传热与传质第六章
化工原理重要的章节总结
化工原理重要的章节总结化工原理是化学工程专业的基础课程，涉及到化学工程的核心理论和基本原理。
在化工原理的学习过程中，存在一些重要的章节需要着重掌握。
下面将对其中几个重要的章节进行总结。
第一章：化工原理的基本概念与原理这一章主要介绍了化工原理的基本概念和基本原理，包括物质的组成与性质、质量守恒定律、能量守恒定律、动量守恒定律等。
这些概念和原理是后续章节的基础，需要牢固掌握。
第二章：化学反应平衡与热力学这一章主要介绍了化学反应的平衡和热力学，包括化学平衡常数、反应速率、化学反应的热力学过程等。
化学反应平衡和热力学是化工过程中最基本的原理，对于了解和研究化学反应的平衡性和动力学过程具有重要意义。
第三章：物料平衡物料平衡是化工工程中最基本也是最重要的概念之一。
这一章主要介绍了物料平衡的基本原理和方法，包括质量平衡、组成平衡和能量平衡等。
物料平衡是解决化工过程中物质流动和转化问题的基础，对化工工程师来说至关重要。
第四章：能量平衡能量平衡是化工过程中的关键，也是核心。
这一章主要介绍了能量平衡的基本原理和方法，包括热力学原理、能量转化和传递等。
能量平衡是解决化工工程中能量转化和传递问题的重要手段，对于优化化工过程、提高能量利用率具有重要意义。
第五章：流体静力学与运动学这一章主要介绍了流体在静态和动态条件下的性质和运动规律。
包括流体静力学的基本原理、质量流动和能量流动控制方程、雷诺运动和黏性流体动力学等。
流体静力学和运动学是化工工程中设计和分析流体传输过程的基本方法和工具。
第六章：传热与传质传热和传质是化工过程中重要的能量转移和质量转移方式。
这一章主要介绍了传热和传质的基本原理和机制，包括传热和传质的基本方程、传热和传质的传递方式和速率、传热和传质过程的分析和计算方法等。
传热和传质是化工过程中热力学和动力学过程的核心内容，对于掌握化工过程热力学和动力学规律具有重要意义。
以上是化工原理重要的几个章节的总结。
这些章节涉及到化工过程的核心理论和基本原理，对于理解和分析化工过程、解决实际问题具有重要的指导作用。
第6章 化工原理传热1
第六章
传热
第二节 热传导 热传导是起因于物体内部分子微观运动的一种传热方式 。热传导的机理相当复杂，目前还了解得很不完全。简而言 之，固体内部的热传导是由于相邻分子在碰撞时传递振动能 的结果。 在流体特别是气体中，除上述原因以外，连续而不规则 的分子运动（这种分子运动不会引起流体的宏观流动）更是 导致热传导的重要原因。 此外，热传导也可因物体内部自由电子的转移而发生。 金属的导热能力很强，其原因就在于此。
T1
T2
t2
套管式
传热（或换热）过程： 是指在冷、热流体之间进 行的热量传递总过程。 给热过程：（对流传热过程） 是指热、冷流体与壁面之 间的热量传递过程。
第六章
传热
3、 蓄热式传热 蓄热式换热器又称蓄热器，是由热容量较大的蓄热室构成，室 内可填充耐火砖等各种填料。 一般说来，这种传热方式只适用于气体介质，对于液体 会有一层液膜粘附在固体表面上，从而造成冷热流体之间的少 量掺混。实际上，即使是气体介质，这种微量掺混也不可能完 全避免。如果这种微量掺混也是不允许的话，便不能采用这种 传热方式。这种传热方式只适用于气体的另一原因，是气体的 体积比热容较填充物小得多，液体则不然。
各种物质的λ可用实验方法测定，P388 附录六给出了常用固体材 料的导热系数。从表中所列数据可以看出，各类固体材料导热系数 的数量级为： O 金属 10—102 W/（m·C） O 建筑材料 10-1 —10 W/（m·C） O 绝热材料 10-2 — 10-1 W/（m·C）
第六章
传热
固体材料的导热系数随温度而变，绝大多数质地均匀的固体，导 热系数与温度近似成线性关系，可用下式表示： 式中：λ—固体在t OC 时的导热系数W/（m OC）； λ0—固体在0 OC 时的导热系数W/（m OC）； α—温度系数 1/OC 对于大多数金属材料和液体：α为负值 α< 0 提高温度 λ略减小。 对于大多数非金属材料和气体：α为正值 α> 0 提高温度 λ增大。 金属材料和非金属材料的λ随温度的不同变化趋势是因为它们的导 热机理不同而引起的。前者主要靠自由电子在晶格之间的定向运动导 热，而后者主要靠原子、分子在其平衡位置附近的振动导热。
第六章气固流态化基础(2024)
类型与结构
根据反应类型和需求，流化床反应器可分为多种类型，如固定床反应器、移动床反应器和 循环流化床反应器等。其结构通常包括反应器主体、气体分布器、固体颗粒循环系统和控 制系统等。
通过气体或液体以一定速度穿过 固体颗粒层，使颗粒之间产生相 互作用和能量传递，从而实现流 态化。
2024/1/29
5
气固流态化的重要性
与传统的间歇式生产方式相比， 气固流态化技术可降低能耗和生 产成本。
气固流态化技术不仅应用于化工 、冶金等领域，还可拓展到环保 、新能源等领域。
2024/1/29
提高生产效率 降低能耗
在气固流态化系统中，通过设置合适的分离 装置，可实现气体和固体颗粒的有效分离， 以满足不同工艺需求。
2024/1/29
催化剂再生
在石油化工等领域中，催化剂的再生是一个重要环 节。利用流态化技术可实现催化剂的高效再生和循 环利用。
粉体输送
利用气固流态化的原理，可实现粉体物料的 高效输送和分配，广泛应用于化工、冶金等 领域。
颗粒粘结
某些物料在流化床内可能发生粘结现象，形 成团聚体或结块。粘结可能导致床层塌落、 沟流以及传热和传质效率下降等问题。
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气体分布不均与沟流现象
气体分布不均
在气固流态化过程中，气体的不均匀分布是 一个常见问题。气体分布不均可能导致床层 内的温度和浓度梯度增大，从而影响产品质 量和收率。
强化传质方法
强化传质的方法包括增加气体流速、减小固体颗粒粒径、提高床层温度和压力等。此外 ，采用催化剂或添加反应促进剂等方法也可以提高传质效率。同时，优化流化床结构和
化工原理课件第6章：传热
化工原理——传热
6.2.4 多层壁的定态导热
例 6-2
Q n
t1 tn1 1 l n ri1
i1 2Li ri
化工原理——传热
化工原理——传热
接触热阻
1
c A
c ：接触系数，W/(m2 ℃）
化工原理——传热
6.3 对流给热
6.3.1 概说 1 对流给热过程的分类
（1）T1、T2、t1、t2均确定时，△tm逆＞△tm并
（2）若Q相同，依 Q KAtm ，A逆＜A并 （3）Q一定时，依 Q qm1cp1(T1 T2 ) qm2cp2(t2 t1)
若T1、T2确定，则（t2－t1）逆＞ （t2－t1）并
∴
qm2逆＜qm2并
化工原理——传热
逆流
并流
化工原理——传热
（3）蒸汽过热的影响 r' r cp(TV Ts )
（4）蒸汽流速及流向的影响 强化思路 → 减少液膜厚度
化工原理——传热
化工原理——传热
a、r、d 的大小取决于物体的性质、表面状况、 温度和投射辐射的波长，一般
固体、液体：a+r =1
气体：a+d =1
化工原理——传热
物体的辐射能力：指物体在一定温度下，单位时间、单位表面积 上所发出的全部波长的总能量。（E）W/m2
化工原理——传热
化工原理——传热
另一表达式： 灰体在一定温度下的辐 射能力和吸收率的比值， 恒等于同温度下黑体的 辐射能力，即只和物体 的绝对温度有关。
化工原理——传热
相距很近的平行黑体平板，面 积相等且足够大，则 12 21 1
化工原理——传热
【化工原理复习笔记】第六章 蒸馏
蒸馏⏹双组分溶液的气液相平衡拉乌尔定律由溶剂与溶质组成的稀溶液，在一定温度下汽液两相达到平衡时p A=p A o x Ap A：溶剂在汽相中的蒸气分压，kPap A∗：同温度下纯溶剂A的饱和蒸气压，kPax A：溶剂A在液相中的组成（摩尔分数）对于组分Bp B=p B∗x B=p B∗(1−x A)理想溶液的t−y−x关系式➢温度(泡点) — 液相组成关系式x=p−p B∗p A∗−p B∗x：液相中易挥发组分的摩尔分数p：总压，kPap A∗、p B∗：溶液温度t时，纯组分A、B的饱和蒸气压，kPa ➢恒压下t−y−x关系式y=p A∗x p若已知汽液相平衡温度t下的液相组成x，用上式就可求出与x平衡的汽相组成y ➢温度(露点) — 汽相组成关系式将上面两式合并y=p A∗p×p−p B∗p A∗−p B∗双组分理想溶液的汽液两相达到平衡时，总压p、温度t、汽相组成y及液相组成x的4个变量中，只要决定了两个变量的数值，其他两个变量的数值就被决定了。
相对挥发度与理想溶液的y−x关系式挥发度v挥发度是用来表示物质挥发能力大小的物理量，前面已提到纯组分液体的饱和蒸气压能反映其挥发能力。
理想溶液中各组分的挥发能力因不受其他组分存在的影响，仍可用各组分纯态时的饱和蒸气压表示，即挥发度v等于饱和蒸气压p∘v A=p A ov B=p B o相对挥发度α溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度αa=v Av B=p A op B o对于理想溶液，在操作温度范围内，取最低温度的α值与最高温度的α值之几何平均值理想溶液的汽液相平衡方程式非理想溶液汽液相平衡非理想溶液中各组分的蒸气分压不服从拉乌尔定律，他们对拉乌尔定律发生的偏差有正偏差与负偏差两大类。
实际溶液中，正偏差的溶液比负偏差者多蒸馏与精馏原理简单蒸馏与平衡蒸馏简单蒸馏：只适用于混合液中各组分的挥发度相差较大，而分离要求不高的情况，或者作为初步加工，粗略分离多组分混合液平衡蒸馏：为稳定连续过程，生产能力大。
第六章 搅拌聚合釜的传热与传质
t c = t R - ∆t p = 50 - 45.5 = 4.5 C
o
第四节 搅拌釜内的传质过程
固相-液相发生的传质过程：
N = K L a(CS − CL )
N u' （谢尔乌特准数N ）： （1）扩散努塞尔准数 sh
KLD N u ' = N sh = DAB
N = K G ( PA − PA1 ) = K L (C A1 − C AL )
1 PA N= 1 + H + Ha KG K L K1
无限慢反应
由于反应速度极慢，属于动力学控制，可以不考虑传 质对聚合反应的影响，只需将与气相压力P相平衡的浓度 C代入化学动力学方程式即可计算伴有相间传递过程的聚 合速率。
拟一级反应的分类
快速反应
单位面积液膜内的最大反应速率大于纯物理传质速率的 2～3倍，这时主要受扩散控制。其传质速率式为：
传质速率
N=
(K1D )C A1
反应物的界面浓度
反应速率常数 扩散系数
中速反应 慢速反应
此时反应甚慢，反应对传质系数的影响可以忽略，反应 基本上在液相本体内进行。传质的气膜与液膜阻力和液 相本体的化学反应阻力起串联阻力作用：
ρc
ρ c D AB
液液体系
1 1 1 = + KV kd m' k c
分散相传质膜系数 连续相传质膜系数
两相溶质的平衡常数
液固体系
KT r s = AN Re ⋅ N sc D AB
伴有相间传质的聚合反应
相 界 面
传递阻力＋ 传递阻力＋化学反应阻力
传质速率远小于聚合反应速 率时，实际反应速率完全取 决于传递过程速率。
传热和传质基本原理 第六章 燃料电池中的传热传质
12
AFC电池结构
电解质保持在多孔体中的基体型。基体主要是石棉膜， 它饱吸KOH溶液。电池成多孔叠层结构。 自由电解质型。电解质是自由流体，电池设有电解质 循环系统，可以在电池外部冷却电解质和排出水分。 电极以电解液保持室隔板的形式粘结在塑料制成的电 池框架上，然后再加上镍隔板做成的双极板，构成单 电池。
32
图6－19 典型的PEMFC系统示意图
33
直接甲醇燃料电池（DMFC）
Gasket 直接甲醇燃料电池的全称应为直 MEA 接甲醇质子交换膜燃料电池，其 工作原理与常规的以氢为燃料的 质子交换膜燃料电池基本相同， 不同之处在于DMFC的燃料为甲醇 （可以是气态或液态，但主要是 液态），氧化剂仍是氧或空气。
11
碱性燃料电池（AFC）
AFC的工作原理：基本上是水电解的逆过程。它以氢氧化 钾（KOH）水溶液为电解质，溶液的质量分数一般为30 ％～45％，最高可达80％。 AFC燃料电池的电化学反应为
阳极反应 阴极反应
整个电池反应
2 H 2 4OH 4 H 2 O 4e O2 2 H 2 O 4e 4OH 2H 2 O2 2H 2 O 电能 热能
13
1－氧支撑板 2－氧蜂窝（气室） 3－氧电极 6－氢蜂窝（气室） 7－氢支撑板 8－排水膜 －除水蜂窝（蒸发室） 11－除水蜂窝板
4－石棉膜 5－氢电极 9－排水膜支撑板 10
图6－5 静态排水的氢氧隔膜型燃料电池单体示意图（基本型）
14
图6－6 碱性燃料电池的结构（自由电解质型）
15
图6－7 培根AFC电池系统
图6－8 磷酸型燃料电池的基本构造
18
固体氧化物燃料电池（SOFC）
化工原理-第六章-传热.
化工原理-第六章-传热一、填空题：1. 工业上冷热流体间的传热方式有______________、_____________、____________。
答案：间壁式蓄热式直接混合式2. 热量传递的方式主要有三种: ___________、_____________、_____________。
答案：热传导热对流热辐射3. 传导传热的傅立叶定律表达式为____________，其符号各代表__________________,__________________ 和____________________。
答案：ｄQ/ｄτ＝－λAｄt/ｄδ,ｄQ/ｄτ表示单位时间传递的热量,－表示温度向降低方向传递,A表示传热面积,λ表示导然系数和ｄt/ｄδ表示温度梯度。
4. 影响给热系数α的因素有_____________________________________。
答案：流体种类、流体性质、流体流动状态和传热壁面的几何尺寸5. 由多层等厚度平壁构成的传热壁面, 若某层所用材料的导热系数越大，则该壁面的热阻就越_______,其两侧的温度差越______。
答案：小小6. 定态导热是指______________________________不随时间而改变。
答案：传热系统中各点的温度仅随位置变7. 影响传导传热系数的因素有___________________________________。
答案：物质种类和组成,物质的内部结构和物理状态、温度、湿度、压强等8. 牛顿冷却定律公式为________________, 其符号各代表__________________、_________________和__________________。
答案：Q＝αA（T－t w）, Q表示传热速度、α表示传热系数、A表示对流传热面积、T表示热流体主体平均温度和t w表示为低温流体壁面温度。
9. 在包有二层相同厚度但导热系数不同的保温材料的圆形管道上，应该将______________材料放在内层，道理是______________，______________。
第6章气固、液固传质分离过程
II型 和 IV型 等温线
nad
II
B p/p0
IV
B p/p0
多层吸附 (从点 B开始) 对无孔材料比较适用
在低压下类似于 II 型 在高压下发生孔内冷凝
第6章气固、液固传质分离过程
nad
III型 和 V型 等温线
nad
III p/p0
V p/p0
吸附质之间具有强相互 作用, 比如当水分子吸附 到疏水性活性炭上时
(2) Langmuir-Freundlich方程的扩展式
Langmuir方程扩展式和Langmuir-Freundlich方程 的扩展式缺乏热力学一致性，故理论依据不充分， 只具有半经验性质，但应用起来比较简便。
第6章气固、液固传质分离过程
吸附过程的传质
一、 吸附机理
吸附质在吸附剂的多孔表面上的吸附过程分四步：
第六章 气固、液固传质分离过程
主要内容及要求：
1.学习并掌握吸附的基本原理、吸附平衡、吸 附动力学、吸附过程及设备。
2.结晶过程的热力学和动力学基础，吸附、结 晶设备及流程。
3.了解膜分离的基本原理、过程分类、膜和膜 组件的类型以及膜分离技术的应用。
第6章气固、液固传质分离过程
6.1 吸附分离过程 6.1.1 吸附过程基础 6.1.2 吸附分离过程与技术
（3）物理吸附的吸附质分子可通过降低压力的方法 解吸，而化学吸附的吸附质分子的解吸要困难得多， 往往是不可逆的；
（4）物理吸附可以是单分子层吸附也可以是多分子 层吸附，而化学吸附通常只是单分子层吸附，某些情 况下，化学吸附单分子层上还可能发生物理吸附；
（5）物理吸附瞬时发生，而化学吸附一般需要达到 一定的活化能后才发生。
吸附平衡关系通常用等温下吸附剂上吸 附质的含量与流体相中吸附质的浓度或分压 间的关系表示（吸附等温线）。
第六章传质基本概念ppt课件
n
c ci
i 1
c n p V RT
piV＝niRT
摩尔分数：
固体和液体：xA=cA/c
气体：
yA=cA/c
n
xi 1
i1
yA=pA/p n
yi 1
i1
例题10-1
• 温度为25℃和压力为10５Ｎ/m２的干空气主 要由下列两种组分组成：yO2＝0.21；yN2＝ 0.79。氧的摩尔质量为0.032kg/mol，氮的 摩尔质量为0.028kg/mol 。试确定:(1)氧和 氮的质量分数，(2)干空气的平均分子量。
§10-2 分子扩散概念
• 在静止的系统中， 由于浓度梯度而产 生的质量传递称为
分子扩散。
一、分子扩散速度和通量 1.分子扩散速度
混合气体中 存在浓度梯度
分子 扩散
破坏压 力平衡
气体的 整体移动
在扩散过程中要产生混合气体的整体流动
• 整体流动速度
• 混合气体的整体流动速度等于混合气体中
各组成气体速度的平均值 • 整体流动的质量平均速度 :
第二篇
传质学 Mass Transfer
• 简介
传质是指在两种或两种以上的组元构 成的混合物系中，如果其中各处浓度不同 (存在浓度差)时，则必发生减少浓度不均匀 性的过程，各组元将由浓度大的地方向浓 度小的地方迁移，即质量传递现象。
第十章 传质的基本概念
§10-1 传质的基本原理 §10-2 分子扩散概念 §10-3 对流传质
pTV
pTV
pTV
分压力pi
• 分压力(pi) : 在与混合物相同的温度的情况下, 每一种组成
气体都独自占据混合物相同的体积时,组成气体的压力
分压力pi
新版化工原理-6章传热-总结学习课件.ppt
0901
6
二、传热的基本方式 1、热传导
物体中的分子或质点不发生宏观位移。
2、对流给热
流体中质点的位移和混合而引起的热量传递过程。
特点：
流体中质点有相对的宏观位移 仅发生在液体和气体中
3、热辐射
热辐射是以电磁波的形式发射的一种辐射能，辐射能被 物体全部或部分的吸收而变为热能。
0901
7
第二节 热传导 6.2.1 傅里叶(Fourier)定律和热导率
热Φ 流 体
Tw
Φ
冷 流 体
tW
t
流体通过间壁的热交换
0901
16
二、因次分析法获得的对流给热系数
l
f
(lu
, cp
,
l
3
2 g 2
t
)
可表示成
Nu = ARea PrbGrc 式（6-36）
或 Nu = f(Re,Pr,Gr)
0901
17
6.3.3 无相变的对流给热系数的经验关联式
Q
t
Δt R
=
推动力 阻力
式（6-10）
λA
t1
t2
dx
A
t1 > t2
x
q Q t A
式（6-9）
其中: R 导体的热阻K/W
λA
平壁内温度沿壁厚呈直线关系（λ为常数）
0901
10
二、多层平壁的稳态热传导
t δ1 δ2 δ3
1 2 3
t1 t2 t2t3
0901
2. 选择冷却介质的出口温度。
为求得传热系数K, 须计算两侧的给热系数α, 故设计者必须决定：
第六章 搅拌聚合釜的传热与传质
过程，还是物理性操作过程，几乎都伴有热量的
引入或导出。其应用主要包括以下几方面： • 1.加热或冷却流体，符合化学反应或单元操作的 需要 • 2.对设备或管道进行保温、隔热，以减少热量(或 冷量)损失。 • 3.合理使用热源，进行热量的综合回收利用。
6.1.1
传热的基本方式
一）热传导(导热) • 定义：热量从物质中温度较高的部分传 递到温度较低的部分，或者从高温物质 传递到与之相邻的低温物质的热量传递 现象。
• α气体<α液体
• α有相变>α无相变
2）流体的物性 • 对α影响较大的流体物性有导热系数k、粘 度μ、比热Cp、密度ρ及对自然对流影响 较大的体积膨胀系数β。具体地： • k↑ 、 μ↓ 、 Cp↑ 、 ρ↑ 、 β↑ → α↑
产生对流的原因
• 由于流体内部温度不同形成密度的差异，在浮力
的作用下产生流体质点的相对位移，使轻者上浮，
重者下沉，称为自然对流； • 由于泵、风机或搅拌等外力作用而引起的质点强 制运动，称为强制对流。 • 流动的原因不同，热对流的规律也不同。在强制 对流的同时常常伴随有自然对流。
• 化工生产中，常遇到的并非是单纯的热对流
• 聚合釜以状
态αO较小，激烈流动状态αO较大；
• 夹套中冷却水的流况是提高传热系数的重
要途径。方法：安装导流挡板、扰流喷嘴、 多点切向进水等。
• 固体的导热系数较小，尤其是聚合物垢及 水垢的导热系数很小，故热阻较大。 • 尽可能采用导热系数较高的材质，如碳钢 比不锈钢导热系数高；釜壁尽可能薄；降 低粘釜物和挂胶现象等。
传热速率
衡量传热的快慢用热流量及热通量表示。
• 热流量Q：单位时间内通过传热面的热量，W
• 热通量q：每单位面积的传热速率，W/m2 • 传热速率(热流量）和热通量是评价换热器性能的重要指标。 Q↑，换热器性能愈好；
第六章 搅拌聚合釜的传热与传质讲解
冷水
气相
冷水
冷水
液相
冷水 泵
(4)体外循环冷凝器:部分反应物料由反应器中用泵 抽出,经外部冷凝器冷却后再进入反应器.
还满足不了要求时，加容积及冷料降温。如顺丁胶 多釜聚合。
注意事项
(1)在容易结垢的聚合过程中,因为易结垢,且不易 清洗,所以釜聚合内不宜采用蛇管或管束冷却.乳液 聚合速率很快,常在釜内设置大量束管,帮助散热.
式中：α 被搅拌液体对壁面的传热系数；Ｌ定性长度，对夹 套釜Ｌ取釜径Ｔ；Ｄ为搅拌桨叶直径；Ｎ搅拌器转速；λ 导热系数 Cp 恒压热容，ρ 密度，μ b黏度μ w 为壁温下流 体的粘体黏度
湍流时, 取b=2/3，c=1/3, m=0.14
搅拌釜不同，a值不同．并限于指定标准釜。 标准几何尺寸釜为：T:D=3； H:T＝１
假塑性流体大都处于层流区，常采用锚式，螺带 式搅拌器，传热关联式如下：
锚式：
i
T
1.5(NRe )0.5 (NPr )0.33(Vis )0.2 (50
N
Re
500)
螺带式 (0.1< N R en< N R e c)
此外最大传热速率可能不再反应阶段。
高粘体系注意刮壁作用设计。
第二节 搅拌聚合釜的传热方式
传热装置:夹套,内冷件,回流冷凝,体外循环 冷却器等.
(1)夹套:最常用.结构简单,但传热系数不高.
改进办法：提高夹套内传热介质的湍动
增加搅拌釜的总传热系数
(如在夹套内安装导流板或扰流喷嘴)
第六章 搅拌聚合釜的传热 与传质
第一节 聚合过程的传质问题
第六章___间壁式热质交换设备的热工计算解读
不同点：
LMTD法：逆流×温差修正系数（有利于流动形式 的改进；但对数计算较麻烦）
ε-NTU法：K已知时求解方便。
6.5表面式冷却器的热工计算
1.表冷器处理空气时发生的热质交换的特点
等湿冷却过程或干冷过程(干工况) 减湿冷却过程或湿冷过程(湿工况)
总热交换量：
（逆流）
1 f (NTU ,Cr , 流动形式 ) f (Vy , w, )
表冷器的接触系数
只考虑空气的状态变化
或 因为-Gdi=hm(i-i3)dA 和hm＝hw/cp
如果将G=AyVyρ代入上式，则：
肋通系数
代入上式
即ε2=f（Vy，N）
结论：增加排数和降低迎面风速都能增加表冷器 的接触系数。
第六章 间壁式热质交 换设备的热工计算
热质交换设备
在暖通空调等许多工程应用中，经常需要在 系统和它的周围环境之间或在同一系统的不同 部分之间传递热量和质量。
这种以在两种流体之间传递热量和质量为基本 目的的设备称为热质交换设备。
在设备中，有时仅有热量传递，有时热量传递 与质量传递同时发生。
表冷器热工计算的主要原则
该冷却器能达到的ε1应该等于空气处理过程需 要的ε1；
该冷却器能达到的ε2应该等于空气处理过程需 要的ε2；
该冷却器能吸收的热量应该等于空气放出的热 量。
表冷器热工计算的主要原则
定义式
计算式
空气处理需要的 冷却器能达到的 实际影响因素
表冷器的设计计算步骤 【例5-1】
G2c2
G1c1 ,
G2c2 (t2'' G2c2 (t1'
t2' ) t2' )
第6章 热交换过程及换热器
( 六)
多媒体教学课件 李文科 制作
第六章 热交换过程及换热器
第一节 制冷机中热交换设备的传热
过程及传热计算方法
第二节 蒸 发 器 第三节 冷 凝 器
第四节 蒸发器供液量的自动调节
第五节 制冷系统的传热强化与削弱
第一节 制冷机中热交换设备的 传热过程及传热计算方法
内 容 提 要
ห้องสมุดไป่ตู้
第一节 热交换设备的传热过程及传热计算
图6－1 圆管壁的传热过程
第一节 热交换设备的传热过程及传热计算
以圆管外壁面面积为基准计算，传热系数ko为 1 ko (6－8) do 1 do do 1 ln d i hi 2 d i ho 工程计算中，当圆管的内、外径之比 do/di≤2时，式(6 －8) 1 可简化为 ko do 1 do 1 (6－9) d i hi d m ho 1 ko 或 d o 1 Ao 1 (6－10) d i hi Am ho 式中：δ—圆管壁厚，m；λ—圆管热导率，W/(m· K)； dm—圆管内、外直径的算术平均值，m； Am—圆管内、外表面面积的算术平均值，m2。
第一节 热交换设备的传热过程及传热计算
平均温差Δtm与介质的流动形式有关。如图6－3所示，冷、
热流体的流动形式主要有 4 种：两者平行且同向流动时称 为顺流；两者平行而反向流动时称为逆流；彼此垂直的流 动称为交叉流；图6－3d所示的情形称为混合流，对应于蛇 形管换热器中的流动情形。 在顺流和逆流情况下，冷、热流体的温度变化如图6－ 4所示。可以证明，当冷、热流体的热容量 (质量流量与比 热容的乘积)在整个换热面上均为常量、传热系数k在整个 换热面上不变、换热器无散热损失、沿换热面轴向的导热 量可以忽略不计，以及换热器中任何一种流体都不能既有 相变又有单相对流换热时，换热器内的平均传热温差取两 端温差的对数平均值温差，计算式如下：
第六章 多相系统中的化学反应与传递现象(复习)
6 多相系统中的化学反应与传递现象 一、固体催化剂的宏观结构及性质1、内表面积：通常用比表面积来衡量催化剂的内表面积大小。
单位质量催化剂所具有的表面积, 单位体积催化剂所具有的表面积,2、孔容和孔隙率单位质量催化剂内部孔道所占的体积称为孔容， 孔隙率等于孔隙体积与催化剂体积之比， 3、平均孔径 4、密度真密度=固体的质量/固体的体积颗粒密度(表观密度) =固体的质量/颗粒的体积 床层密度(堆密度) =固体的质量/ 床层的体积 颗粒孔隙率=颗粒孔隙体积/颗粒的体积床层空隙率=床层空隙体积/床层的堆体积 5、颗粒当量直径（1）体积相当直径；（2）面积相当直径；（3）比表面相当直径。
二、气固相催化的过程步骤 以气相催化不可逆反应为例(1) 反应物A 由气相主体扩散到颗粒外表面(2) 反应物A 由外表面向孔内扩散, 到达可进行吸附/反应的活性中心2g V p g p V ρε=gg a S V r /2=t ρp ρB ρp εε(3) 反应物A 被活性中心吸附 (4) 反应物A 在表面上反应生成产物B (5) 产物B 从活性中心上脱附下来 (6) 产物B 由内表面扩散到颗粒外表面 (7) 产物B 由颗粒外表面扩散到气相主体(3,4,5)总称为表面反应过程, 即催化反应的本征动力学 (1,7)称为外扩散过程, (2,6)称为内扩散过程 三、流体与催化剂颗粒外表面间的传质与传热1、传质通量：2、传热通量：3、定态下传质通量和传热通量：4、传递系数对固定床反应器, 有：四、外扩散对多相催化反应的影响 外扩散有效因子： 1、单一反应一级不可逆反应（在忽略传热阻力和内扩散阻力时）：)(AS AG m G A C C a k N -=)(G S m S T T a h q -=))(()(R A A A H q N ∆--ℜ=-ℜ=3/2)(Sc Gk j G D ρ=3/2(Pr)pSH GC h j =μλμρμ/Re /Pr /G d C D Sc p f p ===3000Pr 6.010Re 30Re 395.04.56.01000Re 3Re 357.0536.0359.0≤≤≤≤=≤≤≤≤=--H D j Sc j εε表面处的反应速率外扩散无影响时颗粒外表面处的反应速率外扩散有影响时颗粒外=x ηAGAS AGW AS W CC C kC kx ==η)1/(1Da x +=η丹克莱尔准数Da 是化学反应速率与外扩散速率之比 正级数反应, Da 增加, 外扩散阻力增大, 降低，且反应级数越大，外扩散有效因子随丹克莱尔准数Da 增加下降的越明显，无论反应级数为何值，Da 趋于零时，外扩散有效因子总是趋于1。
《传热与传质》课件
本PPT课件将介绍传热与传质的基本概念、热传递方式、热传递方程、热传递 应用、质量传递方式、质量传递方程、质量传递应用等内容。
一、引言
定义传热与传质
对传热与传质概念进行准确明晰的界定。
传热与传质的重要性
解释传热与传质在各个领域的重要性和应用。
传热与传质的分类
将传热与传质按照不同的方式进行分类。
2. 质量传递方程
简要介绍质量守恒定律、质量 扩散方程和泊肃叶定律。
3. 传质的应用
探究传质在化学反应和汽车尾 气净化过程中的应用。
四、结语
• 传热与传质是不可或缺的领域。 • 展望传热与传质在未来的应用前景。
二、传热
1
1. 热传递方式
描述热传递的三
流和辐射。
介绍傅里叶传热定律、热传导方程、对
流传热方程和辐射传热方程。
3
3. 热传递的应用
探讨热传递在工业生产和热力学循环中 的应用。
三、传质
1. 质量传递方式
详细讨论质量传递的三种基本 方式：扩散、对流和牛顿冷却 定律。
第六章生物反应器中的传质过程
丝状菌发酵中，菌体相互间易形成网状结构，在 一定的剪切速率下，团状结构的菌团可被打碎 成小片，虽然这些小碎片可再聚集起来，但在 高剪切速率下，絮集起来的菌团又将被打碎， 使发酵液呈牛顿型流体特性。
总之，流体特性因素都会对生化反应器内的质 量与热量的传递、混合特性及菌体生长等产生 影响，这给工艺过程控制与设备放大带来困难。
6．3 体积传质系数的测定及其影响因素
6．3．1 体积传质系数的测定
6．3．1．1 亚硫酸盐法测定容积氧传递系数
氧的体积传质系数kLa的测定方法有多种，亚硫酸盐 法是应用较为广泛的方法之一。正常条件下，亚硫酸 根离子的氧化反应非常快，远大于氧的溶解速度。当 Na2S03溶液的浓度在0．018—0．45mol内，温度在 20～45℃时，反应速度几乎不变，所以，氧一旦溶解 于Na2S03溶液中立即被氧化，反应液中的溶解氧浓度 为零。此时氧的溶解速度(氧传递速度)成为控制氧化 反应速度的决定因素。
6.1.1 流体的流变学特性
发酵液的流变学特性是指液体在外加剪切力，作用下 所产生的流变特性，简称流变特性。当给定的流体 在外加剪切力的作用下，一定产生相应的剪切速率 r(即速度梯度或切变率，单位为Pa)，两者之间的关 系为该流体在给定温度和压力下的流变特性：
(6—1)式称为流变性方程，其图解形式叫做流变图。生物 反应醪液多属与时间无关的黏性流体范围(表6—1)。
6．1 生物反应体系的流变特性
生物工业中经常遇到空气、水、发酵液和 滤液等气体或液体，尽管种类多，但它 们的流动与输送都遵循共同的基本规律。 以发酵过程为例，由于微生物的生命活 动，分解并利用营养成分，积累代谢产 物，引起了发酵液的物理性质，如黏度、 表面张力和离子强度等的变化。
另外，发酵液黏度的改变会影响液体的湍 动性、界面张力或液膜阻力等。图6—1 是黏度对不同过程影响的示意图。由图 6—1可知，了解发酵液流变学特性的变 化(特别是黏度变化)，对掌握生物反应过 程传质与混合特点，进而改进发酵过程 控制工艺条件及生度是多种因素的函 数，除依赖菌体颗粒的浓度外，还受颗粒的形 状、大小、颗粒的变形度、表面特性等因素影 响。在霉菌或放线菌等的发酵中，发酵液的流 动特性常出现大幅度变化。例如，青霉素发酵 液的屈服应力与刚性系数都随发酵时间的增加 而增大。发酵后期与前期相比，刚性系数可增 加近百倍，表观黏度明显增加。
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第六章质量传输基本概念和传质微分方程6－1 概述
传质的定义
物质由高浓度向低浓度方向转移的过程，即在混合物中由于存在组分的浓度差而引起的相对运动。
传质的基本方式
Ⅰ.分子（扩散）传质：类似于导热，传导传质
在固体内部或静止的流体中，或者在垂直于浓度梯度方向作层流流动的流体中，由于微观分子运动所引起的质量转移。
Ⅱ.对流传质：类似于对流换热
在运动流体与固体壁面之间，或互不相溶的两种运动流体之间依靠分子扩散和质量对流联合作用而引起的质量传递。
第六章质量传输基本概念和传质微分方程
6－2 浓度、速度、扩散通量密度、扩散系数
浓度
Ⅰ. 质量浓度ρ
i
单位体积的混合物中组分i的质量，kg/m3
Ⅱ. 物质的量浓度（摩尔浓度）c
i
单位体积的混合物中组分i的摩尔数，mol/m3
Ⅲ. 分压力p
i
气体混合物中当组分i处在与气体混合物相同
的温度下，其单独占据气体混合物容积时所形
成的压力。
6－2 浓度、速度、扩散通量密度、扩散系数
速度
Ⅲ. 以摩尔平均速度v m 为参考标准
v A -v m : 相对于摩尔平均速度的组分A 的扩散速度v B -v m : 相对于摩尔平均速度的组分B 的扩散速度通量密度
等于组分的速度与其浓度的乘积;
矢量，与速度方向一致，大小等于在垂直于速度方向的单位面积上、单位时间内通过的该组分的物质量。
本章小结
质量传输的定义及分类；
浓度、速度、扩散通量密度的表达式及其之
间的关系；
菲克第一定律的四种表达式及适用情况；
质量传输微分方程的推导，以及几种不同的
形式；
质量传输的定解条件。
习题：p195, 1、2。