化工原理 下册 天津大学柴诚敬 41-42学时
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化工原理下册天津大学柴诚敬43-44学时
2020/6/3
一、热量衡算基本方程
物料的焓值
I1 cm1
湿物料的 平均比热
容
I2 cm2
I2 I1 cm (2 1)
绝干料的 平均比热
容
水的比 热容
cm csXw ccs 4 .18 X7
2020/6/3
一、热量衡算基本方程
由 Q Q P Q D L ( I 2 I 0 ) G ( I 2 I 1 ) Q L
作业题: 3、4、5
2020/6/3
=100 ％ 饱和空气线 ❖ 水汽分压线（ p 线） 范围 0～26 kPa
2020/6/3
二、 H －I 图的应用
1.已知状态点求湿空气的参数
已知状态点可由 H-I 图求出湿空气的各参数值：
❖ 湿度 H ❖ 相对湿度
❖ 温度
❖焓I ❖ 水汽分压 p
干球温度t 露点td 绝热饱和冷却温度tas(湿球温度 tW)
气
预热器
QP
L t1
I1 H 1
干燥器
干
燥
产
品
G 2
I
2
QD
干燥器热量衡算示意图
Qp— 预热器消耗热量，kW QD— 干燥器补充热量，kW Q — 2020/6L/3 热损失速率，kW
QL
L t2
废 气
I2 H 2 湿
G
I
1
1
物 料
一、热量衡算基本方程
预热器热量衡算
LI0 Qp LI1
干燥器热量衡算
2020/6/3
一、湿物料的含水量
1.湿基含水量 湿基含水量是指湿物料中水分的质量分率。
湿物料中水分质量
w
湿物料的总质量
一、热量衡算基本方程
物料的焓值
I1 cm1
湿物料的 平均比热
容
I2 cm2
I2 I1 cm (2 1)
绝干料的 平均比热
容
水的比 热容
cm csXw ccs 4 .18 X7
2020/6/3
一、热量衡算基本方程
由 Q Q P Q D L ( I 2 I 0 ) G ( I 2 I 1 ) Q L
作业题: 3、4、5
2020/6/3
=100 ％ 饱和空气线 ❖ 水汽分压线（ p 线） 范围 0～26 kPa
2020/6/3
二、 H －I 图的应用
1.已知状态点求湿空气的参数
已知状态点可由 H-I 图求出湿空气的各参数值：
❖ 湿度 H ❖ 相对湿度
❖ 温度
❖焓I ❖ 水汽分压 p
干球温度t 露点td 绝热饱和冷却温度tas(湿球温度 tW)
气
预热器
QP
L t1
I1 H 1
干燥器
干
燥
产
品
G 2
I
2
QD
干燥器热量衡算示意图
Qp— 预热器消耗热量，kW QD— 干燥器补充热量，kW Q — 2020/6L/3 热损失速率，kW
QL
L t2
废 气
I2 H 2 湿
G
I
1
1
物 料
一、热量衡算基本方程
预热器热量衡算
LI0 Qp LI1
干燥器热量衡算
2020/6/3
一、湿物料的含水量
1.湿基含水量 湿基含水量是指湿物料中水分的质量分率。
湿物料中水分质量
w
湿物料的总质量
化工原理天大柴诚敬学时41页文档
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
化工原理天大柴诚敬学时
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
《化工原理-下》课程教学大纲
《化工原理-下》课程教学大纲课程编号：CHET2017课程类别：学科基础课程授课对象：化学工程与工艺专业开课学期：春季学分：2学分主讲教师：朱秀林、程振平、张正彪等指定教材：夏清，陈长贵主编，《化工原理》（下册），天津科学技术出版社，2006年第七章蒸馏课时：6周，共12课时教学内容第一节两组分溶液的气液平衡一、相律和相组成教学要点：相律，质量分数与摩尔分数的换算二、两组分理想物系的气液平衡教学要点：用饱和蒸气压表示气液平衡关系，相对挥发度，t-x-y图，x-y图三、两组分非理想物系的气液平衡教学要点：恒沸组成，t-x-y图，x-y图第二节平衡蒸馏和简单蒸馏一、平衡蒸馏教学要点：平衡蒸馏的流程及计算二、简单蒸馏第三节精馏原理和流程一、精馏原理及操作流程教学要点：部分汽化与冷凝，精馏段，提馏段第四节两组分连续精馏的计算一、理论板的概念及恒摩尔流的假定教学要点：理论板，恒摩尔液流，恒摩尔气流二、物料衡算和操作线方程教学要点：全塔物料衡算，精馏段的操作线方程，提馏段的操作线方程三、进料热状况的影响教学要点：加料板，进料热状况参数四、理论板的求法教学要点：逐板计算法，图解法，进料方程五、几种特殊情况时理论板层数的求法教学要点：直接蒸气加热，多侧线塔六、回流比的影响及其选择教学要点：全回流，最少理论板层数，芬斯克方程，最小回流比，适宜回流比的选择七、简捷法求理论板层数，塔高和塔径的计算教学要点：吉利兰图及应用，塔高的计算，塔径的计算八、连续精馏装置的焓衡算及精馏塔的操作和调节教学要点：冷凝负荷，再沸器的热负荷，精馏过程的节能，影响精馏操作的主要因素，精馏塔的控制和调节第五节间歇精馏一、回流比恒定时间歇精馏的计算教学要点：确定理论板层数，瞬间x D和x W的关系，釜液量的计算二、溜出液组成恒定的间歇精馏的计算教学要点：理论板层数的确定，x W和R的关系，气化量的计算第六节恒沸精馏和萃取精馏一、恒沸精馏教学要点：原理及特点二、萃取精馏教学要点：原理及特点第七节多组分精馏一、流程方案的选择教学要点：精馏塔的数目，流程方案的选择二、多组分物系的气液平衡教学要点：理想系统的气液平衡，非理想系统的气液平衡，相平衡常数的应用 三、关键组分的概念及各组分在塔顶和塔底产品中的分配教学要点：关键组分的概念，清晰分割四、最小回流比，简捷法确定理论板层数教学要点：轻重关键组分，吉利兰图思考题：1、压强对气液平衡有何影响？一般如何确定精馏塔的操作压强？2、进料量对塔板层数有无影响？为什么？3、对不正常形状的气液平衡曲线，是否必须通过曲线的切点来确定最小回流比R min，为什么？4、通常，精馏操作回流比R = (1~2) R min，试分析根据哪些因素确定倍数的大小。
化工原理上册天津大学柴诚敬47-48学时
由蒸发器 的热衡算 确定
Q S0 K 0 tm
大多取经 验数值
必须考虑溶 液沸点升高
46
一．溶液的温度差损失
单效蒸发传热的有 效温度差
tm T t1
单效蒸发传热的理论 总温度差
tT T tc
图6-16 NaOH 水溶液的杜林线图
47
一．溶液的温度差损失
总温度差损失
tT tm t1 tc
图6-12 刮板薄膜蒸发器
23
五．单程型蒸发器性能的比较
单程型蒸发器的特点是溶液沿加热管壁呈 膜状流动而进行传热和蒸发，一次通过加热室 即达到所要求的组成。其突出优点是传热效率 高，蒸发速度快，溶液在蒸发器内停留时间短， 特别适用于热敏性物料的蒸发，因而在食品、 生物制品、制药等工业部门得到广泛应用。
16
三、直接接触传热蒸发器
图 6-7 直 接 接 触 传 热 的 蒸 发器
1―燃烧室； 2―点火管； 3―测温管；4―外壳
17
四．循环型蒸发器的主要类型及其性 能比较
常用循环型蒸发器的结构特点及主要性能汇 总于表6-1。
18
第六章 蒸发
6.2 蒸发设备 6.2.1 循环型蒸发器 6.2.2 单程型蒸发器
h0 c0t0
原料液 比热容
h1 c1t1
完成液的 比热容
40
二．热量衡算
水溶液的比热容可由水的比热容和溶质的 比热容近似按线性加和原则计算
c0 cW (1 x0 ) cB x0
c1 cW (1 x1 ) cB x1
水的比 热容 溶质的比 热容
41
二．热量衡算
联立物料衡算和热量衡算式，可得
37
二．热量衡算
Q S0 K 0 tm
大多取经 验数值
必须考虑溶 液沸点升高
46
一．溶液的温度差损失
单效蒸发传热的有 效温度差
tm T t1
单效蒸发传热的理论 总温度差
tT T tc
图6-16 NaOH 水溶液的杜林线图
47
一．溶液的温度差损失
总温度差损失
tT tm t1 tc
图6-12 刮板薄膜蒸发器
23
五．单程型蒸发器性能的比较
单程型蒸发器的特点是溶液沿加热管壁呈 膜状流动而进行传热和蒸发，一次通过加热室 即达到所要求的组成。其突出优点是传热效率 高，蒸发速度快，溶液在蒸发器内停留时间短， 特别适用于热敏性物料的蒸发，因而在食品、 生物制品、制药等工业部门得到广泛应用。
16
三、直接接触传热蒸发器
图 6-7 直 接 接 触 传 热 的 蒸 发器
1―燃烧室； 2―点火管； 3―测温管；4―外壳
17
四．循环型蒸发器的主要类型及其性 能比较
常用循环型蒸发器的结构特点及主要性能汇 总于表6-1。
18
第六章 蒸发
6.2 蒸发设备 6.2.1 循环型蒸发器 6.2.2 单程型蒸发器
h0 c0t0
原料液 比热容
h1 c1t1
完成液的 比热容
40
二．热量衡算
水溶液的比热容可由水的比热容和溶质的 比热容近似按线性加和原则计算
c0 cW (1 x0 ) cB x0
c1 cW (1 x1 ) cB x1
水的比 热容 溶质的比 热容
41
二．热量衡算
联立物料衡算和热量衡算式，可得
37
二．热量衡算
化工原理天大下册第一部分
总
p p
总
BM
p /p
总
BM
1
NA
p /p p /p
总
BM
～
1
～ 总体流动影响
BM
N A J A 无总体流动
三、液体中的稳态分子扩散
1.等分子反方向扩散 参照气体中的等分子反方向扩散过程，可写出
NA
D
AB
z
( c A1 c A 2 )
z z 2 z1
D —组分A在溶剂B中的扩散系数，m2/s
N=NA+NB=NA
N A D dc A
AB
dz
yAN A D
dc A
AB
c c
A
dz
NA
总
整理得
NA D c
总 AB 总
dc A
c c A dz
二、气体中的稳态分子扩散
边界条件 (1) z = z1 cA = cA1 ( pA= pA1 ） (2) z = z2 c A= cA2 ( pA= pA2 ）
c B 2 c B1 c ln
B2 B1
停滞组分 B 对数平均物 质的量浓度
c
x BM
x B 2 x B1 x ln
B2 B1
停滞组分 B 对数平均摩 尔分数
x
四、扩散系数
1.气体中的扩散系数 通常，扩散系数与系统的温度、压力、浓度以 及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分 的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力 的函数。气体扩散系数可从有关资料中查得，某些 双组分气体混合物的扩散系数列于附录一中。气体 中的扩散系数，其值一般在 1 10 4 ~ 1 10 5 m2/s 范 围内。
p p
总
BM
p /p
总
BM
1
NA
p /p p /p
总
BM
～
1
～ 总体流动影响
BM
N A J A 无总体流动
三、液体中的稳态分子扩散
1.等分子反方向扩散 参照气体中的等分子反方向扩散过程，可写出
NA
D
AB
z
( c A1 c A 2 )
z z 2 z1
D —组分A在溶剂B中的扩散系数，m2/s
N=NA+NB=NA
N A D dc A
AB
dz
yAN A D
dc A
AB
c c
A
dz
NA
总
整理得
NA D c
总 AB 总
dc A
c c A dz
二、气体中的稳态分子扩散
边界条件 (1) z = z1 cA = cA1 ( pA= pA1 ） (2) z = z2 c A= cA2 ( pA= pA2 ）
c B 2 c B1 c ln
B2 B1
停滞组分 B 对数平均物 质的量浓度
c
x BM
x B 2 x B1 x ln
B2 B1
停滞组分 B 对数平均摩 尔分数
x
四、扩散系数
1.气体中的扩散系数 通常，扩散系数与系统的温度、压力、浓度以 及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分 的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力 的函数。气体扩散系数可从有关资料中查得，某些 双组分气体混合物的扩散系数列于附录一中。气体 中的扩散系数，其值一般在 1 10 4 ~ 1 10 5 m2/s 范 围内。
化工原理下册天津大学柴诚敬33-34学时
能量消耗
对热敏性物系的分离，应采用较低的塔板压降。
2020/3/30
一、板式塔的流体力学性能
3. 液面落差 当液体横向流过塔板时，为克服板上的摩擦阻
力和板上部件（如泡罩、浮阀等）的局部阻力，需 要一定的液位差，则在板上形成由液体进入板面到 离开板面的液面落差。
液面 落差
2020/3/30
塔板上的液面 落差示意图
2020/3/30
一、塔有效高度的计算
气相单板效率
EMV
yn yn1 y*n yn1
液相单板效率
EML
xn1 xn xn1 x*n
2020/3/30
t n 1
x
tn n1
tn1
y
n1
yn
(
y
n
)
y
n1
(
x n
)
x
n
x n 1
单板效率分析
一、塔有效高度的计算
(3)点效率
点效率是指塔板上 各点的局部效率。
❖ 鼓泡接触状态 ❖ 蜂窝接触状态 ❖ 泡沫接触状态 ❖ 喷射接触状态
2020/3/30
一、板式塔的流体力学性能
（1）鼓泡接触状态 气速较低时，气
体以鼓泡形式通过液 层。由于气泡的数量 不多，形成的气液混 合物基本上以液体为 主，气液两相接触的 表面积不大，传质效 率很低。
2020/3/30
鼓泡接触状态
❖ 两组分理想物系的气液平衡关系 ❖ 平衡蒸馏与简单蒸馏 ❖ 两组分连续精馏的计算
理论板与恒摩尔流的概念 物料衡算与操作线方程 进料热状况的影响 理论板层数的计算 回流比的影响及选择 简捷法求理论板层数 连续精馏装置的热量衡算
2020/3/30
化工原理下册天津大学柴诚敬19-20学时
二、平衡蒸馏过程的计算
设 qqn,W/qn,F 液化率
则 1qqn,D/qn,F 汽化率
整理得
直线 方程
2020/6/3
y q x xF q1 q1
q
斜率 q 1
过点 (xF, xF )
平衡蒸馏中气液 相组成的关系式
二、平衡蒸馏过程的计算
2.热量衡算 对加热器作热量衡算，忽略热损失，得
Qqn,Fcp(ttF)
方程与物料衡算方程。
2020/6/3
练习题目
思考题 1.讨论溶液的气液平衡关系有何意义？ 2.挥发度与相对挥发度有何不同？ 3.相对挥发度在精馏计算中有何重要意义？ 4.何为泡点和露点，如何进行计算？ 5.平衡蒸馏的原理是什么？
作业题: 1、2
2020/6/3
2020/6/3
一、气液平衡相图
1. 温度—组成图 在恒定的总压下，溶液的平衡温度随组成而
变，将平衡温度与液（气）相的组成关系标绘成 曲线图，该曲线图即为温度一组成图。
2020/6/3
t - x –y
图
露点 泡点
2020/6/3
tF
E 气相区
td
D
C
tb
B
x
y
tF
A
液相区
xF
苯－甲苯混合液的 t- x- y 图
第九章 蒸 馏
学习目的 与要求
通过本章学习，应掌握两组分理想物系的气 液平衡关系；精馏的原理与流程；两组分连续精 馏的基本计算方法。了解间歇精馏与特殊精馏过 程。掌握板式塔的结构、塔板类型、板式塔的流 体力学性能与操作特性。
2020/6/3
第九章 蒸 馏
9.1 概述 9.1.1 蒸馏的原理及其应用
化工原理 下册 天津大学柴诚敬 35-36学时_OK
用质量比 计算方便
萃取相中溶 质的质量比
分 配
系
数
萃余相中溶 质的质量比
22
三、分配曲线
以xA为横坐标，yA为纵坐标，在直角坐标图上，
每一对共轭相可得一个点，将这些点联结起来，得 到曲线称为分配曲线。
溶解度曲线
分配曲线
23
y yx
P P
x
分配曲线的作法
24
第十章 液－液萃取和液－固浸取
10.1 液－液萃取概述 10.2 液－液相平衡关系 10.2.1 液－液平衡相图 10.2.2 液－液平衡方程与分配曲线 10.2.3 萃取剂的选择
第十章 液－液萃取和液－固浸取
学习目的 与要求
通过本章学习，应掌握液－液相平衡在三角形 相图上的表示方法，能用三角形相图对单级萃取过 程进行分析和计算。了解多级萃取过程的流程与计 算方法；萃取设备的类型及结构特点。
1
第十章 液－液萃取和液－固浸取
10.1 液－液萃取概述 10.1.1 萃取的原理与流程
气液平衡方程 yA k A xA
液液平衡方程 y A k A xA
萃取相
中
溶质分
数
kA
yA xA
分
配
系
数
kB
yB xB
萃余相 中 溶质分 数
21
二、以质量比表示的平衡方程
若 S与 B完全不互溶 萃取相中不含 B，S 的量不变 萃余相中不含 S ，B 的量不变
液液平衡方程 YA KA X A
25
一、萃取剂的选择性与选择性系数
萃取剂的选择性是指萃取剂 S对原料液中两个组 分溶解能力的差异。 选择性系数
萃取相中A的质量分数 萃取相中B的质量分数
化工原理上册天津大学柴诚敬01-02学时42页PPT
28
一、流体的可压缩性
体积压缩系数
流体的可压缩性通常用体积压缩系数β来表
示。其意义为在一定温度下，外力每增加一个单
位时，流体体积的相对缩小量
1 dv
v dp
（1-4）
或
1 d dp
（1-5）
29
二、不可压缩流体
可压缩流体 β≠0 的流体为可压缩流体
气体在一般情况下是可压缩流体
（a）物理方程 （b）经验方程 换算方法见例0－2。
20
第一章 流体流动
学习目的 与要求
通过本章的学习，应掌握流体在管内流动过 程的基本原理和规律，并运用这些原理和规律 分析和计算流体流动过程中的有关问题。
21
第一章 流体流动
1.1 流体的重要性质 1.1.1 连续介质假定
22
连续介质假定
连续介质假定 假定流体是由连续分布的流体质点所组成，表 征流体物理性质和运动参数的物理量在空间和 时间上是连续的分布函数。
《化 工 原 理》
（上册）
制作人：夏 清
2
学时安排
总学时56（授课50、课堂研讨4、机动2 ）
绪论
1
第一章 流体流动
13
第二章 流体输送机械
8
第三章 非均相混和物分离及固体流态化 8
第四章 液体搅拌
2
第五章 传热
14
第六章 蒸发
4
3
教材
柴诚敬主编 普通高等教育“十五”国家级规划教材 化工原理（上册） 北京: 高等教育出版社 2005年6月（第一版）
绝对单位制 长度、质量、时间 重力单位制 长度、时间和力
18
一． 单位和单位制度
3、国际单位制（SI制） 根据1960年10月国际计量大会通过的一种单位制。 4、《中华人民共和国法定计量单位》 在SI制基础上制定的。
一、流体的可压缩性
体积压缩系数
流体的可压缩性通常用体积压缩系数β来表
示。其意义为在一定温度下，外力每增加一个单
位时，流体体积的相对缩小量
1 dv
v dp
（1-4）
或
1 d dp
（1-5）
29
二、不可压缩流体
可压缩流体 β≠0 的流体为可压缩流体
气体在一般情况下是可压缩流体
（a）物理方程 （b）经验方程 换算方法见例0－2。
20
第一章 流体流动
学习目的 与要求
通过本章的学习，应掌握流体在管内流动过 程的基本原理和规律，并运用这些原理和规律 分析和计算流体流动过程中的有关问题。
21
第一章 流体流动
1.1 流体的重要性质 1.1.1 连续介质假定
22
连续介质假定
连续介质假定 假定流体是由连续分布的流体质点所组成，表 征流体物理性质和运动参数的物理量在空间和 时间上是连续的分布函数。
《化 工 原 理》
（上册）
制作人：夏 清
2
学时安排
总学时56（授课50、课堂研讨4、机动2 ）
绪论
1
第一章 流体流动
13
第二章 流体输送机械
8
第三章 非均相混和物分离及固体流态化 8
第四章 液体搅拌
2
第五章 传热
14
第六章 蒸发
4
3
教材
柴诚敬主编 普通高等教育“十五”国家级规划教材 化工原理（上册） 北京: 高等教育出版社 2005年6月（第一版）
绝对单位制 长度、质量、时间 重力单位制 长度、时间和力
18
一． 单位和单位制度
3、国际单位制（SI制） 根据1960年10月国际计量大会通过的一种单位制。 4、《中华人民共和国法定计量单位》 在SI制基础上制定的。
化工原理天大柴诚敬学时
第—草流体输送机械O 、通过本章学习，拿握化工中常用流体输送机械的基本结构、工作原理和操作特性，能够根据生产工艺要求和流体特性，合理地选择和正确操作流体输送机械，并使之在高效下安全可靠运行。
第二章流体输送机械2. 1概述2.1.1流体输送机械的作用管路对流体输送机械的能量要求由伯努利方程计算。
对于液体，采用以单位重量（1N）流体为基准的伯努利方程式+眷等 + 輕J/" —(2-1)K =立+也Pg7T2dA g心z+誉等+沪方程对于通风机的气体输送系统，在风机进出口截面间采用以单位体积(1m3)为基准的伯努利方程式,乩=Q£AZ+A D +卫-Q + Q 好G ・l/m3HVPa(2-6)流体输送机械除满足工艺上对流量和压头（对气体为风压与风量）两项主要技术指标要求外, 还应满足如下要求：①结构简单，重量轻，投资费用低。
②运行可靠，操作效率高，日常操作费用低。
③能适应被输送流体的特性，如黏度、可燃性、第二章流体输送机械2. 1概述2.1.1流体输送机械的作用2. 1.2流体输送机械的分类r输送液体泵按输送流体J的状态分类1 C通风机I输送气体鼓风机I压缩机动力式（叶轮式）按工作原理分类Y容积式（正位移式）流体作用式第二章流体输送机械2. 2离心泵2. 2. 1离心泵的工作原理和基本结构—・离心泵的工作原理是工业生产中应用最为广泛的液体输送机械。
其突出是结构简单、体积小、流量均匀、调节控制方便、故障少、寿命长、适用范围广（包括流量、压头和介质性质）、购置费和操作费用均较低。
—・离心泵的工作原理122-1离心泵装置简图g ：斗r F离心泵的工作原理077//////////离心泵的叶轮吸液方式单吸式双吸式平衡图2-3离心泵的吸液方式图2-4泵壳和导轮泵轴与泵壳之间的密封称为轴封，其作用 是防止泵内高压液体从间隙漏出，或避免外界 空气进入泵内。
常用的轴封装置有填料密封和 机械密封两大类。
化工原理下册天津大学柴诚敬45-46学时
L(I1 I0 ) L(I2 I0 ) 故 I2 I1
二、非绝热干燥过程
1.非绝热干燥过程的状态变化
I1
C
t1
BC
实
C
际
A
干
t0
燥
H0 H1
等
温
t2 t1
干
I2 I1 I2 I1
燥 升 焓
干
p
燥
降
焓
干
燥
二、非绝热干燥过程
2.非绝热干燥过程的条件 降焓干燥过程应满足以下条件
❖ 不向干燥器补充热量 ＱD= 0
第十一章 固体物料的干燥
11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.4 干燥速率与干燥时间 11.4.1 物料中水分的性质
一、平衡水分与自由水分
1.平衡曲线
湿空气
湿物料 X
接触 时间
～X
达平衡状态时
X X*
～ X*
平衡湿 含量
X * f () 平衡曲线
平衡含水量X*与空气相对
湿度 的关系（25℃ ）
1－新闻纸 2－羊毛、毛织物 3－硝化纤维 4－丝 5－皮革 6－陶土
7－烟叶 8－肥皂 9－牛皮胶 10－木材 11－玻璃绒 12－棉花
一、平衡水分与自由水分
2.平衡水分与自由水分 在一定的干燥条件下
不能被除去的分
大于平衡水分的水分
平衡水分 X* 自由水分 X-X*
物料所含水分＝平衡水分＋自由水分
故 I1 I2
二、非绝热干燥过程
升焓干燥过程应满足以下条件
❖ 需向干燥器补充热量 且
QD G(I2 I1) QL
❖ 干燥器的热损失不能忽略 ＱL> 0
❖ 物料进出干燥器的焓不相等 I2 I1
二、非绝热干燥过程
1.非绝热干燥过程的状态变化
I1
C
t1
BC
实
C
际
A
干
t0
燥
H0 H1
等
温
t2 t1
干
I2 I1 I2 I1
燥 升 焓
干
p
燥
降
焓
干
燥
二、非绝热干燥过程
2.非绝热干燥过程的条件 降焓干燥过程应满足以下条件
❖ 不向干燥器补充热量 ＱD= 0
第十一章 固体物料的干燥
11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.4 干燥速率与干燥时间 11.4.1 物料中水分的性质
一、平衡水分与自由水分
1.平衡曲线
湿空气
湿物料 X
接触 时间
～X
达平衡状态时
X X*
～ X*
平衡湿 含量
X * f () 平衡曲线
平衡含水量X*与空气相对
湿度 的关系（25℃ ）
1－新闻纸 2－羊毛、毛织物 3－硝化纤维 4－丝 5－皮革 6－陶土
7－烟叶 8－肥皂 9－牛皮胶 10－木材 11－玻璃绒 12－棉花
一、平衡水分与自由水分
2.平衡水分与自由水分 在一定的干燥条件下
不能被除去的分
大于平衡水分的水分
平衡水分 X* 自由水分 X-X*
物料所含水分＝平衡水分＋自由水分
故 I1 I2
二、非绝热干燥过程
升焓干燥过程应满足以下条件
❖ 需向干燥器补充热量 且
QD G(I2 I1) QL
❖ 干燥器的热损失不能忽略 ＱL> 0
❖ 物料进出干燥器的焓不相等 I2 I1
化工原理下册天津大学柴诚敬49-50学时
A
D
G B
G F F
FE
稳定区
超溶 解度 曲线
溶解 度曲
线
溶液的过饱和与 超溶解度曲线
EFG EFG
EFG
冷却法 蒸发法 真空绝热蒸发法(冷却－蒸发法)
2020/6/3
第十二章 其他分离方法
12.1 结晶 12.1.1 结晶的基本概念 12.1.2 结晶热力学简介 12.1.3 结晶动力学简介
2020/6/3
初级成核 二级成核
初级成核速率 > 二级成核速率
超细粒子制造
初级成核
大粒子制造
二级成核
2020/6/3
二、晶体的生长
1.晶体生长的过程 晶体成长系指过饱和溶液中的溶质质点在过饱
和度推动力作用下，向晶核或加入晶种运动并在其 表面上层层有序排列，使晶核或晶种微粒不断长大 的过程。
2020/6/3
晶体 生长
一、晶核的形成
1.晶核产生
溶液中快速运动的 溶质元素(原子、离 子或分子)
相互碰撞
线体单元
线体单元增长
晶胚分解
晶核
晶胚增长
晶胚
晶核直径：数十纳米至几微米
2020/6/3
一、晶核的形成
2.初级成核与二级成核
没有晶体存在的过饱和溶 液中自发产生晶核的过程
有晶体（晶种）存在过饱 和溶液中产生晶核的过程
2020/6/3
第十二章 其他分离方法
12.1 结晶 12.2 膜分离(选读) 12.3 吸附(选读) 12.4 离子交换(选读)
2020/6/3
练习题目
思考题 1.何为晶格、晶系和晶习？ 2.何为溶解度和超溶解度？ 3.结晶动力学包括哪些内容？
D
G B
G F F
FE
稳定区
超溶 解度 曲线
溶解 度曲
线
溶液的过饱和与 超溶解度曲线
EFG EFG
EFG
冷却法 蒸发法 真空绝热蒸发法(冷却－蒸发法)
2020/6/3
第十二章 其他分离方法
12.1 结晶 12.1.1 结晶的基本概念 12.1.2 结晶热力学简介 12.1.3 结晶动力学简介
2020/6/3
初级成核 二级成核
初级成核速率 > 二级成核速率
超细粒子制造
初级成核
大粒子制造
二级成核
2020/6/3
二、晶体的生长
1.晶体生长的过程 晶体成长系指过饱和溶液中的溶质质点在过饱
和度推动力作用下，向晶核或加入晶种运动并在其 表面上层层有序排列，使晶核或晶种微粒不断长大 的过程。
2020/6/3
晶体 生长
一、晶核的形成
1.晶核产生
溶液中快速运动的 溶质元素(原子、离 子或分子)
相互碰撞
线体单元
线体单元增长
晶胚分解
晶核
晶胚增长
晶胚
晶核直径：数十纳米至几微米
2020/6/3
一、晶核的形成
2.初级成核与二级成核
没有晶体存在的过饱和溶 液中自发产生晶核的过程
有晶体（晶种）存在过饱 和溶液中产生晶核的过程
2020/6/3
第十二章 其他分离方法
12.1 结晶 12.2 膜分离(选读) 12.3 吸附(选读) 12.4 离子交换(选读)
2020/6/3
练习题目
思考题 1.何为晶格、晶系和晶习？ 2.何为溶解度和超溶解度？ 3.结晶动力学包括哪些内容？
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湿 物 料
tW
N 推动力 pw- p p热
空
t气
Q 推动力 t - tw
2021/3/7
气膜
气相主体
固体物料干燥过程
二、干燥过程的应用
应用示例 湿尿素干燥成尿素产品 含水量 3% 干燥 含水量 ≤0.5% 湿聚氯乙烯干燥成聚氯乙烯产品 含水量 2% 干燥 含水量 ≤0.3%
2021/3/7
三、干燥过程与其他除湿方法的比较
(cgHvc)tH0r
则 I(1.0 11.8H 8)t24H 90
2021/3/7
六、温度
1.干球温度与湿球温度
(1)干球温度 t
用普通温度计直接测得的湿空气的温度，称为
干球温度，简称温度，以 t 表示。它是湿空气的真
实温度。
(2)湿球温度 tW
用湿球温度计测得的湿空气的温度，称为湿 球温度。湿球温度可度量湿空气的湿度大小。
故有
cH1.0 11.8H 8
2021/3/7
五、焓 I
定义 以1 kg 绝干气为基准的湿空气的焓值
符号 I
单位 kJ/kg绝干气
设 绝干气的焓值为 Ig
水汽的焓值为 Iv
则 I Ig HIv
2021/3/7
五、焓 I
以0℃为基准
设 湿空气的温度为 t
湿空气的湿度为 H
Icg(t0)Hv(tc0)H0r
化工原理 下册 天津大学柴诚敬 41－ 42学时
第十一章 固体物料的干燥
11.1 干燥过程概述 11.1.1 干燥的原理与应用
2021/3/7
一、干燥过程的原理
分离物系 固体中的湿分 形成两相体系的方法 引入一气相（干燥介质） （固相＋气相）
传质原理 气、固相中所含湿分的不同
2021/3/7
pW
干燥过程的分类
按操作压力分类
常压干燥
干燥
√
真空干燥√
按操作方式分类
干燥
2021/3/7
间歇干燥√ 连续干燥√
按传热方式分类
干燥
传导干燥
√
对流干燥
√
辐射干燥
介电加热干燥
第十一章 固体物料的干燥
11.1 干燥过程概述 11.2 湿空气的性质及湿度图 11.2.1 湿空气的性质
2021/3/7
一、湿度 H (湿含量)
符号
单位 ％
p 100% H 0.622ps
ps
p总 ps
2021/3/7
二、相对湿度
分析
～ 吸收水 分能力
～ 传质推 动力
～ 干燥 能力
～ 干燥 速率
p= 0 p= ps
2021/3/7
=0 = 100％
绝干空气 饱和空气
三、比体积 vH
定义 以1 kg 绝干气为基准的湿空气的体积
工程中的常用除湿方法
❖ 机械除湿 ❖ 物理除湿 ❖ 利用热能除湿
沉降 过滤 吸附
干燥
离心
干燥除湿的特点
❖ 除湿彻底 ❖ 能耗高
为节能工业上多采用联合除湿
机械除湿
干燥除湿
2021/3/7
第十一章 固体物料的干燥
11.1 干燥过程概述 11.1.1 干燥的原理与应用 11.1.2 干燥过程的分类
2021/3/7
干气 的摩
常压下湿空气可视为理想气体
尔比
水汽
H 0.622p
的 分压
p总 p
总压
2021/3/7
一、湿度 H (湿含量)
若 p ps
湿空气被水所饱和
空气温度下纯 水的饱和蒸汽
压
饱和湿空气
Hs
0.622ps p总 ps
ps f (t)
2021/3/7
二、相对湿度
定义 湿空气中水汽分压与同温度水的饱和蒸汽 压之比
符号 v H
单位 m3湿空气 / kg绝干气
vH
m3湿空气 kg绝干气
2021/3/7
m3绝干气m3水汽
kg绝干气
三、比体积 vH
设 湿空气的温度为 t
湿空气的湿度为 H 湿空气的总压力为 p总 vH 2 1 91 H 82.4 2227 7t3 3 1.0p 1 总 1350
(0.7712 .24 H)4 27t3 1.01 1350 273 p总
(气相温度下降－绝热冷却)
t ＝ tas
2021/3/7
H ＝ Has ＝ 100％
绝热状态
1－塔 身 2－填 料 3－循环泵
2021/3/7
绝热饱和冷却塔示意图
六、温度
绝热饱和温度与干球温度及湿度的关系 未饱和湿空气的焓
I1(cgHv)ctH r0
饱和湿空气的焓
I2(cgH acs v)ta sH ar0 s
绝热过程
I1 I2
2021/3/7
六、温度
因为H、Has值很小 cgHv ccgH acsvcH
整理得
tastcraHsHasH
通常 /kHcH ras rtw
比较得 tw tas
2021/3/7
2021/3/7
湿球温度计示意图
六、温度
湿球温度的测量机理
不饱和 湿空气
水
接触
湿度差 质量传递
水分汽化:向气相主体传递
(汽化热为水分本身温度降低放出显热)
温度差 热量传递
不饱和 湿空气
t ＝ tw
2021/3/7
达平衡状态 热量由气相主体传递给水分
温度维持不变
(气相温度下降)
六、温度
2021/3/7
四、比热容 cH
定义 常压下将以 1kg 绝干气为基准的湿空气 的温度升高（或降低）1 ℃ 所吸收（或 放出）的热量
符号 c H
单位 kJ / (kg绝干气·℃)
设 湿空气的湿度为 H
则 cH cg Hcv
2021/3/7
绝干气 比热容
水汽的 比热容
四、比热容 cH
在常用温度范围内 cg =1.01 kJ / (kg绝干气·℃) cv =1.88 kJ / (kg水汽·℃)
twf(t，H)
测定 t、tw
湿度 H
未饱和湿空气 t > tw
饱和湿空气 t = tw
Hale Waihona Puke 2021/3/7六、温度
2.绝热饱和冷却温度 tas
不饱和 湿空气
水
绝热 状态 接触
湿度差 水分汽化:向气相主体传递
(汽化热为水分本身温度降低放出显热)
质量传递
温度差 热量传递
饱和湿空气
达饱和状态
热量由气相主体传递给水分
(3)湿球温度与干球温度及湿度的关系
设 湿空气的干球温度为 t 湿空气的湿球温度为 tw
湿空气的湿度为 H
气膜中饱和湿度为 Hs,tw
传热速率为 QS(ttw)
J/s
传质速率为 NkHS(Hs,twH) kg/s
2021/3/7
六、温度
稳态下 联立得
Q Nrtw
twtkH rtw (Hs,tw H)
干燥介质 湿空气 干燥湿分 水分 计算基准 1kg 绝干气 定义 湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比 符号 H 单位 kg水汽 / kg绝干气 kg / kg绝干气
2021/3/7
一、湿度 H (湿含量)
湿空气中水汽的质量
H
湿空气中绝干气的质量
湿空 气中
Mv Y18Y0.62Y2
水汽 与绝
Mg 29
tW
N 推动力 pw- p p热
空
t气
Q 推动力 t - tw
2021/3/7
气膜
气相主体
固体物料干燥过程
二、干燥过程的应用
应用示例 湿尿素干燥成尿素产品 含水量 3% 干燥 含水量 ≤0.5% 湿聚氯乙烯干燥成聚氯乙烯产品 含水量 2% 干燥 含水量 ≤0.3%
2021/3/7
三、干燥过程与其他除湿方法的比较
(cgHvc)tH0r
则 I(1.0 11.8H 8)t24H 90
2021/3/7
六、温度
1.干球温度与湿球温度
(1)干球温度 t
用普通温度计直接测得的湿空气的温度，称为
干球温度，简称温度，以 t 表示。它是湿空气的真
实温度。
(2)湿球温度 tW
用湿球温度计测得的湿空气的温度，称为湿 球温度。湿球温度可度量湿空气的湿度大小。
故有
cH1.0 11.8H 8
2021/3/7
五、焓 I
定义 以1 kg 绝干气为基准的湿空气的焓值
符号 I
单位 kJ/kg绝干气
设 绝干气的焓值为 Ig
水汽的焓值为 Iv
则 I Ig HIv
2021/3/7
五、焓 I
以0℃为基准
设 湿空气的温度为 t
湿空气的湿度为 H
Icg(t0)Hv(tc0)H0r
化工原理 下册 天津大学柴诚敬 41－ 42学时
第十一章 固体物料的干燥
11.1 干燥过程概述 11.1.1 干燥的原理与应用
2021/3/7
一、干燥过程的原理
分离物系 固体中的湿分 形成两相体系的方法 引入一气相（干燥介质） （固相＋气相）
传质原理 气、固相中所含湿分的不同
2021/3/7
pW
干燥过程的分类
按操作压力分类
常压干燥
干燥
√
真空干燥√
按操作方式分类
干燥
2021/3/7
间歇干燥√ 连续干燥√
按传热方式分类
干燥
传导干燥
√
对流干燥
√
辐射干燥
介电加热干燥
第十一章 固体物料的干燥
11.1 干燥过程概述 11.2 湿空气的性质及湿度图 11.2.1 湿空气的性质
2021/3/7
一、湿度 H (湿含量)
符号
单位 ％
p 100% H 0.622ps
ps
p总 ps
2021/3/7
二、相对湿度
分析
～ 吸收水 分能力
～ 传质推 动力
～ 干燥 能力
～ 干燥 速率
p= 0 p= ps
2021/3/7
=0 = 100％
绝干空气 饱和空气
三、比体积 vH
定义 以1 kg 绝干气为基准的湿空气的体积
工程中的常用除湿方法
❖ 机械除湿 ❖ 物理除湿 ❖ 利用热能除湿
沉降 过滤 吸附
干燥
离心
干燥除湿的特点
❖ 除湿彻底 ❖ 能耗高
为节能工业上多采用联合除湿
机械除湿
干燥除湿
2021/3/7
第十一章 固体物料的干燥
11.1 干燥过程概述 11.1.1 干燥的原理与应用 11.1.2 干燥过程的分类
2021/3/7
干气 的摩
常压下湿空气可视为理想气体
尔比
水汽
H 0.622p
的 分压
p总 p
总压
2021/3/7
一、湿度 H (湿含量)
若 p ps
湿空气被水所饱和
空气温度下纯 水的饱和蒸汽
压
饱和湿空气
Hs
0.622ps p总 ps
ps f (t)
2021/3/7
二、相对湿度
定义 湿空气中水汽分压与同温度水的饱和蒸汽 压之比
符号 v H
单位 m3湿空气 / kg绝干气
vH
m3湿空气 kg绝干气
2021/3/7
m3绝干气m3水汽
kg绝干气
三、比体积 vH
设 湿空气的温度为 t
湿空气的湿度为 H 湿空气的总压力为 p总 vH 2 1 91 H 82.4 2227 7t3 3 1.0p 1 总 1350
(0.7712 .24 H)4 27t3 1.01 1350 273 p总
(气相温度下降－绝热冷却)
t ＝ tas
2021/3/7
H ＝ Has ＝ 100％
绝热状态
1－塔 身 2－填 料 3－循环泵
2021/3/7
绝热饱和冷却塔示意图
六、温度
绝热饱和温度与干球温度及湿度的关系 未饱和湿空气的焓
I1(cgHv)ctH r0
饱和湿空气的焓
I2(cgH acs v)ta sH ar0 s
绝热过程
I1 I2
2021/3/7
六、温度
因为H、Has值很小 cgHv ccgH acsvcH
整理得
tastcraHsHasH
通常 /kHcH ras rtw
比较得 tw tas
2021/3/7
2021/3/7
湿球温度计示意图
六、温度
湿球温度的测量机理
不饱和 湿空气
水
接触
湿度差 质量传递
水分汽化:向气相主体传递
(汽化热为水分本身温度降低放出显热)
温度差 热量传递
不饱和 湿空气
t ＝ tw
2021/3/7
达平衡状态 热量由气相主体传递给水分
温度维持不变
(气相温度下降)
六、温度
2021/3/7
四、比热容 cH
定义 常压下将以 1kg 绝干气为基准的湿空气 的温度升高（或降低）1 ℃ 所吸收（或 放出）的热量
符号 c H
单位 kJ / (kg绝干气·℃)
设 湿空气的湿度为 H
则 cH cg Hcv
2021/3/7
绝干气 比热容
水汽的 比热容
四、比热容 cH
在常用温度范围内 cg =1.01 kJ / (kg绝干气·℃) cv =1.88 kJ / (kg水汽·℃)
twf(t，H)
测定 t、tw
湿度 H
未饱和湿空气 t > tw
饱和湿空气 t = tw
Hale Waihona Puke 2021/3/7六、温度
2.绝热饱和冷却温度 tas
不饱和 湿空气
水
绝热 状态 接触
湿度差 水分汽化:向气相主体传递
(汽化热为水分本身温度降低放出显热)
质量传递
温度差 热量传递
饱和湿空气
达饱和状态
热量由气相主体传递给水分
(3)湿球温度与干球温度及湿度的关系
设 湿空气的干球温度为 t 湿空气的湿球温度为 tw
湿空气的湿度为 H
气膜中饱和湿度为 Hs,tw
传热速率为 QS(ttw)
J/s
传质速率为 NkHS(Hs,twH) kg/s
2021/3/7
六、温度
稳态下 联立得
Q Nrtw
twtkH rtw (Hs,tw H)
干燥介质 湿空气 干燥湿分 水分 计算基准 1kg 绝干气 定义 湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比 符号 H 单位 kg水汽 / kg绝干气 kg / kg绝干气
2021/3/7
一、湿度 H (湿含量)
湿空气中水汽的质量
H
湿空气中绝干气的质量
湿空 气中
Mv Y18Y0.62Y2
水汽 与绝
Mg 29