/ρg：靜壓頭（靜壓能）3、gZ+P/ρ=常數

從能量的觀點看，各項代表單位品質液體的能量。第一章、流體流動4、壓力用柱高表示：

第一章、流體流動5、幾點結論（對靜止液體）靜壓力始終沿著作用面內法線方向液體內某一點的靜壓力各方向相等，大小與方向無關，僅與位置有關。等壓面：靜止液體同一水平面上壓力相等。巴斯加定律：液面上的壓力變化可以等值的在液體內傳遞。適用於氣體。第一章、流體流動三、流體靜力學基本方程式的應用1、靜壓強的計算(舉例）：例題流力（周謨仁）p192-22、液體作用於平面上的總壓力（瞭解）結論：液體作用於任意形狀上的總壓力的大小，等於該平面的面積與其形心處靜水壓強的乘積。3、壓力測定(舉例）U形管傾斜壓差計第一章、流體流動微壓計第一章、流體流動4、液面測定第一章、流體流動5、確定液封高度第一章、流體流動第一章、流體流動第三節、管道流體流動的基本方程式一、流量與流速1、體積流量/品質流量G=ρ*V1-142、平均流速/品質流速ω=ρ*uKg/m2s1-173、管道直徑的估算1-18二、穩定流與非穩定流1、穩定流：任一點上物理參數不隨時間變。2、非穩定流：任一點上物理參數（或部分）隨時間變。三、連續性方程式

流場內任意兩截面的流體：

G1=G2ρ1A1u1=ρ2A2u2

連續性方程式1-20對不可壓縮流體：流體速度與管道截面積成反比。u1:u2:……u=1/A1:1/A2:……1/A對圓形管道：u1/u2=(d2/d1)21-23第一章、流體流動四、柏努利方程1、柏努利方程的推導推導1：假設：流體無粘性、連續介質、穩定流、截面上流體速度、壓力、密度均取平均值。第一章、流體流動兩端總壓力：PA,-(P+dp)A重力在x軸上的分量：gρAdxsinθ=gρAdz力在x方向之合力：PA-(P+dp)A–gρAdz=-Adp-gρAdz微元體動量的變化率：Gdu=ρAudu(G:品質流量)由動量定律：ρAudu=-Adp-gρAdzgz+柏努利方程1-28z+柏努利方程1-29第一章、流體流動推導2：假設：不可壓縮流體、無粘性、穩定流。（1）、壓力做功

P1dA1u1dt-P2dA2u2dt=(P1-P2)dQdt（2）、流體機械能增量品質：ρdQdt;

動能增量：ρdQdt(u22/2-u12/2);

位能增量：ρgdQdt(Z2-Z1)第一章、流體流動（3）、功能原理:外力對系統做功等於系統機械能的變化量。(P1-P2)dQdt=ρdQdt(u22/2-u12/2)+ρgdQdt(Z2-Z1)gZ1+P1/ρ+u12/2=gZ2+P2/ρ+u22/2

單位品質J/KgZ1+P1/ρg+u12/2g=Z2+P2/ρg+u22/2g

單位重量m=J/N第一章、流體流動2、柏努利方程的物理意義1-28式：單位品質的流體能量守恆方程式。

gz(位能)+P/ρ(靜壓能)=勢能

U2/2：動能動能+勢能=總機械能（總能量）1-29式：單位重量的流體能量守恆方程式。

z(位置水頭、位壓頭)+P/ρg(靜壓水頭)=勢能

U2/2g：動壓頭第一章、流體流動結論：單位品質流體在流動中，其位能、靜壓能、動能可以相互化，但總的機械能保持不變。位壓頭+靜壓頭=測壓管水頭位壓頭+靜壓頭+動壓頭=總壓頭（全壓頭）第一章、流體流動測壓管五、實際流體機械能衡算式考慮流動損失時的柏努利方程

z1+z2++∑Hf1-30考慮外加能量（流動機械）時的柏努利方程

z1+z2++∑Hf1-31第一章、流體流動柏努利方程的應用（舉例）（1）、任取兩截面、連續介質、穩定流。（2）、基準面、兩截面之一較低截面的水平面。（3）、P同時取表壓或絕對壓力。（4）、外加能量是對每公斤流體而言。第一章、流體流動六、流體流動類型與雷偌准數1、雷偌實驗：探討流體的流動狀態及其影響因素。探討流動狀態與與流動阻力之間的關係。第一章、流體流動2、兩種流態及流態分析層流：流場內流體一層一層的平行流動。紊流：流場內流體質點的運動速度在大小和方向上都隨時發生變化，質點間彼此碰撞並相互混合，這種流動狀態稱……上臨界速度：層流轉變成紊流的臨界速度Vk′。下臨界速度：紊流轉變成層流的臨界速度Vk

。第一章、流體流動3、雷偌准數，流態判別準則（舉例)雷偌數：Re=d:管徑、u:流速、ρ:密度、μ:動力粘度量綱：Re流態判別準則：層流：Re=≤2000

紊流：Re=≥4000

過渡區：2000<Re=<4000第一章、流體流動第一章、流體流動七、流體在園管內的流速分佈1、流體在園管內層流時的流速分佈速度分佈方程式圓柱體兩端的壓力：F1=πr2p1

F2=πr2p2圓柱體側面的內摩擦力：

F=-(2πrL)由於流體做等速運動，合力為0：

πr2p1-πr2p2-(-2πrl)=0兩邊積分：+C由邊界條件：r=R時u=0第一章、流體流動最大速度當r=0、速度最大

流量

dV=(2πrdr)

第一章、流體流動平均流速

u平均=V/πR2=u平均=1/2umax哈根-泊素葉方程式

2、流體在園管內紊流時的流速分佈管截面的平均速度約為管中心的最大流速的0.82流體在光滑管流動，Re≤105ur=umax(1-r/R)1/71/7次方定律第一章、流體流動層流底層、過渡層、紊流核心、層流底層厚度：層流底層厚度：

第一章、流體流動第四節、流體流動的阻力一、管、管件及閥門第一章、流體流動二、流體在直管中的流動阻力第一章、流體流動三、沿程阻力及阻力係數的計算1、沿程阻力計算式：hf=

第一章、流體流動推導：第一章、流體流動2、層流阻力係數：λ=64/Re3、紊流阻力係數：相關概念管壁粗糙度的影響光滑管、粗糙管、水力光滑管、水力粗糙管。絕對粗糙度、ε

相對粗糙度、ε/d第一章、流體流動量綱分析法π定理：設影響某現象的物理量數為n個，這些物理量的基本量綱數為m個，則該物理現象可用N=(n-m)個獨立的量綱為1的量之間的關係式表達。此類量綱為1的量稱為准數。第一章、流體流動尼古拉茲實驗I、層流區：λ=f1(Re)II、臨界過渡區：λ=f2(Re)III、紊流光滑區：λ=f3(Re)IV、紊流過渡區：λ=f4(Re、K/d)V、紊流粗糙區（阻力平方區）：λ=f5(K/d)第一章、流體流動園管紊流阻力係數的確定層流：臨界：紊流光滑：紊流過渡：紊流粗糙：第一章、流體流動第一章、流體流動非圓管阻力係數（舉例）當量直徑：de=4A/∏第一章、流體流動四：局部阻力損失1、阻力係數法：重要結論：流體自管內流出：ξ=1流體自容器流入管內：ξ=0.5第一章、流體流動2、當量長度法：第一章、流體流動五、流體在管內流動的總阻力損失（舉例）

1-60式六、減小阻力的措施1、管道進口平順的管道進口可減小局部阻力係數90%以上。2、漸擴管和突擴管漸擴管——減小擴散角突擴管——製成臺階式第一章、流體流動3、彎管阻力係數在一定範圍內隨曲率半徑的增大而減小。對氣體可加裝倒流（葉）片。4、三通盡可能減小支管與合流管之間的夾角。5、添加劑減阻聚氧化乙烯(PEO)，聚丙烯醯胺(PAM),懸浮物（尼龍絲、石棉、纖維）。第一章、流體流動第一章、流體流動第五節、管路計算一、管路綜合阻力係數當流動在阻力平方區時，管路的阻力特性是一個常數，該常數用S表示.其管路阻力hf與S、Q由如下關係：

hf=S*Q2S稱為管路綜合阻力係數：

s2/m5

若：Pf=S*Q2kg/m7二、串聯管路1、串聯管路的流動規律各管段流量相等：Q1=Q2=Q3總管綜合阻力係數等於各分段綜合阻力係數之和。

S=S1+S2+S32、串聯管路的工程計算（舉例）已知L、d、Q(u)求液面高差h已知h、L、d、求流量或流速Q(u)已知L、Q(u)求管徑d第一章、流體流動3、最適宜管徑三、並聯管路1、並聯流動規律：並聯節點上的總流量為各支管流量之和；各支管上的阻力損失相等。

Q=Q1+Q2+Q3Hfa-b=h1=h2=h3第一章、流體流動2、流量分配律：

第一章、流體流動四、水力計算的兩種基本類型1、設計計算已知管路佈置、局部構件、用戶所需流量，求管徑d和壓頭H,選擇風機或泵。先確定合理流速u——確定管徑d——計算壓頭H.(反算)。2、校核計算已知泵、風機（壓頭H），用戶所需流量，管路佈置，求管徑d，流速u。J=H/(l-l’)J=(λ/d)*u2/2gu=Q/(πd2/4)五、複雜管路1、支狀管路

H=hf1-4-5+hf5-6+hf7-8Q=Q1+Q2+Q3第一章、流體流動2、環狀管路（舉例）∑Q任意節點=0∑h任意回路=0將管網分成若干環路，按節點流量平衡確定Q，選定合理流速u，計算管徑d。對每一環路計算hfi(一般逆時針為正、順時針為負)，求∑hfi第一章、流體流動根據上面給定的流量Q，若計算出來∑hfi不為0，則每段管路應加校正流量ΔQ，以及阻力修正值ΔhfiΔQ=-∑hfi/2∑（hfi/Qi）用同樣程式，計算第二次Q2、第三次Q3……、直至∑h任意回路=0滿足工程精度。第一章、流體流動第六節、流量的測定一、皮託管第一章、流體流動二、孔板流量計第一章、流體流動第一章、流體流動第一章、流體流動三、文丘裏管第一章、流體流動四、轉子流量計五、濕式氣體流量計第一章、流體流動第二章流體輸送機械第一節、概述1、液體輸送機械：泵按原理分類；離心式、往復式、齒輪式、漩渦式等。按功能分類：清水泵、油泵、雜質泵、耐腐蝕泵、潛水泵、泥漿泵等。2、氣體輸送機械：風機、壓縮機、真空泵風機：按原理分類；離心式、軸流式、旋轉式等。按功能分類；抽風機、鼓風機等。第二節離心泵一、結構及工作原理二、離心泵的主要部件1、葉輪：

開式葉輪、半開式葉輪、閉式葉輪第二章流體輸送機械2、泵殼第二章流體輸送機械三、主要性能參數1、流量：單位時間內泵所輸送的流體體積。M3/s2、揚程：指單位重量的流體流經泵所獲得的能量。J/N=m第二章流體輸送機械3、功率輸入功率：電機傳給泵軸的功率。有效功率：單位時間內液體從泵中葉輪獲得的有效能量。

功率損失：水力損失、容積損失、機械損失。4、效率：有效功率與軸功率之比。

一般為0.6~0.65、大型泵0.9第二章流體輸送機械四、離心泵的特性曲線1、特性曲線：離心泵的揚程、功率、效率與流量之間的關係曲線。

H-Q曲線：Q上升、H下降

N-Q曲線：Q上升、N上升

η-Q曲線：開始Q上升、η上升，至最高點；Q上升、

η下降。第二章流體輸送機械第二章流體輸送機械2、特性曲線的影響因素轉速的影響：對同型號、同一種液體、效率不變。Q1/Q2=n1/n2H1/H2=(n1/n2)2N1/N2=(n1/n2)3——比例定律泵的轉速變化<20%，效率基本不變。葉輪直徑的影響：

——切割定律第二章流體輸送機械粘度的影響：粘度大、流量、揚程減小、軸功率增大、效率下降。密度的影響：同種流體，密度變、揚程、流量不變。五、離心泵的工作點與流量調節1、管路特性曲線（阻力曲線）

H=H0+kQ2

管路特性方程

Δz、Δp兩截面的位置差和壓差管路特性係數（管阻）第二章流體輸送機械2、工況點：離心泵特性曲線與管路特性曲線的交點。

3、流量調節改變閥門開度改變泵的轉速切割葉輪外徑第二章流體輸送機械第二章流體輸送機械六、離心泵的串、並聯操作1、並聯操作：兩臺泵的揚程相同、總流量為每臺泵的流量之和（理論上）。實際如圖：p712-11第二章流體輸送機械2、串聯操作：兩臺泵的流量相同、總揚程為每臺泵的揚程之和（理論上）。實際如圖：p712-12第二章流體輸送機械七、離心泵的汽蝕現象與安裝高度1、汽蝕現象：第二章流體輸送機械2、汽蝕餘量有效汽蝕餘量：泵入口處壓頭與該點溫度下流體飽和蒸汽壓之差。mmH2o必需汽蝕餘量：泵入口處至葉輪內壓力最低點處的壓頭損失Δhr，Δhr越小越不容易發生汽蝕。允許汽蝕餘量Δh：Δh=Δhr+0.3第二章流體輸送機械3、汽蝕條件判斷：Δha>Δhr

不汽蝕Δha=Δhr

開始發生汽蝕Δha<Δhr

嚴重汽蝕第二章流體輸送機械4、離心泵的最大安裝高度安裝高度：最大安裝高度：即當有效汽蝕餘量Δha減小到允許汽蝕餘量Δh時，開始發生汽蝕的安裝高度。第二章流體輸送機械八、離心泵的類型與選型（舉例）1、離心泵的類型清水泵（IS型單級單吸）：IS50-32-250IS：單級單吸50：泵入口直徑mm32：出口直徑mm250：泵葉輪直徑mm2、選型確定輸送系統的流量與壓頭選擇泵的類型與型號校核泵的特性參數第二章流體輸送機械第三節、其他類型化工泵第二章流體輸送機械第四節、氣體輸送機械一、氣體輸送機械的分類通風機、鼓風機、壓縮機、真空泵二、離心式通風機（多翼式、渦輪式）1、工作原理與基本結構2、性能參數：流量、風壓、功率、效率風壓：單位體積氣體流經風機後獲得的總機械能。風壓的數學運算式：2-202-21第二章流體輸送機械第二章流體輸送機械全壓pt、靜壓ps、動壓pd的概念與關係：全壓=靜壓+動壓(對風機為出口動壓)

pt=ps+pd全風壓與揚程的關係：pt=ρgH管道內的靜壓與全壓圖第二章流體輸送機械

軸功率與效率軸功率：電機輸入功率。有效功率：風機輸出功率。wK效率：全壓效率

靜壓效率第二章流體輸送機械3、風機特性曲線：Q—pQ—NQ—η曲線三、離心式風機串並聯運行四、離心式風機命名方法1、用途代號排塵：C防爆：B防腐：F冷卻：LE工業爐吹風：L通風：T耐溫：W第二章流體輸送機械2、舉例T4-72-11NO10c右900T：普通離心通風機4：全壓係數0.472：比轉速1：進口吸入形式1：設計序號NO10：機號（葉輪外徑）1mC：傳動方式右：葉輪旋轉方向900：出風口位置第二章流體輸送機械五、離心泵與離心風機的故障分析1、離心泵不出水和水量不足：a、充水不足，進風管路漏氣，堵塞。b、總揚程超過規定。c、轉速太低，電機配置不當。d、吸水高度安裝太大。第二章流體輸送機械耗用功率太大：a、泵軸彎曲，軸承磨損。b、流量及揚程超過規範。c、直聯傳動軸心不准，皮帶傳動過緊。d、葉輪螺母鬆動，葉輪與泵殼摩擦。雜訊、振動：a、基礎螺母鬆動。b、葉輪損壞，局部堵塞。c、傳動聯結不佳。d、泵軸彎曲、葉輪平衡性不佳。第二章流體輸送機械2、風機壓頭偏高，流量減少：a、進出管路、風門堵塞。b、氣體成分改變，密度增加（溫度過低）。壓頭偏低，流量增大：a、溫度過高，密度減小。b、進風管破損，法蘭不嚴（短路）。風機不規則振動：a、聯結軸、皮帶輪安裝不緊，鬆動。b、基礎灌漿不良，地腳螺絲鬆動。c、與風機相聯管路未加支撐，支撐固定不佳。第二章流體輸送機械第三章、沉降與過濾第一節、概述一、非均相物系的分離1、非均相物系2、分散物質（分散相）3、分散介質（連續相）4、分散的目的：回收物質、淨化物質、環保的需要。5、常用分離方法：重力沉降、離心沉降、過濾。二、顆粒與流體相對運動所受阻力1、相對運動速度不同，流體對顆粒阻力不一樣。2、阻力計算ξ：無因次阻力係數第三章、沉降與過濾計算式3-33-43-5第三章、沉降與過濾第二節、重力沉降一、沉降速度1、球形顆粒的自由沉降單個顆粒或顆粒群分散較好而不相互影響（不接觸、碰撞）的沉降。

2、沉降速度的計算顆粒受重力（3-6）、浮力（3-7）、阻力（3-8）作用第三章、沉降與過濾第一階段：加速運動。加速運動時速度不斷增加，阻力不斷增大，du/dτ不斷降低，當

du/dτ=0時，進入第二階段。第二階段：勻速階段。顆粒的運動速度ut稱沉降速度

或終端速度。沉降速度：第三章、沉降與過濾對球形顆粒：層流區：Re<2斯托克斯定律過渡區：2<Re<5003-13紊流區：500<Re<2*1053-143、影響沉降速度的其他因素顆粒形狀壁效應干擾沉降第三章、沉降與過濾4、降塵室類型：水準流動型；上升流動型沉降原理顆粒分離條件：停留時間>沉降時間L/u>H/ut第三章、沉降與過濾臨界粒徑dpc：重力沉降室能100%除去的最小粒徑。臨界沉降速度：臨界粒徑顆粒的沉降速度utc第三章、沉降與過濾沉降速度小（斯托克斯區）：臨界粒徑3-17應用舉例：例3-2第三章、沉降與過濾第三章、沉降與過濾5、懸浮液的沉聚增稠器絮凝劑第三章、沉降與過濾第三節、離心沉降一、離心分離因素顆粒所受離心力與重力之比Kc，表示離心力大小指標。——3-19第三章、沉降與過濾二、離心沉降速度1、定義：顆粒在徑向上相對流體的運動速度。2、計算公式

3、處於斯托克斯區時：

3-20

3-20——3-21第三章、沉降與過濾三、旋風分離器1、構造與操作原理2、臨界粒徑3-253、壓力損失3-263-274、應用舉例：例3-3第三章、沉降與過濾第三章、沉降與過濾四、旋液分離器1、構造與操作原理2、作用：使液體增稠；顆粒分級第三章、沉降與過濾五、沉降式離心機1、管式離心機工作原理沉降時間停留時間懸浮液處理量第三章、沉降與過濾第三章、沉降與過濾對應dp粒徑懸浮液處理量：對應dpc（臨界粒經）粒徑懸浮液處理量：

2、碟式離心機3、螺旋式離心機第三章、沉降與過濾第四節、過濾一、懸浮液的過濾1、基本概念過濾濾漿或料漿：懸浮液過慮介質濾餅（濾渣）濾液2、兩種過濾方式深層過濾：含義：懸浮液中顆粒少，含量少，用較厚粒狀床層做過濾介質。特點：靜電及分子力作用附著在孔道壁上；床層上沒有濾餅形成。第三章、沉降與過濾濾餅過濾：含義、液體通過過濾介質而顆粒沉積在過濾介質表面上、有濾餅形成。特點：顆粒“架橋現象”；懸浮液中顆粒含量多。第三章、沉降與過濾3、過濾介質織物介質：棉、麻、絲堆積的粒狀介質：砂、木炭、礫石多孔性介質：陶瓷、塑膠4、助濾劑作用：增加過濾空隙。種類：矽藻土、珍珠岩、石棉、炭粉。用法：a、先配置懸浮液；b、直接加入助濾劑第三章、沉降與過濾5、固體量、濾液量與濾渣量的關係參數表專案品質密度固體1ρp濕濾渣cρc濕濾渣含液量c-1ρ第三章、沉降與過濾體積關係

w的計算kg（幹渣）/m3（濾液）w：單位體積濾液相對應的固體品質，（kg/m3濾液）X：單位品質懸浮液所含固體品質，（kg幹渣/kg濾液）CX：單位品質懸浮液中的濕濾渣品質1-CX：單位品質懸浮液所得到的濾液品質應用舉例：例3-5第三章、沉降與過濾二、過濾速率基本方程式1、過濾速率：單位時間濾過的濾液體積。M3/s2、過濾速度：單位過濾面積的過濾速率。M/s3、速率方程過濾速度=過濾推動力/過濾阻力過濾推動力：ΔP=ΔPc+ΔPm

過濾阻力：濾餅阻力+過濾介質阻力第三章、沉降與過濾第三章、沉降與過濾層流過濾：由哈根—泊素葉方程得

3-35過濾速度與兩側壓差ΔPc成正比，與濾餅厚度、粘度成反比。過濾推動力：ΔP=ΔPc+ΔPm過濾阻力：濾餅阻力+過濾介質阻力=Rc+Rm

=rμω(V+Ve)/A速率方程：3-38

第三章、沉降與過濾三、恒壓過濾（舉例）1、恒壓過濾時v與τ

的關係2、恒壓過濾方程

ΔP為常數，一定的懸浮液和過濾介質μ、r、w、ve均為常數。第三章、沉降與過濾V2+2vve=kA2τQ2+2qqe=kτ恒壓過濾方程第三章、沉降與過濾3、常數測定改寫：與q具有線性關係，可實驗測得，作圖求k、qe四、過濾設備1、板框壓濾機第三章、沉降與過濾第三章、沉降與過濾第三章、沉降與過濾2、轉筒真空過濾機生產能力：過濾機單位時間獲得的濾液量Q。浸液率

φ=轉筒浸液面積/轉筒總面積=浸液角度/3600有效過濾時間：Q的計算若忽略qe

第三章、沉降與過濾第四章、傳熱第一節、概述一、傳熱過程在化工生產中的應用1、需要進行熱量傳遞的，要求設備傳熱效率高。2、需要保溫隔熱的二、熱量傳遞的基本型式1、熱傳導：物體內部或兩個直接接觸的物體之間的傳熱。2、熱對流：在流體中，冷、熱不同部位的流體質點做宏觀移動將熱量從高溫處傳到低溫處的現象。3、熱輻射：物體因自身溫度的原因激發產生電磁波，向空中傳播的現象。波長0.38~100μm，屬可見光、紅外線。實際傳熱中，三種傳熱方式或單獨或同時存在。三、流體通過間壁換熱與傳熱速率方程1、間壁式換熱器：冷、熱流體的熱交換。2、傳熱速率與熱流密度傳熱速率（熱流量）：指單位時間內通過傳熱面的熱量用Q表示，單位w或J/s。第四章、傳熱熱流密度（熱通量）:

指單位時間內通過單位面積的傳熱量用q表示，單位w/m2。二者關係：q=Q/A3、穩態傳熱與非穩態傳熱第四章、傳熱4、兩流體通過間壁的傳熱過程對流—導熱—對流，三個串聯過程。第四章、傳熱5、傳熱速率方程傳熱推動力—溫度Δtm穩態：=推動力/熱阻K：比例係數，總傳熱係數，w/m2.k第四章、傳熱第二節、熱傳導一、傅立葉定律1、溫度場與溫度梯度溫度場：某暫態物體內各點的溫度分佈。等溫面、等溫線第四章、傳熱溫度梯度：等溫面法線方向上的溫度變化率（最大）。+指溫度增加-指溫度減小+-2、傅立葉定律Q：熱流量（w）q：熱通量(w/m2)第四章、傳熱3、導熱係數λw/m.0C溫度梯度為10C/m，單位時間通過單位面積的熱量，表示物體導熱能力的大小。第四章、傳熱一般規律（大小排序）:純金屬—合金—建築材料—液體—絕熱材料—氣體金屬—非金屬固態—液態—氣態固體（銀427）；液態（水0.6）；氣態（氫0.6）

——最大第四章、傳熱第四章、傳熱二、平壁穩態傳熱1、單層平壁穩態傳熱

=傳熱推動力/熱阻傳熱推動力：t1-t2

熱阻:b/λA

熱通量（熱流密度）:q=Q/A=第四章、傳熱2、多層平壁穩態傳熱（舉例）傳熱特點：Q=Q1=Q2=Q3=Δt=Δt1+Δt2+Δt3=t1-t4R=R1+R2+R3第四章、傳熱三、圓筒壁的穩態傳熱（t只沿r變化）1、單層熱流量計算式：熱通量：

Q與r無關；q與r有關。

工程上習慣用單位長度的熱流量：

第四章、傳熱公式推導：第四章、傳熱對照4-84-9得：圓筒壁內溫度分佈是一對數曲線。Q也可改寫成單層平壁熱傳導形式：4-11式第四章、傳熱第四章、傳熱2、多層（三層為例）（舉例）Q=Q1=Q2=Q34-12第四章、傳熱第四章、傳熱第三節、對流傳熱一、對流傳熱方程與對流傳熱係數1、傳熱過程層流底層：熱傳導，熱阻較大過渡區：熱傳導+對流紊流區：熱對流第四章、傳熱2、傳熱推動力：熱流體：湍流主體最高溫、壁面溫度Tw；冷流體：壁面溫度tw，湍流主體最低溫。3、對流傳熱的膜理論模型：p122

假設把過渡區和湍流主體熱阻全部疊加到層流底層，構成一厚度為的流體膜（有效膜）,膜內為層流、膜外為湍流，所有熱阻集中在有效膜內。這一傳熱模型稱為…..。第四章、傳熱4、對流傳熱方程

α：對流傳熱係數第四章、傳熱二、影響對流傳熱係數的因素1、流體的物理性質：密度、比熱容、導熱係數、粘度、膨脹係數2、流體對流起因：強制對流、自然對流3、流體流動狀態：層流、湍流4、流體的相態變化：沸騰、冷凝5、傳熱面的形狀：特性尺寸第四章、傳熱三、量綱分析與相似准數1、准數的符號及意義2、准數使用的條件第四章、傳熱——無相變、對流傳熱准數關聯式一般形式第四章、傳熱四、流體無相變時對流傳熱係數的經驗關聯式1、流體在管內強制對流傳熱（舉例）圓形直管強制湍流時的對流傳熱係數a、低粘度流體：4-184-19第四章、傳熱b、高粘度流體：c、短管（l/d<60）第四章、傳熱d、彎管圓形直管內過渡流時的對流傳熱係數（舉例）：4-21第四章、傳熱圓形直管內強制層流時的對流傳熱係數（舉例）：4-22第四章、傳熱流體在非圓管內強制對流時的對流傳熱係數2、流體在管外強制對流傳熱第四章、傳熱第四章、傳熱3、大空間自然對流傳熱第四章、傳熱4、選用對流傳熱係數關聯式的注意事項：P134五、流體有相變時的對流傳熱（略）第四章、傳熱第五節、傳熱計算一、熱量衡算1、原理：單位時間內熱流體放出的熱量等於冷流體吸收的熱量。第四章、傳熱2、計算公式:：

4—344-35第四章、傳熱二、傳熱平均溫度差1、恒溫傳熱：蒸汽冷凝、液體沸騰冷凝、沸騰溫度恒定2、變溫傳熱（列管式換熱器）一側變溫傳熱、兩側變溫傳熱第四章、傳熱換熱器中流體流動的方式：逆流、並流、錯流、折流第四章、傳熱3、平均溫度差Δtm（舉例）為什麼提出平均溫度差：a、找出傳熱推動力。b、便於將熱量計算式寫成傳熱基本方程的形式

Q=KAΔtm第四章、傳熱平均溫度差的推導第四章、傳熱第四章、傳熱第四章、傳熱第四章、傳熱對數平均溫度差的計算：

通常Δt1為較大者；Δt2為較小者3、折流、錯流平均溫度差的校核：4-40第四章、傳熱第四章、傳熱第四章、傳熱第四章、傳熱三、總傳熱係數（舉例)1、總傳熱係數計算式的推導(a)(b)(c)第四章、傳熱4-41第四章、傳熱4-41a4-41b第四章、傳熱4-41c第四章、傳熱注意：4-41a式：對應傳熱面積為A14-41b式：對應傳熱面積為A24-41c式：對應傳熱面積為Am2、污垢熱阻4-423、平壁與薄壁管傳熱係數：4-43式4-44式4、換熱器總傳熱係數的經驗值第四章、傳熱第四章、傳熱四、壁溫計算1、思路：熱量從熱流體通過間壁傳給冷流體，兩側流體對壁面對流傳熱及間壁的導熱速率，在穩態條件下必相等。2、計算式：4-45式4-46考慮壁面污垢第四章、傳熱五、傳熱計算示例1、計算式Q=傳熱推動力/熱阻傳熱基本方程：Q=KAΔtm平均溫度差（間壁傳熱推動力）：總傳熱係數：（A1為基準面）第四章、傳熱熱量衡算：熱傳導方程：

對流傳熱方程：對流傳熱係數的計算：4-18（4-19）4-202、舉例第四章、傳熱第五節、熱輻射一、基本概念1、熱輻射：由物體溫度所引起的熱射線的傳播過程。2、吸收率：A=QA/Q3、反射率：R=QR/Q4、透射率：D=QD/Q注意：QA+QR+QD=QQA/Q+QR/Q+QD/Q=15、黑體、白體、灰體黑體：QA=1白體：QR=1灰體：對各種波長輻射具有相同吸收率的理想化物體。第四章、傳熱二、物體的輻射能力、斯蒂芬-波爾茲曼定律1、輻射能力：物體在一定溫度下單位時間、單位面積所發射的全部波長的總能量。E表示，w/m22、斯蒂芬-波爾茲曼定律（黑體）3、實際物體的輻射能力（黑度）

灰體：對各種波長輻射能具有相同吸收率的理想化物體。大多數工程材料對波長0.76~20微米的輻射能吸收率相同。第四章、傳熱C：灰體的輻射係數三、克希霍夫定律四、兩固體間的相互輻射1、高溫物體1傳給低溫物體2的熱量2、工業上常遇見的幾種輻射情況：p151五、設備熱損失的計算（略）第四章、傳熱第六節、換熱器一、換熱器的分類1、按用途分類：加熱器、冷卻器、蒸發器、冷凝器2、按傳遞方式分類：間壁式換熱器直接接觸式換熱器蓄熱式換熱器第四章、傳熱二、間壁式換熱器1、夾套式換熱器第四章、傳熱2、套管式換熱器第四章、傳熱3、蛇管式換熱器第四章、傳熱4、板式換熱器第四章、傳熱5、板翹式換熱器第四章、傳熱6、螺旋板式換熱器

第四章、傳熱7、空冷式換熱器第四章、傳熱8、熱管第四章、傳熱9、列管式換熱器第四章、傳熱第四章、傳熱第四章、傳熱三、列管式換熱器選用計算問題1、流體流經管程、殼程的選擇原則：P160第四章、傳熱2、流體流速的選擇：P160第四章、傳熱3、換熱管規格和排列方式：P1614、折流擋板及對流換熱系數的計算：P162第四章、傳熱四、系列標準換熱器的選用步驟1、瞭解傳熱任務、掌握工藝特點與基本數據冷、熱流體的流量，進、出口溫度，操作壓力等。冷、熱流體的工藝特點，如腐蝕性、懸浮物等冷、熱流體的物性參數，如密度、粘度、比熱容、導熱係數。第四章、傳熱2、選用計算內容與步驟計算熱負荷。計算平均溫度差，一般按單殼程多管程計算。預選總傳熱係數，估算傳熱面積。預選管徑，管內流速，求管子根數，長度，預選換熱器。校核計算。第四章、傳熱五、加熱介質與冷卻介質1、載熱體的選擇原則：P1652、工業上常用的載熱體：P165六、傳熱過程的強化第四章、傳熱第四章、傳熱

第一節、概述一、基本概念1、傳質過程：物質在相間的轉移過程。2、吸收與解吸3、溶質與溶劑二、吸收的分類1、物理吸收、化學吸收2、單組分吸收、多組分吸收3、等溫吸收、非等溫吸收三、吸收的目的1、回收混合氣體中的有用物質2、淨化有毒有害氣體3、制取液體產品四、吸收操作應解決的問題1、選擇合適的溶劑2、提供傳質設備以供氣液兩相接觸3、溶劑的再生五、吸收劑性能六、吸收設備1、板式塔2、填料塔第二節、吸收過程的氣液平衡一、氣體在液相中的平衡溶解度1、氣體在液相中的溶解過程物理吸收化學吸收2、溶解度（平衡溶解度）的概念溶解度是溫度、總壓和氣相組分的函數，常壓下、溫度一定，溶解度是氣相組分的函數，可表示如下：若以組分A在液相中的濃度為引數特點示例二、亨利定律1、亨利定律的含義2、亨利定律的適用範圍3、亨利定律的三種表示方法7—12式7—13式7—14式E：亨利係數H：溶解度係數m：相平衡常數4、亨利定律各係數之間的關係：p242三、相平衡與吸收過程的關係第三節、氣體擴散一、分子擴散與費克定律二、氣體在氣相中的擴散（等mol逆向擴散）條件：等溫、總壓相等。三、雙組分A、B混合氣體在液相中的擴散條件：組分A溶於液相；組分B不溶於液相——單向擴散傳質速率方程四、擴散係數物質的物性常數之一，表示物質的擴散能力大小。第四節、氣體吸收一、單向內的對流傳質1、條件：流體與某一介面之間的傳質，右分子擴散、也有湍流擴散。2、有效膜模型二、氣相傳質速率方程kG三、液相傳質速率方程四、雙膜理論氣液兩相接觸，在相介面存在氣、液兩個層流流動的穩定膜層。相介面上氣液兩相互成平衡。吸收主要在膜層內進行，濃度梯度主要集中在兩個膜層內。五、總傳質速率方程1、總傳質速率方程KG：以氣相推動力為基準的總傳質係數

KL：以液相推動力為基準的總傳質係數2、總傳質係數與氣膜、液膜傳質係數的關係在穩態傳質過程中：同理：兩邊同乘以H得兩阻力係數的關係：KG=HKL3、氣、液兩相介面濃度作圖法由氣、液相傳質速率方程：解析法因介面上ci與pi成平衡關係,由亨利定律

pi=ci/H聯立下式求解4、氣膜控制與液膜控制當溶質溶解度很大時，傳質阻力集中於氣膜，為氣膜控制。KG=kG溶質溶解度很小時，傳質阻力集中於液膜，為液膜控制。

KL=kL六、傳質速率方程的各種形式七、吸收塔的計算1、概述低濃度氣體吸收、逆流操作。等溫、傳質分係數、傳質總係數為常數。任務：吸收劑用量、填料層高度和塔徑的計算。2、物料恒算與操作線方程操作線方程：描述塔內任意截面上氣液兩相濃度之間的關係。V、L：通過吸收塔的惰性氣體流量和溶劑流量，kmol/sY1、X1：分別為塔底（濃端）氣相和液相的摩爾比。Y2、X2：分別為塔頂（稀端）氣相和液相的摩爾比。Y、X：分別為塔內任意截面氣相和液相的摩爾比。操作線方程：A：頂端（稀端）B：底端（濃端）為什麼操作線在平衡線上方？全塔物料恒算全塔物料恒算式：對低濃度氣體：X=xY=y操作線方程：3、吸收劑用量與最小液氣比吸收率（回收率）液氣比：吸收單位氣體所耗用的液體量。最小液氣比吸收塔的最小液氣比對應圖a的最小液氣比：對應圖b的最小液氣比：適宜的液氣比：例、礦石焙燒爐氣體含SO29%（體積分數、溫度200C），其餘可看成惰性氣體（與空氣性質相同）。爐氣流量1000m3/h，氣溫200C，要求SO2回收率為90%，吸收劑用量為最小用量的1.3倍。已知操作條件為壓力101.325kpa，溫度200C，在此條件下SO2的溶解度見圖，若吸收劑入塔組成X2=0.0003時，求（1）吸收劑用量（kg/h），離塔溶液組成X1；（2）吸收劑為清水（X2=0），回收率不變，離塔溶液組成X1為多少？此時吸收劑用量比（1）項用量多還是少？4、填料層高度的計算填料層高度的基本計算公式推導——體積傳質係數，kmol/m3.s對穩態吸收，VL及塔的橫截面積均為定值；體積傳質係數全塔也可看成常數。—X填料層高度計算的基本公式：傳質單元高度與傳質單元數將基本公式寫成如下形式：物理含義：傳質單元數的大小反映了傳質的難易程度。傳質單元高度可視為傳質阻力。注：各種傳質單元高度之間的關係見:P197傳質單元數的計算

(1)對數平均推動力法（平衡線為直線）平衡線為直線、操作線為直線，則任意截面上的推動力為直線與Y也呈直線關係。氣相對數平均推動力(2)吸收因數法平衡線為直線：(3)圖解積分與數值積分平衡線為曲線：）5、吸收塔操作計算操作線方程氣、液相平衡關係傳質速率方程填料層高度計算式八、填料塔1、結構與特性填料個數比表面積空隙率幹填料因數與濕填料因數2、填料塔內氣液兩相流動特性氣體通過填料的壓力降空塔氣速、、噴淋密度、液泛氣速、液泛點、載點空塔氣速：氣體通過整個塔截面時的速度。噴淋密度：單位面積、單位時間液體的噴淋量。壓降與液泛氣速的確定3、塔徑的計算園整最小噴淋密度4、填料塔附件支撐裝置液體分佈裝置液體再布器九、化學吸收的氣液平衡關係（補充）1、化學吸收的基本概念2、相平衡與化學平衡的關係相平衡與化學平衡的吸收關係結論：濃度[A]低於組分A在液相中的總濃度，因此，在HA相同時，氣體A在液面上的平衡壓力較A

僅被物理吸收時低，因而相應的提高了吸收率。被吸收組分與吸收劑相互作用

6—10式6—12式被吸收組分與吸收劑中的活性組分相互作用

6—14式十、伴有化學反應的吸收動力學一、雙膜理論1、氣液兩相間物質傳遞過程的理論，即適合於物理吸收、也適合於氣液相反應。2、基本論點存在相介面，分氣膜、液膜，膜內均為層流態。被吸收組分從氣態轉為液態有五步過程P298。氣液兩相主體中不存在濃度梯度，擴散阻力忽略不計。無論氣液兩相主體中是否達到平衡，在相介面處，被吸收組分被認為在兩相間已達到平衡。兩層膜極薄，膜中沒有吸收組分的積累，吸收過程看作氣液膜的均勻擴散。3、總傳質速率方程速率方程總傳質係數與分傳質係數的關係

6—19式6—20式結論：a、易溶氣體的傳質屬氣膜控制。

b、難溶氣體的傳質屬液膜控制。

c、中等溶解度的氣體，氣膜、液膜阻力屬同一數量級。各種系統的控制膜實例P301。二、化學吸收過程的傳質速率1、傳質速率運算式氣相一側：液相一側：2、增強係數α：

有化學反應時液相傳質分係數kL’與物理吸收的kL之比。3、增強係數與擴算係數、反映速率的關係

菲克第二擴散定理：6—22（23）反應動力學方程式：6—24

基於雙膜理論的化學吸收（二級反應）：

R=A在液膜內的反應速率/A通過液膜的擴算速率

M=B在液膜內的擴散速率/A在液膜內的擴算速率慢速反應R<<1(R<0.5)：當作物理吸收處理。快速反應M>>R>>1(M>5,R>2)：P304極快速反應R>>M(R>5M)：P304三、各類化學吸收的速率方程1、快速（含極快速）不可逆化學反應：增強的液相傳質分係數kL’：傳質速率方程：極快速反應：2、慢速化學反應的吸收過程第一節、概述、1、蒸餾、精餾的含義2、輕組分、重組分；低沸點組分、高沸點組分；易揮發組分、揮發組分。3、簡單蒸餾、平衡蒸餾；常壓、加壓、減壓蒸餾。4、雙組分、多組分蒸餾。5、連續精餾、間歇精餾。6、常壓雙組分連續精餾。第二節、雙組分溶液的汽液相平衡一、溶液的蒸氣壓及拉烏爾定律1、汽液平衡及飽和蒸氣壓2、理想溶液、非理想溶液3、拉烏爾定律：二、溫度—組成圖（t-y-x圖）1、液相線（泡點線）汽相線（露點線）2、液相區、過熱蒸氣區、汽液共存區三、汽—液相平衡圖（y—x圖）表示在一定壓力下，汽相組成y和與之平衡的液相組成之間的關係。平衡時汽相中易揮發組分濃度總是大於液相的，故平衡線位於y=x的上方。四、雙組分非理想溶液五、揮發度及相對揮發度1、揮發度：汽相中組分A的分壓PA與其平衡的液相中的摩爾分數之比。2、相對揮發度：溶液中兩組分揮發度之比。壓力不太高、汽相服從道爾頓定律3、汽液相平衡方程式：6-10第三節、蒸餾與精餾原理一、簡單蒸餾與平衡蒸餾1、簡單蒸餾原理2、平衡蒸餾原理二、精餾原理1、多次部分汽化與部分冷凝2、塔板的作用3、精餾塔的分離過程塔頂產品（餾出液）、塔底產品（釜液）精餾段、提餾段、加料板。回流第四節、雙組分連續精餾塔的計算（設計）計算任務：餾出液釜液流量板塔數填料高度進料口位置塔高、塔徑一、全塔物料恒算1、恒算公式6-116-122、回收率的概念二、理論板塔的概念、恒摩爾流假設1、理論板的概念概念：指離開該塔板的蒸汽和液體成平衡的塔板。操作關係：任意板下降液體組成xn與下一板上升蒸汽組成yn+1之間的關係。2、恒摩爾流假設三、操作線方程（泡點進料）1、精餾段操作線方程（舉例）2、提餾段操作線方程3、回流比4、全凝器、全沸器四、理論板數的確定1、逐板計算法溜出液組成與第一塊板蒸汽組成相等：y1=xD由相平衡方程求得x1由操作線方程求y2直到：xn<xF(精餾段)xm<xW(提餾段)2、圖解法直角梯級法、Mccabe與Thiele提出：M—T法精餾段操作線的做法提餾段操作線的做法圖解法求理論板的步驟：P234五、進料熱狀態的影響、q線方程1、進料熱狀態與熱狀態參數5種熱狀態熱狀態參數q不同進料狀態的q值及汽液關係2、q線方程（進料方程）3、提餾段操作線的做法4、進料熱狀態的影響條件：塔頂、塔底產量和組成相同；塔頂、塔底產品帶出的熱量QD、QW相同。q減小、冷料改為泡點或汽相進料，進料帶熱增加。若Qc不變、QB減少，蒸汽量減小，塔板數增加。若QB不變、Qc增大，回流比增大，塔板數減少。六、回流比的影響及選擇（泡點回流）1、問題的