化工原理第四章第四节ppt
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化工原理第四版王志魁(共138张PPT)
;
2
2.确定基准面（水平面）
3.截面的选取；
(1)截面应与流体的流动方
16m
向垂直；
(2)两截面之间的流体是连 1 续的；所求未知量应在截 1.5m 面上或截面之间；
4.压力基准应统一(
表压或绝对压)；
2
5.外加机械能W或
H，注意其单位。
6.大截面处的流速
16m
可取零。
1
1.5m
例题：如图，碱液(d=1.1)，塔内压力为 0.3atm（表压）,管径603.5, 送液量25T/h,
u3
u1
(
d1 d3
)2
=2.04 m/s
qv’ = 2qv
u’ = 2u
u1 = 2u
u1
四. 理想流体的伯努利方程
丹尼尔.伯努利(1700-1782) ，生于科学世家。
是瑞士物理学家,数学家,医 学家。
曾任医学、解剖学、植物学、物理学、哲 学教授。
（一）理想流体的伯努利方程
推导依据：能量守恒（机械能）
即 φ89×4的管子
实际流速为:
u 3/0360 01.6m 2/s 0.78(5 0.08 )21
二. 稳定流动与不稳定流动
1.稳定流动—流体流动过程中，在任意截面 ，流体的参数不随时间改变。
2.不稳定流动—流体流动过程中，在任意截 面,流体的任一参数随时间而改变。
化工原理第四章两流体间传热过程的计算
Q q m 1 r 1 C p 1 T s T 2 q m 2 r 2 C p 2 t s t 2
式中 Ts、ts——饱和温度（沸点 ）。
2019/10/1
20℃（l）
Q1qmCpt2t1
Q2 qmr
100℃（l）
100℃（g）
Q Q 1 Q 2 q m C p ( t s t ) q m r q m r C p t s t 2
④当 t1/t2<2，则可用算术平均值代替（误差<4%
，在工程允许误差范围之内） 。即：
tm
t1
t2 2
2019/10/1
t1t2
lnt1 t11 lnt1
tm算术 ＝ 2 t1t2 t2 t2 t2
tm对数 t1t2 lnt1
2
t1t2
2019/10/1
①比热法 若换热器中的两流体只存在显热的交换，且比热
不随温度而变或可取平均温度下的比热时 ，则：
Q q m 1 C p 1 T 1 T 2 q m 2 C p 2 t 2 t 1
式中 Q——热负荷，J/s或W；
qm1、qm2——热、冷流体的质量流量，kg/s； Cp1、Cp2——热、冷流体的平均定压比热，kJ/(kg.℃)；
2019/10/1
2、热负荷的计算 （1）两个概念 【显热】当物质与外界交换热量时，物质不发生相 变化而只有温度变化，这种热量称为显热。 【潜热】饱和蒸气的焓与同温度下的液体的焓的差 值称为潜热（相变热）。 （2）无相变化时热负荷的计算
式中 Ts、ts——饱和温度（沸点 ）。
2019/10/1
20℃（l）
Q1qmCpt2t1
Q2 qmr
100℃（l）
100℃（g）
Q Q 1 Q 2 q m C p ( t s t ) q m r q m r C p t s t 2
④当 t1/t2<2，则可用算术平均值代替（误差<4%
，在工程允许误差范围之内） 。即：
tm
t1
t2 2
2019/10/1
t1t2
lnt1 t11 lnt1
tm算术 ＝ 2 t1t2 t2 t2 t2
tm对数 t1t2 lnt1
2
t1t2
2019/10/1
①比热法 若换热器中的两流体只存在显热的交换，且比热
不随温度而变或可取平均温度下的比热时 ，则：
Q q m 1 C p 1 T 1 T 2 q m 2 C p 2 t 2 t 1
式中 Q——热负荷，J/s或W；
qm1、qm2——热、冷流体的质量流量，kg/s； Cp1、Cp2——热、冷流体的平均定压比热，kJ/(kg.℃)；
2019/10/1
2、热负荷的计算 （1）两个概念 【显热】当物质与外界交换热量时，物质不发生相 变化而只有温度变化，这种热量称为显热。 【潜热】饱和蒸气的焓与同温度下的液体的焓的差 值称为潜热（相变热）。 （2）无相变化时热负荷的计算
陈敏恒化工原理上册化工原理第四章
1
xi
d pi
床层特性
L
(1) 床层空隙率 ① 定义：床层中，空隙所占体积分率。
VB V 1 V
u
VB
VB
表明： 床层堆积的松散程度；
ε↑，空隙越大，床层越松散；
ε对流体流过床层的阻力影响很大。
② 影响床层空隙率的因素
（a）装填方法：干装 湿装
优点：操作灵活，过滤面积大，可承受较大压力； 缺点：劳动强度大，操作不连续，生产效率低。
厢式压滤机
嵌入式滤布的滤板
(3) 回转真空过滤机
3 2
结构和工作原理
1
主要部件：水平转筒、分配头；
4 卸渣区
操作方式：恒压、连续操作；
5
操作周期 (旋转一周)：
6
过滤 → 洗涤 → 吸干 → 吹松 → 卸渣。
1000 10000
L
4.17
a2 (1 )2 3
u 0.29 a
(1 ) 3
u2
150 1 2 u 1.75 1 u2
L
3
d
2 p
3d p
—— 欧根 (Ergun) 方程
可用 Ψ 与 dev 的乘积 (Ψdev) 代替 dp。
(3) 床层的比表面积 aB
aB
化工原理第四章传热
化工原理
补充例题2
Ф38×2.5mm的水蒸气管（钢管λ=50W.m-1.K-1)包有隔热
层。第一层是40mm厚的矿渣棉(λ=0.07W.m-1.K-1),第二层是 20mm厚的石棉(λ=0.15W.m-1.K-1) 。若管内壁温度为140℃， 石棉外壁温度为30℃ 。 试求每米管长的热损失速率。若以同样的石棉作内层，矿
化工原理
4-2.2
平面壁的稳态热传导
t Q R
dt Q A d
单层平面壁的稳态热传导
t1
△t
1、过程分析 假设Ⅰ：一维稳态热传导，即t=f(x) 假设Ⅱ：无限大平壁 A 2、模型 Q (t t )
1 2
A
Q
t2
可改写为：
源自文库
t t Q A R
d m,1 d 2 d1 0.038 0.033 0.0354 d2 38 ln ln 33 d1 d d3 0.158 0.118 4 0.1370 d4 158 ln ln 118 d3
t1
t2
t3
t4
Ф
d m,2
d3 d 2 0.118 0.038 0.0706 d3 118 ln ln 38 d2
q t 1 2 150 130 14.7kW .m 2 0.005 0.0005 14 0.5
补充例题2
Ф38×2.5mm的水蒸气管（钢管λ=50W.m-1.K-1)包有隔热
层。第一层是40mm厚的矿渣棉(λ=0.07W.m-1.K-1),第二层是 20mm厚的石棉(λ=0.15W.m-1.K-1) 。若管内壁温度为140℃， 石棉外壁温度为30℃ 。 试求每米管长的热损失速率。若以同样的石棉作内层，矿
化工原理
4-2.2
平面壁的稳态热传导
t Q R
dt Q A d
单层平面壁的稳态热传导
t1
△t
1、过程分析 假设Ⅰ：一维稳态热传导，即t=f(x) 假设Ⅱ：无限大平壁 A 2、模型 Q (t t )
1 2
A
Q
t2
可改写为：
源自文库
t t Q A R
d m,1 d 2 d1 0.038 0.033 0.0354 d2 38 ln ln 33 d1 d d3 0.158 0.118 4 0.1370 d4 158 ln ln 118 d3
t1
t2
t3
t4
Ф
d m,2
d3 d 2 0.118 0.038 0.0706 d3 118 ln ln 38 d2
q t 1 2 150 130 14.7kW .m 2 0.005 0.0005 14 0.5
化工原理第四章 1-2
ΔP洗=ΔP滤,µ洗液=µ滤液,则τW=? ③每次过滤洗涤后, 所需装卸时间τD为20min,
求：生产能力 Q = V = ? St
解：①由恒压方程V2+2VVe=KA2τ 代入数据求KA2,Ve
42+2×4Ve=KA2×10 62+2×6Ve=KA2×20 得Ve=1升， KA2 =2.4升2/分
本例也可用a,ε表达,
DP L
=
4.17
a2(1 -
e3
e
)2
µu
+
a(1 -
0.29 e 3
e
)
ru2
先用实验值算出a,ε，再用这两个参数来计算实 际工艺物料的压降
量纲分析法
研究方法比较
对过程无须有深刻理解, “黑箱”法
①析因实验 ②无量纲化 ③测定性实验
数模法
对过程有深刻理解，能将过程大幅度简化
y
=
d
2 eV
d
2 eS
=
52 5.52
= 0.81
②dev, des, dea三者关系
dea
= ydev
=
y
d 1.5 es
dea≤dev≤des
2.2 颗粒群的特性 大小不一： 筛分分析 1 kg 颗粒群
频率函数
(粒级质量分率~dp)
fi
=
求：生产能力 Q = V = ? St
解：①由恒压方程V2+2VVe=KA2τ 代入数据求KA2,Ve
42+2×4Ve=KA2×10 62+2×6Ve=KA2×20 得Ve=1升， KA2 =2.4升2/分
本例也可用a,ε表达,
DP L
=
4.17
a2(1 -
e3
e
)2
µu
+
a(1 -
0.29 e 3
e
)
ru2
先用实验值算出a,ε，再用这两个参数来计算实 际工艺物料的压降
量纲分析法
研究方法比较
对过程无须有深刻理解, “黑箱”法
①析因实验 ②无量纲化 ③测定性实验
数模法
对过程有深刻理解，能将过程大幅度简化
y
=
d
2 eV
d
2 eS
=
52 5.52
= 0.81
②dev, des, dea三者关系
dea
= ydev
=
y
d 1.5 es
dea≤dev≤des
2.2 颗粒群的特性 大小不一： 筛分分析 1 kg 颗粒群
频率函数
(粒级质量分率~dp)
fi
=
化工原理第4章
化工原理
The principles of Chemical Engineering
主讲、制作：佟永纯
河西学院化学系
5.颗粒的沉降
5.1 概述 5.2颗粒的沉降运动 5.3沉降分离设备
5.1 概述
本章考察流固两相物系中固体颗粒与流体间的 相对运动。在流固两相物系中，不论作为连续相的 流体处于静止还是作某种运动，只要固体颗粒的密 度 大于流体的密度 ，那么在重力场中,固体颗 粒将在重力方向上与流体做相对运动，在离心力场 中，则与流体作离心力方向上的相对运动。
Re t ut d
5.3沉降分离设备
5.3.1重力沉降设备
5.3.2离心沉降设备
5.3.1重力沉降设备
降尘室
降尘室的生产能力
降尘室的生产能力是指降
尘室所处理的含尘气体的体
气体 进口 气体 出口
积流量，用qv表示，m3/s。 降尘室内的颗粒运动
气体
集灰斗 降尘室
L B
u
H
以速度u
随气体流动
d P ( P )g ut 18
2
Re P 2
，层流区（Sokes区）
2 Re P 500，过渡区（Allen区）
d P 1.6 ( P ) g u t 0.781 0.4 0.6
0.714
500 Re P 2 10
The principles of Chemical Engineering
主讲、制作：佟永纯
河西学院化学系
5.颗粒的沉降
5.1 概述 5.2颗粒的沉降运动 5.3沉降分离设备
5.1 概述
本章考察流固两相物系中固体颗粒与流体间的 相对运动。在流固两相物系中，不论作为连续相的 流体处于静止还是作某种运动，只要固体颗粒的密 度 大于流体的密度 ，那么在重力场中,固体颗 粒将在重力方向上与流体做相对运动，在离心力场 中，则与流体作离心力方向上的相对运动。
Re t ut d
5.3沉降分离设备
5.3.1重力沉降设备
5.3.2离心沉降设备
5.3.1重力沉降设备
降尘室
降尘室的生产能力
降尘室的生产能力是指降
尘室所处理的含尘气体的体
气体 进口 气体 出口
积流量，用qv表示，m3/s。 降尘室内的颗粒运动
气体
集灰斗 降尘室
L B
u
H
以速度u
随气体流动
d P ( P )g ut 18
2
Re P 2
，层流区（Sokes区）
2 Re P 500，过渡区（Allen区）
d P 1.6 ( P ) g u t 0.781 0.4 0.6
0.714
500 Re P 2 10
化工原理 精馏
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第一节
2 、蒸馏分离的特点
概述
（ 1 ）通过蒸馏操作，可以直接获得所需要的产品， 而吸收和萃取还需要如其它组分； （ 2 ）蒸馏分离应用较广泛，历史悠久； （ 3 ）能耗大，在生产过程中产生大量的气相或液相。
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第一节
3 、蒸馏的分类
概述
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温 度 T ℃
泡点
x(y1) x 越大，易挥发组分的含量越高，泡点温度越低。
y 越大，易挥发组分含量越高，露点温度越低。
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2、x-y图
• 平衡线位于对角线的上方，平衡线偏离对角线愈远， 表示该溶液愈易分离。
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1-2-2 两组分非理想物系的气液平衡
B ln P A t C
0
式中 A 、 B 、 C 为组分的安托因常数，可由有关 手册查得。
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2 ）用相对挥发度表示气液平衡关系 （ 1 ）挥发度 • 对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压
0 A PA
0 vB P B
• 对混合液，各组分的挥发度可用它在蒸气中的分压和 Pi 与之平衡的液相中的摩尔分数之比表示，即 i xi （ 2 ）相对挥发度：溶液中易挥发组分的挥发度与 难挥发组分 的挥发度之比，用 α 表示。 A PA / xA 操作压强不高 PyA / xA yA xB vB PB / xB PyB / xB yB xA
第一节
2 、蒸馏分离的特点
概述
（ 1 ）通过蒸馏操作，可以直接获得所需要的产品， 而吸收和萃取还需要如其它组分； （ 2 ）蒸馏分离应用较广泛，历史悠久； （ 3 ）能耗大，在生产过程中产生大量的气相或液相。
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第一节
3 、蒸馏的分类
概述
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温 度 T ℃
泡点
x(y1) x 越大，易挥发组分的含量越高，泡点温度越低。
y 越大，易挥发组分含量越高，露点温度越低。
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2、x-y图
• 平衡线位于对角线的上方，平衡线偏离对角线愈远， 表示该溶液愈易分离。
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1-2-2 两组分非理想物系的气液平衡
B ln P A t C
0
式中 A 、 B 、 C 为组分的安托因常数，可由有关 手册查得。
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2 ）用相对挥发度表示气液平衡关系 （ 1 ）挥发度 • 对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压
0 A PA
0 vB P B
• 对混合液，各组分的挥发度可用它在蒸气中的分压和 Pi 与之平衡的液相中的摩尔分数之比表示，即 i xi （ 2 ）相对挥发度：溶液中易挥发组分的挥发度与 难挥发组分 的挥发度之比，用 α 表示。 A PA / xA 操作压强不高 PyA / xA yA xB vB PB / xB PyB / xB yB xA
化工原理吸收塔的计算教材
L Y Y2 G X X2
Y
L G
XБайду номын сангаас
(Y2
L G
X2)
G，Y
L,X
吸收操作线(operating line)方程
G，Y1,
L,X1
G-通过吸收塔的惰性气体流率，kmol/s.m2 浓端
L-通过吸收塔的吸收剂流率，kmol/s.m2
L/G-液气比
全塔物料衡算式：
Y
L Y1 Y2
Y1
G X1 X2
(Y-Y*) 或 (X-X*) 为 塔 内 Y 该截面处的传质推动力, Y* 操作线与平衡线越远， Y2
传质推动力就越大。
B
斜率 L G
O
T
X2 X X* X1
平衡线
X
二、最小液气比与吸收剂的用量
（一）已知量与待求量 已知混合气中的惰性气体量G，进料气体量Y1，吸收
剂组成X2以及分离要求。待求量为吸收剂用量 L 。
HG
NG
HOG
NOG
Z G Y1 dY G Y1 dY kY a Y2 Y1 Yi KY a Y2 Y Y *
Z L X1 dX L X1 dX kX a X2 X i X K X a X2 X * X
HL
NL
HOL
NOL
低浓度气体吸收塔计算填料层高度的基本公式
化工原理第四章 传热ppt课件
一、傅立叶定律
（一）温度场和温度梯度
温度场：物体内各点温度在时空中的分布。
Tf(x,y,z,)
定态时： Tf(x,y,z)
一维稳定温度场：T f (x)
等温面：温度相同的点所组成的面。
等温面彼此不会相交。
一维稳定温度场内的等温面是平行或同心的圆筒面。
精选PPT课件
9
温度梯度:
dt
dt
一维时：
dn
dn
傅立叶定律与牛顿粘性定律类似。
dudu
dy dr
（此处的类似是指非同类过程之间的相似性）
精选PPT课件
12
二、热导率
物质的物理性质之一
表征物质的导热能力， λ越大，导热性能越好。 影响因素： 物质种类、环境温度等
（1） 固体导热系数 λ的数量级（W/m·℃）：金属：10~102
建材：10-1~10 绝热材料：10-2~10-1
（一) 单层圆筒壁的稳态热传导
（1）材料密度均匀，导热系数λ为常数； （2）圆筒壁内外两侧温度均匀、恒定； （3）内部温度仅沿半径方向（垂直于壁面）变化；
总传热量Q沿r方向各处相等； q沿r方向各截面传热量不等；
精选PPT课件
21
依傅立叶定律：Q A dt
dr
即 Q2rl dt
dr
Q r2dr2l t2dt
t1t4 3 bi
（一）温度场和温度梯度
温度场：物体内各点温度在时空中的分布。
Tf(x,y,z,)
定态时： Tf(x,y,z)
一维稳定温度场：T f (x)
等温面：温度相同的点所组成的面。
等温面彼此不会相交。
一维稳定温度场内的等温面是平行或同心的圆筒面。
精选PPT课件
9
温度梯度:
dt
dt
一维时：
dn
dn
傅立叶定律与牛顿粘性定律类似。
dudu
dy dr
（此处的类似是指非同类过程之间的相似性）
精选PPT课件
12
二、热导率
物质的物理性质之一
表征物质的导热能力， λ越大，导热性能越好。 影响因素： 物质种类、环境温度等
（1） 固体导热系数 λ的数量级（W/m·℃）：金属：10~102
建材：10-1~10 绝热材料：10-2~10-1
（一) 单层圆筒壁的稳态热传导
（1）材料密度均匀，导热系数λ为常数； （2）圆筒壁内外两侧温度均匀、恒定； （3）内部温度仅沿半径方向（垂直于壁面）变化；
总传热量Q沿r方向各处相等； q沿r方向各截面传热量不等；
精选PPT课件
21
依傅立叶定律：Q A dt
dr
即 Q2rl dt
dr
Q r2dr2l t2dt
t1t4 3 bi
化工原理
百科名片
化工原理
化学工程学及其进展化学工程学，以化学、物理和数学原理为基础，研究物料在工业规模条件下，它所发生物理或化学点击此处添加图片说明状态变化的工业过程及这类工业过程所用装置的设计和操作的一门技术学科。化学工程学的进展：三阶段：单元操作：20世纪初期。单元操作的物理化学原理及定量计算方法，奠定了化学工程做为一门独立工程学科的基础。“三传一反”概念：20世纪60年代多分支：20世纪60年代末。形成了单元操作、传递过程、反应工程、化工热力学、化工系统工程、过程动态学及控制等完整体系。
目录
英文名称
0.1 化学工程学科的进展
单元操作
图书信息
内容简介
图书目录
绪论
第1章流体流动原理及应用
第2章传热及传热设备
第3章传质原理及应用
第4章固体颗粒流体力学基础与机械分离
第5章固体干燥
第6章其他单元
附录
化工原理（第三版上册）
化工原理（第三版）（下册）
内容简介
目录
一、上册
二、下册
英文名称
0.1 化学工程学科的进展
单元操作
图书信息
图书目录
绪论
第1章流体流动原理及应用
第2章传热及传热设备
第3章传质原理及应用
第4章固体颗粒流体力学基础与机械分离
第5章固体干燥
第6章其他单元
附录
化工原理（第三版上册）
化工原理（第三版）（下册）
内容简介
目录
一、上册
二、下册
展开
编辑本段英文名称
Chemical Engineering Principles
编辑本段0.1 化学工程学科的进展
单元操作
化工生产是以化学变化或化学处理为主要特征的工业生产过程。在化学工业中，对原料进行大规模的加工处理，使其不仅在状态与物理性质上发生变化，而且在化学性质生也发生变化，成为合乎要求的产品，这个过程即叫化工生产过程。以氯碱生产为例说明化工生产过程的基本步骤。
(10—22-2009年)工科—化工原理(第四章传热第四节 热交换器的计算)
120 80 1
钢板
80cm α =250 t=80℃ 有机物
饱 和 蒸 气 α =1000 t=120℃ 搪瓷
Q Kt S
1
蒸汽
b
钢 钢
b
瓷 瓷
1
有机物
则
120 80 2 5.51kw / m 1 0.008 0.003 1 1000 50 1 .0 250
热
T1 t2 0
T2 t1 A
T1
冷
*错流:两流体流向垂直 *折流:一种流体流向不变,另一种方向交替改变 (3)并逆流时△tm的计算(以并流为例) 如图:设 冷热流体的质量流量分别为mc, mH;等 压热容分别为Cpc, CpH,且整个传热过程 中无热损失,为稳定传热. 令T1-t1=△t1,T2-t2=△t2
200 1.1 363.5 103 3600 则水蒸气用量 0.01026 kg / s 36.93kg / h 3 2166 4 10 .
四.说明：传热系数的大致范围 换热流体 K的范围W/m2K 换热流体 K的范围W/m2K g-g 20-30 油-水 150-400 g-水 10-60 冷凝蒸汽-水 300-2000 水-水 800-1800 冷凝蒸汽-油 50-400 说明:应根据具体情况计算
钢板
80cm α =250 t=80℃ 有机物
饱 和 蒸 气 α =1000 t=120℃ 搪瓷
Q Kt S
1
蒸汽
b
钢 钢
b
瓷 瓷
1
有机物
则
120 80 2 5.51kw / m 1 0.008 0.003 1 1000 50 1 .0 250
热
T1 t2 0
T2 t1 A
T1
冷
*错流:两流体流向垂直 *折流:一种流体流向不变,另一种方向交替改变 (3)并逆流时△tm的计算(以并流为例) 如图:设 冷热流体的质量流量分别为mc, mH;等 压热容分别为Cpc, CpH,且整个传热过程 中无热损失,为稳定传热. 令T1-t1=△t1,T2-t2=△t2
200 1.1 363.5 103 3600 则水蒸气用量 0.01026 kg / s 36.93kg / h 3 2166 4 10 .
四.说明：传热系数的大致范围 换热流体 K的范围W/m2K 换热流体 K的范围W/m2K g-g 20-30 油-水 150-400 g-水 10-60 冷凝蒸汽-水 300-2000 水-水 800-1800 冷凝蒸汽-油 50-400 说明:应根据具体情况计算
化工原理 精馏
B ln P A t C
0
式中 A 、 B 、 C 为组分的安托因常数，可由有关 手册查得。
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2 ）用相对挥发度表示气液平衡关系 （ 1 ）挥发度 • 对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压 0 0 vB PB A PA • 对混合液，各组分的挥发度可用它在蒸气中的分压和 P 与之平衡的液相中的摩尔分数之比表示，即 i i xi （ 2 ）相对挥发度：溶液中易挥发组分的挥发度与 难挥发组分 的挥发度之比，用 α 表示。 A PA / xA 操作压强不高 Py A / xA y A xB vB PB / xB PyB / xB yB xA
4-1-1 精馏过程原理
1 、多次部分汽化和多次部分冷凝
精馏原理：精馏塔中蒸汽自下而上流动，液体自上而下 流动。汽液两相在塔板上接触并分开。 接触时汽相的热传递给液体，使液体易挥发组分 部分汽化传质到汽相中； 而汽相被液体冷凝使汽相中的难挥发组分部分冷 凝转入到液相中。
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三、两组分理想溶液的汽液平衡相图
蒸馏操作通常是在一定的外压下进行，溶液的平衡温度随 组成而变。溶液的平衡温度 — 组成图是分析蒸馏原理的基础。
1 、温度 — 组成 ( t – x – y 图 )
化工原理课件--传热单元操作与设备
2、几点说明
（1）当传热面为平壁时：
S0 SmSi
11
1
R R （2）当忽略管壁热阻和污垢热阻时S0 ：
K0
Si i
（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。
1 11
K 0 i
二、污垢热阻的影响 污垢热阻不可忽略，选用经验值。 三、强化传热途径 1、增大传热面积 2、增大传热温度差 3、增大传热系数
◆载热体：参与换热的两种流体。
热载热体（热流体）：加热剂（水蒸
载热体
汽）
冷载热体（冷流体）：冷却剂（水、冷
冻盐水、空气）
1、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；
2、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； 3、蓄热式 4、中间载热体式换热器：热管；
2、对流传热膜系数总准数关联式 （1）无相变化时，对流传热系数的特征关联式
（2）通过 量纲分f 析的u 无, 量l 纲,数为, ： ,,c p ,g t
努塞尔准数 雷诺数 普兰特准数 格拉斯霍夫准数
lAlu ac pfl3 2g 2th
3、流体无相变化时的对流传热系数关联式 （1）圆形直管内强制对流
t
t 2、变温传热： m Tt
（1）一类：
(化工原理)第四节 传热计算
平均温度差法-11
平均温度差法-12
平均温度差法-13
平均温度差法-14
平均温度差法-15
平均温度差法-16
对于1-2型（单壳程双管程）换热器， 可用下式计算
对于1-2n型,也可近似使用
平均温度差法-17
（三）流向的选择
在两流体进、出口温度各自相同的条件下，逆流时的平均温度 差最大，并流时最小，其它流向介于两者之间。逆流优于并流 和其它流型。当换热器的传热量Q及总传热系数一定时，采用 逆流流动，所需的换热器的传热面积最小
平均温度差法-18
三、总传热系数K不为常数时的传热计 算
多数情况下可视为常数 不为常数时积分
在设计换热器时，总传热系数K的来源
（1）选用生产实际的经验数据 （2）实验测定 （3）K值的计算
4-4-5 传热单元数法-1
传热单元数（NTU）法又称传热效率传热单元数（ε – NTU）法，在校核计 算、热能回收利用等方面的计算中得到 了广泛的应用。
平均温度差法-9
2.错流和折流时的平均温度差
错流 与 折流 对于错流和折流时的对数平均温度差,可采用
安德伍德和鲍曼提出的图算法 先按逆流求算,然后再根据流动方向加以校正
平均温度差法-10
温度差校正系数与冷、热两流体的温度变化 有关,是P和R两因素的函数
温度差校正系数值可根据P和R两因数查图得
化工原理第四章第四节
对于平壁，若壁面两侧的污垢热阻分别为Rd1 和Rd2，则
11
b
1
K1Rd1Rd22
2020/5/1
B
19
对于圆筒壁，若圆筒壁内、外表面的污垢热 阻分别用Rdi和Rd0表示，则
K 101 0R d0bd dm 0R did d0 i 1i d d0 i
2020/5/1
B
20
例：有一套管换热器，由φ25×2.5 mm的钢管组成。
B
1
已知：T1、 T2、 cp1、 qm1
t1、 t2、 cp2
2020/5/1
求： qm2
B
2
第四节 总传热过程的分析计算
2020/5/1
B
3
总传热过程的计算
热量衡算
总传热速率方程
总传热系数
平均温度差
传热面积的计算
传热计算举例
2020/5/1
B
4
一、热量衡算
冷、热流体在间壁式换热器中进行热交换时 ，若热损失可忽略，则在单位时间内热流体放 出的热量等于冷流体吸收的热量。即：
cp1——热流体的平均定压比热，J·kg-1·℃-1 。
2020/5/1
B
6
冷流体单位时间内吸收的热量为：
Q2qm2cp2(t2t1)
qm2——冷流体的质量流量，kg·s-1。
cp2——冷流体的平均定压比热，J·kg-1·℃-1 。
大学化学《化工原理-流体流动1》课件
N s m2
T↑ 液体 ↓, 气体 ↑
P↑ 基本不变, 基本不变
40atm以上考虑变化
第一章 第一节
混合粘度
1、不缔合混合液体
log m
xi log i
2、低压下混合气体
m
yi
M 1/ 2
ii
/
yi
M
1/ i
2
( yi摩尔分率，M i分子量)
第一章 第一节
第一章 流体流动
第一节 流体流动中的作用力 第二节 流体静力学方程 第三节 流体流动的基本方程 第四节 流体流动现象 第五节 流体在管内流动阻力 第六节 管路计算 第七节 流量的测定
化工原理
目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
绪论
流体流动 流体输送机械 流体流过颗粒和颗粒层的流动 非均相物系的分离 传热 蒸发 总结
第一章 流体流动
第一节 流体流动中的作用力 第二节 流体静力学方程 第三节 流体流动的基本方程 第四节 流体流动现象 第五节 流体在管内流动阻力 第六节 管路计算 第七节 流量的测定
第一节 流体流动中的作用力
化工过程中 的流体流动
管道输送 多相流 单元操作中流动现象
第一章 第一节
一、体积力和密度： = m/V
p
T
液体 基本不变 稍有变化
气体 改变
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QKiAitm
QKoAotm
2020/5/23
QKmAmtm
-
三、总传热系数
1、总传热系数K的来源
（1）生产实际的经验数据：表4-7（P332） （2）实验测定 （3）分析计算
2020/5/23
-
2、总传热系数K的计算 以传热面积A1为基准的总传热系数为
1 1bdA1 1 dA1
K1 1 dAm 2 dA2
（1）试求பைடு நூலகம்传热系数；
（2）保持其他条件不变，试分别计算将α1提高一倍时 的Ki’值；将α2提高一倍时的Ki’’值。
2020/5/23
-
解：（1）以外表面积为基准的总传热系数为
cp1——热流体的平均定压比热，J·kg-1·℃-1 。
2020/5/23
-
冷流体单位时间内吸收的热量为：
Q2qm2cp2(t2t1)
qm2——冷流体的质量流量，kg·s-1。
cp2——冷流体的平均定压比热，J·kg-1·℃-1 。
工程上，以定性温度下的定压比热代替平均 定压比热进行计算。
2020/5/23
例：有一列管式换热器，用冷却水使流量为
2000kg·h-1的硝基苯从82℃冷却至27℃，冷却 水由15℃升至35℃，试求冷却水用量。已知硝 基苯的平均定压比热cp1=1.58kJ·kg-1·℃-1， 水 的 平 均 定 压 比 热 cp2=4.179kJ·kg-1·℃-1 。
设备热损失可忽略。
2020/5/23
-
1 1bd0 1d0
K0 0 dm i di
或K0
1
b
1 d0
1
d0
0 dm i di
——基于外表面积总传热系数计算公式
那么：
K i ? Km ?
2020/5/23
-
3、污垢热阻
在总计算传热系数K时，一般不能忽略污垢 热阻，常采用污垢热阻的经验值（P149表4-6）
对于平壁，若壁面两侧的污垢热阻分别为Rd1 和Rd2，则
热流体放出的热量为： Q1 qm1r1
r1——饱和蒸汽的冷凝潜热，J·kg-1。
冷流体吸收的热量为：Q2 qm2r2
r2——饱和液体的汽化潜热，J·kg-1。
2020/5/23
-
（2）冷、热流体有一侧发生相变化，另一侧不 发生相变化。
若热流体发生相变化：
a、热流体仅发生相变化，不发生温度变化
Q q m 1 r 1 q m 2 c p 2t2 t1
为 150kPa 时 的 温 度 为 TS=111℃ ， 冷 凝 潜 热 为
rh=2229kJ·kg-1。
蒸汽冷凝时，要放出潜热，又要放出显热。
依题意知，冷凝水由TS=111℃降温至50℃，则
定性温度为 T1115080.5oC
2020/5/23
2-
由附录3查得水在80.5℃时的定压比热为
所以
b、热流体发生相变化同时发生温度变化
Q q m 1 r 1 q m 1 c p 1 T s T 2 q m 2 c p 2 t 2 t 1
2020/5/23
-
例：试计算压力为150kPa、流量为1500kg·h-1的饱
和水蒸气冷凝至50℃的水时所放出的热量。
解：由附录7（P332）查得，饱和水蒸气在压力
-
（2）热焓法 热流体单位时间内放出的热量为
Q 1qm 1H 1H 2
H1、H2—分别为热流体在温度为T1、T2时的焓值，J·kg-1。
冷流体单位时间内吸收的热量为
Q 2qm 2h2h1
h1、h2——分别为冷流体在温度为t1、t2时的焓值，J·kg-1。
2020/5/23
-
2、冷、热流体在传热过程中发生相变化 （1）冷、热流体均仅发生相变化
Q1 Q2
Q1——单位时间内热流体放出的热量，W或kW。
Q2——单位时间内冷流体吸收的热量，W或kW。
应用：计算换热器的传热量（热负荷）。
2020/5/23
-
1、冷、热流体在传热过程中均不发生相变化 （1）比热法
热流体单位时间内放出的热量为：
Q 1qm 1cp1 T1T2
qm1——热流体的质量流量，kg·s-1。
-
2020/5/23
已知：T1、 T2、 cp1、
t1、 t2、 cp2
求： qm2
-
qm1
第四节 总传热过程的分析计算
2020/5/23
-
总传热过程的计算
热量衡算
总传热速率方程
总传热系数
平均温度差
传热面积的计算
2020/5/23
传热计算举例
-
一、热量衡算
冷、热流体在间壁式换热器中进行热交换时 ，若热损失可忽略，则在单位时间内热流体放 出的热量等于冷流体吸收的热量。即：
——总传热系数的通式 表明：传热过程的总热阻=各串联热阻的叠加
2020/5/23
-
若传热面为平壁，总传热系数为：
1 1 b 1
K 1 2
对于圆筒壁，以管外表面为基准的总传热系数为
1
K0
1bdA0 1dA0
0 dAm i dAi
dA ddL
d
A0 d
Am d0
dm
dA0 dAi d0 di
2020/5/23
cp14.196kJkg1oC1.
Q q m 1 r 1 q m 1 c p 1 T 1 T 2 q m 1 r 1 q m 1 c p 1 T S T 2
1 5 0 0 2 2 2 9 1 0 3 1 5 0 0 4 .1 9 6 1 0 3 1 1 1 5 0
3 6 0 0
3 6 0 0
1.035106W
2020/5/23
-
二、总传热速率方程
经推导：
QKAtm
K——换热器的平均总传热系数，W·m-2·℃-1。
也可写成： Q t m 1
2020/5/23
KA
1 ——总传热热阻
KA -
注意：其中K必须和所选择的传热面积A相 对应。
若间壁为圆筒壁，则以不同传热面积为基准的 总传热速率方程为：
K 111Rd1bRd212
2020/5/23
-
对于圆筒壁，若圆筒壁内、外表面的污垢热 阻分别用Rdi和Rd0表示，则
K 101 0R d0bd dm 0R did d0 i 1i d d0 i
2020/5/23
-
例：有一套管换热器，由φ25×2.5 mm的钢管组成。 CO2在管内流动，α1= 40 W·m-2·℃-1。冷却水在管外流 动α2= 3000 W·m-2·℃-1，钢管的导热系数λ= 45 W·m-2·℃-1 ，冷却水测的污垢热阻Rd2= 0.21×10-3 m2·℃·W-1，CO2 侧的污垢热阻Rd1= 0.53×10-3 m2·℃·W-1。
QKoAotm
2020/5/23
QKmAmtm
-
三、总传热系数
1、总传热系数K的来源
（1）生产实际的经验数据：表4-7（P332） （2）实验测定 （3）分析计算
2020/5/23
-
2、总传热系数K的计算 以传热面积A1为基准的总传热系数为
1 1bdA1 1 dA1
K1 1 dAm 2 dA2
（1）试求பைடு நூலகம்传热系数；
（2）保持其他条件不变，试分别计算将α1提高一倍时 的Ki’值；将α2提高一倍时的Ki’’值。
2020/5/23
-
解：（1）以外表面积为基准的总传热系数为
cp1——热流体的平均定压比热，J·kg-1·℃-1 。
2020/5/23
-
冷流体单位时间内吸收的热量为：
Q2qm2cp2(t2t1)
qm2——冷流体的质量流量，kg·s-1。
cp2——冷流体的平均定压比热，J·kg-1·℃-1 。
工程上，以定性温度下的定压比热代替平均 定压比热进行计算。
2020/5/23
例：有一列管式换热器，用冷却水使流量为
2000kg·h-1的硝基苯从82℃冷却至27℃，冷却 水由15℃升至35℃，试求冷却水用量。已知硝 基苯的平均定压比热cp1=1.58kJ·kg-1·℃-1， 水 的 平 均 定 压 比 热 cp2=4.179kJ·kg-1·℃-1 。
设备热损失可忽略。
2020/5/23
-
1 1bd0 1d0
K0 0 dm i di
或K0
1
b
1 d0
1
d0
0 dm i di
——基于外表面积总传热系数计算公式
那么：
K i ? Km ?
2020/5/23
-
3、污垢热阻
在总计算传热系数K时，一般不能忽略污垢 热阻，常采用污垢热阻的经验值（P149表4-6）
对于平壁，若壁面两侧的污垢热阻分别为Rd1 和Rd2，则
热流体放出的热量为： Q1 qm1r1
r1——饱和蒸汽的冷凝潜热，J·kg-1。
冷流体吸收的热量为：Q2 qm2r2
r2——饱和液体的汽化潜热，J·kg-1。
2020/5/23
-
（2）冷、热流体有一侧发生相变化，另一侧不 发生相变化。
若热流体发生相变化：
a、热流体仅发生相变化，不发生温度变化
Q q m 1 r 1 q m 2 c p 2t2 t1
为 150kPa 时 的 温 度 为 TS=111℃ ， 冷 凝 潜 热 为
rh=2229kJ·kg-1。
蒸汽冷凝时，要放出潜热，又要放出显热。
依题意知，冷凝水由TS=111℃降温至50℃，则
定性温度为 T1115080.5oC
2020/5/23
2-
由附录3查得水在80.5℃时的定压比热为
所以
b、热流体发生相变化同时发生温度变化
Q q m 1 r 1 q m 1 c p 1 T s T 2 q m 2 c p 2 t 2 t 1
2020/5/23
-
例：试计算压力为150kPa、流量为1500kg·h-1的饱
和水蒸气冷凝至50℃的水时所放出的热量。
解：由附录7（P332）查得，饱和水蒸气在压力
-
（2）热焓法 热流体单位时间内放出的热量为
Q 1qm 1H 1H 2
H1、H2—分别为热流体在温度为T1、T2时的焓值，J·kg-1。
冷流体单位时间内吸收的热量为
Q 2qm 2h2h1
h1、h2——分别为冷流体在温度为t1、t2时的焓值，J·kg-1。
2020/5/23
-
2、冷、热流体在传热过程中发生相变化 （1）冷、热流体均仅发生相变化
Q1 Q2
Q1——单位时间内热流体放出的热量，W或kW。
Q2——单位时间内冷流体吸收的热量，W或kW。
应用：计算换热器的传热量（热负荷）。
2020/5/23
-
1、冷、热流体在传热过程中均不发生相变化 （1）比热法
热流体单位时间内放出的热量为：
Q 1qm 1cp1 T1T2
qm1——热流体的质量流量，kg·s-1。
-
2020/5/23
已知：T1、 T2、 cp1、
t1、 t2、 cp2
求： qm2
-
qm1
第四节 总传热过程的分析计算
2020/5/23
-
总传热过程的计算
热量衡算
总传热速率方程
总传热系数
平均温度差
传热面积的计算
2020/5/23
传热计算举例
-
一、热量衡算
冷、热流体在间壁式换热器中进行热交换时 ，若热损失可忽略，则在单位时间内热流体放 出的热量等于冷流体吸收的热量。即：
——总传热系数的通式 表明：传热过程的总热阻=各串联热阻的叠加
2020/5/23
-
若传热面为平壁，总传热系数为：
1 1 b 1
K 1 2
对于圆筒壁，以管外表面为基准的总传热系数为
1
K0
1bdA0 1dA0
0 dAm i dAi
dA ddL
d
A0 d
Am d0
dm
dA0 dAi d0 di
2020/5/23
cp14.196kJkg1oC1.
Q q m 1 r 1 q m 1 c p 1 T 1 T 2 q m 1 r 1 q m 1 c p 1 T S T 2
1 5 0 0 2 2 2 9 1 0 3 1 5 0 0 4 .1 9 6 1 0 3 1 1 1 5 0
3 6 0 0
3 6 0 0
1.035106W
2020/5/23
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二、总传热速率方程
经推导：
QKAtm
K——换热器的平均总传热系数，W·m-2·℃-1。
也可写成： Q t m 1
2020/5/23
KA
1 ——总传热热阻
KA -
注意：其中K必须和所选择的传热面积A相 对应。
若间壁为圆筒壁，则以不同传热面积为基准的 总传热速率方程为：
K 111Rd1bRd212
2020/5/23
-
对于圆筒壁，若圆筒壁内、外表面的污垢热 阻分别用Rdi和Rd0表示，则
K 101 0R d0bd dm 0R did d0 i 1i d d0 i
2020/5/23
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例：有一套管换热器，由φ25×2.5 mm的钢管组成。 CO2在管内流动，α1= 40 W·m-2·℃-1。冷却水在管外流 动α2= 3000 W·m-2·℃-1，钢管的导热系数λ= 45 W·m-2·℃-1 ，冷却水测的污垢热阻Rd2= 0.21×10-3 m2·℃·W-1，CO2 侧的污垢热阻Rd1= 0.53×10-3 m2·℃·W-1。