緒論英文名稱UnitOperationsofChemicalEngineeringPrincipleofChemicalEngineeringPrincipleofProcessEngineering緒論《化工原理》是化工及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，是《高等數(shù)學(xué)》、《大學(xué)物理》、《基礎(chǔ)化學(xué)》、《物理化學(xué)》等課程的后繼課程，為反應(yīng)工程、合成工藝等專業(yè)課程的先行課程，是自然科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)課向工程科學(xué)的專業(yè)課過渡的入門課程。緒論課程的主要任務(wù)

介紹流體流動、傳熱、傳質(zhì)過程的基本原理及主要單元操作的典型設(shè)備構(gòu)造、操作原理、過程計(jì)算、設(shè)備選型及實(shí)驗(yàn)研究方法等。緒論教學(xué)思路

為了在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)既定的教學(xué)目的和任務(wù)，課程一般以三種傳遞現(xiàn)象的基本原理為主線，選擇幾種有代表性的單元操作學(xué)習(xí)重點(diǎn)，以物料衡算、能量衡算、平衡關(guān)系、傳遞速率、經(jīng)濟(jì)核算等基本概念為理論依據(jù)，掌握單元操作通用的學(xué)習(xí)方法和分析問題的思路，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)和方法，提高單元操作設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算、操作、選型、實(shí)驗(yàn)研究方法與技能，增強(qiáng)解決工程實(shí)際問題的能力。緒論教學(xué)目的

學(xué)好《流體流動與傳熱》和《化工傳質(zhì)與分離過程》課程對保證化工裝置的正常運(yùn)行、優(yōu)化工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、挖掘設(shè)備的生產(chǎn)潛力、降低設(shè)備投資及生產(chǎn)成本、節(jié)約能耗、防止污染、加速新技術(shù)開發(fā)等都有非常重要的作用。過程工程相關(guān)課程間的關(guān)系圖

傳熱第一節(jié)概述6-1-1概述傳熱的目的1.加熱或冷卻，使物料達(dá)到指定的溫度；2.換熱,以回收利用熱量或冷量3.保溫，以減少熱量或冷量的損失。傳熱設(shè)備在化工廠設(shè)備投資大熱能的合理利用對降低產(chǎn)品成本和環(huán)境保護(hù)有重要意義傳熱過程中冷熱流體的接觸方式1.直接接觸式傳熱2.間壁式傳熱在冷、熱流體之間進(jìn)行的熱量傳遞總過程通常稱為傳熱(或換熱)過程，而將流體與壁面之間的熱量傳遞過程稱為給熱過程，以示區(qū)別。3.蓄熱式傳熱載熱體及其選擇載熱體加熱劑冷卻劑為將冷流體加熱或熱流體冷卻，必須用另一種流體供給或取走熱量，此流體稱為載熱體。起加熱作用的載熱體稱為加熱劑；起冷卻作用的載熱體稱為冷卻劑。工業(yè)上常用的冷卻劑是水、空氣和各種冷凍劑溫位選擇載熱體時(shí)應(yīng)參考以下幾個(gè)方面：工藝條件1.載熱體的溫度應(yīng)易于調(diào)節(jié)；2.載熱體的飽和蒸汽壓宜低,加熱時(shí)不會分解；3.載熱體毒性要小，使用安全，對設(shè)備應(yīng)基本上沒有腐蝕；4.載熱體應(yīng)價(jià)格低廉而且容易得到。綜上所述，在溫度不超過180℃的條件下，飽和水蒸汽是最適宜的加熱劑；而當(dāng)溫度不很低時(shí)，水是最適宜的冷卻劑。6-1-2傳熱過程間壁式傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用最為廣泛，故以下討論僅限于此種傳熱過程。傳熱速率及其表述1.熱流量Q：即單位時(shí)間內(nèi)熱流體通過整個(gè)換熱器的傳熱面?zhèn)鬟f給冷流體的熱量(J/s)；2.熱流密度(或熱通量)q：單位時(shí)間、通過單位傳熱面積所傳遞的熱量J/(m2/s)，即Q和q以及有關(guān)的物理量都不隨時(shí)間而變定態(tài)傳熱過程換熱器的熱流量設(shè)換熱器的傳熱面積為A，換熱器的熱流量為非定態(tài)傳熱過程設(shè)一段時(shí)間內(nèi)所傳遞的累積總熱量QT，傳熱面積為A，在任何時(shí)刻τ的累積傳熱量為熱流密度沿傳熱面、熱流密度q隨時(shí)間的變化規(guī)律是求解積分式的關(guān)鍵傳熱機(jī)理傳導(dǎo)、對流、輻射三種方式第二節(jié)熱傳導(dǎo)6-2-1傅立葉定律和導(dǎo)熱系數(shù)傅立葉定律是熱傳導(dǎo)傳熱方式的宏觀規(guī)律

q——熱流密度，W/m2；

——法向溫度梯度，℃/m；λ——比例系數(shù)，稱為導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m/℃)。傅立葉定律認(rèn)為：熱流密度正比于傳熱面的法向溫度梯度負(fù)號表示熱流方向與溫度梯度方向相反，即熱量從高溫傳至低溫。比例系數(shù)λ(即導(dǎo)熱系數(shù))是表征材料導(dǎo)熱性能的一個(gè)參數(shù)，λ愈大，導(dǎo)熱越快。導(dǎo)熱系數(shù)λ是分子微觀運(yùn)動的一種宏觀表現(xiàn)。導(dǎo)熱系數(shù)影響因素：材料的組成、結(jié)構(gòu)、溫度、濕度、壓強(qiáng)以及聚集狀態(tài)等固體材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度而變，絕大多數(shù)質(zhì)地均勻的固體，導(dǎo)熱系數(shù)與溫度近似成線性關(guān)系6-2-2通過平壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程設(shè)有一高度和寬度均很大的平壁，厚度為δ，兩側(cè)表面溫度保持均勻，各為t1及t2，且t1>t2。若t1、t2

不隨時(shí)間而變，壁內(nèi)傳熱系定態(tài)一維熱傳導(dǎo)。此時(shí)傅立葉定律可寫成平壁內(nèi)的溫度分布平壁內(nèi)的溫度分布在平壁內(nèi)部取厚度為Δx的薄層,對此薄層取單位面積作熱量衡算可得對于定態(tài)導(dǎo)熱薄層內(nèi)無熱量累積即平壁內(nèi)溫度呈線性分布熱流量對于平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)，熱流密度q不隨x變化表明熱流量Q正比于推動力Δt，反比于熱阻R。傳導(dǎo)層厚度δ越大，傳熱面積和導(dǎo)熱系數(shù)越小，熱阻越大。6-2-3通過圓筒壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程設(shè)有內(nèi)、外半徑分別為r1、r2的圓筒，內(nèi)、外表面分別維持恒定的溫度t1、t2，管長l

足夠大則圓筒壁內(nèi)的傳熱屬定態(tài)一維熱傳導(dǎo)。此時(shí)，傅立葉定律可寫成圓筒壁內(nèi)的溫度分布在圓筒壁內(nèi)取同心薄層圓筒并對其作熱量衡算定態(tài)熱傳導(dǎo)薄層內(nèi)無熱量積累表明熱流量Q(而不是q)為一個(gè)與r無關(guān)的常量積分得壁內(nèi)溫度分布表明：圓筒壁內(nèi)的溫度按對數(shù)曲線變化熱流量邊界條件r=r1

時(shí)t=t1r=r2

時(shí)t=t2積分改寫成令A(yù)=2πrl圓筒壁熱阻為6-2-4通過多層壁的定態(tài)導(dǎo)熱過程推動力和阻力的加和性通過多層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)對于n層圓筒壁：各層的溫差說明:在多層壁導(dǎo)熱過程中，哪層熱阻大，哪層溫差大；反之，哪層溫差大，哪層熱阻一定大。接觸熱阻接觸熱阻多層平壁相接時(shí)在接觸界面上不可能是理想光滑的，粗糙的界面必增加傳導(dǎo)的熱阻。此項(xiàng)附加熱阻稱為接觸熱阻，以1/acA表示，其中ac

稱為接觸系數(shù)，W/(m2·℃)。在界面處的傳熱主要依靠下列方式進(jìn)行：1.接觸部位的固體與固體的導(dǎo)熱；2.通過空隙中氣體的導(dǎo)熱；若空隙處溫度較高，則尚有輻射傳熱。通過兩層平壁的熱流量接觸界面的粗糙度、接觸面的壓緊力、空隙中的氣壓是影響1/ac

數(shù)值的主要因素第三節(jié)對流給熱6-3-1對流給熱過程分析流動對傳熱的貢獻(xiàn)當(dāng)流體靜止時(shí)，流體只能以傳導(dǎo)的方式將熱量傳給壁面當(dāng)流體層流流過平壁時(shí)，流體的流動增大了壁面處的溫度梯度，使壁面熱流密度較流體靜止時(shí)為大。當(dāng)流體以湍流狀態(tài)流過平壁時(shí)，在壁面附近的溫度梯度更大，熱流密度也將更大。對流給熱過程的分類流體無相變化的給熱過程強(qiáng)制對流給熱；自然對流給熱。發(fā)生相變化的給熱過程蒸汽冷凝給熱；液體沸騰給熱。強(qiáng)制對流與自然對流6-3-2對流給熱過程的數(shù)學(xué)描述牛頓冷卻定律和給熱系數(shù)流體被加熱時(shí)：流體被冷卻時(shí)：獲得給熱系數(shù)的方法一是對所考察的流場建立動量傳遞、熱量傳遞的衡算方程和速率方程，改寫成牛頓冷卻定律的形式，獲得給熱系數(shù)的理論計(jì)算式。二是數(shù)學(xué)模型法。三是用因次分析將影響給熱的因素?zé)o因次化，通過實(shí)驗(yàn)決定無因次準(zhǔn)數(shù)之間的關(guān)系。牛頓冷卻定律的膜模型式中δt──總有效膜厚度；δe──湍流區(qū)虛擬膜厚度；δ──層流底層膜厚度。流體被冷卻：牛頓冷卻定律是一種推論，假設(shè)Q∝⊿t。2.復(fù)雜問題簡單化表示。固體表面與不發(fā)生相變化的流體間的給熱過程，影響此過程的因素有：1.液體的物理性質(zhì)ρ、μ、Cp、λ；2.3.強(qiáng)制對流的流速u；4.自然對流的特征速度，可由單位質(zhì)量流體的浮力gβΔT表征。1.引起流動的原因自然對流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動。強(qiáng)制對流：由于外力和壓差而引起的流動。α強(qiáng)>α自強(qiáng)制對流的流速u？2.流體的物性ρ，μ，λ，cp3.流動形態(tài)層流、湍流α湍>α層給熱系數(shù)的影響因素及無因次化4.傳熱面的形狀，大小和位置（固體表面的特征尺寸l）形狀：如管、板、管束等；大?。喝绻軓胶凸荛L等；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置還是水平放置。5.是否發(fā)生相變蒸汽冷凝、液體沸騰α相變>α無相變對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的建立一、因次分析α＝f(u，l，μ，λ，cp，ρ，gβ⊿t)式中

l——特性尺寸；u——特征流速。基本因次：長度L，時(shí)間T，質(zhì)量M，溫度θ變量總數(shù)：8個(gè)由π定律（8-4）=4，可知有4個(gè)無因次數(shù)群。

Nu=CReaPrkGrg無因次形式二、實(shí)驗(yàn)安排及結(jié)果整理以強(qiáng)制湍流為例：Nu＝CReaPrk1．采用不同Pr的流體，固定RelgNu＝klgPr＋lgCRea雙對數(shù)坐標(biāo)系得一直線，斜率為k2．不同Pr的流體在不同的Re下lgNu/Prk＝algRe＋lgC雙對數(shù)坐標(biāo)系中得一直線斜率為a，截距為C描述給熱過程的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為：各無因次數(shù)群的物理意義(1)雷諾數(shù)Re是流體所受的慣性力與粘性力之比，用以表征流體的運(yùn)動狀態(tài)。(2)努塞爾數(shù)Nuα*相當(dāng)于給熱過程以純導(dǎo)熱方式進(jìn)行時(shí)的給熱系數(shù)。Nu反映對流使給熱系數(shù)增大的倍數(shù)(3)格拉斯霍夫數(shù)Gr

Gr是雷諾數(shù)的一種變形，它表征著自然對流的流動狀態(tài)

un∝(βg

tl)n為自然對流的特征速度(4)普朗特?cái)?shù)Pr

只包含流體的物理性質(zhì)，它反映物性對給熱過程的影響。氣體的Pr值大都接近于1，液體Pr值則遠(yuǎn)大于1。三、定性溫度、特性尺寸的確定1．確定物性參數(shù)數(shù)值的溫度稱為定性溫度。定性溫度的取法：2．特性尺寸取對流動與換熱有主要影響的某一幾何尺寸。3．準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的適用范圍。6-3-3無相變的對流給熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流的給熱系數(shù)(1)Re>10000即流動是充分湍流的，(2)0.7<Pr<160(一般流體皆可滿足)，(3)流體是低粘度的(不大于水的粘度的2倍)，(4)l/d>30~40即進(jìn)口段只占總長的很小一部分，而管內(nèi)流動是充分發(fā)展的，式中的系數(shù)A為0.023，指數(shù)a為0.8，當(dāng)流體被加熱時(shí)b=0.4，當(dāng)流體被冷卻時(shí)b=0.3(1)對于高粘度液體粘度修正適用于Re>104、Pr=0.5～100的各種非金屬液體(2)對于l/d<30～40的短管，需乘以1.02～1.07的系數(shù)加以修正(3)對Re=2000～10000之間的過渡流，需乘以小于1的修正系數(shù)f(4)流體在彎曲管道內(nèi)流動時(shí)的給熱系數(shù)(5)流體在非圓形管中強(qiáng)制湍流的給熱系數(shù)任何準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式都可加以變換，使每個(gè)變量在方程式中單獨(dú)出現(xiàn)由此式可知，當(dāng)流體的種類(即物性）和管徑一定時(shí)，給熱系數(shù)α與u0.8

成正比。在其它因素不變時(shí)，給熱系數(shù)α反比于d0.2，說明管徑d對α影響不大。一列管式換熱器，由38根φ25×2.5mm的無縫鋼管組成。苯在管內(nèi)流動，由20℃被加熱至80℃，苯的流量為8.32kg/s。外殼中通入水蒸汽進(jìn)行加熱。試求管壁對苯的給熱系數(shù)。又問當(dāng)苯的流量提高一倍，給熱系數(shù)有何變化？解：苯在平均溫度tm=1/2(20+80)=50℃下的物性密度ρ=860kg/m3；比熱容Cp=1.80kJ/(kg/℃)；粘度μ=0.45mPa.s；導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.14W/(m/℃)。加熱管內(nèi)苯的流速為表明本題的流動情況符合實(shí)驗(yàn)條件若忽略定性溫度的變化，當(dāng)苯的流量增加一倍時(shí)，給熱系數(shù)為α’

傳熱單元法先介紹傳熱效率最大可能傳熱速率：換熱器中可能發(fā)生最大溫差變化的傳熱速率。理論上最大的溫差：T1—t1熱容流量：qmcp最小值流體：熱容流量最小的流體為最小值流體。Q=qm1cp1(T1—T2)=qm2cp2(t2—t1)由熱量衡算可知：最小值流體可獲得較大的溫度變化∴當(dāng)qm1cp1=(qmcp)min當(dāng)qm2cp2=(qmcp)min下面介紹傳熱單元數(shù)冷：qm2cp2（t2-t1）=Q=>（t2-t1）=Q/qm2cp2熱：qm1cp1（T1-T2)=Q=>（T1-T2)=Q/qm1cp1代入代入∵qm2cp2（t2-t1）=qm1cp1（T1-T2)傳熱單元數(shù)的意義：熱流體溫度的變化相當(dāng)于平均溫度差的倍數(shù)。簡化后傳熱單元數(shù)熱效率εi=f(NTUi,Ri)=〉繪圖

對第一類操作型問題，可用任一組方程求解。方程右端為已知量．ε可立即求出。然后由ε

算出T2．再由R1算出t2。對第二類操作型問題，可據(jù)已知條件選用其中一組方程，試差求解。

為便于工程計(jì)算，將ε、NTU及R三者之間的關(guān)系繪制成圖線，對于逆流和并流之外的復(fù)雜流型也可推出相應(yīng)的計(jì)算式關(guān)系.平均溫度差的修正問題換熱器計(jì)算的設(shè)計(jì)型和操作型問題間壁式換熱器列管式換熱器的選用與設(shè)計(jì)原則換熱器的傳熱強(qiáng)化途徑

換熱器的傳熱強(qiáng)化是指通過分析和計(jì)算，采取一定的技術(shù)措施以提高換熱器中冷、熱流體之間的傳熱速率。由傳熱速率方程可以看出，增大傳熱系數(shù)K，擴(kuò)展傳熱面積A和增大傳熱平均溫差?tm均可提高傳熱速率。

一、擴(kuò)展傳熱面積A

擴(kuò)展傳熱面積的方法應(yīng)以合理地提高設(shè)備單位體積的傳熱面積，如采用翅片管、波紋管、螺紋管來代替光管等，從改進(jìn)傳熱面結(jié)構(gòu)和布置的角度出發(fā)加大傳熱面積，以達(dá)到換熱設(shè)備高效、緊湊的目的。而不應(yīng)單純理解為通過擴(kuò)大設(shè)備的體積來增加傳熱面積，或增加換熱器的臺數(shù)來增加傳熱量。

二、增大傳熱平均溫差Δtm

傳熱平均溫差與生產(chǎn)工藝所確定的冷熱流體溫度條件有關(guān)，且其中的加熱或冷卻介質(zhì)的溫度因所選介質(zhì)不同而存在很大差異。如在化工生產(chǎn)中常用的加熱介質(zhì)是飽和水蒸氣，提高蒸汽壓力就可提高蒸汽加熱溫度，從而增大傳熱溫差；又如采用深井水來代替循環(huán)水，也可以增大傳熱溫差。但在增加傳熱溫差時(shí)應(yīng)綜合考慮技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性。當(dāng)換熱器中冷、熱流體均無相變時(shí)，應(yīng)盡可能在結(jié)構(gòu)上采用逆流或接近于逆流的流動排布型式以增大平均傳熱溫差。然而，傳熱溫差的增大將使整個(gè)系統(tǒng)的熱力學(xué)不可逆性增加。因此，不能一味追求傳熱溫差的增加，而需兼顧整個(gè)系統(tǒng)能量的合理利用。

三、提高傳熱系數(shù)K

提高傳熱系數(shù)是強(qiáng)化傳熱過程的積極措施。欲提高傳熱系數(shù)，就必須減小傳熱過程各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻。由于各項(xiàng)熱阻所占份額不同，故應(yīng)設(shè)法減小傳熱過程中的主要熱阻。

在換熱設(shè)備中，金屬間壁比較薄且導(dǎo)熱系數(shù)較高，一般不會成為主要熱阻。

污垢熱阻是一個(gè)可變因素。在換熱器投入使用的初期，污垢熱阻很小。隨著使用時(shí)間的增長，污垢將逐漸集聚在傳熱面上，成為阻礙傳熱的重要因素。因此，應(yīng)通過增大流體流速等措施減弱污垢的形成和發(fā)展，并注意及時(shí)清除傳熱面上的污垢。

通常，流體的對流傳熱熱阻是傳熱過程的主要熱阻。當(dāng)間壁兩側(cè)流體的對流傳熱系數(shù)相差較大時(shí)，應(yīng)設(shè)法強(qiáng)化對流傳熱系數(shù)較小一側(cè)的對流傳熱。

1．改變流體的流動狀況

（1）提高流速提高流速可增加流體流動的湍動程度，減薄層流底層，從而強(qiáng)化傳熱。如在列管式換熱器中通過增加管程數(shù)和殼程中的折流板數(shù)來提高流速。

（2）增加人工擾流裝置在管內(nèi)安放或管外套裝如麻花鐵、螺旋圈、盤狀構(gòu)件、金屬絲、翼形物等以破壞流動邊界層而增強(qiáng)傳熱。實(shí)驗(yàn)表明加入人工擾流裝置后，對流傳熱可顯著增強(qiáng)，但也使流動阻力增加，易產(chǎn)生通道堵塞和結(jié)垢等運(yùn)行上的問題。

目前增強(qiáng)對流傳熱的方法主要有：

2．改變流體物性

流體物性對傳熱有很大影響，一般導(dǎo)熱系數(shù)與比熱較大的流體，其對流傳熱系數(shù)也較大。例如空氣冷卻器改用水冷卻后，傳熱效果大大提高。另一種改變流體性能的方法是在流體中加入添加劑。例如在氣體中加入少量固體顆粒以形成氣-固懸浮體系，固體顆?？稍鰪?qiáng)氣流的湍流程度；在液體中添加固體顆粒（如在油中加入聚苯乙烯懸浮物），其強(qiáng)化傳熱的機(jī)理類似于攪拌完善的液體傳熱；以及在蒸汽中加入硬脂酸等促進(jìn)珠狀冷凝而增強(qiáng)傳熱等。3．改變傳熱表面狀況

通過改變傳熱表面的性質(zhì)、形狀、大小以增強(qiáng)傳熱的方法主要有：

（1）增加傳熱面的粗糙程度增加傳熱面的粗糙程度不僅有利于強(qiáng)化單相流體對流傳熱，也有利于沸騰傳熱。在不同的流動和換熱條件下粗糙度對傳熱的影響程度是不同的。不過增加粗糙度將引起流動阻力增加。

（2）改進(jìn)表面結(jié)構(gòu)對金屬管表面進(jìn)行燒結(jié)、電火花加工、涂層等方法可制成多孔表面管或涂層管，可以有效地改善沸騰或冷凝傳熱。

（3）改變傳熱面的形狀和大小為了增大對流傳熱系數(shù)，可采用各種異形管，如橢圓管、波紋管、螺旋管和變截面管等。由于傳熱表面形狀的變化，流體在流動中將不斷改變流動方向和流動速度，促進(jìn)湍流形成，減薄邊界層厚度，從而加強(qiáng)傳熱。

綜上所述，強(qiáng)化傳熱應(yīng)權(quán)衡利弊，在采用強(qiáng)化傳熱措施時(shí)，對設(shè)備結(jié)構(gòu)、制造費(fèi)用、動力消耗、檢修操作等方面作綜合考慮，以獲得經(jīng)濟(jì)而合理的強(qiáng)化傳熱方案。謝謝觀看！Ex24\28\29

傳熱過程的計(jì)算6．6．1傳熱過程數(shù)學(xué)描述連續(xù)化生產(chǎn)——>定態(tài)傳熱過程熱量衡算套管換熱器模型幾點(diǎn)假設(shè)：qm、cp、無相變、忽略熱損失dQ=qdA冷：qm2cp2dt=dQ熱：qm1cp1dT=dQ*冷熱流體交換熱量相等*冷熱流體交換熱量與換熱器壁面?zhèn)鳠崮芰ο嚓P(guān)（q與壁溫、壁面積、壁厚等有關(guān)）

傳熱速率方程式

計(jì)算壁溫？!一般地，q是與壁溫相關(guān)的量傳熱系數(shù)不用計(jì)算壁溫!?（1）管外對流dQ1=α1dA1(T－Tw)（2）管壁熱傳導(dǎo)dQ2=(λ/b)dAm(Tw－tw)（3）管內(nèi)對流dQ3=α2dA2(tw－t)對于穩(wěn)定傳熱dQ=dQ1=dQ2=dQ3或者1．當(dāng)傳熱面為平面時(shí)，dA=dA1=dA2=dAm2．以外表面為基準(zhǔn)(dA=dA1):dm=(d1—d2)/ln（d1/d2）以內(nèi)表面為基準(zhǔn)以壁表面為基準(zhǔn)3．1/K值的物理意義由壁面兩側(cè)的給熱系數(shù)可求出傳熱系數(shù)（給熱系數(shù)的定性溫度為進(jìn)、出口處流體主體溫度在進(jìn)、出口的算術(shù)平均值）避開壁溫計(jì)算表達(dá)傳熱系數(shù)和系統(tǒng)各級熱阻間的內(nèi)在關(guān)系：1、總熱阻；2、強(qiáng)化傳熱精確的傳熱系數(shù)計(jì)算過程(管壁內(nèi)、外表面積的差異)兩側(cè)污垢熱阻R1、R2參看教材p282壁溫估算對于金屬管壁Tw≈tw傳熱面兩側(cè)溫差之比等于兩側(cè)熱阻之比，壁溫Tw必接近于熱阻較小或給熱系數(shù)較大一側(cè)的流體溫度6．6．2傳熱過程基本方程式基本方程式的推導(dǎo)熱量衡算=>A=f(T-t)Q=qA冷：qm2cp2（t2-t1）=Q熱：qm1cp1（T1-T2)=Q=>qm2cp2（t2-t1）=qm1cp1（T1-T2)=Q參照：其中：稱為對數(shù)平均推動力，以△tm表示。稱為換熱器的傳熱過程基本方程式一、恒溫傳熱對數(shù)平均推動力△tm的實(shí)際計(jì)算如：有相變的傳熱過程二、變溫傳熱與流體流向有關(guān)t1t2T1T2A/B也可用1/2來表示。以逆流為例逆流和并流時(shí)的△tm的圖示1）較大溫差記為△t1，較小溫差記為△t2；2）當(dāng)△t1/△t2

<2，則可用算術(shù)平均值代替△tm=(△t1+△t

2)/23）當(dāng)△t1＝△t2△tm=△t1＝△t2Tips：錯(cuò)流、折流時(shí)的△tm△

tm=φ

△tm'△t'm：逆流時(shí)的平均溫度差在工程計(jì)算中曲折次數(shù)超過4次，就可作為純逆流和純并流處理6．6．3換熱器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：將一定流量的熱流體自給定溫度T

1冷卻至指定溫度T

2。設(shè)計(jì)條件：即冷流體的進(jìn)口溫度t1。計(jì)算結(jié)果：設(shè)備設(shè)計(jì)尺寸。確定經(jīng)濟(jì)上合理的傳熱面積及換熱器其他有關(guān)尺寸。計(jì)算步驟：（1）計(jì)算熱流量(通常稱之為熱負(fù)荷)

Q＝qm1cp1(T1-T2)（2）計(jì)算平均推動力Δtm；（3）計(jì)算冷、熱流體與管壁的對流給熱系數(shù)及總傳熱系數(shù)；（4）計(jì)算傳熱面積，Q＝KAΔtm設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇計(jì)算Δtm①選擇流體的流向，即決定采用逆流、并流還是其他復(fù)雜流動方式；②選擇冷卻介質(zhì)的出口溫度。計(jì)算K，須計(jì)算兩側(cè)的給熱系數(shù)。①冷、熱流體流動路線，走管內(nèi)還是管外；②選擇適當(dāng)?shù)牧魉?。同時(shí)，還必須確定污垢熱阻

選擇的依據(jù)：經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)可靠性(1)流向(2)冷卻介質(zhì)出口溫度(3)流速其它6．6．4換熱器的校核計(jì)算判斷現(xiàn)有換熱器對指定的生產(chǎn)任務(wù)是否適用預(yù)測某些參數(shù)的變化對換熱器傳熱能力的影響(1)第一類：求冷熱流體的出口溫度。條件：換熱器的傳熱面積以及有關(guān)尺寸，冷熱流體的流量相進(jìn)口溫度以及流體的流動方式。解方程(2)第二類：求所需冷流體的流量及出口溫度。條件：換熱器的傳熱面積以及有關(guān)尺寸，冷、熱流體的物理性質(zhì)，熱流體的流量和進(jìn)、出口溫度，冷流體的進(jìn)口溫度以及流動方式。試差法校核計(jì)算方法熱流量與傳熱速率Q=KAΔtmQ＝qm1cp1(T1-T2)Q＝qm2cp2(t1-t2)在冬季，一定流量的冷卻水進(jìn)入換熱器時(shí)的溫度是15℃，離開換熱器時(shí)的溫度是75℃，可將熱油從130℃冷卻至70℃。在夏季，冷卻水進(jìn)口溫度升至30℃，熱油的流量和進(jìn)口的溫度不變，為保證熱油出口溫度不變，試求冷卻水的流量應(yīng)增加多少?[已知油田的給熱系數(shù)為1．5kW／(m2·K)，水側(cè)的給熱系數(shù)為3．5kW／(m2·K)。冷、熱流體呈逆流流動，冷卻水走管程。]無相變時(shí)對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

例題

一列管式換熱器，由38根φ25×2.5mm的無縫鋼管組成，苯在管內(nèi)流動，由20℃加熱到80℃，苯的流量為8.32kg/s，外殼中通入水蒸氣進(jìn)行加熱，求：（1）管壁對苯的對流傳熱系數(shù)；（2）管子換為φ19×2mm，管壁對苯的對流傳熱系數(shù)；（3）當(dāng)苯的流量提高一倍，對流傳熱系數(shù)變化如何？已知：苯的物性

ρ=860kg/m3,cp=1.80kJ/(kg.℃),μ=0.45mPa.s,λ=0.14W/(m.℃)2.圓形管內(nèi)強(qiáng)制層流特點(diǎn)：1）物性特別是粘度受管內(nèi)溫度不均勻性的影響，導(dǎo)致速度分布受熱流方向影響。2）層流的對流傳熱系數(shù)受自然對流影響嚴(yán)重使得對流傳熱系數(shù)提高。3）層流要求的進(jìn)口段長度長，實(shí)際進(jìn)口段小時(shí)，對流傳熱系數(shù)提高。熱流方向?qū)恿魉俣确植嫉挠绊懚?、管外?qiáng)制對流的對流傳熱系數(shù)1.流體在管束外垂直流過在換熱器內(nèi)單排管：

Nu=CεRenPr0.42．流體在換熱器殼程的流動擋板形式：圓形、圓缺形

有相變時(shí)的對流傳熱系數(shù)一、蒸汽冷凝1.冷凝方式：滴狀冷凝和膜狀冷凝α滴>α膜輻射簡述高含量氣體吸收1高含量氣體吸收的特點(diǎn)不再適用G、L沿塔高變化全塔作物料衡算對塔段作物料衡算高含量氣體吸收的特點(diǎn)=n高含量氣體吸收的特點(diǎn)吸收過程非等溫溶質(zhì)量較多，溶解熱較大，兩相溫度上升，故原則上應(yīng)作熱衡算，以確定流體溫度沿塔高的分布。溫度升高對相平衡產(chǎn)生不利影響溫度升高使傳質(zhì)系數(shù)增大，為有利的一面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)與含量有關(guān)影響因素kx’與x、ky’與y2高含量氣體吸收過程的數(shù)學(xué)描述簡介物料衡算微分方程數(shù)學(xué)描述簡介熱量衡算微分方程假定：1溶劑汽化量很小，由汽化帶走的熱量可忽略2氣體溫度升高可帶走的熱量與溶解熱相比很小，可忽略3不計(jì)熱損失，即吸收過程是絕熱的。必須指出，假定使高含量氣體吸收過程的熱量衡算大為簡化，同時(shí)，還省去了氣液兩相傳熱過程特征的傳熱速率方程式。數(shù)學(xué)描述簡介

可溶組分在溶解過程中所釋放熱量的大小可用微分溶解熱ф來表示。微分溶解熱ф是1kmol溶質(zhì)溶解于含量為x的大量溶液中所產(chǎn)生的熱量，其值與溶液的含量有關(guān)。數(shù)學(xué)描述簡介對微元塔高作熱量衡算式中CmL為溶液的平均摩爾熱容。通常，吸收劑的用量與被吸收的涪質(zhì)量相比很大，故熱量衡算式簡化為相際傳質(zhì)速率方程式

對高含量氣體吸收，傳質(zhì)系數(shù)ky與kx不是常數(shù)，平衡線的斜率m也沿塔高變化，故總傳熱系數(shù)Ky與Kx不但不可能是常數(shù)，而且比單相的傳質(zhì)系數(shù)更加難以確定。因此，在高含量氣體吸收過程中．相際傳質(zhì)速率方程式多用傳質(zhì)系數(shù)表示，即相際傳質(zhì)速率方程式在高含量氣體吸收過程中，液相含量往往并不高，故液相漂流因子可忽略。有：可得：相際傳質(zhì)速率方程式

用傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算傳質(zhì)速率須知界面含量。界面含量可通過試差聯(lián)立求解以下兩式得出或3高含量氣體吸收過程的計(jì)算絕熱吸收平衡曲線習(xí)慣上，將熱量衡算式與氣液平衡關(guān)系合并，以求取塔內(nèi)氣液兩相的實(shí)際平衡曲線。高含量氣體吸收過程的計(jì)算

高含量氣體吸收過程的計(jì)算任意塔段n的熱量衡算式可近似寫成高含量氣體吸收過程的計(jì)算

當(dāng)塔頂?shù)囊合嗄柗謹(jǐn)?shù)x0、溫度t為已知，利用該式可逐段算出不同節(jié)點(diǎn)處的液相溫度，從而求得吸收塔中的液相摩爾分?jǐn)?shù)與溫度t的對應(yīng)關(guān)系。然后，根據(jù)每一組對應(yīng)的x、t值，從手冊中找出與之成平衡的氣相摩爾分?jǐn)?shù)y，即可確定塔內(nèi)兩相的實(shí)際平衡關(guān)系。若溶質(zhì)在不同溫度t的溶解度曲線已知，從各溫度所對應(yīng)的液相組成x引垂線與之相交，各交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即是平衡組成y，連接這些交點(diǎn)所得到的曲線稱為絕熱吸收平衡曲線.課本58頁高含量氣體吸收過程的計(jì)算逐段計(jì)算法利用已求出的絕熱吸收平衡曲線聯(lián)立求解可對高含量氣體吸收過程進(jìn)行計(jì)算高含量氣體吸收過程的計(jì)算設(shè)計(jì)型計(jì)算：給定：氣體進(jìn)口流率及進(jìn)、出口含量選定：液體進(jìn)口流率和含量計(jì)算的目的：確定所需的塔高計(jì)算：1將已知的氣體含量由變化范圍分成若干等份，對每一等份有因塔頂兩相的流率和含量皆為已知，計(jì)算時(shí)須從塔頂開始依次算出各等份所需塔高，全塔高度即為各段塔高之和。高含量氣體吸收過程的計(jì)算操作型問題已知：吸收塔高度．兩相進(jìn)口流率及含量求算：兩相出口含量解：首先假定氣相出口含量，按設(shè)計(jì)型問題同樣計(jì)算，然后通過試差求出最終結(jié)果。高含量氣體吸收過程的計(jì)算傳質(zhì)單元法的近似計(jì)算主要思想積分形式高含量氣體吸收過程的計(jì)算近似不變算術(shù)平均值法高含量氣體吸收過程的計(jì)算例題學(xué)習(xí)固體干燥物料的干燥

化工生產(chǎn)中的固體原料、產(chǎn)品或半成品為便于進(jìn)一步的加工、運(yùn)輸、貯存和使用，常常需要將其中所含的濕分（水或有機(jī)溶劑）去除至規(guī)定指標(biāo),這種操作簡稱為“去濕”?！叭瘛狈椒ㄖ休^為常用的方法是干燥。

①干燥過程：利用熱能使固體濕物料中的濕分汽化而除去的單元操作。

②干燥過程的本質(zhì)：被除去的濕分從固相轉(zhuǎn)移到氣相中(固相為被干燥的物料，氣相為干燥介質(zhì))。在去濕過程中，濕分發(fā)生相變，耗能大、費(fèi)用高,但濕分去除較為徹底。

③干燥過程分類：按照熱能供給濕物料的方式,干燥可分為以下四種：

傳導(dǎo)干燥、對流干燥、輻射干燥、介電加熱干燥。

其中，對流干燥在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛，使用的干燥介質(zhì)多為空氣。

對流干燥①對流干燥干燥介質(zhì)直接與濕物料接觸，熱能以對流方式傳遞給物料，產(chǎn)生蒸汽被干燥介質(zhì)帶走。其干燥過程如圖所示，是一種傳熱和傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的過程。

②典型的對流干燥流程：

如圖所示，濕空氣經(jīng)加熱后進(jìn)入干燥器，氣流與濕物料直接接觸，沿空氣行程其溫度降低，濕含量增加，廢氣自干燥器另一端排出。③為確定流程中各設(shè)備，需計(jì)算空氣用量、熱量消耗及干燥時(shí)間等，而這些問題均涉及濕空氣的性質(zhì)。為此，以下介紹濕空氣的性質(zhì)。濕空氣的狀態(tài)參數(shù)

●濕空氣：含有濕分的空氣，是常用的干燥介質(zhì)。通常干燥是在常壓或減壓下進(jìn)行的，因此，可把這種狀態(tài)下的濕空氣作為理想氣體來處理。

●基準(zhǔn)：干燥過程中，干空氣的質(zhì)量不變，故干燥計(jì)算以單位質(zhì)量干空氣為基準(zhǔn)。（1）濕度H（濕含量或絕對濕度）：濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與干空氣質(zhì)量之比。

相對濕度、濕比容、濕比熱、焓相對濕度φ：當(dāng)總壓一定時(shí),濕空氣中水蒸汽分壓Pv與一定總壓下空氣中水汽分壓可能達(dá)到的最大值之比的百分?jǐn)?shù),稱為相對濕度。可見，對水蒸汽分壓相同，而溫度不同的濕空氣，若溫度愈高，則Ps值愈大，φ值愈小，干燥能力愈大。

單位質(zhì)量干空氣和其所帶的Hkg水蒸汽的體積之和。在壓力為101.3kN/m2時(shí)濕比容vH：濕比容隨其溫度和濕度的增加而增大。濕比熱cH：將1kg干空氣和其所帶的Hkg水蒸氣的溫度升高1℃所需的熱量。在常壓下，式中,Ca-干空氣比熱，其值約為1.01kJ/kg干空氣·℃

Cv-水蒸汽比熱,其值約為1.88kJ/kg干空氣·℃單位質(zhì)量干空氣的焓和其所帶Hkg水蒸汽的焓之和。故,計(jì)算基準(zhǔn)：0℃時(shí)干空氣與液態(tài)水的焓等于零焓：式中，r0-0℃時(shí)的水蒸汽汽化潛熱，其值為2490kJ/kg。絕熱飽和過程中，氣、液兩相最終達(dá)到的平衡溫度稱為絕熱飽和溫度。

①絕熱飽和過程：不飽和氣體在與外界絕熱的條件下和大量的液體接觸，若時(shí)間足夠長，使傳熱、傳質(zhì)趨于平衡，則最終氣體被液體蒸汽所飽和，氣體與液體溫度相等，此過程稱為絕熱飽和過程。

②計(jì)算式：

以單位質(zhì)量的干空氣為基準(zhǔn),在穩(wěn)態(tài)下對全塔作熱量衡算,氣體放出的顯熱=液體汽化的潛熱,即絕熱飽和溫度tas：③說明：

上式表明,空氣的絕熱飽和溫度tas是空氣濕度H和溫度t的函數(shù),是濕空氣的狀態(tài)參數(shù),也是濕空氣的性質(zhì)。當(dāng)t、tas已知時(shí),可用上式來確定空氣的濕度H。④特別指出：絕熱飽和過程又可近似當(dāng)作等焓過程處理。

▲干球溫度：在空氣流中放置一支普通溫度計(jì)，所測得空氣的溫度為t，相對于濕球溫度而言，此溫度稱為空氣的干球溫度。

▲濕球溫度：用水潤濕紗布包裹溫度計(jì)的感濕球，即成為一濕球溫度計(jì)。將它置于一定溫度和濕度的流動的空氣中，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)所測得的溫度稱為空氣的濕球溫度，以

表示。

①

過程：當(dāng)不飽和空氣流過濕球表面時(shí)，由于濕紗布表面的飽和蒸汽壓大于空氣中的水蒸汽分壓，在濕紗布表面和氣體之間存在著濕度差，這一濕度差使?jié)窦啿急砻娴乃制粴饬鲙ё?，水分汽化所需潛熱，首先取自濕紗布的顯熱，使其表面降溫，于是在濕紗布表面與氣流之間又形成了溫度差，這一溫度差將引起空氣向濕紗布傳遞熱量。②

計(jì)算式：當(dāng)單位時(shí)間由空氣向濕紗布傳遞的熱量恰好等于單位時(shí)間自濕紗布表面汽化水分所需的熱量時(shí)，濕紗布表面就達(dá)到一穩(wěn)態(tài)溫度，即濕球溫度。干、濕球溫度③實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)流速足夠大時(shí)，熱、質(zhì)傳遞均以對流為主，且kH及α都與空氣速度的0.8次冪成正比，一般在氣速為3.8～10.2m/s的范圍內(nèi),比值α/kH近似為一常數(shù)(對水蒸汽與空氣的系統(tǒng),α/kH=0.96～1.005)。此時(shí)，濕球溫度為濕空氣溫度t和濕度H的函數(shù)。注意：◆濕球溫度不是狀態(tài)函數(shù)?！粼跍y量濕球溫度時(shí)，空氣速度一般需大于5m/s，使對流傳熱起主要作用，相應(yīng)減少熱輻射和傳導(dǎo)的影響，使測量較為精確。

空氣在濕度H不變、亦即蒸汽壓

不變的情況下，冷卻達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)。露點(diǎn)td：①根據(jù)定義：式中，pd

為露點(diǎn)td

時(shí)飽和蒸汽壓,也就是該空氣在初始狀態(tài)下的水蒸汽分壓Pv。

②計(jì)算td計(jì)算得到pd

，查其相對應(yīng)的飽和溫度，即為該濕含量H和總壓P時(shí)的露點(diǎn)td

③同樣地，由露點(diǎn)td

和總壓P可確定濕含量H濕空氣的溫濕圖(t-H圖)

為了便于計(jì)算，將空氣各種性質(zhì)標(biāo)繪在濕度圖中。

濕度圖的形式：常用的有

一般常用的濕度圖都是針對一定的總壓而繪制的。如圖9.2.3所示為在總壓P=101.3kPa下繪制的溫度-濕度圖（低溫部分）。

（1）等溫度線（等t線）：為一系列平行于縱軸的直線；

（2）等濕度線（等H線）：為一系列平行于橫軸的直線；

（3）等相對濕度線（等φ線）：根據(jù)式當(dāng)總壓一定時(shí)，如果φ為某一固定值，因PS僅與溫度有關(guān)，故任取一溫度t值，即可求得相應(yīng)的H值，將若干個(gè)（t，H）點(diǎn)聯(lián)接起來，即為一條等Ф

線。對不同的值，可以得出一系列Ф曲線。

（4）絕熱飽和(冷卻)線：根據(jù)式

對于一確定的tas值，Hasras也為一已知數(shù)而CH

=1.01+1.88H，于是，任取一H值，可求得相應(yīng)的t值，將若干個(gè)（t，H）點(diǎn)聯(lián)接起來，可得到等tas線，即為絕熱飽和線（或稱絕熱冷卻線）。（5）濕比熱線：按定義cH=1.01+1.88H，濕比熱cH為濕度H的直線函數(shù)，在圖的左側(cè)繪制出了cH-H線。（6）比容線：干空氣比容在圖中以va為縱坐標(biāo)繪出了va

-t線。飽和比容飽和蒸汽壓ps為溫度t的函數(shù)，故在圖中繪出vHs-t線。對不同濕度H下的比容，又可繪出在干比容與飽和比容線之間的一系列直線。濕度圖的應(yīng)用（1）濕空氣的性質(zhì)參數(shù)的確定（2）濕空氣狀態(tài)變化過程的圖示水分在氣、固之間的平衡及干燥平衡曲線

●濕物料含水量的表示方法濕基含水量w：

干基含水量X

●平衡含水量：若氣、固間有足夠長時(shí)間的接觸，使水分的傳遞達(dá)到平衡，則固體物料的含水量最終將保持某一定值。這個(gè)含水量稱為該物料在這一空氣狀態(tài)下的平衡含水量。此時(shí)，濕物料表面的蒸汽壓稱為該含水量下的平衡蒸汽壓。干燥平衡曲線不同的物料有不同的平衡含水量。因此，濕物料的平衡含水量通常都針對某種濕物料，通過實(shí)驗(yàn)來測定的。其表達(dá)形式有兩種：

①p-x*

（或p*

-X）線：圖示的曲線，表示一定溫度下水分在氣、固間達(dá)到平衡時(shí)，濕空氣中的水汽分壓p與濕物料的平衡含水量

x*

之間的關(guān)系，亦即濕物料的含水量X與平衡蒸汽壓p*之間的關(guān)系，常稱為平衡曲線。

②φ-X線

同一種類物料的p*

-X平衡曲線和溫度有關(guān)，然而，如果用相對濕度φ=p/ps

對X作圖，則同種物料在不同溫度下的平衡曲線變化較小。某些物料在室溫下的φ-X平衡曲線如圖所示。注意：在同樣的氣體條件下，物料由脫濕達(dá)到平衡或由增濕達(dá)到平衡時(shí)，由于過程方向不同，有可能得到不同的平衡含水量。因此，有吸濕平衡線和脫濕平衡線。①自由水分與平衡水分

◆自由水分：濕物料中大于平衡含水量，有可能被該濕空氣干燥除去的那部分水分；

◆平衡水分：等于或小于平衡含水量，無法用相應(yīng)空氣所干燥的那部分水分。②結(jié)合水分與非結(jié)合水分

◆結(jié)合水分：凡濕物料的含水量小于Xs的那部分水分稱為結(jié)合水分。此時(shí),其蒸汽壓都小于同溫度下純水的飽和蒸汽壓。結(jié)合水分包括濕物料中存在于細(xì)胞壁內(nèi)的和毛細(xì)管內(nèi)的水分，固、液間結(jié)合力較強(qiáng)。

◆非結(jié)合水分：含水量超過Xs的那部分水分稱為非結(jié)合水分。此時(shí)，濕物料中的水分的蒸汽壓等于同溫度下純水的飽和蒸汽壓。非結(jié)合水分包括濕物料表面上附著水分和大孔隙中的水分，結(jié)合力較弱。③兩種分類方法的不同：

平衡水分與自由水分，結(jié)合水分與非結(jié)合水分是兩種概念不同的區(qū)分方法。

●自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡水分是不能除去的，自由水分和平衡水分的劃分除與物料有關(guān)外，還決定于空氣的狀態(tài)。

●非結(jié)合水分是在干燥中容易除去的水分，而結(jié)合水分較難除去。是結(jié)合水還是非結(jié)合水僅決定于固體物料本身的性質(zhì)，與空氣狀態(tài)無關(guān)。

①確定過程進(jìn)行的方向

含水量為X的濕物料與一定溫度下水汽分壓為p的濕空氣相接觸時(shí)，可在干燥平衡曲線上找到與該濕空氣相對應(yīng)的平衡含水量X*

，比較濕物料的含水量X與平衡含水量X*

的大小.

◆若物料含水量X高于平衡含水量X*

，則物料脫水而被干燥；

◆若物料的含水量X低于平衡含水量X*

，物料將吸水而增濕。

②確定過程的推動力

◆干燥推動力：◆吸濕推動力：

干燥推動力更為常用的是濕度差。

③確定在給定干燥介質(zhì)的條件下，干燥后物料的最低含水量

◆干燥平衡曲線可確定給定干燥介質(zhì)條件下的平衡含水量

，則

為在該干燥條件下，物料含水量的最低極限；◆干燥平衡曲線也可確定達(dá)到一定干燥要求，干燥介質(zhì)的最高濕含量，從而，確定該干燥過程所需的干燥介質(zhì)。平衡曲線的應(yīng)用A、B點(diǎn)C點(diǎn)④確定濕物料的結(jié)合水量和非結(jié)合含水量，從而判斷過程中多少水分易于除去，多少水分難以除去。

如圖所示，曲線在Pv=Ps(Ps為該溫度下的飽和蒸汽壓)時(shí)的平衡含水量為Xs，對于含水量為X>Xs的樣品來說,除含有Xs的結(jié)合水以外，還含有非結(jié)合水X-Xs。恒定干燥

恒定干燥條件：指干燥過程中空氣的濕度、溫度、速度以及與濕物料的接觸狀況都不變。干燥操作過程的設(shè)計(jì)，通常需計(jì)算所需干燥器的尺寸及完成一定的干燥任務(wù)所需的干燥時(shí)間，這都決定于干燥速率。而干燥速率，不僅決定于濕物料的性質(zhì)，而且還決定于干燥介質(zhì)的條件：包括溫度、濕度、速度及流動的狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)干燥

干燥操作可以是連續(xù)操作，也可以是間歇操作。

①穩(wěn)態(tài)干燥過程：連續(xù)操作為穩(wěn)態(tài)干燥過程，濕物料的加入和干產(chǎn)品的排出是連續(xù)進(jìn)行的，設(shè)備中各點(diǎn)的操作參數(shù)不隨時(shí)間改變。

②非穩(wěn)態(tài)干燥過程：間歇操作是非穩(wěn)態(tài)的，濕物料一次成批加入，干燥完后一次排出，即使在恒定干燥條件下，干燥介質(zhì)的性質(zhì)參數(shù)維持不變，但濕物料的溫度、濕含量、質(zhì)量等參數(shù)是隨時(shí)間改變的。

在干燥速率的計(jì)算中，常采用絕干物料的質(zhì)量Gc為計(jì)算基準(zhǔn)，對穩(wěn)態(tài)過程，其單位為kg/s,對非穩(wěn)態(tài)過程，其單位為質(zhì)量kg。干燥曲線與干燥速率曲線

①干燥曲線：由間歇操作實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，以時(shí)間τ對干基含水量X作圖,得到如圖所示的物料濕含量X隨時(shí)間的變化曲線，稱為干燥曲線。

②干燥速率曲線：將干燥速率對物料濕含量作圖得到的曲線，稱為干燥速率曲線,如圖所示。圖中橫座標(biāo)為干基含水量X,縱座標(biāo)為干燥速率R，即單位時(shí)間內(nèi)在單位表面積上汽化的水分質(zhì)量,其表達(dá)式為：

不穩(wěn)定的加熱過程恒速干燥階段臨界含水量Xc降速干燥階段平衡含水量X*濕分在濕物料中的傳遞機(jī)理

液體擴(kuò)散理論主要論點(diǎn)：

▲在降速干燥階段中，濕物料內(nèi)部的水分不均勻，形成了濃度梯度，使水分由含水量較高的物料內(nèi)部向含水量較低的表面擴(kuò)散，然后水分在表面蒸發(fā)，進(jìn)入干燥介質(zhì)?！稍锼俾释耆珱Q定于物料內(nèi)部的擴(kuò)散速率。此時(shí)，除了空氣的濕度影響表面上的平衡值外，干燥介質(zhì)的條件對干燥速率已無影響。

毛細(xì)管理論主要論點(diǎn)：

▲多孔性物料具有復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔道，水分在多孔性物料中的移動主要依靠毛細(xì)管力?；靖稍镞^程計(jì)算

干燥過程的物料衡算

▲目的：確定出濕物料干燥到指定的含水量所需除去的水分量及所需的空氣量。

干燥過程的熱量衡算及干燥器的熱效率▲目的：確定干燥過程的各項(xiàng)熱量分配情況和熱量消耗。全系統(tǒng)的熱量衡算預(yù)熱器的熱量衡算忽略預(yù)熱器的熱損失，可以得到預(yù)熱器的耗熱量Qp干燥器的熱量衡算

▲目的：確定干燥器的出口空氣狀態(tài)參數(shù)或所需的加熱量?；娟P(guān)系干燥器的熱效率

熱效率定義為：干燥過程中，蒸發(fā)水分所消耗的熱量與從外熱源所獲得的熱量之比。即：恒定干燥條件下的干燥時(shí)間計(jì)算傳質(zhì)系數(shù)kH

和傳熱系數(shù)α可由實(shí)驗(yàn)求得，由于傳質(zhì)系數(shù)

的測量技術(shù)不及傳熱膜系數(shù)α的測量成熟與準(zhǔn)確，故在干燥計(jì)算中常用經(jīng)驗(yàn)的傳熱膜系數(shù)。干燥設(shè)備

換熱器1換熱器的分類按用途分類：加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器按冷熱流體熱量交換方式分類：混合式、蓄熱式和間壁式主要內(nèi)容：1).根據(jù)工藝要求，選擇適當(dāng)?shù)膿Q熱器類型；2).通過計(jì)算選擇合適的換熱器規(guī)格。2間壁式換熱器的類型一、夾套換熱器二、蛇管換熱器1.沉浸式強(qiáng)化措施：可減少管外空間；容器內(nèi)加攪拌器。2.噴淋式優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；便于耐腐蝕；管內(nèi)能耐高壓；管外α比沉浸式大。缺點(diǎn)：冷卻水噴淋不均勻影響傳熱效果；只能安裝在室外，占地面積大。三、套管換熱器四、列管換熱器圓缺形加擋板：增大殼程流體的湍動，提高殼程的α多管程：增大管內(nèi)流體u，提高管內(nèi)的α圓盤形圓缺形圓盤形1.固定管板式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；但殼程檢修和清洗困難。2.浮頭式特點(diǎn)：可完全消除熱應(yīng)力,便于清洗和檢修,結(jié)構(gòu)復(fù)雜3.U型管式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較浮頭簡單；但管程不易清洗。3列管換熱器的選用1.根據(jù)工藝任務(wù)，計(jì)算熱負(fù)荷2.計(jì)算△tm先按單殼程多管程的計(jì)算，如果φ<0.8，應(yīng)增加殼程數(shù)；3.依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取K，估算A4.確定冷熱流體流經(jīng)管程或殼程，選定u由u和V估算單管程的管子根數(shù)，由管子根數(shù)和估算的A，估算管子長度，再由系列標(biāo)準(zhǔn)選適當(dāng)型號的換熱器。5.核算K分別計(jì)算管程和殼程的α，確定垢阻，求出K，并與估算的K進(jìn)行比較。如果相差較多，應(yīng)重新估算。6.計(jì)算A根據(jù)計(jì)算的K和△tm

，計(jì)算A，并與選定的換熱器A相比，應(yīng)有10%~25%的裕量。選用換熱器中的有關(guān)問題：(1)流體流經(jīng)管程或殼程的選擇原則：傳熱效果好，結(jié)構(gòu)簡單，清洗方便管程：不清潔或易結(jié)垢、腐蝕性、壓力高的流體。殼程：飽和蒸汽、需要冷卻、粘度大或流量小的流體。(2)流體uu↑→α↑K↑，在同Q、△tm下A↓，節(jié)省設(shè)備費(fèi)；u↑→Hf↑↑，操作費(fèi)用增加；u選擇是經(jīng)濟(jì)上權(quán)衡的問題，但要避免層流流動(3)換熱器中管子的規(guī)格和排列方式管子的規(guī)格：Φ19×2mm和Φ25×2.5mm管長：1.5m、2.0m、3.0m、6.0m排列方式：正三角形正方形直列正方形錯(cuò)列4傳熱過程的強(qiáng)化途徑Q=KA△tm為了增強(qiáng)傳熱效率，可采取△tm↑、A/V↑、K↑。一、增大△tm兩側(cè)變溫情況下，盡量采用逆流流動提高加熱劑T的溫度或降低冷卻劑的溫度1t1二、增大A/V直接接觸傳熱，可增大A和湍動程度，使Q↑采用高效新型換熱器改進(jìn)傳熱面結(jié)構(gòu)入手來增大A和湍動程度，使Q↑(a)光直翅片(b)鋸齒翅片(c)多孔翅片三、增大K盡可能利用有相變的熱載體（α大）用λ大的熱載體，如液體金屬Na等減小金屬壁、污垢及兩側(cè)流體熱阻中較大者的熱阻提高α較小一側(cè)有效提高α的方法(無相變)：增大流速管內(nèi)加擾流元件改變傳熱面形狀和增加粗糙度5新型的換熱器一、平板式換熱器優(yōu)點(diǎn)：傳熱效率高，K大結(jié)構(gòu)緊湊，操作靈活，安裝檢修方便缺點(diǎn)：耐溫、耐壓差易滲漏，處理量小二、螺旋板式換熱器優(yōu)點(diǎn)：傳熱效率高不易堵塞結(jié)構(gòu)緊湊，成本較低缺點(diǎn)：壓力、溫度不能太高難以維修三、翅片管換熱器特點(diǎn)：增加A，增強(qiáng)管外流體的湍流來提高α。重要的應(yīng)用場合：空氣冷卻器管外加翅片，大大改善了空氣側(cè)的傳熱效果強(qiáng)化管式換熱器縱向翅片管橫向翅片管其他類型換熱器螺旋槽紋管縮放管靜態(tài)混合器熱管換熱器流化床換熱器精餾酒精廠里，酒精的增濃與提純。即利用乙醇與水的沸點(diǎn)不同，或揮發(fā)度不同，使乙醇與水分離的過程。精餾傳質(zhì)示意圖酒精廠的例子，是精餾操作。——利用液體混合物各組分沸點(diǎn)（或揮發(fā)度）的不同，將物質(zhì)多次部分汽化與部分冷凝，從而使液體混合物分離與提純的過程，稱為精餾操作。精餾主要用來分離液體混合物，所以有的教材稱精餾為液體精餾基本概念一、理想溶液的氣-液平衡由制酒作坊引出相平衡大慶油田開采出來的是原油，如何將原油加工成汽油、煤油、柴油、重油呢？釀酒廠釀制出了原酒，如何將粗酒加工成60°的白酒呢？先介紹以下古老的燒酒作坊吧！目前江浙一帶仍有這種家庭小作坊，主要分三步：（1）粬的制作——發(fā)酵過程（獲得菌種）（2）粗酒的制作——將酒粬與蒸熟的米飯，按一定比例混合發(fā)酵，制成酒、水、酒糟的糊狀混和物（生物降解）?；靖拍睿?）酒的提純——蒸餾操作過程。

鍋為汽化器，頂蓋為冷凝器。這就是一種簡單蒸餾的操作過程。我還不知道“對酒當(dāng)歌”源于哪個(gè)朝代的帝王將相，但可以肯定，從“對酒當(dāng)歌”那個(gè)時(shí)候起，勞動人民已經(jīng)掌握了簡單精餾這種操作過程。基本概念

為什么能使乙醇增濃呢？主要因?yàn)橐掖急人姆悬c(diǎn)低（或說乙醇比水的揮發(fā)度高）這樣蒸氣中乙醇的含量yA

高于粗酒中乙醇的含量

xA，即yA>xA。蒸氣冷凝之后，就得到乙醇含量高的酒?；靖拍畋菊轮?，y均代表蒸氣的組成（摩爾分?jǐn)?shù)），x均代表液體的組成（摩爾分?jǐn)?shù)）。我們要問，yA

與xA

服從什么規(guī)律呢？即y=f（xA）的函數(shù)關(guān)系如何呢？本節(jié)就要回答這個(gè)問題?；靖拍?理想溶液及拉烏爾定律基本概念拉烏爾定律示意圖在一定的溫度下，溶液上方任意組分的蒸氣分壓，等于該純組分在同溫度下的蒸氣壓與該組分在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)之乘積?！瓰鯛柖伞?t>x>y

圖在一定外壓條件下P，沸點(diǎn)t與汽液相組成(x,y)的關(guān)系，繪在圖上即是t>x>y

圖。對于一定組成的溶液(x1)加熱到與t-x相交的點(diǎn)，即出現(xiàn)第一個(gè)氣泡，所以t-x線亦稱泡點(diǎn)線。對于組成為y1的蒸汽，冷卻至與t-y線相交，出現(xiàn)第一個(gè)露珠，所以稱t-y線為露點(diǎn)線?；靖拍钊魌-x線與t-y線重合，則表示該溶液不能分離。若兩線相距愈遠(yuǎn)，則表示愈易分離。

t-x-y圖可通過實(shí)驗(yàn)測定。若為二元理想溶液，t-x-y圖可利用計(jì)算方法求得：只要知道某溫度下的p*A和p*B（飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)）就可以計(jì)算得到x與y,就可以作出在指定外壓P下的t-x-y圖?？倝篜對t-x-y圖是有影響基本概念基本概念4x-y

圖取t-x-y圖中的x,y數(shù)據(jù)，以x為橫坐標(biāo)，y為縱坐標(biāo)，繪成的圖為x-y圖。用一條曲線表達(dá)氣-液相平衡，圖面清晰，數(shù)據(jù)易查。對于易揮發(fā)組分，因?yàn)閥A>xA，所以x-y線均在對角線上方。

x-y線與對角線偏離越遠(yuǎn)，表示越易分離。若x-y線與對角線重合，則不能用精餾方法分離。對于二元理想溶液，x-y圖可由前式計(jì)算得到?；靖拍?氣-液平衡解析表達(dá)式為便于計(jì)算，氣-液相平衡關(guān)系可用解析式來表達(dá)。揮發(fā)度——達(dá)到相平衡時(shí)，某組分在蒸氣中的分壓(pA)和它在平衡液相中的摩爾分?jǐn)?shù)(xA)之比，叫做該組分的“揮發(fā)度”。相對揮發(fā)度——各組分的揮發(fā)度之比，稱為組分間的~。在本課程中，通常定義易揮發(fā)組分揮發(fā)度與難揮發(fā)組分揮發(fā)度之比為相對揮發(fā)度。這樣定義的α，則α>1。基本概念對于二元理想溶液此為氣－液平衡的解析表達(dá)式當(dāng)α=1時(shí)，yA=xA，則表示該二元溶液不能用精餾的方法分離。注意：以后所見的x,y均為易揮發(fā)組分濃度，就是表示xA,yA的意思。二、簡單蒸餾及其計(jì)算蒸餾操作1簡單蒸餾的裝置在家庭制酒業(yè)中，即是一個(gè)簡單蒸餾裝置，只是冷凝裝置較簡單，是一個(gè)空氣自然對流冷卻裝置。在實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)生產(chǎn)中，采用如圖所示的裝置，實(shí)質(zhì)也是一個(gè)汽化器，一個(gè)冷凝器。2簡單蒸餾的原理在簡單蒸餾的過程中：液相組成由x1→x2→x3→L→xn

氣相組成（餾出液組成）由y1→y2→y3→L→yn

釜液量由F→F-dn→L→W

若全部氣化，又全部冷凝，即最終釜液量W=0，則達(dá)不到分離的目的。只有部分氣化，部分冷凝，才可得到易揮發(fā)組分較高的餾出液。蒸餾操作由圖看出，當(dāng)料液組成為x1時(shí)，所得餾出液最高組成為y1。所以用簡單蒸餾的方法，得不到純度高的產(chǎn)品。蒸餾操作3簡單蒸餾的計(jì)算公式設(shè)W——任一瞬間蒸餾釜中的釜液量，kmol；x——任一瞬間釜液組成，摩爾分?jǐn)?shù)；

y——任一瞬間蒸汽組成，摩爾分?jǐn)?shù)；蒸餾操作經(jīng)dτ

時(shí)間后，溶液汽化量為dW，釜液組成變化為dx，如圖所示，在τ→τ+dτ

的時(shí)間間隔，對易揮發(fā)組份作衡算得：蒸餾操作可用圖解積分求解蒸餾操作其中，xd——餾出液的平均組成，摩爾分?jǐn)?shù)簡單蒸餾的計(jì)算公式共有六個(gè)物理量（F,W,x1,x2,xd,α）兩個(gè)方程必須直接或間接的已知四個(gè)量，才可計(jì)算其他兩個(gè)量。蒸餾操作精餾塔設(shè)計(jì)進(jìn)料線方程

在進(jìn)料板上，同時(shí)滿足精餾段和提餾段的物料衡算，故兩操作線的交點(diǎn)落在進(jìn)料板上。當(dāng)q為定值，改變塔操作為回流比時(shí)，兩操作線交點(diǎn)軌跡即q線。聯(lián)立兩操作線方程式和解得交點(diǎn)q的坐標(biāo)為聯(lián)立以上兩式消去xD

得q線方程xf當(dāng)塔頂蒸氣全部被冷凝時(shí)，則有：

由于冷凝器全凝，無分離能力，不計(jì)為理論板，則以塔頂計(jì)第一塊理論板。因

由工藝所規(guī)定，故

為已知。由平衡關(guān)系計(jì)算與

呈相平衡的液相組成

。通過

采用精餾段操作線方程計(jì)算來自第二板蒸氣的組成

。與此類推，交替使相平衡與物料平衡關(guān)系，計(jì)算精餾兩相的組成。

當(dāng)精餾段逐板計(jì)算到液相組成即x≤xq時(shí)，物料衡算關(guān)系應(yīng)換為提餾段操作方程。將此更換物料衡算關(guān)系式的理論板，作為進(jìn)料板為宜，即最佳進(jìn)料位置。交替使用相平衡及物料平衡關(guān)系，逐級計(jì)算提餾段的組成分布，當(dāng)計(jì)算的液相組成x略低于或等于

時(shí)，即可結(jié)束計(jì)算。計(jì)算中采用平衡關(guān)系的次數(shù)即塔滿足分離要求所需的理論板數(shù)N。由于再沸器存在部分氣化，具有分離能力，相當(dāng)一塊理論板。當(dāng)求得

時(shí)，應(yīng)由精餾更換提餾的操作線，即在平衡線與提餾段操作線之間作梯級，當(dāng)求得液相組成

時(shí)結(jié)束。此時(shí)梯級數(shù)N（含再沸器）為所求的理論塔板數(shù)N，跨過兩操作線交點(diǎn)的板為最佳進(jìn)料板

。進(jìn)料位置的選擇

在適宜位置進(jìn)料，完成規(guī)定分離要求所需塔板數(shù)會減少。對給定理論板時(shí)，則分離程度會提高。在圖解法中跨過兩操作交點(diǎn)的塔板就是這一適宜進(jìn)料板或最佳進(jìn)料板.精餾塔在正常運(yùn)行時(shí)，沿塔高建立起各組分的組成分布，顯然，塔頂輕組分最濃，塔釜重組分組成最高。各組分組成沿高度變化。適宜進(jìn)料位置應(yīng)是進(jìn)料組成及熱狀態(tài)與塔板上組成和熱狀態(tài)差別最小的板，才是最佳進(jìn)料板。

無論溫差、還是濃差的存在的混合都是一種返混，均給精餾帶來不利影響，即增加能耗?；亓鞅萊對設(shè)計(jì)的影響

回流比R是精餾過程的設(shè)計(jì)和操作的重要參數(shù)。R直接影響精餾塔的分離能力和系統(tǒng)的能耗，同時(shí)也影響設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸。

當(dāng)回流比增大時(shí)精餾段操作線斜率R/(R+1)增大，則精餾段操作線遠(yuǎn)離平衡線。使得精餾塔內(nèi)各板傳質(zhì)推動力

及

增大，使各板分離能力提高。為此，完成相同分離要求，所需理論板數(shù)將會減少，由13塊減為10塊理論板。然而由于R的增加導(dǎo)致塔內(nèi)氣、液兩相流量增加，從而引起再沸器熱流提高。從而使精餾

V=(R+1)D

V'=V-(1-q)F=(R+1)D-(1-q)F

過程能耗增加，氣相流量V及V'將影響塔徑的設(shè)計(jì)。需要的理論板數(shù)N的減少，可降低塔的高度。（綠線）最小回流比Rmin隨著回流比R的減小，則精餾過程的能耗下降，塔徑D也回隨之減小。但因R減小，使操作線交點(diǎn)向平衡移動，導(dǎo)致過程傳質(zhì)推動力減小，使得完成相同的分離要求所需理論板數(shù)N隨之增加，使塔增高。當(dāng)回流比繼續(xù)減小，使兩操作線交點(diǎn)落在平衡曲線上，如圖中E點(diǎn)所示。此時(shí)完成規(guī)定分離要求所需理論板數(shù)為∞。此工況下的回流比為該設(shè)計(jì)條件下的最小回流比Rmin。精餾原理

1多次簡單精餾如何由簡單蒸餾發(fā)展為大型精餾塔？為什么塔頂要引入回流？為什么必須在塔中部加料？這是進(jìn)行精餾計(jì)算之前必須解決的問題。為獲得純度高的產(chǎn)品，人們首先想到應(yīng)用多次簡單蒸餾的辦法。例如從含乙醇10°左右的發(fā)酵粗酒液，經(jīng)一次蒸餾可得到50°的燒酒。再將50°的燒酒經(jīng)過一次蒸餾，就可得到60°~65°的燒酒。原則上講經(jīng)過幾次的簡單蒸餾，可以得到一種純度高的產(chǎn)品。但是，需要幾個(gè)加熱器和幾個(gè)冷凝器，要消耗大量蒸氣和冷卻水；最終產(chǎn)品的產(chǎn)量??；操作是間歇的。利用前段工序蒸氣冷凝時(shí)放出的冷凝潛熱，來加熱氣化后段工序的液體，就可以省去(n-1)個(gè)加熱器和(n-1)個(gè)全凝器，進(jìn)而節(jié)省了大量的蒸氣與冷卻水，如圖所示。但此時(shí)的操作是不穩(wěn)定的，絕大多數(shù)化學(xué)工程教科書，雖指出了這一點(diǎn)，但沒有充分加以展開。對第i釜作物料衡算：眾所周知，只有同時(shí)滿足上兩式，才可稱為穩(wěn)定操作。我們分兩種情況進(jìn)行分析：(a)(b)據(jù)此分析，由于實(shí)際中yi>yi-1，兩式不能同時(shí)成立，所以，圖中的流程是不穩(wěn)定操作。2有回流的多次簡單蒸餾增加回流，則可使操作成為穩(wěn)定操作對I釜作物料衡算：3精餾塔與提餾塔一系列蒸餾釜疊加成一個(gè)整體，則成為蒸餾塔，每塊塔板相當(dāng)于一個(gè)釜沒有提餾段的精餾塔此塔若為間歇加料，操作不穩(wěn)定，但可以從塔頂和塔底得到兩種純組分，若為連續(xù)加料，操作是穩(wěn)定的，卻只能從塔頂獲得一種純產(chǎn)品，稱為沒有提餾段的精餾塔。若在圖中，改為塔頂加料，則稱為提餾塔。中間進(jìn)料現(xiàn)代化精餾塔若將圖中的精餾塔與提餾塔疊加，即為中間進(jìn)料的現(xiàn)代化的精餾塔。進(jìn)料位置上部，稱為精餾段，下部稱為提餾段。這樣，既可連續(xù)穩(wěn)定操作，又可以從塔頂與塔底獲得兩種純組分。如圖所示。

4雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算為了實(shí)現(xiàn)精餾，需要多次部分氣化與部分冷凝，則“多次”是多少次呢？為了使操作穩(wěn)定，要引入塔頂回流，回流量對“次數(shù)”有什么影響呢？為了得到兩種純度高的產(chǎn)品，需要中間加料，則“中間”是在什么位置呢？解決問題的途徑假設(shè)：理論板與恒摩爾流理論板——如圖所示假設(shè)離開該板（第n塊板）的上升蒸氣組成yn

和板上（第n塊板）下流液體組成xn

互成平衡，該板稱之為理論板。即yn與xn服從氣-液平衡關(guān)系：yn=f(xn)恒摩爾流假設(shè)（1）恒摩爾氣化：精餾段內(nèi)每層塔板上升蒸氣的摩爾流量kmol/s相等。即qn,v,1=qn,v,2=qn,v同理，在提餾段內(nèi)，q'n

,

v,1=q'n,v,2

=q'n

一般情況下，qn≠q'n（2）恒摩爾溢流：精餾段內(nèi)每層塔板溢流液體的摩爾流量kmol/s相等。即qn,L,1=qn,L,2=L=qn

同理，在提餾段內(nèi)，q'n

,L,1=q'n,L,2=q'n,L

一般情況下,qn,L≠q'n,L恒摩爾氣化與恒摩爾溢流，總稱恒摩爾流假設(shè)（3）恒摩爾流假設(shè)成立的條件及其證明。有三個(gè)條件，恒摩爾流假設(shè)才成立，第一，各組分的摩爾氣化潛熱近似相等，即rA≈rBkJ/kmol；第二，忽略氣相和液相傳遞的顯熱，即tn-1≈tn；第三，忽略塔的熱損失，即q′=0。恒摩爾假設(shè)證明對第n塊板作總的物料衡算5全塔物料衡算方程對全塔總的物料流作衡算對全塔易揮發(fā)組分物料作衡算6精餾段操作線方程精餾段物料衡算方程，是解決yn

與xn+1的關(guān)系問題根據(jù)恒摩爾流假設(shè)，上升蒸氣流量為qn

,Vkmol/s，回流液體流量為qn

,Lkmol/s，產(chǎn)品流量為qn

,Dkmol/s，產(chǎn)品組成為xd。按虛線范圍作總物料衡算與易揮發(fā)組分物料衡算得若從塔底畫衡算范圍，可以得到相同的結(jié)果，得將全塔物料衡算式代入得合并二式即得yn+1與xn成簡單直線關(guān)系7提餾段操作線方程提餾段物料衡算方程，是解決ym+1與xm的關(guān)系問題。如圖所示，根據(jù)恒摩爾流假設(shè)，上升蒸氣流量為q'n

,Vkmol/s，回流液體流量為q'n

,Lkmol?s?1，釜液產(chǎn)品流量為qn

,Wkmol/s，釜液組成為xw。按虛線范圍作總物料衡算與易揮發(fā)組分物料衡算：若從塔頂畫衡算范圍，可以得到相同的結(jié)果此即提餾段操作線方程，說明當(dāng)q'n,L，qn,W一定時(shí)，yn+1與xm成直線關(guān)系。由于q'n,Lqn

,L與進(jìn)料的狀況有關(guān)，一般不易確定，下面討論進(jìn)料狀況的影響。進(jìn)料狀況參數(shù)8進(jìn)料狀況參數(shù)δ進(jìn)料狀況可能有如下五種，如圖所示。A狀況——低于泡點(diǎn)的過冷液進(jìn)料B狀況——泡點(diǎn)液體進(jìn)料C狀況——汽-液混合物進(jìn)料D狀況——露點(diǎn)蒸汽進(jìn)料E狀況——高于露點(diǎn)的過熱蒸汽進(jìn)料五種進(jìn)料狀況的表達(dá)對加料板作總物料衡算：人為定義該式給出了q'n,L與qn,L，q'n,V與qn,V的關(guān)系，下面的關(guān)鍵是如何求五種進(jìn)料狀況時(shí)的δ值。δ值的計(jì)算HF——原料液的熱焓，kJ/kmol；HV——加料板上、下的飽和蒸氣熱焓，kJ/kmol；hL——加料板上、下的飽和液體熱焓，kJ/kmol；HV——原料的汽化潛熱，kJ/kmol；(HV-HF)——飽和蒸氣的焓與進(jìn)料狀態(tài)下進(jìn)料的焓之差，即每千摩爾進(jìn)料變成飽和蒸氣所需的熱量。(HV-HL)——每千摩爾飽和液體變成飽和蒸氣所須熱量，即千摩爾汽化潛熱rc。對加料板作熱量衡算：δ涵義理解進(jìn)料線方程進(jìn)料線方程——精餾段操作線與提餾段操作線的交點(diǎn)軌跡方程。提餾段操作線即為進(jìn)料線方程。精餾段操作線方程與進(jìn)料線之交點(diǎn)，當(dāng)然亦是提餾段操作線上的點(diǎn)。精餾段操作線不變時(shí)，提餾段操作線與進(jìn)料線位置有關(guān)。精餾計(jì)算舉例理論板數(shù)的求法（1）逐板計(jì)算法每利用一次平衡關(guān)系和一次操作關(guān)系，即為一塊理論板。提餾段也是一樣。（2）圖解