化工原理PPT课件
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化工原理ppt-第一章流体流动
其单位为J/kg。
2022/8/11
34
二、流体系统的质量守恒与能量守恒
2. 柏努利方程
(1) 总能量衡算
4）外加能量 流体输送机械（如泵或风机）向流体作功。单位质量流体所获得
的机械能。用We表示，单位J/kg。 5）能量损失
液体流动克服自身粘度而产生摩擦阻力，同时由于管路局部装置 引起的流动干扰、突然变化而产生的阻力。流体流动时必然要消耗 部分机械能来克服这些阻力。单位质量流体克服各种阻力消耗的机 械能称为能量损失。用Σhf ，单位J/kg。
2022/8/11
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知识运用
【1-3】某自来水厂要求安装一根输水量为30m3/h的管道，试选择一合 适的管子。
解：水的密度：1000kg/m3， 体积流量：Vs=30000/（3600×1000）=0.0083（m3/s）
查表水流速范围，取u=1.8m3/s
根据d 4Vs
u
d 4Vs 4 30 / 3600 0.077 m 77mm
22
一、流体流量和流速
2.流速
单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。
（1）平均流速：u=Vs/A （m/s）
关系:G =u
（2）质量流速：G=Ws/A (kg/(m2·s))
2022/8/11
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一、流体流量和流速
3.圆形管道直径的选定
2022/8/11
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一、流体流量和流速
3.圆形管道直径的选定
2022/8/11
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二、流体压力
2.表压与真空度
表压和真空度
p 当地大气压，
表压强=绝对压强-大气压强
p 当地大气压，
真空度=大气压强-绝对压强
《化工原理》课件
进行期末考试，综合评估学生在整个课程中的学 习成果。
学习资源
1 教材推荐
2 参考书目
除了《化工原理》教材外， 我们还推荐以下参考教材， 有助于更深入地理解化工 原理。
在课程中提供的参考书目 中，您可以找络资源
我们提供一些网络资源， 供学生进一步学习化工原 理和实际应用。
推荐使用《化工原理》教材， 该教材详细解释了化工原理 的基本概念和实际应用。
重要概念
1 反应原理
了解不同类型的化学反应和它们的原理，如 合成反应、分解反应和酸碱反应。
2 质量守恒与能量守恒
理解质量守恒定律和能量守恒定律，并学会 在化工过程中应用。
3 化学平衡
4 反应动力学
学习如何计算和控制化学反应中的平衡常数， 以及如何进行反应平衡的优化。
《化工原理》PPT课件
欢迎来到《化工原理》PPT课件！本课程将介绍化工基本原理和实际应用，帮 助您理解化工流程和反应动力学。
课程介绍
课程目标
掌握化工基本原理，理解反 应动力学，培养化工工艺设 计的能力。
课程概述
介绍化工原理相关的重要概 念和实际应用，涵盖质量守 恒、能量守恒和化学平衡等 方面。
教材介绍
掌握反应速率和化学动力学的概念，了解如 何改变反应速率和提高反应效率。
实际应用
化工工艺流程
了解化工工艺流程的基本原理，包括物料流动、反 应控制和产品分离等关键步骤。
催化剂的应用
探索催化剂在化工过程中的重要作用，了解如何选 择和使用催化剂以提高反应效率。
课程评估
课堂作业 期中考试 期末考试
通过完成课堂作业，巩固对课程知识的理解和应 用能力。 进行期中考试，评估学生对化工原理的掌握程度。
学习资源
1 教材推荐
2 参考书目
除了《化工原理》教材外， 我们还推荐以下参考教材， 有助于更深入地理解化工 原理。
在课程中提供的参考书目 中，您可以找络资源
我们提供一些网络资源， 供学生进一步学习化工原 理和实际应用。
推荐使用《化工原理》教材， 该教材详细解释了化工原理 的基本概念和实际应用。
重要概念
1 反应原理
了解不同类型的化学反应和它们的原理，如 合成反应、分解反应和酸碱反应。
2 质量守恒与能量守恒
理解质量守恒定律和能量守恒定律，并学会 在化工过程中应用。
3 化学平衡
4 反应动力学
学习如何计算和控制化学反应中的平衡常数， 以及如何进行反应平衡的优化。
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课程介绍
课程目标
掌握化工基本原理，理解反 应动力学，培养化工工艺设 计的能力。
课程概述
介绍化工原理相关的重要概 念和实际应用，涵盖质量守 恒、能量守恒和化学平衡等 方面。
教材介绍
掌握反应速率和化学动力学的概念，了解如 何改变反应速率和提高反应效率。
实际应用
化工工艺流程
了解化工工艺流程的基本原理，包括物料流动、反 应控制和产品分离等关键步骤。
催化剂的应用
探索催化剂在化工过程中的重要作用，了解如何选 择和使用催化剂以提高反应效率。
课程评估
课堂作业 期中考试 期末考试
通过完成课堂作业，巩固对课程知识的理解和应 用能力。 进行期中考试，评估学生对化工原理的掌握程度。
化工原理ppt课件
B
•
•••••
• •
H
u hor izont al
qV BH
设在水平方向上，颗粒与气体流同速。
工程处理方法：寻找颗粒得以分离的条件，从时间上考虑。
((停沉rseemt留降tlain时时ingin间间dgu：：rdau颗trioa粒nti)o随n同)t 气流uh在t 降尘h室为中颗的粒时距间离段底平 r面的u距horL离izontal
A
B
D
B D 4
ui
qV A B
ui 的大小影响到器内进口旋涡、锥形底口灰 卷起情况、气流经过设备的总压降均有关。
27
两种常用旋风分离器的各部位尺寸比例
28
根据实验气体旋转圈数N一般去3－5. 例1：已知含尘气体中尘粒速度为2300kg／m3.气体温度为500℃, µ=0.036cp流量为1000m3/h.采用某种形式的旋风分离器,D=400mm, B=D/4,A=D/2,H=2D,d=D/2.试估算临界直dpc(即dmin)
16
2
理 论 上 ：i
dp d pc
两边同时取自然对数：
lni
2 ln d p d pc
d p d pc 注意：dmin或者d pc指能够100%被沉降分离的最小颗粒粒径。
17
5.3.2 离心沉降(centrifugal settling) 和 离心沉降设备
在离心力的作用下，使流体中的颗粒产生沉降运动（离心力 方向上的运动），称为离心沉降。
分离器。以旋风分离器为例，分析离心分离设备的工作原理、 生产指标与设备尺寸、操作条件的关系。
处理物料为含尘气体，连续稳定的操作状况。
21
（1）旋风分离器的构造及工作状态
《化工原理》PPT课件
• they are also estimated from published correlates
• A simple theory for gases shows that D is proportional to the product of the average molecular velocity and the mean free path .
7.1.1 gas-liquid equilibrium
• Henry's law
The equilibrium relation between partial pressure in the gas phase and xA The equilibrium relation between mole fraction in the gas phase and mole fraction in the liquid xA
D 1 u
3
• The mean free path for ideal gases varies inversely with pressure and increases with T1.0
• The mean molecular velocity depends on T0.5
D for ideal gases varies with T1.5 and varies inversely with pressure
Chapter 6.
• Fick’s first law of diffusion • Relations between diffusivities
DAB DBA
Equimolal diffusion
• For equimolal diffusion in gases, the net volumetric and molar flows are zero
• A simple theory for gases shows that D is proportional to the product of the average molecular velocity and the mean free path .
7.1.1 gas-liquid equilibrium
• Henry's law
The equilibrium relation between partial pressure in the gas phase and xA The equilibrium relation between mole fraction in the gas phase and mole fraction in the liquid xA
D 1 u
3
• The mean free path for ideal gases varies inversely with pressure and increases with T1.0
• The mean molecular velocity depends on T0.5
D for ideal gases varies with T1.5 and varies inversely with pressure
Chapter 6.
• Fick’s first law of diffusion • Relations between diffusivities
DAB DBA
Equimolal diffusion
• For equimolal diffusion in gases, the net volumetric and molar flows are zero
化工原理总结(第一章)ppt课件
)hf
u2
.
（3）de4 润 流 湿 通 周 截 边 面 长 积、uqAv A A： 真 4 1实 d面 e2 积
圆形套管的环隙：de d2d1
.
l le)u2
d
2
le d
（ 1 ） 管 管 进 出 口 口 ： ： 外 外 侧 侧 1 0 .5 u 2 u 1 0 、 0 、 内 内 侧 侧 0 0 u u 1 2 u u
Re2000层流=6R4ehf u
（2）Re
du
Re4000湍流一 完般 全湍 湍流 流 =fRd(ed
③有效功率: Pe、 轴功率: P
pf hf gHf
WgH、Pe
qmW、
.
Pe P
④应用要点: •确定上、下游截面及截面的选取； •位能基准面的选取； •单位的选取：即压力应同为绝压或表压； •外加能量（泵）：W（J/kg）、Pe=qmW、η=Pe/P；
.
6、阻力损失
h fhf h ， f (
第一章 流体流动
1、流体定义: 由无数流体质点所组成的连续介质
2、流体参数
① 流体的静压强
p P A
单位：N/m2或Pa、atm、mmHg、mH2O或
以流体柱高度表示 p gh
基准：P表 = P绝 －P大、P真=P大－P绝 = - P表
.
② 密度
（1）流体的密度： m f (p,T)
V
（2）气体的密度：
A A1 2 dd1 22
.
5、流体的机械能衡算式：
z1g12u12
p1
Wz2g12u22
p2
hf
（J/kg）
z121gu12 pg1 Hz221gu22pg2 Hf （J/N=m）
化工原理完整(天大版)PPT课件
化工原理
Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
可编辑课件
版权所有，未经授权禁止复制或建立镜像。谢谢!
返回 1 2021/4/25
0 绪论 1 流体流动
5 蒸馏 6 吸收
2 流体输送机械
3 非均相物系的分 离和固体流态化
4 传热
7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
可编辑课件
返回 2 2021/4/25
0 绪论
0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
可编辑课件
返回 3 2021/4/25
解：首先根据题意画出过程的物料流程图
可编辑课件
返回 16 2021/4/25
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
可编辑课件
返回 4 2021/4/25
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Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
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0 绪论 1 流体流动
5 蒸馏 6 吸收
2 流体输送机械
3 非均相物系的分 离和固体流态化
4 传热
7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
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0 绪论
0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
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解：首先根据题意画出过程的物料流程图
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返回 16 2021/4/25
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
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《化工原理》PPT课件
精选课件ppt
17
返回
用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽，
如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为φ38×3mm的无缝钢
管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。 设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？
m3/s或m3/h。
2 、质量流量mS ： 单位时间内流经管道任意截面的流体质量，
二、流速
kg/s或kg/h。
1、平均流速u ：单位时间内流体在流动方向上所流经的距离，
m/ s。
2、质量流速G ：单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，
三、相互关系： kg/（m2·s）。
mS=GA=πd2G/4
VS=uA=πd2u/4
流体流动应服从一般的守恒原理：质量守恒和能 量守恒。从这些守恒原理可得到反映流体流动规律 的基本方程式
连续性方程式（质量守恒）
柏努利方程式（能量守恒）
这是两个非常重要的方程式，请大家注意。
精选返课件回ppt
2
1-2-1 流体的流量与流速
一、流量
1、体积流量VS ： 单位时间内流经管道任意截面的流体体积，
8
1-2-3 定态流动系统的质量守恒——连续性方程
精选课件ppt
流体流速与 管道的截面 积成反比， 截面积越大 流速越小， 反之亦然。 管内不同截 面流速之比 与其相应管 径的平方成 反比。
例1-9 7
【例1-7】 在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。粗管内径
d1=10cm，
细管内径d2=5cm，当流量 为 4×10 － 3m3/s 时 ，
精选课件ppt
化工原理-精选版课件.ppt
1、牛顿型流体与非牛顿型流体；
2、层流内层与边界层，边界层的分离。
化工原理
本章 内容
2019/12/17
1.1 流体静力学基本方程 1.2 流体流动的基本方程 1.3 流体流动现象 1.4 流体在管内的流动阻力 1.5 管路计算 1.6 流速和流量测量
化工原理
第一节 流体静力学基本方程
1 流体的密度
化工原理
3、液体密度的计算 通常液体可视为不可压缩流体，其密度仅随温度略有变化 （极高压强除外）。 （1）纯组分液体的密度其变化关系可从手册中查得。
（2）混合液体的密度
取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:
xwA、xwB、、xwn ,
当m总 1kg时，xwi
其中xwi
mi
2019/12/17
化工原理
流体流动是最普遍的化工单元操作之一，研究流体流动问 题也是研究其它化工单元操作的重要基础。
掌握 内容
1、流体的密度和粘度的定义、单位、影响因 素及数据的求取；
2、压强的定义、表示法及单位换算； 3、流体静力学基本方程、连续性方程、柏努
利方程及应用； 4、流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义
2019/12/17
化工原理
5、 与密度相关的几个物理量
（1）比容：单位质量的流体所具有的体积，用υ表示，单
位为m3/kg。
mi m总
假设混合后总体积不变：
2019/12/17
V总
xwA
A
xwB
B
xwn m总
n m
化工原理
1 xwA xwB xwn
m A B
n
——液体混合物密度计算式
2、层流内层与边界层，边界层的分离。
化工原理
本章 内容
2019/12/17
1.1 流体静力学基本方程 1.2 流体流动的基本方程 1.3 流体流动现象 1.4 流体在管内的流动阻力 1.5 管路计算 1.6 流速和流量测量
化工原理
第一节 流体静力学基本方程
1 流体的密度
化工原理
3、液体密度的计算 通常液体可视为不可压缩流体，其密度仅随温度略有变化 （极高压强除外）。 （1）纯组分液体的密度其变化关系可从手册中查得。
（2）混合液体的密度
取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:
xwA、xwB、、xwn ,
当m总 1kg时，xwi
其中xwi
mi
2019/12/17
化工原理
流体流动是最普遍的化工单元操作之一，研究流体流动问 题也是研究其它化工单元操作的重要基础。
掌握 内容
1、流体的密度和粘度的定义、单位、影响因 素及数据的求取；
2、压强的定义、表示法及单位换算； 3、流体静力学基本方程、连续性方程、柏努
利方程及应用； 4、流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义
2019/12/17
化工原理
5、 与密度相关的几个物理量
（1）比容：单位质量的流体所具有的体积，用υ表示，单
位为m3/kg。
mi m总
假设混合后总体积不变：
2019/12/17
V总
xwA
A
xwB
B
xwn m总
n m
化工原理
1 xwA xwB xwn
m A B
n
——液体混合物密度计算式
化工原理 传热 完整ppt课件
─热导率或导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。
精选
18
3、热导率
QAddxtAQdt
dx
(1) 为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义)
物质的越大，导热性能越好
(2) 是分子微观运动的宏观表现
= f(结构,组成,密度,温度,压力）
(3) 各种物质的导热系数
金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
传热
精选
1
第一节 概述
一、传热过程在化工生产中的应用
加热或冷却 换热/能量回用 保温
强化传热过程 削弱传热过程
精选
2
能量回收：节能减排、资源回用！ 同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！
余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。
例如：钢铁行业烟气余热回收对比
余热没有回收
热交换器进行余热回收
流 体
间壁
流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有
流体分子热运动引起的热传导，通常把这一传热过程
称为对流传热。
精选
12
精选
13
6、传热速率方程式
传热过程的推动力是两流体的温度差，因沿传热 管长度不同位置的温度差不同，通常在传热计算 时使用平均温度差，以 t m 表示。经验指出，在稳 态传热过程中，传热速率Q与传热面积A和两流体 的温度差 t m 成正比。即得传热速率方程式为：
QKAtm1/tKmA总总 传热 热阻 推动力
式中 K ── 总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)； Q ── 传热速率，W或J/s；
A ── 总传热面积，m2；
tm ── 两流体的平均精选温差，℃或K。
14
精选
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3、热导率
QAddxtAQdt
dx
(1) 为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义)
物质的越大，导热性能越好
(2) 是分子微观运动的宏观表现
= f(结构,组成,密度,温度,压力）
(3) 各种物质的导热系数
金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
传热
精选
1
第一节 概述
一、传热过程在化工生产中的应用
加热或冷却 换热/能量回用 保温
强化传热过程 削弱传热过程
精选
2
能量回收：节能减排、资源回用！ 同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！
余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。
例如：钢铁行业烟气余热回收对比
余热没有回收
热交换器进行余热回收
流 体
间壁
流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有
流体分子热运动引起的热传导，通常把这一传热过程
称为对流传热。
精选
12
精选
13
6、传热速率方程式
传热过程的推动力是两流体的温度差，因沿传热 管长度不同位置的温度差不同，通常在传热计算 时使用平均温度差，以 t m 表示。经验指出，在稳 态传热过程中，传热速率Q与传热面积A和两流体 的温度差 t m 成正比。即得传热速率方程式为：
QKAtm1/tKmA总总 传热 热阻 推动力
式中 K ── 总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)； Q ── 传热速率，W或J/s；
A ── 总传热面积，m2；
tm ── 两流体的平均精选温差，℃或K。
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化工原理.ppt
对确定的控制体只能有一个热量衡算方程。
步骤：1）画流程图；2）确定控制体；3） 确定基准；4）列方程，求解。
四川理工学院材化系 化学工程教研室
绪论
12/13
几个基本概念
3、过程速率 过程速率=过程推动力/过程阻力 4、平衡关系 过程所能进行到的极限状态的数学描述
四川理工学院材化系 化学工程教研室
绪论
四川理工学院材化系 化学工程教研室
绪论
3/13
研究对象
1、化工生产过程：以化学手段将原料加工 成有用产品的生产过程被称为化工生产过 程。其中以化学反应为核心，并辅助大量 的物理操作步骤。
2、单元操作：化工生产过程中诸多辅助的 物理操作步骤。其特点是：只是物理操作； 化工过程共有的；在不同的化工生产过程 中，同一单元操作的原理相同，设备往往 也是通用的。
质量(M) g
质量(M) kg
时间(θ) s
时间(θ) s
绝对单 位制
四川理工学院材化系 化学工程教研室
绪论
8/13
单位制与单位换算
➣重力单位制：长度(L)、时间(θ)、力(F) 的规定单位分别为m、s、kg(f)，又称工 程单位制。
➣ SI单位制中规定的基本物理量：质量 （kg）、长度（m）、时间（s）、物质 量（mol）、热力学温度（K）、电流强 度（A）、发光强度（cd）
∑GI= ∑GO+ GA 无化学反应时，该式也适用各组分；有化学反 应时，只适用于任一元素。 步骤：1）画流程图；2）确定控制体；3）确定基 准；4）列方程，求解。
四川理工学院材化系 化学工程教研室
绪论
11/13
几个基本概念
2、热量衡算 ∑QI：输入热量总和；∑QO：输出热量总 和;QA：积累的热量 ∑QI= ∑QO+ QA
步骤：1）画流程图；2）确定控制体；3） 确定基准；4）列方程，求解。
四川理工学院材化系 化学工程教研室
绪论
12/13
几个基本概念
3、过程速率 过程速率=过程推动力/过程阻力 4、平衡关系 过程所能进行到的极限状态的数学描述
四川理工学院材化系 化学工程教研室
绪论
四川理工学院材化系 化学工程教研室
绪论
3/13
研究对象
1、化工生产过程：以化学手段将原料加工 成有用产品的生产过程被称为化工生产过 程。其中以化学反应为核心，并辅助大量 的物理操作步骤。
2、单元操作：化工生产过程中诸多辅助的 物理操作步骤。其特点是：只是物理操作； 化工过程共有的；在不同的化工生产过程 中，同一单元操作的原理相同，设备往往 也是通用的。
质量(M) g
质量(M) kg
时间(θ) s
时间(θ) s
绝对单 位制
四川理工学院材化系 化学工程教研室
绪论
8/13
单位制与单位换算
➣重力单位制：长度(L)、时间(θ)、力(F) 的规定单位分别为m、s、kg(f)，又称工 程单位制。
➣ SI单位制中规定的基本物理量：质量 （kg）、长度（m）、时间（s）、物质 量（mol）、热力学温度（K）、电流强 度（A）、发光强度（cd）
∑GI= ∑GO+ GA 无化学反应时，该式也适用各组分；有化学反 应时，只适用于任一元素。 步骤：1）画流程图；2）确定控制体；3）确定基 准；4）列方程，求解。
四川理工学院材化系 化学工程教研室
绪论
11/13
几个基本概念
2、热量衡算 ∑QI：输入热量总和；∑QO：输出热量总 和;QA：积累的热量 ∑QI= ∑QO+ QA
化工原理完整(天大版)PPT课件
解：首先根据题意画出过程的物料流程图
.
返回 16 2020/5/23
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
GI=GO+GA .
返回 17 2020/5/23
KNO3 组分的物料衡算： F20% = W 0% + P (100 － 4) % 1000 20% = 0 + P 96 % 则：P = 208.3 kg/h
2．水分蒸发量W (物衡范围同1.) 总物料衡算式： F = W + P 则：W = F－P = 1000－208.3 = 791.7 kg/h
.
返回 12 2020/5/23
0.3 物料衡算与能量衡算
☆ 稳定操作
以单位时间为基准， 如 ： h ， min ， s 。 参数=f(x,y,z)
非稳定操作
以每批生产周期所用 的时间为基准。参数 =f(x,y,z,)
=0
=
uA恒定
.
uB 返回 13
2020/5/23
dy
dz
三维
微分衡算(非稳态)
.
返回 15 2020/5/23
例1(清华版，P6)：稳态时的总物料衡算及组分物料衡算
生产KNO3的过程中，质量分率为0.2的KNO3水溶液， 以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
.
返回 16 2020/5/23
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
GI=GO+GA .
返回 17 2020/5/23
KNO3 组分的物料衡算： F20% = W 0% + P (100 － 4) % 1000 20% = 0 + P 96 % 则：P = 208.3 kg/h
2．水分蒸发量W (物衡范围同1.) 总物料衡算式： F = W + P 则：W = F－P = 1000－208.3 = 791.7 kg/h
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返回 12 2020/5/23
0.3 物料衡算与能量衡算
☆ 稳定操作
以单位时间为基准， 如 ： h ， min ， s 。 参数=f(x,y,z)
非稳定操作
以每批生产周期所用 的时间为基准。参数 =f(x,y,z,)
=0
=
uA恒定
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uB 返回 13
2020/5/23
dy
dz
三维
微分衡算(非稳态)
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返回 15 2020/5/23
例1(清华版，P6)：稳态时的总物料衡算及组分物料衡算
生产KNO3的过程中，质量分率为0.2的KNO3水溶液， 以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
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dpc
18
qV
p gn1BL
p180k0g/m3
所需降尘总面积:
18 (n1)B L dp,c2( p)gqv1
B L 251m 02
2 .6m 82
(n1)BL qV ut,c
2500 5.432 610 03012.68 m2
隔板层数：nA A单 T 1112.06 811
2 Redpcutc6.6103
可视为不占居气流流通横截面积。即不占居降尘室总流动容积，气体 的流动型态仍然保持为层流。显然，能够容纳的水平隔板数与高度尺
寸H有关。 Nn1
H
qV
n1
L
N为加了n层隔板后的总降尘面积与单层室时降尘面积的
倍数。
AT(n1)BL
AT n 1 BL
18.06.2020
.
6
多层降尘室临界件 分： 离r条 t
dp,c dp,min (p 18 )gB qVL
(critical particle diameter)
分离效果 dp,c 设备生产能力 qv 设备重要尺寸 B L
18.06.2020
从形式上看，与高度方向的尺寸H无关 系，则实际生产中，应合理利用好空间， 发展为多层降尘室。
.
5
多层降尘室:降尘室内高度方向上均匀地加n层水平隔板,隔板很薄，
注意：流体湍流流动会使沉降分离效果
变劣。主要原因是湍流流速大，u水平大， 使得颗粒在降尘室内的停留时间减小，而
颗粒沉降到底面所需的沉降时间一定，使
得更多的颗粒不能够满足分离条件。同时， 湍流容易将已经沉降下去的颗粒重新卷起 来。
r
L
u水平
t
H ut
18.06.2020
.
9
例1：降尘室设计型问题：欲用降尘室净化温度为20℃，流量为
若取多层，规划BL的尺寸）。 AT(n1)BL n AT 1
BL
操作型(operation type) 问题1：降尘室尺寸已定，已知
μ,ρ,ρp,要求 dpc ,沉降状态（层流），核算降尘室处理能力
qV ,
操作型问题2：降尘室尺寸已定，已知μ,ρ,ρp,沉降状态（层 流），指定qv , 计算dpc 。
(r停em留ai时nin间g ：durartionB)qLHv
沉降时间：
(settling duration)
t
H u t,c
qv BLut,c
BLH H
qv
u t ,c
BL 1
q v u t,c
18.06.2020
.
4
B
•• • •• •• •H
qv BLut,c
ut,c
dp2,c
pg 18
1）若分离要求不变
q
' V
n1
qV
2）若气体处理量保持不变
d pc ' 1
d pc
n1
注意：隔板层数不能太多，否则， u水平增加，可能重新卷起已经 沉降的灰尘，使得除尘效率反而降低。
18.06.2020
.
8
重力降尘室的计算:
设计型(design type)问题: 给定μ,ρ,ρp,指定dpc,沉降状态（ 层流）,计算所需的沉降总面积,(若是单层 A=BL),及隔板层数（
qV BH
设在水平方向上，颗粒与气体流同速。
ut 定性分析：在颗粒随同气流水平运动的过程中，大粒径颗粒或者距底
面距离近的颗粒易沉降到底面。小粒径颗粒，若距底面距离近的可能会 沉降到底面，而如果距底面距离远则不易沉降到底面，被气流带出设备。 什么粒径的颗粒恰好能够100%的沉降到底面而得到完全分离？
18.06.2020
18.06.2020
.
14
重力降尘室中，颗粒的粒级效率ηi
颗粒的粒级效率ηi 是指某种粒度级的颗粒在降尘室中沉降下来 的质量分率。
18.0检6.2验020流动型态
.
10
解题思路：
1 dp,m i n
(p18)g
qV A
2 d p c2 1 0 6 m 0 A T N A A T n 1 H N
18.06.2020
.
11
例2:气体温度对于dmin的影响:
dpc dmin
温度为20℃,质量流量为2.5 kg/s 的常压含尘空气在进入 反应器之前除尘,并升温至150 ℃,所含尘颗粒密度
.
2
B
••• •• • • •H
u horizontal
qV BH
设在水平方向上，颗粒与气体流同速。
工程处理方法：寻找颗粒得以分离的条件，从时间上考虑。
停留时间：颗粒随同气流在降尘室中的时间段
(remaining duration) h
r
L
uhorizontal
BLH qv
沉降时间：
(settling duration)
H
H n1
L n 1
qV
ut
BH
ut
d2p
c
p 18
g
q Vn1Bu L t 单层降尘室时 qV ut BL
dpc
18 p g
qV
dp,m i n
n1BL
(p18)g
qV BL
18.06.2020
.
7
q Vn1Bu L t
分析降尘室中适当加入隔板的作用：
dpc
18
qV
p gn1BL
5.3 沉降分离设备 5.3.1 重力沉降设备(equipments of the gravity sinks ) 重力降尘室(gravity dust-settling chamber)
定常态操作 含尘气体流量qV (m3/s)
d p p
18.06.2020
.
1
B
••• •• •• •H
u horizontal
ρs=1800kg/m³,现有一台总面积为130m²的多层沉降室,试 求下列两种情况下的dmin, (1)先除尘后预热;
(2)先预热后除尘.
结论：先除尘，后预热。
18.06.2020
自学例题
.
12
自学例题
18.06.2020
.
13
自学例题
结论：先除尘，后预热。
悬浮液的沉聚（增稠器）是同样的原理 （自学）
t
ut
h为颗粒距离底平面的距离
分离的条件是： r t
18.06.2020
.
3
B
••• •• • • •H
分离的条件是： r t
分离的临界条件是： r t
(critical condition of separation)
所需最大沉降时间 t的为颗粒
能够100%沉降到底面。 即这种颗粒为临界。颗粒
2500m³/h的常压空气，空气中所含灰尘的密度为1800kg/m³，
要求净化后的空气不再含有dp>=10μm的尘粒，试求所需沉降总
面积为多大？若规划沉降室底面宽2m，长5m，则沉降室内需要
设多少块隔板？设沉降处于stokes区。
解:20 ℃时, 空＝ 气 2.23 0 , k 1 .8 g 1 / m 5 0 N2 s/m