化工原理关系图

扩展
4 解吸
释放溶质 气体的操 作，吸收的 逆过程。 与吸收相 比特点见 右图
相同点
设备相同(板
式填料)
机理相同(单 吸
向扩散)
计算塔高的 收
方法与步 相同
骤
解
吸
目的
分离 气体 溶剂 再生
不同点
传质 方向
气
液 气
液
推动力
p p* p − p*
p* p p* − p
两线关系
填料层高度的计算 1 传质单元法 HNoGoG(H(NOLOL)传)传质质单单元元高数度 →
n 1 ln ri +1
i=1 i
ri
辐射传热
Q1− 2
=
C1−
2A
T1 100
4
−
T2
4
100
对流传 热系数
设备 设计
设备形式 管式列套 盘管管 管
板式夹 螺套 旋
换热面积 A = Q
Ktm
换热介质量
ms
=
Q C pt
加热蒸气量
ms
=
Q r
相关准数
关联式
努塞尔特准数 Nu = L
雷诺准数 Re = Lu
气(液)经过一个单元的 浓度变化等于改单元的
平均推动力(浓度差)
①平均推动力法
设
(两线为直线) h = HOG NOG = HOL NOL ( ) HOG = G K ya NOG = yb − ya ym
计
( ) HOL = L K xa NOL = xb − xa xm
②吸收因数法
(两线为直线 平衡线过原点)
= ms2C p2 ms1C p1
NTU 2
=
KA ms2Cp2
= t2 − t1 T1 − t1
过程 计算
逆 流
=
1− expNTU1(1− CR1) CR1 − expNTU1(1− CR1)
=
1− CR2
expNTU 2(1− CR2 ) − expNTU 2(1− CR2 )
并 = 1− expNTU1(1+ CR1)
其他表示
H O(柱) Hg(柱) 大气压
1atm = 1.013105 Pa = 1.033kgf/cm2 = 10.33mH O = 760mmHg
A m2
2
2
动 基
粘度 =
N s = Pa s （牛顿粘性定律）
本 参 数
du dy
m2
( ) 流量与流速 Vs = V
m3 s
( ) u = Vs A
G K y a → H oG
ya yb
− −
mxb mxb
、Gm L
→
N oG
→
h
③图解积分法
G K y a → H oG
yb dy
ya y − y*
→ NoG
→h
2 理论塔板数
h = N理论板 H等板高度 h = N理论板 板间距
E板
基本原理与概念
1 相平衡
平衡问题
1 传质速率方程
应用
测量静压 测量 确定液
机械能衡算
不可压缩稳态流动
W
=
gZ
+
u 2 2
+
p
+ Wf
(柏努利方程)
非稳态流动
或压差 液位 封高度
应用
Re 2000
层流 = 64 Re
阻
流型 Re =
du
力
u = 0.5umax
Re 4000 湍流 = 0.3164 Re 0.25
计
算
u = 0.8umax
=
JA
+
N
cA C
D =
RT G
( ) P
pBm kG pA − pAi
( ) D C
= L
csm
kL
cAi
− cA
3 传质系数(阻力)关系
⎯稀 ⎯溶⎯液⎯→ 低浓
P 1 pBm C 1 csm
1 KG = 1 kG + 1 HkL 1 KL = 1 kL + H kG
1 Ky =1 ky + m kx 1 K x = 1 kx + 1 mkx
m s
直径 园管直径 d = Vs u 4
水力半径
流通截面 rn = 浸润周遍
当量直径 d = 4r
e
n
Z1
+ p1
p=
= gZ2 +
或 p0 + gh
p2
静
力 学 方 程
u=0
流体流动基本原理
物料衡算
不可压缩稳态流动
非稳态流动
Vs = u1 A1 = u2 A2 = = uA(连续方程)
速率问题
① p t 确定时气液中浓度分配关系
p*A = f (cA ) （实验测定）
②亨利定律* （稀溶液）
p
* A
=
Ex A
p
* A
=
cA
H
y
* A
=
mx A
H =C E m=E P
A* = m 1 + (m − 1) m
2 物料平衡
①全塔物料衡算 GB (b − a ) = LB (b − a )
流
1+ CR1
= 1− expNTU 2(1+ CR2 )
1+ CR2
过程 强化
热传导
传热基本方
导热基本方程 (傅立叶定律)
dQ = −dA t n
对流传热
(牛顿冷却定律)
Q = At
平壁稳态导热 圆桶壁稳态导热
Q = t1 − t n+1
n bi
i=1 i A
Q =
2L(t1 − tn+1 )
6 逆流操作较并流操作
传质推动力大；
7 为适应特殊要求，可采
用多效塔组合操作，此情 形下应利用各塔操作线 的相对位置分析问题。
1 简单(微分)蒸馏
过程非稳态 采用微分衡算
wx = (w − dw)(x − dx) + ydw
2 平衡蒸馏(闪蒸)
Vy t
Fz t
xzy
操作线
y
Lx
xz
3 复杂塔(多进料 多侧线)_
基本原理
物料衡算
输入=输出+累积 能量衡算
E = W + Wf
简化为热衡算
H = Ql
平衡关系
气（汽）液平衡
液液平衡
气固平衡
液固平衡
过程速率式
速率
=
推动力 阻力
化工过程与单元操作
单相流 流体输送
流体流动两相流
流体通过 颗粒床层
流体颗粒 相对运动
过滤
沉降 流态化
传热过程
沸腾 蒸发
冷凝
加热
冷却
吸收
传热过程
虚综合考虑各因所对
k
的影响
G
低浓微吸元收填料层物料衡算与传质速率方程结合 ( K ya y − )y* SdH = GSdy = LSdx → 推出填料层高度计算式
①费克定律 J A − DAB dC A dz
定义与定率
②亨利定律 *
③吸收率 = (Gb yb − Ga ya ) Gb yb ⎯低⎯浓⎯吸⎯收⎯→ = (yb − yb ) yb
H
Q
特性曲线
分类 选型
安m装 操作
离心泵的安装高度
1 以允许吸上真空高度 Hs 表示
安装高度 H g = H s −
hf
− u2 2g
2 以气蚀余量 h允许表示
离心泵操作两点注意
3/
1
气缚
启动泵未灌水，空气在泵壳内打转，产生负
h 压很小，不足以将水吸进，泵无法操作。
2 气蚀 安装高度过大，泵叶轮处压力低于液体的
具有溶解或反应热效应 特点： ①溶液温度上升，平衡分压增 大，平衡线上移，不利吸收； ②与等温吸收相比许更大的液 气比、更高的填料层（或板数）； ③操作通常许移出热量，使过 程尽量接近等温。
源自文库
3 多组分吸收
若干组分被同时吸收 特点： 根据某一组分(关键组分)吸收 要求按单组分吸收设计塔高， 然后核算其他组分吸收率，从 而根据气液进塔组成计算出塔 浓度
直管阻力
wf
=
p
= l d
u2
2
局部阻力
wf
= le d
u2 2
= u2 2
1 确定容器间相 对位置 3 计算管路中各 段压力
确定管路中流体 的压力或各段的 压力损失
流量测量 1 利用柏努利方 程计算 2 流量计原理
输送设备(泵、风机)功率计 算 Ne = H Q g
N = H Q g /
6 105 Re1.8
强制湍(加流热Nn=u0.=4
0.023 Re 0.8 冷却n=0.3)
Prn
1 化学吸收
溶质与溶剂发生化学反应 特点： ①溶质平衡分压降低，甚至可 降至零，吸收推动力增大； ②液膜阻力减小，传质系数增 大； ③溶剂可吸收更多溶质而不 易饱和，在物理吸收无效时仍 有效
2 非等温吸收
蒸馏 干燥
萃取
化工设备
流体输送设备 泵 风机
过滤机
沉降分离器
流化床 气力输送装置
传热设备
换热器 蒸发器
吸收塔
传质设备
蒸馏塔 干燥器
萃取塔
流
密度 = m V
kg
m3
理想气体
V
=
pM RT
= M pT0 22.4 p0T
混合 V = yi i
1 =
ai
L
Li
体 流
压力
P p=
N = Pa
N A = kG ( p − pi ) = kL (ci − c)
( ) ( ) N A = KG p − p i * = KL c* − c
2 分子扩散传递速率
N A = ky (y − yi ) = kx (xi − x)
( ) ( ) N A = K y y − y* = Kx x* − x
NA
H = Z + u2 + p +
2g g
Hf
3 效率 η 外界能量的利用程度 N = H Q g /
4 功率 分有效功率(液体实际获得的功率)和轴功率 N，
影响因素
1 密度ρ↑，N↑，对 Q、H、η无影响 2 粘度μ↑，Q↓，H↓，N↑，η↓
3 泵转数 n
Q = n
H
=
n
2
N = n
Q n H n N n
传热基本方程
Q = KAtm 热量衡算式
Q = ms(介质)C pt =ms(蒸气)r
传热效率与传热单元
( ) (( )) 定 CR1 = ( ) 义
msC p min msC p max
= ms1C p1 ms2C p2
式
NTU1
=
KA ms1Cp1
= T1 − T2 T1 − t1
CR2 =
msC p min msC p max
1 吸收与解吸通常联用，
以使溶剂再生，为使吸收 效果好，必要求解吸效果 好；
2 增加液气比有利增大
传质推动力；
操 3 对液膜控制需加强液
作 相湍动，如加强液流量，
气膜控制应采取措施减 小气膜阻力；
4 降低溶剂入口温度有
利增大传质推动力；
5 降低吸收塔温度，减
小平衡常数有利于增大 传质推动力，有利吸收；
4 传质系数求法 ①实验测定 例 ②经验公式 例 ③准数关联 例
Kya
=
G H
yb − ya ym
→ Kya
( ) K La = 0.545L0m.96 水吸收空气中CO2
ShG = (ReG ) (ScG )
ShG
=
kG RTp Bm L PD
Re G
=
4wG aG
ScG = D
影响 因素
D p −1 D T 3 2 T −1 T 1 2
②低浓吸收
区段衡算 操作线方程
G(y − ya ) = L(x − xa ) y = L G x(ya − L G xa )
3 液气比 L/G(操作线斜率) ①适宜液气
影响吸收质量(技术指标) 比L G低=浓K(吸L 收G)min 影响操作成本(经济指标) K = (1.1 ~ 2)
( ) ②最小液气比 (L )G min = (yb − ya ) xb* − xa
强化
提高吸收率的途径
1 增加传质推动力
对数平均推动力 方法 ①增加液气比
2 减少传质阻力
气相传质阻力 方法 ①采用新填料
时 ym
= (yybB
−yayA
)
2
ln
y B y A
ym
=
1 2
(yB
+
yA )
②改变平衡关系 降低温度 提高压力 溶剂改性
1 Kya
液相传质阻力
1 Kxa
②改变操作条 件，如改变 G、L、温度、 压力等
普兰特准数 Pr = C p
(Nu Pr Re) = o
或
Nu = f (Pr Re)
格拉斯霍夫准数
Gr
=
L3 2 gt 2
沸腾
有相变
冷凝
垂水直平管管外外
流体横向流过管外
无相变
过流管体内流
层流
Nu
=
1.86
1
Re 2
1
Pr 3
d l
1
3
w
0.14
过度流 Nu =
f
Nu
f
=
1
−
③校核安装高度；
④进行经济核算，
确定型号。
增加推动力
tm
= (t1 − t2 )
lm t1 t2
1 增加蒸气压力；
2 降低冷却水温度；
3 采用逆流操作。
增加传热系数
增加换热面积
1 = 1 + i + 1
K 内
bi 外
1 加翅片；
1 增大 内 外 ；
2 采用串联。
2 减小 b ，增大 ，去垢。
1 输送管路并联分支流量 分配 2 根据流量确定复杂管路 的管径
流量 调节
启动 维修
工作 点与 调节
离心泵
出口阀 转速
叶轮直径 串并联 关出口阀
注水 方便
泵的主要性能参数
( ) 1 流量 Q 单位时间通过泵的流体量 m3 s 或m3 h
2 扬程(压头) H (w) 单位重量(质量)流体所获得的机械能
安装高度 H g = (pa − pv ) g − h允许s − hf ) 饱和蒸气压造成水汽化，气泡迅速凝结、破裂。
（往复泵安装高度确定原则与离心泵相同） 产生高压与高频震荡，损坏叶片。
离心泵 离心式 轴流泵
旋涡泵
往复式 计 往量 复泵 泵
其他
齿轮泵 喷射泵
①确定流量、扬程。
②查阅型号表审核
特性曲线；
4 叶轮直径 D
Q = D
H
=
D
2
N
=
D
3
Q D H D N D
影响 因素
往复泵
旁路 转速 冲程
启动
打来旁路
可不充水 调节
困难
基本结构与工作原理
离心泵
往复泵
叶轮高速 旋转使入 泵液体受 离心力甩 向叶片外 缘，在泵壳 内经能量 转换产生 高压输出 泵外。
η H
N Q
特性曲线 (
活塞往复 运动引起 工作室体 积增大、 减压；减 小、增压； 带动进出 口单向阀 对应开 启、关闭， 使流体吸 入、排出， 完成输 送。