化工原理教学课件第七章-2
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化工原理教学精第七章-2ppt课件
(10106)230009.81 182.6105
= 6.29103m/s
n =
qv WLut
1=
3 106.29103
1 = 46.69，取47层
隔板间距为
h
=
H n+1
=
2 47 +
1=
0.042m
.
核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间， 则气体的流速为
②若已知降尘室底面积WL、物性数据及临界粒径dpc，则可
计算气体处理量qv。
③若已知降尘室底面积WL、物性数据及气体处理量qv，则
可计算临界粒径dpc。
.
例：用高2m、宽2.5m、长5m的重力降尘室分离空气中的粉尘。 在操作条件下空气的密度为0.779kg/m3，粘度为2.53105Pa•s， 流量为1.25104m3/h。粉尘的密度为2000kg/m3。试求粉尘的临 界直径。
= 6.91105m
核算沉降流型Re = dpcutc/ =
6.911050.30.75 2.6105
= 0.598<1
假设正确，求得的最小粒径有效。
(2)40m颗粒的回收百分率
假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的停留时间 内，颗粒的沉降高度与降尘室高度之比即为该尺寸颗粒被分离 下来的分率。
由于各种尺寸颗粒在降尘室内的停留时间均相同，故40m 颗粒的回收率也可用其沉降速.度ut与69.1m颗粒的沉降速度utc
其他条件相同时，密度大的颗粒先沉降。
.
(2)沉降速度计算
① 层流区 Re < 2， = 24/Re
斯托克斯(Stokes)公式：ut = gdp2(p)/18
② 过渡区 2 < Re <500， = 10/ Re;
化工原理 08第七章蒸发与结晶
悬筐式蒸发器的优点是循环速度较高 （约为1～1.5m/s），传热系数较大；由于 与壳体接触的是温度较低的溶液，其热损失 较小；此外，由于悬挂的加热室可以由蒸发 器上方取出，故其清洗和检修都比较方便。 其缺点是结构复杂，金属消耗量大。适用于 易结晶、结垢的溶液。
3．外热式蒸发器
外热式蒸发器的结构特点是把中 央循环管式蒸发器中管束较长的加热 室和分离室分开，这样，一方面降低 了整个设备的高度，另一方面由于循 环管没有受到蒸汽加热，加大了溶液 的密度差，且由于管子较长，从而加 快了溶液循环的速度（可达1.5m/s以 上）。
第七章 蒸发与结晶
安徽理工大学 张洪流
第一节 概述
蒸发是将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使溶剂部分汽化从而达 到将溶液浓缩等生产目的的单元操作。蒸发操作广泛用于化工、轻工、 制药、食品等多种工业生产中。
蒸发操作在工业生产中主要作用有： （1）将稀溶液浓缩直接得到液体产品，或将浓缩液进一步加工处理获 取固体产品；例如电解法制得的稀烧碱溶液、蔗糖水溶液、果汁、牛奶、 抗生素溶液等的蒸发。 （2）获取溶液中的溶剂作为产品；例如海水蒸发制取淡水。 （3）同时制取浓缩液和回收溶剂；例如制药中浸取液的蒸发。
图7-5 列文蒸发器 1－加热室2－加热管3－循 环管 4－蒸发室 5-除沫器
6－挡板7－沸腾室
5．强制循环型蒸发器
在一般的自然循环型蒸发器中，由于循 环速度较低，导致传热系数较小，且当溶液 有结晶析出时，易粘附在加热管的壁面上。 不适宜于处理粘度大、易结垢及有大量结晶 析出的溶液。为了提高循环速度，可采用强 制循环型蒸发器。它是利用外加动力（循环 泵）促使溶液循环，循环速度的大小可通过 调节循环泵的流量来控制，其循环速度一般 在2.5m/s以上。
3．外热式蒸发器
外热式蒸发器的结构特点是把中 央循环管式蒸发器中管束较长的加热 室和分离室分开，这样，一方面降低 了整个设备的高度，另一方面由于循 环管没有受到蒸汽加热，加大了溶液 的密度差，且由于管子较长，从而加 快了溶液循环的速度（可达1.5m/s以 上）。
第七章 蒸发与结晶
安徽理工大学 张洪流
第一节 概述
蒸发是将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使溶剂部分汽化从而达 到将溶液浓缩等生产目的的单元操作。蒸发操作广泛用于化工、轻工、 制药、食品等多种工业生产中。
蒸发操作在工业生产中主要作用有： （1）将稀溶液浓缩直接得到液体产品，或将浓缩液进一步加工处理获 取固体产品；例如电解法制得的稀烧碱溶液、蔗糖水溶液、果汁、牛奶、 抗生素溶液等的蒸发。 （2）获取溶液中的溶剂作为产品；例如海水蒸发制取淡水。 （3）同时制取浓缩液和回收溶剂；例如制药中浸取液的蒸发。
图7-5 列文蒸发器 1－加热室2－加热管3－循 环管 4－蒸发室 5-除沫器
6－挡板7－沸腾室
5．强制循环型蒸发器
在一般的自然循环型蒸发器中，由于循 环速度较低，导致传热系数较小，且当溶液 有结晶析出时，易粘附在加热管的壁面上。 不适宜于处理粘度大、易结垢及有大量结晶 析出的溶液。为了提高循环速度，可采用强 制循环型蒸发器。它是利用外加动力（循环 泵）促使溶液循环，循环速度的大小可通过 调节循环泵的流量来控制，其循环速度一般 在2.5m/s以上。
化工原理-2-第七章-质量传递基础
显然：Fin N A（通过的截面积为1个单位）；
Fout N A dN A（由于存在反应过程扩散通量不再为常数）；
Fr rA dz ；
Fb 0（设过程为稳定过程）。
N A N A dN A kCAdz
dN A dz
kCA
而：N A J A xA N A N B ，因为 xA 0，则：
在半径为r处取厚度为dr的球壳，由于是稳定扩散，球壳中无A
的累积，故进入r球面的A的摩尔流量和离开r+dr球面的摩尔流
量相等，记为mA，即：
NA
mA
4r 2
显然这是个单向扩散过程：
NA
CDAB 1 yA
dy A dr
mA CDAB dyA
4r 2 1 y A dr
变量分离，然后两边积分：
式中：（-rA）为单位时间单位催化剂表面组分A反应掉的量， kmol/m2.s；k为一级反应速率常数，m/s。
由于扩散与反应为串联过程，则： rA N A
则在催化剂表面处：N A kCA kCyA2
将上式代入一般式，得：
NA
CD AB
1 ln
1
y A1 NA
kC
由于边界上存在化学反应，往往存在如下关系：
z1, y A y A1 z2 , yA yA2
A
NB
CD AB
dy A 1 yA
最后得：
NA
CDAB ln 1 y A1 z2 z1 1 y A2
CD AB
ln 1 y A1 1 yA2
式中： z2 z1
Fout N A dN A（由于存在反应过程扩散通量不再为常数）；
Fr rA dz ；
Fb 0（设过程为稳定过程）。
N A N A dN A kCAdz
dN A dz
kCA
而：N A J A xA N A N B ，因为 xA 0，则：
在半径为r处取厚度为dr的球壳，由于是稳定扩散，球壳中无A
的累积，故进入r球面的A的摩尔流量和离开r+dr球面的摩尔流
量相等，记为mA，即：
NA
mA
4r 2
显然这是个单向扩散过程：
NA
CDAB 1 yA
dy A dr
mA CDAB dyA
4r 2 1 y A dr
变量分离，然后两边积分：
式中：（-rA）为单位时间单位催化剂表面组分A反应掉的量， kmol/m2.s；k为一级反应速率常数，m/s。
由于扩散与反应为串联过程，则： rA N A
则在催化剂表面处：N A kCA kCyA2
将上式代入一般式，得：
NA
CD AB
1 ln
1
y A1 NA
kC
由于边界上存在化学反应，往往存在如下关系：
z1, y A y A1 z2 , yA yA2
A
NB
CD AB
dy A 1 yA
最后得：
NA
CDAB ln 1 y A1 z2 z1 1 y A2
CD AB
ln 1 y A1 1 yA2
式中： z2 z1
化工原理 第七章 质量传递基础
15
一、有非均相化学反应的扩散过程 以最简单的一级化学反应的扩散过程为例。如图， 气体Ａ由气相主体扩散到催化剂表面，并在催化剂的作 用下，发生一级化学反应，生成的气体再由催化剂表面 向气相主体扩散。现考察稳定情形下Ａ、B的传质通量。
气 相 主 体
NA A 气膜
NB B
z1 z2 z 图 7－ 3 在催化剂表面上进行的非均相反应及扩散
dcA JAE D E dz
20
涡流流体中在进行涡流扩散的同时，也存在着分子扩 散。总扩散通量 J 应为两者之和
AT
d c J ( D D ) A A T E d z
两种扩散的相对重要性在不同区域将有所不同：在湍 D 流主体区， D ，分子扩散几乎可以忽略；在贴壁的层 D D 流底层中， D 为零；在过渡区，则 与 的数量级相当 ，都不能忽略。
k dc 0 . 8 3 1 / 3 m S h B 0 . 0 2 3 R e S c D A B C
. 6 S c 3 0 0 0 其适用范围为： 0 上式与管内湍流传热时的传热系数表达式类似。
25
二、流体平行刘国平板时的传质 k L 层流时 S h 0 . 6 6 4 R e R e 3 1 0
3 3 L g L g A A G r A B 2 2
24
7.4.2对流传质系数的关联式 由于实际过程中传质设备结构各式各样，且湍流下 传质机理研究尚不透彻，所以目前传质设备的设计还需 靠经验方法，即根据实验获得对流传质系数的关联式。 一、管内流动传质 气体或液体在官内作湍流流动时（ R ），较常用的公 e 2 1 0 0 式为
根据“通量＝速度╳浓度”，费克定律中的扩散通量 也可写成扩散速度的形式：
化工原理完整教材课件
实验原理理解
深入理解实验的基本原理，为实验操作和结果分析提供理论依据。
实验数据处理与分析方法
数据记录与整理
掌握实验数据的记录方法，以及如何整理和筛选有效数据 。
误差分析
了解误差的来源和其对实验结果的影响，掌握误差分析和 减小误差的方法。
数据分析与处理
掌握常用的数据处理和分析方法，如平均值、中位数、标 准差等。
物质从高浓度区域向低浓度区域 的转移过程。
传质速率
表示物质转移快慢的物理量，与 扩散系数、浓度差和传质面积成
正比。
扩散系数
表示物质在介质中扩散快慢的物 理量，与物质的性质、温度和压
力有关。
吸收
吸收过程
利用混合气体中各组分在液体溶剂中的溶解度差异，使气体混合 物中的有害组分或杂质组分被吸收除去的过程。
在制药工业和食品工业中，化工原理 涉及药物的合成、分离和提纯，以及 食品的加工和保藏等环节。
02
流体流动
流体静力学
总结词
描述流体在静止状态下的压力、密度和重力等特性。
详细描述
流体静力学主要研究流体在静止状态下的压力分布、流体对容器壁的压力以及 流体与固体之间的作用力。它涉及到流体的平衡性质和流体静压力的基本规律 。
利用气体在液体中的溶解度差异，通过鼓入空气或通入其他气体 产生泡沫而实现分离的方法。
05
化学反应工程
化学反应动力学基础
1 2 3
反应速率与反应机理
介绍反应速率的定义、计算方法以及反应机理的 基本概念，阐述反应速率的测定和影响因素。
反应动力学方程
介绍反应动力学方程的建立、求解及其在化学反 应工程中的应用，包括速率常数、活化能等参数 的确定方法。
对流传热速率方程
深入理解实验的基本原理，为实验操作和结果分析提供理论依据。
实验数据处理与分析方法
数据记录与整理
掌握实验数据的记录方法，以及如何整理和筛选有效数据 。
误差分析
了解误差的来源和其对实验结果的影响，掌握误差分析和 减小误差的方法。
数据分析与处理
掌握常用的数据处理和分析方法，如平均值、中位数、标 准差等。
物质从高浓度区域向低浓度区域 的转移过程。
传质速率
表示物质转移快慢的物理量，与 扩散系数、浓度差和传质面积成
正比。
扩散系数
表示物质在介质中扩散快慢的物 理量，与物质的性质、温度和压
力有关。
吸收
吸收过程
利用混合气体中各组分在液体溶剂中的溶解度差异，使气体混合 物中的有害组分或杂质组分被吸收除去的过程。
在制药工业和食品工业中，化工原理 涉及药物的合成、分离和提纯，以及 食品的加工和保藏等环节。
02
流体流动
流体静力学
总结词
描述流体在静止状态下的压力、密度和重力等特性。
详细描述
流体静力学主要研究流体在静止状态下的压力分布、流体对容器壁的压力以及 流体与固体之间的作用力。它涉及到流体的平衡性质和流体静压力的基本规律 。
利用气体在液体中的溶解度差异，通过鼓入空气或通入其他气体 产生泡沫而实现分离的方法。
05
化学反应工程
化学反应动力学基础
1 2 3
反应速率与反应机理
介绍反应速率的定义、计算方法以及反应机理的 基本概念，阐述反应速率的测定和影响因素。
反应动力学方程
介绍反应动力学方程的建立、求解及其在化学反 应工程中的应用，包括速率常数、活化能等参数 的确定方法。
对流传热速率方程
化工原理 第七章 传质与分离过程概论
反渗透
渗 析
点渗析
三、传质分离方法
（2）场分离 场分离是指在外场（电场、磁场等）作用下， 利用各组分扩散速度的差异，而实现混合物分离 的单元操作过程。
电 泳
场分离
热扩散 高梯度磁场分离
三、传质分离方法
钕铁硼永磁场
磁化精馏实验装置
三、传质分离方法
3.分离方法的选择 分离方法选择的考虑因素
被分离物系的相态 被分离物系的特性 产品的质量要求 经济程度
第七章 传质与分离过程概论
7.1 概述 7.1.1 传质分离过程 7.1.2 相组成的表示方法
一、质量浓度与物质的量浓度
1.质量浓度 质量浓度定义式
A
mA
V
N
kg /m3
密度
混合物的总质量浓度
总
i 1
i
一、质量浓度与物质的量浓度
二、相际传质过程与分离
均相物系的分离方法 均相物系 某种过程 两相物系
根据不同 组分在各 相中物性 的差异， 使某组分 从一相向 另一相转 移：相际 传质过程
实现均相物系的分离 相际传质过程
均相物系分离
二、相际传质过程与分离
示例：空气和氨分离 空气
水
吸 收 塔
空气＋氨 氨水
三、传质分离方法
1.平衡分离过程 （1）气液传质过程 气液传质过程是指物 质在气、液两相间的转移， 它主要包括气体的吸收 （或脱吸）、气体的增湿 （或减湿）等单元操作过 程。
ij Ki / K j
通常将 K 值大的当作分子，故一般大于 1 。当 偏离 1 时，便可采用平衡分离过程使均相混合物得 以分离，越大越容易分离。
三、传质分离方法
渗 析
点渗析
三、传质分离方法
（2）场分离 场分离是指在外场（电场、磁场等）作用下， 利用各组分扩散速度的差异，而实现混合物分离 的单元操作过程。
电 泳
场分离
热扩散 高梯度磁场分离
三、传质分离方法
钕铁硼永磁场
磁化精馏实验装置
三、传质分离方法
3.分离方法的选择 分离方法选择的考虑因素
被分离物系的相态 被分离物系的特性 产品的质量要求 经济程度
第七章 传质与分离过程概论
7.1 概述 7.1.1 传质分离过程 7.1.2 相组成的表示方法
一、质量浓度与物质的量浓度
1.质量浓度 质量浓度定义式
A
mA
V
N
kg /m3
密度
混合物的总质量浓度
总
i 1
i
一、质量浓度与物质的量浓度
二、相际传质过程与分离
均相物系的分离方法 均相物系 某种过程 两相物系
根据不同 组分在各 相中物性 的差异， 使某组分 从一相向 另一相转 移：相际 传质过程
实现均相物系的分离 相际传质过程
均相物系分离
二、相际传质过程与分离
示例：空气和氨分离 空气
水
吸 收 塔
空气＋氨 氨水
三、传质分离方法
1.平衡分离过程 （1）气液传质过程 气液传质过程是指物 质在气、液两相间的转移， 它主要包括气体的吸收 （或脱吸）、气体的增湿 （或减湿）等单元操作过 程。
ij Ki / K j
通常将 K 值大的当作分子，故一般大于 1 。当 偏离 1 时，便可采用平衡分离过程使均相混合物得 以分离，越大越容易分离。
三、传质分离方法
化工原理课件
自然循环：由于溶液在加热室不同位置上的受热程度 不同，产生密度差而引起的循环运动 强制循环：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动
2019/11/3
8
1 中央循环管式(标准式)
加热蒸汽：加热室管束环隙内
溶液：加热室管束及中央循环管内，受热时，由于 中央循环管单位体积溶液受热面小，使得溶液形成 由中央循环管下降，而由其余加热管上升的循环流 动。优点：
水
2019/11/3
3
7.1.5 蒸发的分类
按操作压强分：加压蒸发、常压蒸发、真空蒸发 真空蒸发的优点：
1t热1.增减面大压积，下S。因溶而液，沸对点一t1降定低的，传使热蒸量发Q，器可的节传省热蒸推发动器力的Δt=传T2.蒸发操作的热源可采用低压蒸汽或废热蒸汽，节省能 耗。
P↓,T ↓,Δt一定，Q不变 3.适于处理热敏性物料，即在高温下易分解、聚合或变 质的物料。
缺点：结构复杂，动力消耗大，传热 面积小，处理能力低。
适于处理易结晶、易结垢、高粘度的 溶液
2019/11/3
17
7.2.1.3 直接加热蒸发器
将一定比例的燃烧气与空气直 接喷入溶液中，燃烧气的温度 可高达1200～1800℃，由于气、 液间的温度差大，且气体对溶 液产生强烈的鼓泡作用，使水 分迅速蒸发，蒸出的二次蒸汽 与烟道气一同由顶部排出。
蒸发具有下述特点：
传热性质：传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝，另一侧 为溶液进行沸腾，故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温 传热过程。
溶液性质：有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢 和产生泡沫；溶液的粘度在蒸发过程中逐渐增大，腐蚀性 逐渐加强。这些性质将影响设备的结构。
2019/11/3
6
溶液沸点的改变(升高)：含有不挥发溶质的溶液，其蒸汽 压较同温度下纯水的低，即在相同的压强下，溶液的沸点 高于纯水的沸点，所以当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的传 热温度差要小于蒸发水的温度差，两者之差称为温度差损 失，而且溶液浓度越高，温度差损失越大
2019/11/3
8
1 中央循环管式(标准式)
加热蒸汽：加热室管束环隙内
溶液：加热室管束及中央循环管内，受热时，由于 中央循环管单位体积溶液受热面小，使得溶液形成 由中央循环管下降，而由其余加热管上升的循环流 动。优点：
水
2019/11/3
3
7.1.5 蒸发的分类
按操作压强分：加压蒸发、常压蒸发、真空蒸发 真空蒸发的优点：
1t热1.增减面大压积，下S。因溶而液，沸对点一t1降定低的，传使热蒸量发Q，器可的节传省热蒸推发动器力的Δt=传T2.蒸发操作的热源可采用低压蒸汽或废热蒸汽，节省能 耗。
P↓,T ↓,Δt一定，Q不变 3.适于处理热敏性物料，即在高温下易分解、聚合或变 质的物料。
缺点：结构复杂，动力消耗大，传热 面积小，处理能力低。
适于处理易结晶、易结垢、高粘度的 溶液
2019/11/3
17
7.2.1.3 直接加热蒸发器
将一定比例的燃烧气与空气直 接喷入溶液中，燃烧气的温度 可高达1200～1800℃，由于气、 液间的温度差大，且气体对溶 液产生强烈的鼓泡作用，使水 分迅速蒸发，蒸出的二次蒸汽 与烟道气一同由顶部排出。
蒸发具有下述特点：
传热性质：传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝，另一侧 为溶液进行沸腾，故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温 传热过程。
溶液性质：有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢 和产生泡沫；溶液的粘度在蒸发过程中逐渐增大，腐蚀性 逐渐加强。这些性质将影响设备的结构。
2019/11/3
6
溶液沸点的改变(升高)：含有不挥发溶质的溶液，其蒸汽 压较同温度下纯水的低，即在相同的压强下，溶液的沸点 高于纯水的沸点，所以当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的传 热温度差要小于蒸发水的温度差，两者之差称为温度差损 失，而且溶液浓度越高，温度差损失越大
化工原理完整教材课件 PPT
基本原理及其流动规律解决关问题。以
图1-1为煤气洗涤装置为例来说明： 流体动力学问题：流体（水和煤气）
在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中 流动等；
流体静力学问题：压差计中流体、 水封箱中的水
图1-1 煤气洗涤装置
1.1 概述
确定流体输送管路的直径， 计算流动过程产生的阻力和 输送流体所需的动力。
根据阻力与流量等参数 选择输送设备的类型和型号， 以及测定流体的流量和压强 等。
流体流动将影响过程系 统中的传热、传质过程等， 是其他单元操作的主要基础。
图1-1 煤气洗涤装置
1.1.1 流体的分类和特性
气体和流体统称流体。流体有多种分类方法： （1）按状态分为气体、液体和超临界流体等； （2）按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体； （3）按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘
化工原理完整教材课件
第一章 流体流动
Fluid Flow
--内容提要--
流体的基本概念 静力学方程及其应用 机械能衡算式及柏努 利方程 流体流动的现象 流动阻力的计算、管路计算
1. 本章学习目的
通过本章学习，重点掌握流体流动的基本原理、管 内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和解决流 体流动过程的有关问题，诸如：
气体的密度必须标明其状态。 纯气体的密度一般可从手册中查取或计算得到。当压
强不太高、温度不太低时，可按理想气体来换算：
（1-3）
式中
p ── 气体的绝对压强, Pa(或采用其它单位)； M ── 气体的摩尔质量, kg/kmol；
性流体（或实际流体）； （4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体；
流体区别于固体的主要特征是具有流动性，其形状随容器形状 而变化；受外力作用时内部产生相对运动。流动时产生内摩擦从而 构成了流体力学原理研究的复杂内容之一
天津大学版 化工原理 第七章 干燥 ppt 课件
w w w w 1 2 1 2 W G G 1 2 1 w 1 w 2 1
物料衡算（Mass balance）
2、水分蒸发量
湿废气体 L , H2 湿物料 G1 , w1 干 燥 产 品 G2 , w2 热空气 L , H1
c c 1 c H H g v
，
cv=1.88
c 1 . 01 1 . 88 H H
4.焓I (Total enthalpy)
焓：1kg 绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。
I Ig HI v
一般以0℃为基准，且规定在0℃时绝干空气和水汽的 焓值均为零，则
I ( c Hc ) t r H c t r H g v 0 H 0
2、确定空气的状态点，查找其它参数 两个参数在曲线上能相交于一点，即这两 个参数是独立参数，这些参数才能确定空气的 状态点。
湿度图的使用 ① 空气状态的确定：已知空气的任何两个参数即可 确定其状态。
② 空气的加热与冷却过程
加热：空气的φ减小，表明空气接收水汽的能力加强
② 空气的加热与冷却过程 冷却：t＜td时，空气的H不变；t=td时，有水冷凝
q
液滴 表面 tw , Hw源自b、计算Q S ( t t ) w
气体 t, H
液滴 kH 对流传质 N
S ( t t) k S ( H H ) r
w H s , t
w
Q k S ( H H ) r H s , t t w w
k H t t r ( H H ) w t s , t w w
5 t 273 1 . 0133 10 1 H v 22 . 4 H 273 P 29 18 5 t 273 1 . 0133 10 ( 0 . 772 1 . 244 H ) 273 P
物料衡算（Mass balance）
2、水分蒸发量
湿废气体 L , H2 湿物料 G1 , w1 干 燥 产 品 G2 , w2 热空气 L , H1
c c 1 c H H g v
，
cv=1.88
c 1 . 01 1 . 88 H H
4.焓I (Total enthalpy)
焓：1kg 绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。
I Ig HI v
一般以0℃为基准，且规定在0℃时绝干空气和水汽的 焓值均为零，则
I ( c Hc ) t r H c t r H g v 0 H 0
2、确定空气的状态点，查找其它参数 两个参数在曲线上能相交于一点，即这两 个参数是独立参数，这些参数才能确定空气的 状态点。
湿度图的使用 ① 空气状态的确定：已知空气的任何两个参数即可 确定其状态。
② 空气的加热与冷却过程
加热：空气的φ减小，表明空气接收水汽的能力加强
② 空气的加热与冷却过程 冷却：t＜td时，空气的H不变；t=td时，有水冷凝
q
液滴 表面 tw , Hw源自b、计算Q S ( t t ) w
气体 t, H
液滴 kH 对流传质 N
S ( t t) k S ( H H ) r
w H s , t
w
Q k S ( H H ) r H s , t t w w
k H t t r ( H H ) w t s , t w w
5 t 273 1 . 0133 10 1 H v 22 . 4 H 273 P 29 18 5 t 273 1 . 0133 10 ( 0 . 772 1 . 244 H ) 273 P
化工原理-7传质PPT课件
1.质量分数
质量分数定义式
wA
mA m
混合物的总质量分数
N
wi 1
i 1
二、质量分数与摩尔分数
2.摩尔分数 摩尔分数定义式
xA
nA n
液相
yA
nA n
气相
混合物的总摩尔分数
N
xi 1
i 1
N
yi 1
i1
二、质量分数与摩尔分数
质量分数与摩尔分数的关系
由质量分数 求摩尔分数
xA
wA / M A
一、分子扩散现象与费克定律
1.分子扩散现象 由于分子的无规则热运动而形成的物质传递
现象—分子传质。
❖ 分子传质又称为分子扩散，简称为扩散 ❖分子传质在气相、液相和固相中均能发生
播放动画31：分子扩散现象
一、分子扩散现象与费克定律
2.费克(Fick)定律
描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。
及
边界条件
(1) z = z1 cA = cA1 ( pA= pA1 ） (2) z = z2 c A= cA2 ( pA= pA2 ）
一组分通过另一 停滞组分的扩散
二、气体中的稳态分子扩散
求解可得
NA
Dc
AB 总
z
ln
c
总
cA2
c
总
c A1
或
NA
Dp
AB 总
RTz
ln
p
总
p
总
pA2 p A1
二、气体中的稳态分子扩散
简单分子的扩散体积
v
/（cm3/mol）
7.07
物质
CO
v /（cm3/mol）
化工原理课件第七章
化工原理授课提纲
7. 传质与分离过程概述
§7.
传质与分离过程概述
§7.1. 概述
一.
1.
传质过程
单相传质过程 在气相或液相中的物质传递
z
推动力：浓度差 ∆Ci 宏观上 — 分子或流体质点由于浓度的不同引起的迁移； 微观上 — 分子的热运动产生的扩散； 热力学基础 — 熵增加过程为自发过程。
z
平衡：体系内浓度均匀
2.
液体中的扩散系数 对于很稀的非电解质溶液,有半经验式：(P14 页 7-43 式) D～溶质的体积、溶剂的粘度及分子量、溶剂的缔合参数、T 有关。由于液体压缩性小,故 忽略 P 的影响。
3.
固体中的扩散系数 z 正常扩散(或体积扩散)：单相扩散 z 努森扩散：分子在孔道中的碰撞扩散+体积扩散 z 结构扩散：分子在孔道中的碰撞扩散 z 表面扩散：分子在孔道表面上吸附扩散 方程形式(略)
p DP ln B 2 RT Z p B 1 p A1 − p A 2 =1 pB 2 − pB 1
因为：P= pA1+pB1= pA2+pB2 则：pA1- pA2= pB2 -pB1 →
那么：NA=
p DP DP p − p A2 DP p A1 − p A 2 ln B 2 A1 = = (pA1-pA2) RT Z p B 1 p B 2 − p B 1 RT Z p B 2 − p B 1 RT Z p Bm p ln B 2 p B1 DC (CA1–CA2) ZCBm
液相
NA=
z
质量浓度： ci=
mi V ni V
kg/m3 kmol/m3
z
摩尔浓度： Ci = 浓度换算：
z
ρ = m/V = ∑ci ( i =A、B、…) ci = mi/V =aim/V = aiρ Ci=ni/V=xin/V=xiC (C=n/V→混合物的总摩尔浓度,kmol/m3) 对于气体混合物： Ci= ni/V=pi/RT ci= mi/V =Mini/V =Mi pi/RT …… 见 P5 页。
7. 传质与分离过程概述
§7.
传质与分离过程概述
§7.1. 概述
一.
1.
传质过程
单相传质过程 在气相或液相中的物质传递
z
推动力：浓度差 ∆Ci 宏观上 — 分子或流体质点由于浓度的不同引起的迁移； 微观上 — 分子的热运动产生的扩散； 热力学基础 — 熵增加过程为自发过程。
z
平衡：体系内浓度均匀
2.
液体中的扩散系数 对于很稀的非电解质溶液,有半经验式：(P14 页 7-43 式) D～溶质的体积、溶剂的粘度及分子量、溶剂的缔合参数、T 有关。由于液体压缩性小,故 忽略 P 的影响。
3.
固体中的扩散系数 z 正常扩散(或体积扩散)：单相扩散 z 努森扩散：分子在孔道中的碰撞扩散+体积扩散 z 结构扩散：分子在孔道中的碰撞扩散 z 表面扩散：分子在孔道表面上吸附扩散 方程形式(略)
p DP ln B 2 RT Z p B 1 p A1 − p A 2 =1 pB 2 − pB 1
因为：P= pA1+pB1= pA2+pB2 则：pA1- pA2= pB2 -pB1 →
那么：NA=
p DP DP p − p A2 DP p A1 − p A 2 ln B 2 A1 = = (pA1-pA2) RT Z p B 1 p B 2 − p B 1 RT Z p B 2 − p B 1 RT Z p Bm p ln B 2 p B1 DC (CA1–CA2) ZCBm
液相
NA=
z
质量浓度： ci=
mi V ni V
kg/m3 kmol/m3
z
摩尔浓度： Ci = 浓度换算：
z
ρ = m/V = ∑ci ( i =A、B、…) ci = mi/V =aim/V = aiρ Ci=ni/V=xin/V=xiC (C=n/V→混合物的总摩尔浓度,kmol/m3) 对于气体混合物： Ci= ni/V=pi/RT ci= mi/V =Mini/V =Mi pi/RT …… 见 P5 页。
化工原理 第七章传质过程导论 讲义
3. 单向扩散传质速率方程
Dc dc A NA = − c − c A dz
在气相扩散
pA cA = RT
c = p
——微分式 微分式
RT
dp A Dp NA = − RT ( p − pA ) dz
∫
z
0
Dp dpA N A dz = ∫ − pA1 RT ( p - pA )
pA2
化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
第七章 传质过程导论
化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
第七章 传质过程导论
目的： 了解传质的重要性； 目的：1、了解传质的重要性； 2、掌握相组成的多种表示方法； 掌握相组成的多种表示方法； 3、掌握扩散原理； 掌握扩散原理； 4、掌握三种传递之类比； 掌握三种传递之类比； 5、了解传质设备。 了解传质设备。 重点：扩散原理（分子扩散，稳定、不稳定扩散， 重点：扩散原理（分子扩散，稳定、不稳定扩散，等摩 尔相互扩散，单向扩散，涡流扩散，对流扩散） 尔相互扩散，单向扩散，涡流扩散，对流扩散） 的理解，掌握相互间之差别。 的理解，掌握相互间之差别。 难点：相组成的表示；扩散原理。 难点：相组成的表示；扩散原理。
（1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 ）因分子本身扩散引起的宏观流动。 在总体流动中方向相同， （2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于 ） 、 在总体流动中方向相同 cB 摩尔分数。 摩尔分数。 N = N c A N MB = N M MA M c c
化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
化工原理课件(天大版)第七章 萃取
Ys XF 1 K) n ln( YS ln( 1 Am ) Xn K
2013-5-19
33
3、多级逆流萃取的流程与计算
1、多级逆流萃取的流程
2013-5-19
34
2、多级逆流萃取的计算
1）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系
E1 F R1 R2 M
E2 E3
△
RN
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35
F S M E1 R N
Yn Yo B S N ( X N X N 1 )
——错流萃取每一级的操作线方程
2013-5-19
31
E
Y1 Y2 Y0 O
E1 E2
-B/S2
-B/S3 X2 U X1
-B/S1
V XF
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32
b）解析法 分配曲线： 设： A m
Y KX
KS B
——萃取因子
R
MR ME
S MF F MS
萃余液
2013-5-19
R
萃余相
最小溶剂比
S M'F ＝ F min M ' S
18
7.1.6 、萃取剂的选择
1、萃取剂的选择性和选择性系数
1）萃取剂的选择性
A在萃取相中的质量分率 B在萃取相中的质量分率
A在萃余相中的质量分率 B在萃余相中的质量分率
(X R X F )
——单级萃取的操作线方程
Y
Y1 E1
B S
X1
2013-5-19
XF X
27
（1） 设计型问题。 已知原料液处理量 和组成，给定溶剂 用量和组成 ， 在图中 可确定C(XF,Y0）， 按斜率（-B/S） 作操作 线， 与分配曲 线的交点D即为该 过程获得的萃取相 和萃余相的组成点 。 （2） 操作型问题。规定单级萃取的分离要求，如萃余相 组成X，求所需溶剂用量，可在图中根据X确定D(X，Y)， 连接C、D得到操作线CD，根据操作线斜率即可求出所需 的溶剂用量。
化工原理课件PPT
物理量的基本量的量纲为其本身。
SI量制中7个基本量的量纲符号：
L(长度) 、 M(质量) 、 T(时间) 、 I(电流) 、 (热力学温度) 、N(物质的量) 、J(发光强度) 。
导出量 的量纲表达式：
dQ im L M T I N J
dim—量纲符号 ,； ，—量纲指数或因次。
华东交大化工原理电子课件
表0-1 国际单位制的基本单位
量的名称
单位名称
长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 发光强度
米 千克
秒 安培 开尔文 摩尔 坎德拉
单位符号
m kg s A K mol cd
华东交大化工原理电子课件
表0-2 国际单位制的辅助单位
量的名称
平面角 立体角
单位名称
弧度 球面角
单位符号
rad sr
华东交大化工原理电子课件
一、物质的量浓度与物质的量分数
1.物质的量浓度
ci
ni V
2.物质的量分数
对于液体混合物： 其中，
xi
ni n
nn 1n 2 n i
x 1x2 xi 1
华东交大化工原理电子课件
二、物质的质量浓度与物质的质量分数
1.物质的质量浓度 2.物质的质量分数
i
mi V
对于液体混合物：
i
mi m
其中，
最终状态就是体系的平衡状态。
四、传递速率
传递速率
推动力 阻力
五、 经济核算
为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和
材料的不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，所选用
的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，要用经
济核算确定最经济的设计方案。
SI量制中7个基本量的量纲符号：
L(长度) 、 M(质量) 、 T(时间) 、 I(电流) 、 (热力学温度) 、N(物质的量) 、J(发光强度) 。
导出量 的量纲表达式：
dQ im L M T I N J
dim—量纲符号 ,； ，—量纲指数或因次。
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表0-1 国际单位制的基本单位
量的名称
单位名称
长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 发光强度
米 千克
秒 安培 开尔文 摩尔 坎德拉
单位符号
m kg s A K mol cd
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表0-2 国际单位制的辅助单位
量的名称
平面角 立体角
单位名称
弧度 球面角
单位符号
rad sr
华东交大化工原理电子课件
一、物质的量浓度与物质的量分数
1.物质的量浓度
ci
ni V
2.物质的量分数
对于液体混合物： 其中，
xi
ni n
nn 1n 2 n i
x 1x2 xi 1
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二、物质的质量浓度与物质的质量分数
1.物质的质量浓度 2.物质的质量分数
i
mi V
对于液体混合物：
i
mi m
其中，
最终状态就是体系的平衡状态。
四、传递速率
传递速率
推动力 阻力
五、 经济核算
为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和
材料的不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，所选用
的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，要用经
济核算确定最经济的设计方案。
化工原理第七章干燥
W G1 w1 G2 w2 1000 0.2 824 .7 0.03 175 .3
(4) L0 L(1 H0 ) 3506 (1 0.001) 3510kg湿空气/ h
二、热量衡算
第四节 物料的平衡含水量与干燥速率 一.湿物料中水分的性质
1.结合水分与非结合水分 根据水分干燥的难易程度，可以将湿物 pw 料中的水分划分为结合水分与非结合水分。 S 非结合水分：机械附着水分和大毛细管 p s 水分，易于干燥； 结合水分：与物料借化学力或物理化学 pw 力结合的水分,小毛细管水分等，难于干燥； X X* XS 当湿空气 =100%时的物料平衡含水量 pw- X*关系示意图 * 为结合水分，其余为非结合水分。
一、物料衡算
1.湿基含水量( w)：
w
kg水 分
kg湿 物 料
100%
2.干基含水量( X )：
X
kg水 分 kg绝 干 料
100%
X w 1 X
w X 1 w
1.干燥后的产品量( L2 )：
Lc : 绝干物料的流量
G : 绝干空气的流量
Lc L1 (1 w1 ) L2 (1 w2 )
③比热容
C H 1.01 1.88H
1.01 1.88 0.014673 1.038kJ
(kg绝干气。 ) C
④ 焓
I (1.01 1.88H )t 2491H
(1.01 1.88 0.014673 20 2491 0.014673 )
57.29 kJ kg绝干气
100%时 的 等 线 称 为 饱 和 空 气 线 。
水蒸汽分压( p )线
HP p p H 0.622 0.622 H P p
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ut =
4g2(
225
p
) 2
1/3
4(9.81)2(25001000)2 dp = 225103103
1/3
103
= 0.157m/s
校核流型，Re=dput/ =1030.157103/103=157 故属于过渡区，与假设相符。
(3)影响沉降速度的其他因素
颗粒的沉降时间
L LHb W u qV
H t ut
②颗粒分离（沉降）条件
停留时间 沉降时间 t
L H 即： u ut
流速u = qv/HW, 代入上式有 ut qv/WL临界粒径颗粒的沉降速度utc
通常分离的是粒径为50m以上的粗颗粒，作为 预除尘用
③ 生产能力 (可处理的含尘气体积流量qv)
，则ut
其他条件相同时，颗粒在空气较在水中易沉降。 ③ 颗粒密度
，则ut ps
其他条件相同时，密度大的颗粒先沉降。
(2)沉降速度计算
① 层流区
= 24/Re Re < 2，
2 < Re <500， = 10/ Re;
4g2(
斯托克斯(Stokes)公式：ut = gdp2(p)/18
由分离条件得： qV W bLut
(2)多层降尘室可分离20m以上的颗粒
清洁气流 隔板 含尘气流
挡板
多层降沉室
(3)降尘室的计算
①若已知气体处理量qv、物性数据（气体密度，粘度及
颗粒密度）及要求除去的最小颗粒直径（临界粒径dpc)， 则可计算降尘室的底面积WL。
②若已知降尘室底面积WL、物性数据及临界粒径dpc，则
420.042 4 WH de = 2(W + H) = = 0.082m 2(2+0.042) deu 0.0820.750.75 Re = = 2.6105 = 1774
即气体在降尘室的流动为层流，设计合理。
三、悬浮液的沉聚
(1)增稠器（沉降槽）
利用重力沉降分离悬浮液的设备。
之比来确定，在斯托克斯定律区则为： 回收率 = ut/utc = (dt/dpc)2 = (40/69.1)2 = 0.335 = 33.5% 即回收率为33.5%。 (3)需设置的水平隔板数 由上面计算可知，10m颗粒的沉降必在层流区，可用斯托 克斯公式计算沉降速度，即
6)230009.81 (10 10 ut = gdp2(p)/18 182.6105
第二节 重力沉降
一、沉降速度
二、降沉室
三、悬浮液的沉聚
一、沉降速度
(1)球形颗粒的自由沉降
自由沉降：容器壁和其它颗粒不影响沉降速度；
干扰沉降：实际颗粒的沉降。 沉降过程力的分析 阻力Fd 浮力Fb •
d 3 g 重力 Fg = p p
浮力 Fb = 阻力 Fd =
d 3 g p
6
6
dp2 u2
② 过渡区
阿仑(Allen)公式：ut =
③ 湍流区
225
p
) 2
1/3
dp
500 < Re < 2105， = 0.44
牛顿(Newton)公式：ut = 3.03g(p)dp/
例：一直径为1.0mm、密度为2500kg/m3的玻璃球在20C的水 中沉降，试求其沉降速度。 解：由于颗粒直径较大，先假设流型处于过渡区。 （试差法）
假设正确，求得的最小粒径有效。 (2)40m颗粒的回收百分率 假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的停留时间 内，颗粒的沉降高度与降尘室高度之比即为该尺寸颗粒被分离 下来的分率。 由于各种尺寸颗粒在降尘室内的停留时间均相同，故40m 颗粒的回收率也可用其沉降速度ut与69.1m颗粒的沉降速度utc
4
2
重力Fg
根据牛顿第二定律，有：
Fg Fb Fd = m du d
颗粒运动可以分为两个阶段：加速阶段和匀速阶段 达到匀速阶段后，加速度为0 沉降(终端)速度为：
4gdp(p) ut = 3
影响沉降速度的因素
① 颗粒直径
dp s ，则ut
其他条件相同时，小颗粒后沉降。 ② 流体密度
= 6.29103m/s qv 3 n = 1= 1 = 46.69，取47层 3 WLut 106.2910 2 = 0.042m 隔板间距为 h = H = n + 1 47 + 1
核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间， 则气体的流速为
utc = qv/WH = 3/(22) = 0.75m/s
例：拟采用降尘室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。降尘 室底面积为10m2，宽和高均为2m。操作条件下，气体的密度为 0.75kg/m3，粘度为2.6105Pa•s；固体的密度为3000kg/m3；降 尘室的生产能力为3m3/s。试求：(1)理论上能完全捕集下来的最 小颗粒直径；(2)粒径为40m的颗粒的回收百分率；(3)如欲完 全回收直径为10 m的尘粒，在原降尘室内需设置多少层水平 隔板？ 解：(1)理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径 在降尘室中能够完全被分离出来的最小颗粒的沉降速度为
分类：间歇式和连续式
沉降过程：
第一阶段：沉降槽上部，颗粒浓度低，近似自由沉降；
第二阶段：沉降槽下部，颗粒浓度大，属于干扰沉降。 沉降速度：通常由实验来确定。
(2)絮尘室
(1)单层降尘室
①结构及工作原理
入口截面：矩形
A W b L 含尘气流通截面积： S W b H bu 含尘气体积流量： qV H W
降尘室底面积： 颗粒运动速度分解： 随气体的水平流速u； 颗粒沉降速度ut。
颗粒
含 尘 气 体 净 化 气 体
降尘室操作示意图
颗粒的停留时间
utc = qv/WL = 3/10 = 0.3m/s
由于粒径为待求参数，沉降雷诺数无法计算，故采用试差法
假设沉降在层流区，则可用斯托克斯公式求最小颗粒直径，即
50.3 18 2.6 10 utc dpc = 30009.81 ()g
18
= 6.91105m
50.30.75 6.91 10 核算沉降流型Re = dpcutc/ = 2.6105 = 0.598<1
①颗粒形状
同样条件下
非球 球
ut ,非球 ut ,球
因此
②壁效应
dp D
0.01
时靠近器壁处沉降速度较小，称为壁效应。
③干扰沉降 颗粒之间的干扰造成沉降速度减小．
④ 流体分子运动的影响
颗粒直径小于 2~3 μ m 以下时，抑制重力沉降。
⑤液滴或气泡变形 液滴或气泡受曳力变形，影响计算准确性。
解：与临界粒径dpc相对应的沉降速度为： 1.25104/3600
utc = qv/WL = 18
2.55
= 0.278m/s
假设临界粒径颗粒的沉降属于层流区，则 5 18 2.53 10 utc = dpc = 0.278 ()g 20009.81
= 80.3m
验算流型：Re = dpcutc/ = 0.687，故属于层流区，与假设 相符。
可计算气体处理量qv。
③若已知降尘室底面积WL、物性数据及气体处理量qv，则
可计算临界粒径dpc。
例：用高2m、宽2.5m、长5m的重力降尘室分离空气中的粉尘。 在操作条件下空气的密度为0.779kg/m3，粘度为2.53105Pa•s， 流量为1.25104m3/h。粉尘的密度为2000kg/m3。试求粉尘的临 界直径。