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1、课前回顾20130308,绪论,一、本课程研究对象、内容及任务,化学反应器,单元操作,单元操作,原料,产品,基本原理,操作过程及设备,强化途径,二、化学工程课程的系统性,三、研究本学科的两种基本方法,四、研究单元操作的四个基本工具,第一章 流体流动,引言,一个假定，一个分类,一、流体静力学,三个概念，一个定律，三种应用,课前回顾201303011,流体静力学基本方程式,压力形式,能量形式,三种应用:,适用条件：重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体,U形管液柱压差计,倒置 倾斜 微差计,液位测量,液封计算,等压面,二、管内流体流动的基本方程,两对 概念,流量q 流速u,两个方程,流动分类,两个
2、方程,应用,连续性方程式,条件：稳态不可压缩流体管内,u,伯努利方程式,总压头为常数,总机械能为常数,适用条件：连续、稳定流动的不可压缩理想流体,真实流体：,四种应用,示意图,衡算范围,11 22,OO,基准面,单位,列方程 定已知 求解,课前回顾20130318,步骤：,第三节 管内流体流动现象,一、真实流体,粘度,一个概念，一个定律，一个分类,牛顿型流体,二、流体流动类型与雷诺数,层流,湍流,判据,2000,雷诺实验,4000,2000 Re qV单,H串 2H单,qV并 H单,低阻时，并联优， 高阻时，串联优。,3.离心泵安装高度,有效汽蚀余量,必需汽蚀余量,允许汽蚀余量,最大安装高度,
3、最大允许安装高度,课前回顾20130408,4. 离心泵的选用,类型,qV需, H需,型号,核算,第二节 其他类型化工用泵,往复泵,原理,性能参数, 0.650.85。,适用：压头高流量小无腐蚀性无悬浮液,流量调节：旁路调节,第三节 气体输送机械,通风机，鼓风机，压缩机，真空泵,离心式通风机,原理与结构,性能参数， 特性曲线,风量qV，全风压pt与静风压ps，轴功率与效率,用20、101.3kPa的空气（=1.2kg/m3）测定。,离心鼓风机,罗茨鼓风机,离心压缩机,往复式压缩机,等温,绝热,课前回顾20131021,余隙系数与容积系数,二者关系：,多级压缩：,真空泵：往复式真空泵，水环真空泵
4、，喷射泵,第三章 非均相物系分离,液固 液液 气固,颗粒尺度差(过滤) 颗粒与流体的密度差(沉降),颗粒的特性,体积V,表面积S,比表面积,当量直径,形状因数,球形度,重力沉降,自由沉降,干扰沉降,课前回顾20131023,沉降计算,受力分析,Fg=Fb+Fd,层流区：104Rep2,过渡区：2Rep500,湍流区: 500Rep2105 CD0.44,算法（试差）：设状态 求出ut 校核Rep，判断状态,重力沉降设备降尘室,H越小越好，L越长越好,最大生产能力,最小颗粒粒径,旋风分离器,沉降离心机,5m,蛋白质分子,离心沉降设备,第四章 固体流态化与 气力输送,固体流态化,优点：,颗粒剧烈搅
5、拌，床层温度均匀，避免局部过热；接触表面积大，利于传热、传质速率的提高；易于输入和输出，过程连续化；为颗粒和粉末原料的加工开辟了途径,粒子搅拌剧烈，无法保证温度与浓度梯度；无法完全分开新鲜粒子与失活粒子；颗粒间、与器壁间碰撞磨损严重，损失量大；流体流速许可变化范围较窄。,缺点：,固定床,简化机理模型,流化床不同阶段,固定床阶段,流化床阶段,颗粒输送阶段,流化类型,散式流态化,聚式流态化,颗粒分散均匀，随着流速增加床层均匀膨胀，床内空隙率均匀增加，床层上界面平稳，压降稳定、波动很小,s，形成气泡，长大并破裂，床层波动剧烈，膨胀程度不大，上界面起伏不定。颗粒分布不均匀，床层呈现两相结构(乳化相)和
6、 (气泡相),3. 流化床的主要特性,类似于液体的特性,固体颗粒剧烈运动与迅速混合：,强烈的碰撞与摩擦,4.聚式流化床的不正常操作,沟流：,特征,原因,节涌：,特征,原因,课前回顾20131030,2018/9/20,logPlogu图,AB段：固定床阶段，,B点：颗粒开始流化 umf,BC段：流化床阶段，L，P恒定；,CD段：气力输送段，颗粒逐渐减少， P下降空管流动阻力,流化床操作范围：临界流化速度 umf u带出速度ut；,第五章 传热,第一节 概述,化工生产中的传热,单元操作: 蒸发, 蒸馏, 干燥等,热源和冷源,基本概念,传递的机理,换热的方式,直接混合式传热,蓄热式传热,间壁式换热
7、,传热面积,外径:,内径:,热传导、对流传热、热辐射,课前回顾9/20/2018,传热过程的基本问题, 热流体量 设计换热器； 核算换热器 强化或削弱传热,第二节 热传导,基本概念,温度场 等温面 温度梯度,T=f(x,y,z,),T=f(x),无传热现象,傅立叶定律,k 导热系数,固体,金属,非金属,液体,气体,查表,课前回顾20131104,平壁的稳定导热,多层平壁的稳定导热,圆筒壁稳定导热,多层圆筒壁稳定导热,第三节 对流传热,课前回顾9/20/2018,牛顿冷却定律,虚拟膜理论,膜,对流传热系数,对流传热系数的影响因素,流体的性质及相状态 流动状态 引起流动的原因 传热面的形状、位置与
8、尺寸 传热过程中有无相变,h=f(u, , l, , Cp, k, gt),h=f(u, , l, , Cp, k, gt),因次分析法,实验法关联 h,定性温度：,定型尺寸,适用范围：Re , Pr, Gr,圆形直管内无相变强制对流的给热系数,适用条件：L/d 30， 0.7Pr160，Re10,000,特征尺寸：内径d 定性温度：进出口温度的平均值,高粘度修正,课前回顾9/20/2018,层流给热系数,层流h湍流h,Re2300，Pr0.6,过渡流给热系数,给热系数计算方法：(1) 区分问题种类（强制、自然对流、相变化）(2) 选定计算式。注意使用范围、特性尺寸、定性温度等。(3) 物性数
9、据的单位,有相变的传热过程,冷凝传热,膜状冷凝,滴状冷凝,沸腾传热,池内沸腾,自然对流沸腾区 AB,核状（泡状）沸腾区 BC,过渡沸腾区 CD,膜状沸腾 DE,过冷沸腾,泡状沸腾,环状流,蒸干,管内沸腾,第五节 两流体间壁传热计算,载热量的确定； 设计/核算换热器； 强化/削弱传热过程,问 题,热量衡算,传热速率方程,实践定律,课前回顾9/20/2018,传热推动力：平均温差,(1) 相同T1、T2、t1、t2 ， 逆平均温差大于并；Q一定，逆传热面积小于并。,逆并流平均温差特点,（2）逆：热流体的出口温度可低于冷流体的出口温度；并：热流体的出口温度必大于冷流体的出口温度。,（3）并流较易控制
10、，可实现被加热的流体不得高于某一温度，或被冷却的流体不得低于某一温度。,总传热系数 K,对流-导热-对流,模型：,总热阻等于两个对流热阻与一个导热热阻之和。,外表面基准,内表面基准,平壁，薄壁或大径,查取 K 值,(2) 实验测定,获取 K 途径,污垢热阻,换热器设计/校核,步骤： （1）定换热器的热负荷,（2）作出的选择适当并计算平均推动力,定冷流体出口温度及流向,（3）计算总传热系数K，选定适当污垢热阻,（4）计算传热面积,选换热器,流体流动通道的选择 七条基本原则,传热的强化与削弱,增加传热,蒸汽压力，蒸汽温度 ，温差 ；冷却时，水温，温差,提高总传热系数 K,(1) 提高h1，h2；
11、(2) 降低间壁热阻和污垢热阻。 (3) 降低控制热阻,提高h的方法：提高流动速度；改变流动状态：引入机械振动,增大传热面积A,强化,课前回顾9/20/2018,保温隔热技术,保温材料：导热系数很低、导热热阻很大的材料。, 保温效率,削弱,第六节 换热器,间壁式、混合式、蓄热式 (蓄热器),夹套式换热器,蛇管换热器,沉浸式,喷淋式,套管换热器,列管式换热器,间壁式,列管式,管束,结构,管板、管束,折流挡板,管箱,壳体与封头,课前回顾9/20/2018,第六节 换热器,混合式、蓄热式 (蓄热器) 、间壁式,夹套式换热器,蛇管换热器,沉浸式,喷淋式,套管换热器,列管式换热器,间壁式,列管式,管束,
12、结构,管板、管束,课前回顾9/20/2018,固定管板式换热器,U形管式换热器,浮头式换热器,列管式换热器,新型间壁式换热器,翅片式换热器,螺旋板式换热器,板式换热器,热管换热器,螺旋板式换热器,板式换热器,热管换热器,新型换热器,第六章 蒸 馏,第一节 传质过程概述,均相混合物分离 依靠物质的传递实现,非均相混合物分离 依靠质点运动与流体力学原理,传质过程,传质目的,分离均相混合物，回收有用组分，提浓,传质方式,气液、气固、液固、液液接触传质,热 力 学 + 动力学方法,相组成的表示方法,质量分率摩尔分率,aA=mA/m,xA=nA/n,质量浓度摩尔浓度,CAnA/V (kmol/m3),C
13、AmA/V (kg/m3),摩尔比,第二节 蒸馏过程基本原理,第二节 蒸馏过程基本原理,理论依据: 利用溶液中各组分挥发性的差异（或沸点不同）分离,蒸馏：利用液体混合物中各组分挥发性的差异，以热能为媒介使其部分汽化，从而在汽相富集轻组分，液相富集重组分，使液体混合物得以 分离的方法。,实例：石油炼制中使用的 常减压装置,分类,简单蒸馏或平衡蒸馏 精馏 特殊精馏 间歇精馏 连续精馏,常压蒸馏 减压蒸馏 加压蒸馏 多组分精馏 双组分精馏,常压下双组分连续精馏,气液相平衡关系,理想物系：液相为理想溶液（拉乌尔定律）汽相为理想气体的物系（想气体定律和道尔顿分压定律）。,理想溶液：混合Hm=0；混合体积Vm=0,
