1、化工原理,主講：趙海萍,電子課件,化工原理教程 化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì) 化工原理例題與習(xí)題 化工原理試題庫,化工原理教程,緒論 第一章流體流動(dòng) 第二章流體輸送機(jī)械 第三章非均相物系分離 第四章傳熱 第五章蒸發(fā)操作 第六章氣體吸收 第七章液體蒸餾 第八章干燥,緒論,一、化工生產(chǎn)過程 化工生產(chǎn)是將其原料經(jīng)過化工手段加工生成產(chǎn)品的加工過程。化工生產(chǎn)過程，不論其生產(chǎn)規(guī)模大小，其核心是化學(xué)反應(yīng)過程及其設(shè)備反應(yīng)器（發(fā)生化學(xué)變化的主要場所）。為了使生產(chǎn)過程得以有效的進(jìn)行，反應(yīng)器內(nèi)必須保持一個(gè)比較適合的反應(yīng)條件，如：一定的溫度、壓力和物料的組成等。因此，原料在進(jìn)入反應(yīng)器之前必須進(jìn)行一定的處理，使其

2、具備一定的溫度、純度和壓力等（統(tǒng)稱為前處理）?；瘜W(xué)反應(yīng)結(jié)束以后，為了得到一定純度的產(chǎn)品，從反應(yīng)器出來的混合物必須經(jīng)過一定的處理，如：冷卻、過濾、精制等（統(tǒng)稱為后處理）。 從上述可以看出：化工生產(chǎn)是將原料通過化學(xué)、物理的加工手段，加工成產(chǎn)品的過程。,1、化學(xué)加工手段：也就是使原料在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，得到產(chǎn)物的加工手段。（化學(xué)工藝課程的范疇） 2、物理加工手段：物料輸送、提純、混合、加熱（冷卻）等過程。（化工原理課程的范疇）。 二、化工單元操作的概念 上述的前后處理過程，絕大部分都是進(jìn)行的是純粹物理過程，但卻是化工生產(chǎn)中所不能缺少的步驟，各種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中所涉及的各種物理變化過程均可歸

3、納為若干個(gè)稱之為化工原理單元操作。 由于化工生產(chǎn)的多樣性（包括產(chǎn)品、原料、過程的多樣性），但是對物理加工的過程進(jìn)行深入研究發(fā)現(xiàn)，物理加工主要包括三個(gè)大的方面：流體力學(xué)過程、傳熱過程和傳質(zhì)（物質(zhì)傳輸過程）。即三大類單元操作。,具體見下表：,舉例： 電解食鹽水生產(chǎn)NaOH的過程（略）。 化工原理就是研究這些實(shí)現(xiàn)物理變化的單元操作的，研究化工單元操作不僅對化工生產(chǎn)有用，而且對石油、冶金、食品、制藥等工業(yè)的生產(chǎn)都起到重要作用。 三、本課程性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容 1、課程性質(zhì) 本課程屬于工程技術(shù)基礎(chǔ)課程。 2、課程任務(wù) 通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握各單元操作的基本原理和有關(guān)典型設(shè)備的工藝尺寸的設(shè)計(jì)或選型，并熟悉其結(jié)

4、構(gòu)、性能。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生從工程觀點(diǎn)分析和處理有關(guān)化工單元操作中各種問題的能力，以使學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)踐中能對生產(chǎn)設(shè)備具備操作、管理和設(shè)計(jì)的能力。,3、課程內(nèi)容 主要討論三大類單元操作： A、流體動(dòng)力過程 B、傳熱過程 C、傳質(zhì)過程 根據(jù)操作方式，單元操作可以分為連續(xù)操作（定態(tài)操作）和間歇操作（非定態(tài)操作）兩大類。 四、四個(gè)基本概念 1、物料衡算 以物質(zhì)守衡定律為基礎(chǔ)，分析和計(jì)算一定衡算范圍內(nèi)進(jìn)、出物料和組成之間的數(shù)量關(guān)系。 進(jìn)行物料衡算，首先定出衡算基準(zhǔn)，一般以一定時(shí)間內(nèi)的物料為基準(zhǔn)（時(shí)間基準(zhǔn)）。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，輸入衡算范圍的各段物,流量必須等于輸出衡算范圍的各段物流量與積累于衡算范圍

5、的物料量之和。 即: G1=G0+GA 式中:G1輸入物料的總和; G0輸出物料的總和; GA累積物料的總和。 2、熱量衡算 以能量守衡定律為基礎(chǔ)，分析和計(jì)算一定衡算范圍內(nèi)進(jìn)、出能量和各項(xiàng)能量之間的數(shù)量關(guān)系。 與物料衡算不同，除時(shí)間基準(zhǔn)外，還要選定物流焓的基準(zhǔn)態(tài)。物流焓的基準(zhǔn)態(tài)包括：基準(zhǔn)壓強(qiáng)p0、基準(zhǔn)溫度t0、基準(zhǔn)相態(tài)。 Q1=Q0+QL Q1隨物料進(jìn)入衡算范圍的總熱量（KJ或KW）; Q0隨物料流出衡算范圍的總熱量（KJ或KW）; QL向衡算范圍以外損失的總熱量（KJ或KW）。,3、平衡關(guān)系 物系在自然發(fā)生變化時(shí)，其變化必然趨向一定方向，如任其發(fā)展，結(jié)果必然達(dá)到一定的平衡狀態(tài)。 在平衡狀態(tài)下

6、，物系的溫度、組成、壓強(qiáng)等均到了宏觀的停止。 在平衡狀態(tài)被人為打破后，物系將從新趨向新的平衡。 平衡狀態(tài)是物系變化的極限，是實(shí)際操作所追求的理想條件。是我們推知單元操作能否進(jìn)行和能進(jìn)行到何中程度的依據(jù)，也是我們進(jìn)行設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。 4、過程速率 物系處于非平衡狀態(tài)，就必然發(fā)生使物系趨向于平衡的過程。但是以什么樣的速度趨向于平衡，這并不決定于平衡關(guān)系。而是決定于多種因素。一般我們用過程速率來表示： 過程速率=（過程推動(dòng)力）/（過程阻力） 對上述公式中的各因素對于不獤的過程有不同的理解。 如：傳熱的過程推動(dòng)力是溫度差；過程阻力則主要是物質(zhì)的傳熱能力。,五、量綱一致性、單位一致性 量綱就

7、是物理量通過幾個(gè)基本物理量的冪次方的乘積來表示的關(guān)系。根據(jù)物理規(guī)律建立的理論公式，公式中的每一個(gè)符號都代表一個(gè)物理量，此方程式中各項(xiàng)的量綱必須一致（即量綱一致性）。 單位一致性就是要求公式中使用各個(gè)物理量的單位必須是同一套單位制中的單位（要求使用國際單位制中的各個(gè)基本單位）。,1 流體流動(dòng),處在液體和氣體狀態(tài)下的物體統(tǒng)稱為流體。具有流動(dòng)性、抗剪性和抗張能力很小，無固定形狀，變形很容易。 流體是有大量彼此之間有一定間隙的分子組成，是個(gè)進(jìn)行著雜亂無章運(yùn)動(dòng)的體系。 對一般工程問題我們不需要討論單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)。而是將流體看成由無數(shù)個(gè)質(zhì)點(diǎn)（或微團(tuán)）所組成的一個(gè)連續(xù)介質(zhì)。這就是我們所謂的連續(xù)性假設(shè)。 實(shí)踐

8、證明，在絕大部分情況下是成立的。 1.1 流體的基本性質(zhì) 一、流體的密度 單位體積的流體所具有的質(zhì)量。 表達(dá)式： 式中： m流體的質(zhì)量（kg） 流體的體積（m） 流體的密度（kgm）,單位質(zhì)量的流體所具有的體積稱為比容。 表達(dá)式： 其單位為mkg，數(shù)值上等于密度的倒數(shù)。 、液體的密度 液體的密度隨體積變化很小，一般忽略不計(jì)。 、氣體的密度 理想氣體的密度醫(yī)科根據(jù)理想氣體方程得出： 、混合物的密度 液體混合物的平均密度： 混合氣體的密度：,二、流體的粘度 在外力的作用下，流體內(nèi)部各層之間產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)。有相對運(yùn)動(dòng)則就有相互作用力，該作用力起到“抗拒”相對運(yùn)動(dòng)的作用，此特性就是流體的粘性。 衡量粘性

9、大小的物理量是粘度，粘度越大，則流體的流動(dòng)性就越差。 1）、牛頓粘性定律 如圖所示： 實(shí)驗(yàn)證明：F,引入比例系數(shù) F= 就是流體的粘度。 單位面積上的內(nèi)摩擦力： = 2）、流體的粘度 根據(jù)上式可以看出：流體粘度的物理含義是：使流體產(chǎn)生單位速度梯度所需要的內(nèi)摩擦力（剪應(yīng)力）。單位：PaS（SI制） 1厘泊（CP）=102泊（P）=10-3Pas 運(yùn)動(dòng)粘度的概念 一般使用的是動(dòng)力粘度。,1.2 流體靜力學(xué) 流體靜力學(xué)主要是研究流體在外力（重力和壓力）的作用 下，流 體處于平衡狀態(tài)的規(guī)律。 垂直作用于單位面積上的壓力稱為流體的靜壓強(qiáng)，簡稱為壓強(qiáng)。 表達(dá)式： 式中：p流體的靜電壓（Nm即Pa）； P垂

10、直作用于流體表面的壓力（N）； A作用的面積（m）。 常用的壓強(qiáng)單位一般還有atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）、mmHg（毫米汞柱）、at（工程大氣壓）等。 1atm=760mmHg=10.33mH2O； 1at=735.6mmHg=10mH2O。,2、壓強(qiáng)的表達(dá)基準(zhǔn) 1）、表壓 2）、絕對壓強(qiáng) 3）、真空度 三者的關(guān)系如下圖：,二、流體靜力學(xué)基本方程 1、基本方程的推導(dǎo) 如圖所示： 平面A的面積為A離液面的深度為Z外壓為P0 則A上的壓強(qiáng)PA為：PA= P0+gZ 具體推導(dǎo)過程略。 2、基本方程的應(yīng)用 P= PA-P0=gZ 三、基本方程的應(yīng)用 1、測量壓強(qiáng)與壓強(qiáng)差 2、液位的測量 3、液封高度的計(jì)算,1

11、.3 管內(nèi)流動(dòng)的守恒原理 流體流動(dòng)是化工生產(chǎn)的普遍現(xiàn)象，它應(yīng)當(dāng)遵守質(zhì)量守恒、機(jī)械能守恒原理。 一、流量和流速 1、流量 單位時(shí)間內(nèi)通過管道任一截面的流體的量為流體的流量。 按照“量”的單位不同，可分為：體積流量和質(zhì)量流量。 體積流量：VS（m3/S或m3/h） 質(zhì)量流量：ws（kg/s或kg/h） VS=ws 2、流速 單位時(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向上通過的距離，為流速。用u表示。 uA=Vs uA= ws 例題：見課本P29,二、質(zhì)量守恒與連續(xù)性方程 在流動(dòng)系統(tǒng)中，若流體在各個(gè)截面上的流速、密度、壓強(qiáng)等只隨位置改變，而不隨時(shí)間改變，則我們稱為定態(tài)流動(dòng)。 流體在定態(tài)流動(dòng)時(shí)，遵循連續(xù)性方程。 2-2

12、1-1 Ws1 Ws2 如上圖所示： 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，有： Ws1=Ws2 而 Ws1=u1A11 Ws2=u2A22 A1=d12/4 A2=d22/4 代入有： u1/u2= d22/ d12 ， 此式即為連續(xù)性方程。,三、能量守恒與柏努利方程 流體在做定態(tài)流動(dòng)時(shí)，根據(jù)能量守恒定律，對任意截面進(jìn)行能量衡算。 1、定態(tài)流動(dòng)時(shí)的總能量衡算 A、內(nèi)能 物質(zhì)內(nèi)部能量的總和，用U表示。單位是:kJ/kg B、位能 物體因受重力作用，在不同的高度所具有的能量。m.g.z(kJ/kg) C、動(dòng)能 物體因運(yùn)動(dòng)而具有的能量。mu2/2 D、靜壓能 流體的靜壓強(qiáng)是推動(dòng)流體流動(dòng)的動(dòng)力，即靜壓強(qiáng)對流體做功。pV

13、s（kJ/kg） E、熱 流體溫度變化，而帶來的熱能的變化，被加熱則為為正，被冷卻則為負(fù)。 用Q來表示。（kJ/kg） F、功 流體流動(dòng)獲得機(jī)械能為正（用We來表示）；流體損失機(jī)械能為負(fù)(用Hf表示)。,2、定態(tài)流動(dòng)時(shí)的機(jī)械能衡算和柏努利方程 如前圖：對1-1和2-2截面進(jìn)行能量衡算。 上式中：若物質(zhì)的內(nèi)能無變化，則U1=U2 pVs=pws/ 上式若以1kg流體為衡算對象，則有： 3、關(guān)于柏努利方程的討論 見課本P36（略） 4、柏努利方程的應(yīng)用 例1：見課本P37 例2：見課本P38 例3：見課本P39,1.4流體流動(dòng)現(xiàn)象 一、流體流動(dòng)類型 1、雷諾實(shí)驗(yàn) 1883年雷諾通過實(shí)驗(yàn)揭示了流體流

14、動(dòng)有兩中不同的流動(dòng)類型：層流和湍流。 2、兩種流動(dòng)形態(tài) 層流和湍流 3、雷諾準(zhǔn)數(shù) 在雷諾實(shí)驗(yàn)中，還發(fā)現(xiàn)流體以何種流動(dòng)形態(tài)流動(dòng)，與管道直徑d、流體密度、流體粘度和流速u有關(guān)。 將四個(gè)參數(shù)構(gòu)成數(shù)群： 式中Re為雷諾準(zhǔn)數(shù)（簡稱雷諾數(shù)）。 實(shí)驗(yàn)證明：Re2000為層流；2000Re4000為過渡流態(tài)；Re4000為湍流。,二、層流與湍流 1、流體質(zhì)點(diǎn)的區(qū)別 層流時(shí)，流體的質(zhì)點(diǎn)是沿著管軸進(jìn)行規(guī)則平行分層運(yùn)動(dòng)、質(zhì)點(diǎn)之間既不碰撞，也不相互混合。 湍流時(shí)，流體的質(zhì)點(diǎn)是作不規(guī)則的雜亂的運(yùn)動(dòng)、質(zhì)點(diǎn)之間有碰撞，也相互混合，從而產(chǎn)生大大小小的旋渦。 2、速度分布 A、層流時(shí)的速度分布 式中：u為平均流速 umax為最

15、大流速 流速分布如圖。,2、湍流時(shí)的速度分布 湍流時(shí)的速度分布與Re數(shù)的大小有關(guān)。 如圖。 的值與Re數(shù)有關(guān)。 具體見課本P45頁關(guān)聯(lián)圖。 三、流體邊界層 板面附近流速變化大（存在較大的速度梯度）的區(qū)域稱為流動(dòng)邊界層。從平板前 緣開始一段長度內(nèi)，邊 界層總是處于滯流狀態(tài)， 稱為滯流邊界層。,1.5阻力損失 流體在管道中流動(dòng)，由于受到阻力的作用，必然要克服阻力而做功，對流體而言就是能量損失。根據(jù)阻力產(chǎn)生部位的不同，可以分為直管阻力和局部阻力。直管阻力是流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦力（即粘性力）而產(chǎn)生的阻力。局部阻力主要是由于體流經(jīng)管路中管件、閥門及管截面形狀和尺寸突然擴(kuò)大和縮小等局

16、部地方引起流體邊界層分離造成的阻力。 一、化工管路 化工管路設(shè)計(jì)是化工設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作之一，而化工管路由兩部分組成：直管和管件。 1、直管（管子） 直管有以下幾種材料的： A、鋼管（包括無縫鋼管、有縫鋼管） B、鑄鐵管 C、有色金屬管（包括銅管、鋁管、鉛管等） D、非金屬材料管（包括陶瓷管、玻璃管、橡膠管、塑料管等）,2、管件 要將管子連接成管路，必須使用各種管件，是管路延長、轉(zhuǎn)向或分（合流）等。 A、改變管路流向的 B、形成支路的 C、改變管路直徑的 D、連接管路的 E、控制流體流量的 3、閥門 A、截止閥 B、閘閥 C、節(jié)流閥 D、止回閥 E、旋塞（考克）,二、流體在直管中的阻力損失計(jì)算 流

17、體的阻力損失包含了兩項(xiàng)：hf和hf。 其中：hf為直管阻力損失。 1、直管阻力計(jì)算的通式 如圖：所示為一水平直管 內(nèi)流體作定態(tài)流動(dòng)。在1-1和 2-2截面間進(jìn)行衡算。 因?yàn)楣苈分袩o局部阻力產(chǎn)生的管件。同時(shí)Z1=Z2；u1=u2 則可以列出柏努利方程如下： 可以簡化成：,分析在直徑為d、長度為l的直管中的阻力大小： 推動(dòng)力P=P1-P2=（p1-p2）A 而 阻力 由于處于力的平衡狀態(tài)： P=F 有： 有： 在式兩邊分別乘以有： 令，則： 上式為計(jì)算直管阻力的范寧公式。,上式中稱為摩擦系數(shù)，摩擦應(yīng)力與流體流動(dòng)類型有關(guān)，因此也因流體不同的流動(dòng)類型而變化。 （1）層流時(shí)： ；只與Re值有關(guān)，和管壁粗

18、糙度無關(guān)； （2）湍流時(shí)的與Re值和相對粗糙度（/d）有關(guān)，具體數(shù)據(jù)在關(guān)聯(lián)圖中查?。▓D見P62，粗糙度見P55表格）。 2、非圓形管道的當(dāng)量直徑 在化工生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到非圓形管道或者設(shè)備。 當(dāng)量直徑de是水力半徑的4倍。 de=4rH,三、流體流動(dòng)的局部阻力損失計(jì)算 流體在管路中流動(dòng)，在管件處由于流速、方向的改變，使流體受到的阻力損失，為局部阻力損失。表示為hf 1、阻力系數(shù)法 克服局部阻力所引起的能量損失，可以表示為動(dòng)能的倍數(shù)， 即： 或： 式中稱為局部阻力系數(shù)。 關(guān)于的討論： （1）、突然擴(kuò)大或突然縮小，式中的流速u應(yīng)該以小截面處的流速為準(zhǔn)，根據(jù)小管與大管的截面積之比，在圖中查取（圖見P6

19、7）。 （2）、進(jìn)口與出口，流體從容器中流出，或流入容器中，可按照大截面積與小截面積之比為1或?yàn)?來計(jì)算（流速u與前面相同，P67圖）。,（3）流體從管子直接排入管外空間時(shí)，管口內(nèi)側(cè)截面上的壓強(qiáng)應(yīng)取與管外壓強(qiáng)相等，同時(shí)此處流體還具有動(dòng)能，故出口阻力損失不應(yīng)該計(jì)算在內(nèi)！ （4）其他數(shù)據(jù)可以在P68的表中查取。 2、當(dāng)量長度法 流體流經(jīng)管件或閥門時(shí)造成的阻力損失可以折合成相當(dāng)于流體流過相同直徑、長度為le的直管阻力損失，即可以采用直管阻力計(jì)算公式計(jì)算： 式中l(wèi)e為當(dāng)量長度，由實(shí)驗(yàn)測得，單位為m。我們在常見的數(shù)據(jù)手冊中查到的通常是le/d，表示管道直徑的多少倍，常見管件的數(shù)據(jù)見表（P68） 3、總的

20、阻力損失 管路的總能量損失，又稱為總阻力損失，包括所有直管阻力和所有局部阻力。等徑管路的總阻力損失計(jì)算式為： 或者： （式中：；）,1.6、管路計(jì)算 一、簡單管路和復(fù)雜管路 1、簡單管路 全部流體從入口到出口在一根管道中，并無分支的連續(xù)流動(dòng)。為簡單管路。 （1）等徑管路 是最簡單的一種管路，它的阻力損失的計(jì)算也是最簡單的。 （2）串聯(lián)管路 總阻力損失是各直管阻力損失和各局部阻力損失的總和。（如圖）,2、復(fù)雜管路 （1）并聯(lián)管路 如圖所示：為并聯(lián)管路。 Vs=Vs1+Vs2+Vs3 （2）分支管路 如圖所示：為分支管路。 注意：流量關(guān)系、主管的阻力損失關(guān)系,（3）匯總管路 如圖所示為匯總管路。

21、二、簡單管路計(jì)算 此類管路計(jì)算機(jī)中常遇到的問題歸納起來，主要有以下三種情況： 1、已經(jīng)規(guī)定出管徑、管長、管件和流體的流速，求流體流過此管路的阻力損失。依據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇流體輸送機(jī)械。,根據(jù)： 計(jì)算出： 再計(jì)算輸送機(jī)械的功率消耗。（注意：的單位是J/kg，功率消耗的單位是J/s）。 2、已經(jīng)規(guī)定出管徑、管長、管件和允許的阻力損失，求管路的輸送能力。 3、已經(jīng)管長、管件、允許的阻力損失和需要的流量，求管徑。 本計(jì)算機(jī)一般采用試差的辦法進(jìn)行計(jì)算！即先假設(shè)一個(gè)，根據(jù)這個(gè)管徑進(jìn)行計(jì)算。,例：管路的總長度（ ）為100m，要求水在鋼管中的流量為27m3/h，輸送過程允許的壓頭損失為4mH2O，試確定管路直徑

22、。 及 所以有：,1.7流量測量 測量流體的流量和流速，無論是在化工生產(chǎn)的操作還是在化工實(shí)驗(yàn)中都有很重要的作用。 測量原理：本節(jié)講述的幾種都是基于流體動(dòng)力學(xué)原理的。 一、畢托管測速計(jì) 1、結(jié)構(gòu) 如圖所示為畢托管的結(jié) 構(gòu)示意圖。 畢托管是由內(nèi)外兩層套 管組成。其中內(nèi)管和外管在 圖示A、B點(diǎn)處開兩個(gè)測量孔， 下接U形壓差計(jì)。,2、原理 A、B兩點(diǎn)的沖壓： A、B兩點(diǎn)之間的壓差（沖壓） 則： 3、畢托管的安裝 （1）直管長度要達(dá)到100d。 （2）畢托管與直管的軸線要重合。 （3）畢托管的直徑要d/50。,二、孔板流量計(jì) 1、結(jié)構(gòu) 如圖：所示為孔板流量計(jì) 的結(jié)構(gòu)示意圖。 主要是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)孔板和一 個(gè)U

23、形壓差計(jì)組成。 2、工作原理 通過孔板將流體的流速改變，不考慮阻力損失，列出動(dòng)力學(xué)方程： 根據(jù)連續(xù)性方程有： 有：,考慮到阻力損失和U形壓差計(jì)測量點(diǎn)位置的因素，引入校正系數(shù)。C1和C2，有： 令：C0= 則有： 三、文丘利管 略（原理與孔板相同） 四、轉(zhuǎn)子流量計(jì) 1、結(jié)構(gòu) 如圖：所示為轉(zhuǎn)子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。 2、工作原理 主要是靠轉(zhuǎn)子的上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對流量的讀數(shù)的。,2 流體輸送機(jī)械,在化工生產(chǎn)中，為了滿足工藝要求，常需要將流體從一地方輸送到另一個(gè)地方，或從低壓輸送到高壓。流體輸送機(jī)械就是對流體做功，以完成輸送任務(wù)的機(jī)械。本章主要介紹化工中常用的流體輸送設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特性。 2.1

24、流體輸送機(jī)械 流體輸送機(jī)械的種類很多，主要有兩大類：離心泵和正位移泵。,一、離心泵 1、離心泵的工作原理 離心泵是一種葉片式泵。如圖所示。 流體在泵內(nèi)，在葉輪的帶動(dòng)下，高 速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的流體的離心力的作用下， 被高速“甩”出葉輪，從而獲得能量（動(dòng) 能）。同時(shí)在葉輪的中心部位，產(chǎn)生負(fù) 壓。流體在此負(fù)壓作用下，從吸入口處 被吸入泵內(nèi)。 2、離心泵的主要部件 A、泵殼（蝸殼） 采用漸開線形的泵殼。有利于流體在葉輪和泵殼之間的通道流動(dòng)時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能。,B、葉輪 葉輪是泵對流體做功的部件，也是泵內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的部件，葉輪的好壞直接關(guān)系到泵的性能好壞。 葉輪一般有三種類型的：開式、半開式、封閉式葉輪。

25、C、吸入管 吸入管是離心泵吸入流體的部位，在葉輪的中心和吸入管的入口處的負(fù)壓的大小對泵的性能的影響要特別注意。 D、密封裝置 密封裝置有：動(dòng)密封和靜密封兩類。此處主要是動(dòng)密封。 離心泵上的密封主要是填料函密封。 E、電機(jī) 電機(jī)是離心泵的動(dòng)力裝置，我們選擇離心泵的動(dòng)力裝置要按照泵的銘牌上的要求選擇。 注意電機(jī)的類型：Y型是異步電機(jī)；B表示防爆電機(jī)。,4、離心泵的性能曲線 離心泵的生產(chǎn)廠家，通過實(shí)驗(yàn)測定的方法，將泵的H-Q、N-Q、-Q關(guān)系曲線繪制在一張圖上，并附在說明書上。 一般是在一定轉(zhuǎn)速和常壓下以常溫的清水為實(shí)驗(yàn)流體測定。 A、H-Q表示泵的流量和揚(yáng)程的關(guān)系，一般離心泵的揚(yáng)程隨流量的增加而下

26、降。 B、N-Q表示泵的流量與軸功率的關(guān)系，一般離心泵的軸功率隨流量的增加而增加。 C、-Q表示泵的效率與流量的關(guān)系，一般情況下，離心泵的效率隨流量的增加而增加到一個(gè)極高值，而后又下降。 5、離心泵的類型 A、清水泵 該類流體主要是針對輸送清水設(shè)計(jì)的，原型號用B表示，新的使用SH表示。是一類使用廣泛的泵，既應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，還使用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水利、灌溉。,B、耐腐蝕泵 原型號F，新型號為IH，是一類輸送腐蝕性液體的泵?？梢酝ㄟ^更換耐腐蝕元件，達(dá)到適應(yīng)不同液體的目的。 C、油泵 型號代碼為Y，是一類廣泛使用于輸送有機(jī)液體的泵。 D、雜質(zhì)泵 主要是輸送含有固體雜質(zhì)的混合液體的泵，型號代碼：P 二、其

27、他類型的泵簡介 （略） 2.2 氣體輸送機(jī)械 氣體輸送機(jī)械的基本原理及其操作原理，與液體輸送機(jī)械類似，也可以分為離心式、往復(fù)式等幾類。但由于氣體具有可壓縮性，在氣體在被壓送的同時(shí)，氣體的體積、壓強(qiáng)、溫度也隨之變化，這些導(dǎo)致氣體輸送機(jī)械在結(jié)構(gòu)、形狀有很大的不同。,一般根據(jù)氣體壓強(qiáng)的變化將氣體輸送機(jī)械分為以下幾類： 1、通風(fēng)機(jī)：出口壓強(qiáng)在15Kpa以下（表壓，下同）壓縮比11.5。 2、鼓風(fēng)機(jī)：出口壓強(qiáng)在15300Kpa，壓縮比小于4。 3、壓縮機(jī)：出口壓強(qiáng)在300Kpa以上，壓縮比在4以上。 4、真空泵：出口壓強(qiáng)在當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?，但入口壓?qiáng)小于大氣壓。 一、離心通風(fēng)機(jī) 1、工作原理 與離心泵相同（

28、略） 2、結(jié)構(gòu) 同樣具有：機(jī)殼、葉輪、吸入口和排出口組成。,3、特性參數(shù) A、風(fēng)量：是指出口處排出的風(fēng)的體積（以進(jìn)口處的狀態(tài)計(jì)算）。 B、風(fēng)壓：是指單位體積的氣體流過風(fēng)機(jī)時(shí)獲得的能量，由于單位與壓強(qiáng)單位一直，故稱為風(fēng)壓。 D、軸功率：傳動(dòng)軸所需要的功率。 E、效率：傳動(dòng)軸的功率不是完全用來對氣體做功，氣體獲得的功與軸功率之比。 二、離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī) 離心鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作原理與離心通風(fēng)機(jī)相似。有單級和多級之分。多級鼓風(fēng)機(jī)其實(shí)就是下一級以上一級的出口為入口，進(jìn)行進(jìn)一步加壓。,三、往復(fù)壓縮機(jī)和真空泵 1、往復(fù)壓縮機(jī) 結(jié)構(gòu)如圖： 由于氣體是可以被壓縮的，故行程與壓強(qiáng)的關(guān)系曲線，與往復(fù)泵的曲

29、線有點(diǎn)不同。 特點(diǎn)：具有很高的壓縮比，輸出壓強(qiáng)可以達(dá)到很高的值。,3.0 非均相物系的分離,非均相物系的概念：是指物系中含有兩個(gè)或以上的相。例如：氣-液混合物系，液-固混合物系，液-液混合物系等。 對非均相物系而言，被分散的為分散相（或分散內(nèi)相，是不連續(xù)的），另一相則為分散外相（是連續(xù)的，又稱為連續(xù)相）。 非均相物系的分離，就是將混合物系分離開。 分離的目的有： 1、凈化分散介質(zhì)以獲得純凈的氣體或液體。 2、收取分散物質(zhì)，以獲得成品。 3、保護(hù)環(huán)境。,3.1過濾操作 一、過濾操作的基本概念 1、過濾 過濾操作是利用外力是懸浮液通過多孔性介質(zhì)，固體顆粒被截留，濾液通過介質(zhì)，而實(shí)現(xiàn)固體顆粒與液體分

30、離的操作。 2、濾液 通過多孔性介質(zhì)后的液體。 3、濾餅 被截留在多孔性介質(zhì)上的固體顆粒。 4、濾漿 過濾之前的固體與液體的混合物。 5、過濾介質(zhì) 過濾操作中使用的多孔性介質(zhì)。有： A、織物介質(zhì)（濾布）；B、堆積性介質(zhì)；C、多孔性固體介質(zhì),二、過濾操作的原理 1、過濾壓強(qiáng)差 如圖所示： 過濾壓強(qiáng)差就是濾液和濾漿之間的靜壓強(qiáng)差。該壓強(qiáng)差是過濾得以進(jìn)行的推動(dòng)力，要提高過濾速度就要提高這個(gè)靜壓強(qiáng)差。 提高靜壓強(qiáng)差的方法；加大濾漿側(cè)的靜壓強(qiáng)或者降低濾液側(cè)的靜壓強(qiáng)。 由此而得到兩類過濾操作：壓濾和抽濾。,三、典型過濾設(shè)備 （一）、葉濾機(jī) 1、結(jié)構(gòu) 如圖所示： 由一個(gè)一端封閉側(cè)面開 小孔的管外罩濾布，組成

31、濾 葉。若干個(gè)濾葉連接在一個(gè) 總管上，并封閉于密閉容器 內(nèi)形成葉濾機(jī)。 2、工作原理 濾漿在密閉容器內(nèi)壓強(qiáng)的作用下，濾液通過濾布流入總管。濾餅附著與濾葉的外表面。,（二）、板框式壓濾機(jī) 1、結(jié)構(gòu) 如圖所示； 由濾板和濾框交替疊合構(gòu)成， 在板和框之間壓濾布。板和框在 相同位置打孔，形成濾漿的入口 和濾液的出口。 2、原理 （略） 上述兩種壓濾機(jī)，存在的缺點(diǎn)：濾餅的卸除比較麻煩。適用于固體顆粒含量比較低的濾漿的過濾。,（三）、滾筒式真空抽濾機(jī) 1、結(jié)構(gòu) 如圖所示： 由滾筒、濾漿槽、洗滌噴頭、 刮刀和分配板組成。 2、工作原理 滾筒上任意一個(gè)單元，在滾筒滾動(dòng)一周，要經(jīng)歷：抽濾、洗滌、吹松和刮除幾個(gè)階

32、段。,3.2 沉降 沉降操作是利用將懸浮在流體中的固形物和流體的密度不同，在外力的作用下，實(shí)現(xiàn)分離的目的操作。 根據(jù)外力的不同，可以分為：沉降和離心分離兩類。 一、降塵室 1、結(jié)構(gòu) 是在流體通道上增加一個(gè)截面很大的容器。如下圖。 2、原理 由于降低了流體的流速，使流動(dòng)的Re數(shù)變小，固體顆粒在重力的作用下，發(fā)生沉降分離。,固體顆粒大的沉降速度快，顆粒小的沉降速度慢。因此固體顆粒在沉降室內(nèi)的分布是先大后小。 實(shí)踐證明：沉降室對氣固混合物的分離效果與沉降室的底板面積大小有關(guān)，而與沉降室的高度無關(guān)。 二、沉降槽（增稠器） 1、結(jié)構(gòu) 如圖所示：由圓桶和錐形容器構(gòu) 成，其中混合物的入口在中間位 置，清液由

33、四周的溢流槽溢出， 泥漿從底部由泥漿泵抽出。 2、原理（略） 該設(shè)備只能對混合物中的固體顆粒進(jìn)行增稠，而不能實(shí)現(xiàn)完全的分離。,三、旋風(fēng)分離器 1、結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)如圖所示： 2、工作原理 氣體在入口管的導(dǎo)引下，在圓桶內(nèi) 形成旋風(fēng)，離心力是固體顆粒和氣體分 離，氣體從中心的管道流出分離器。 該分離裝置，不需要?jiǎng)恿?，無運(yùn)動(dòng) 部件，工作可靠。提高分離效果的關(guān)鍵 是各部分的尺寸比例關(guān)系。因此國家標(biāo) 準(zhǔn)中有“標(biāo)準(zhǔn)”分離器一說。, 4.0 傳熱,4.1概述 一、傳熱的目的及應(yīng)用 1、傳熱的概念 無論是固體、液體、氣體，凡是存在溫度差，就必然導(dǎo)致熱自發(fā)的從高溫處向低溫處傳遞，這一過程就是熱量傳遞過程，簡稱傳熱。

34、2、傳熱的目的 傳熱過程廣泛的存在于化工生產(chǎn)過程，且在其中具有極其重要的地位和作用。 3、研究傳熱的目的 A、強(qiáng)化傳熱過程； B、弱化傳熱過程；,二、熱量傳遞的基本方式 1、熱傳導(dǎo) 熱傳導(dǎo)簡稱導(dǎo)熱，它是物質(zhì)各部分之間不發(fā)生宏觀的相對位移的情況下，物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的傳遞。 2、對流傳熱 由于流體的流動(dòng)，將熱量由一個(gè)地方帶到另一個(gè)地方。 A、自然對流：流體溫度發(fā)生變化時(shí)，密度也相應(yīng)發(fā)生變化，密度小的流體向上流動(dòng)，密度大的向下流動(dòng)。 B、強(qiáng)制對流：由于外力的作用使流體發(fā)生流動(dòng)的對流傳熱。 3、輻射傳熱 凡是溫度高于絕對0度的物質(zhì)，都有向外發(fā)射電磁波的能力，波所具有的能量為輻射能。熱量以輻射能的形式向外

35、傳遞的傳熱方式稱為輻射傳熱。,三、工業(yè)生產(chǎn)中流體常用換熱方式 1、間壁式換熱 冷、熱流體之間隔著一個(gè)固體的間壁，在換熱的過程中相互不接觸。 如圖：為單管程列管式換熱器,2、混合式換熱器 冷、熱流體直接接觸完成熱量的傳遞； 如圖：為機(jī)械通風(fēng)式?jīng)鏊?該類換熱器具有結(jié)構(gòu)簡單、 效率高的特點(diǎn)；但是也具有顯 著的缺點(diǎn)：適用范圍很狹窄。,3、蓄熱式換熱器 冷、熱流體周期性的通過換熱器，輪流對蓄熱體進(jìn)行加熱、冷卻，從而完成換熱。 如圖：為蓄熱式換熱器。 四、定態(tài)傳熱和非定態(tài)傳熱 連續(xù)進(jìn)行的傳熱過程為定態(tài)傳熱；間歇性進(jìn)行的傳熱為非定態(tài)傳熱。,定態(tài)傳熱的特點(diǎn)：輸入系統(tǒng)的熱量等于輸出系統(tǒng)的熱量；對于系統(tǒng)內(nèi)任意一

36、點(diǎn)，溫度不隨時(shí)間而變化，溫度僅僅是位置的函數(shù)，而與時(shí)間無關(guān)。 五、傳熱速度與熱通量 1、傳熱速度 單位時(shí)間內(nèi)通過傳熱面所傳遞的熱量，用Q表示，其單位為W（瓦）。 2、熱通量 單位時(shí)間內(nèi)通過單位傳熱面面積的熱量，用q表示，其單位為W/m2。 上述兩者的關(guān)系是： （W/m2）,4.2熱傳導(dǎo) 一、熱傳導(dǎo)的基本概念 1、溫度場 某一瞬間物體內(nèi)溫度的分布稱為溫度場。一般情況下溫度場是空間和時(shí)間的函數(shù)： 若溫度隨時(shí)間變化，則為非定態(tài)傳熱。 2、等溫面和溫度梯度 A、等溫面 溫度場內(nèi)溫度相等各點(diǎn)組成的曲面，稱為等溫面。可能是平面也可能是曲面。 B、溫度梯度 等溫面的各點(diǎn)溫度都是相等的，因此在等溫面上沒有熱量

37、傳遞的，熱量傳遞只發(fā)生在溫度不同的等溫面之間。,若兩個(gè)等溫面之間的溫度差為t，在法線上的距離為n，則溫度梯度表示為： 2、傅立葉定律 傅立葉定律表明：傳熱速率Q與溫度梯度gradt、垂直于導(dǎo)熱方向的傳熱面積S成正比。 對一維定態(tài)傳熱可以寫成： 或,3、導(dǎo)熱系數(shù) 上述各式中的作為比例系數(shù)為導(dǎo)熱系數(shù)。的大小表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小。 它的物理意義可以表述為：單位溫度梯度下的熱通量。數(shù)學(xué)式可以表示為：,二、平壁定態(tài)熱傳導(dǎo) 1、單層平壁熱傳導(dǎo) 如圖：所示單層平壁，建立坐 標(biāo)系，并在其中取厚度為dx的微元。 傳熱速率有： 由于x=0時(shí)，t=tw1；x=時(shí)， t=tw2；對上式進(jìn)行積分有： 或者寫成： 式中

38、： （熱阻）,2、多層平壁熱傳導(dǎo) 如圖：所示為三層平壁定態(tài)熱傳導(dǎo)示意圖。 因?yàn)槭嵌☉B(tài)熱傳導(dǎo)，因此有： 而： （1） （2） （3） 將上述三式相加，且 ，有： =t 或者寫成：,三、圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo) 1、單層圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo) 如圖：在內(nèi)直徑和外直徑之間， 取半徑為r的微層，厚度為dr，溫差為dt， 則有： 對上式進(jìn)行積分有： 令： 有：式中： （熱阻）,2、多層圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo) 如圖：定態(tài)傳熱時(shí)： 將相加，有：,4.3對流傳熱 一、牛頓冷卻定律 1、對流傳熱過程 如圖：為間壁對流傳熱 熱流體將熱量傳遞給間壁，熱量在 間壁內(nèi)做熱傳導(dǎo)，再傳遞給冷流體。 冷、熱流體與間壁接觸處，均存 在層流內(nèi)層，層

39、流內(nèi)層的存在是 對流傳熱的熱阻主要集中處。 2、牛頓冷卻定律 流體被壁面加熱時(shí)： 流體被壁面冷卻時(shí)：,對于整個(gè)對流傳熱過程來說，由于流體溫度是變化的，因此值也是在變化的，引入平均對流給熱系數(shù)的概念后有： 二、影響對流給熱系數(shù)的因素 1、流體流動(dòng)產(chǎn)生的原因 流體流動(dòng)產(chǎn)生的原因有：自然對流和強(qiáng)制對流。強(qiáng)制對流的給熱系數(shù)要比自然對流的給熱系數(shù)大。 2、流動(dòng)型態(tài)及流速的影響 由于流動(dòng)型態(tài)的不同，影響層流內(nèi)層的厚度，Re數(shù)大則，層流內(nèi)層薄，對流給熱系數(shù)就大。 3、流體物理性質(zhì)的影響 影響流體對流給熱系數(shù)的物理性質(zhì)有：粘度、比熱、體積膨脹系數(shù)等。 4、流體溫度的影響 5、流體相變 6、換熱面的幾何形狀,4

40、.4 傳熱計(jì)算 工業(yè)生產(chǎn)中的換熱大多數(shù)是通過間壁式換熱器來實(shí)現(xiàn)的，在所傳熱量中輻射傳熱所占比例很小，故在傳熱計(jì)算中輻射傳熱部分忽略。 一、熱量衡算 1、熱負(fù)荷的計(jì)算 換熱器中冷熱流體單位時(shí)間內(nèi)交換的熱量，稱為換熱器的熱負(fù)荷表示為Q。 一個(gè)能滿足要求的換熱器必須使其傳熱速率等于（或略大于）熱負(fù)荷。 熱流體放出的熱量Qh，冷流體吸收的熱量Qc，熱量損失Qf。 若熱量損失能忽略時(shí)： Q=Qh=Qc,若熱量損失不能忽略時(shí)： Qh=Qc+Qf 如圖中所示。 其中：Qh =Q1-Q2; Qc =Q4-Q3。 2、載熱體換熱量計(jì)算 A、顯熱法 適用于流體沒有發(fā)生相變化的。,B、潛熱法 此適用于有相變。 C、

41、焓差法 此法在有無相變均可采用。 二、傳熱基本方程 改寫成：,三、傳熱系數(shù) 1、傳熱系數(shù)K值的計(jì)算 在定態(tài)傳熱時(shí)： 總傳熱量 熱流體對間壁的給熱 間壁的熱傳導(dǎo) 間壁對冷流體的給熱 而： 有：,或： 或： 上述K1；Ki；Km分別表示對應(yīng)于內(nèi)表面積、管的平均表面積、外表面積的傳熱系數(shù)。 四、傳熱計(jì)算的兩類問題 1、設(shè)計(jì)性計(jì)算 根據(jù)工藝要求（熱負(fù)荷）計(jì)算換熱器的傳熱面積，從而設(shè)計(jì)換熱器的結(jié)構(gòu)。 2、驗(yàn)證性計(jì)算 已知換熱器的換熱面積和換熱器的結(jié)構(gòu)，計(jì)算它所能達(dá)到的換熱量。驗(yàn)證是否符合工藝要求。, 5.0蒸發(fā),5.1蒸發(fā)操作概述 一、蒸發(fā)操作的概念 1、概念 是將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱，使溶劑不斷揮

42、發(fā)并移去以提高溶液濃度的操作。 2、蒸發(fā)操作的特點(diǎn) A、溶質(zhì)不揮發(fā) B、伴隨傳熱過程 C、溶液性質(zhì)對蒸發(fā)操作的影響 D、溶液費(fèi)點(diǎn)的改變 3、溶液濃度的表示 質(zhì)量百分比：,二、蒸發(fā)設(shè)備 1、自然循環(huán)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 如右圖：為典型自然循環(huán)蒸發(fā)器。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：流體在加熱器的列管 內(nèi)被加熱、汽化，同時(shí)進(jìn)行如圖 中箭頭所示的自然循環(huán)（由于密 度差，形成的自然流動(dòng)）。由于 溶液在加熱器內(nèi)就開始汽化，溶 液夾帶著大量汽泡，影響溶液和 列管之間的傳熱，同時(shí)溶質(zhì)也可 能在管內(nèi)結(jié)晶，形成垢層。,2、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 如右圖：為典型強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的 結(jié)構(gòu)示意圖 通過外加循環(huán)泵和除沫器的方式， 來提高溶

43、液在蒸發(fā)器中的循環(huán)，同時(shí)由 于外加了一個(gè)除沫器，提高了列管內(nèi)的 靜壓強(qiáng)，使溶液在管內(nèi)不沸騰（或少沸 騰），提高管壁與溶液的傳熱效率。,三、蒸發(fā)操作流程 （一）、間歇性蒸發(fā)操作 如圖為間歇性蒸發(fā)操作流程。 特點(diǎn)：稀溶液一次性加入，加熱 蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽，由于溶液濃 度的逐步提高，蒸發(fā)操作體系的 溫度是逐步提高的。等一個(gè)周期 完成以后，再次加料進(jìn)行下一批 次的蒸發(fā)操作。,（二）、連續(xù)性蒸發(fā)操作 1、單級蒸發(fā)操作 如圖所示： 單級蒸發(fā)是原料液連續(xù)不斷 加入蒸發(fā)器，經(jīng)加熱蒸發(fā)形成二 次蒸汽和完成液，二次蒸汽和完 成液也是連續(xù)不斷的產(chǎn)生。 主要適用于蒸發(fā)溶劑量（或 蒸發(fā)量）不大的溶液。 缺點(diǎn)：二次蒸汽所

44、含熱量沒充分利用。 2、多級蒸發(fā)操作 為充分利用二次蒸汽所含熱量，可以將上級蒸發(fā)操作產(chǎn)生的二次蒸汽作為下一級的加熱蒸汽。,如圖所示： 多級蒸發(fā)操作的特點(diǎn)：溶液的流向和熱量的流向逆向。對熱量能充分利用。,四、物質(zhì)和能量衡算 1、物質(zhì)計(jì)算 如圖所示： 對溶液而言，有： 對加熱蒸汽而言，有： 物質(zhì)的總量不變。,2、熱量衡算 或者： 當(dāng)溶液濃縮熱忽略不計(jì)，且： 及 則有： 從上述，可以看出，對蒸發(fā)操作進(jìn)行熱量衡算的根本目的是為計(jì)算加熱蒸汽的用量。, 6.0氣體吸收,6.1 概述 一、吸收：氣體吸收是用液體吸收劑吸收氣體的單元操作。 二、吸收基本原理 利用氣體混合物中各組分在某一 液體吸收劑中溶解度的不

45、同，從而將 其中溶解度最大的組分分離出來。 三、吸收的特點(diǎn) 吸收是一種組分從氣相傳入夜相 的單向擴(kuò)散傳質(zhì)過程。 四、傳質(zhì)過程 借擴(kuò)散進(jìn)行物質(zhì)傳遞的過程稱為 傳質(zhì)過程。除吸收外，蒸餾.萃取.吸 收.干燥等過程，也都屬于傳質(zhì)過程。,五、吸收劑的選擇 1 吸收劑應(yīng)對被分離組分有較大的溶解度，以減少吸收劑用量，從而降低回收吸收劑的能量消耗； 2 吸收劑應(yīng)有較高的選擇性，即對于溶質(zhì)能選擇性溶解，而對其余組分則基本不吸收或吸收較少； 3 吸收劑應(yīng)易于再生，以減少“解吸”的設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用； 4 吸收劑的蒸汽壓要低，以減少吸收過程中的揮發(fā)損失； 5 吸收劑應(yīng)有較低的粘度、較高的化學(xué)穩(wěn)定性； 6 吸收劑應(yīng)盡

46、可能價(jià)廉易得、無毒、不易燃、腐蝕性小。,6.2吸收過程中的相平衡關(guān)系 6.2.1相組成的表示方法 1 質(zhì)量分率 2 摩爾分率 3 比質(zhì)量分率 4 比摩爾分率 5 質(zhì)量濃度 6 摩爾濃度 7 氣體混合物的組成,6.2.2 氣體在液體中的溶解度 1 氣體的溶解度：正逆擴(kuò)散速率達(dá)到相等，于是就出現(xiàn)了平衡。相平衡時(shí)，氣體吸收質(zhì)在溶液中的濃度，就是吸收質(zhì)在該條件下的溶解度。氣體的溶解度是在一定條件下吸收可能達(dá)到的最高限度，它與氣體和溶劑的性質(zhì)有關(guān)，并受溫度和壓力的影響。此時(shí)的溶液已被吸收質(zhì)所飽和，被稱為飽和溶液，溶液的濃度被稱為平衡濃度或飽和濃度。相平衡時(shí)，氣相和液相中吸收質(zhì)的組成不再變化，此時(shí)溶液上方

47、溶解氣體的分壓，成為平衡分壓。,2 溶解度曲線 a在同一種溶劑中，不同氣體的溶解度有很大差異； b同一溶質(zhì)在相同的溫度下，隨著溶質(zhì)氣體分壓的提高，在液相中的溶解度加大； c同一溶質(zhì)在相同的分壓下，溶解度隨溫度降低而增大。 6.2.3亨利定律 亨利定律是描述互成平衡的氣、液兩相間組成關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。它適用于溶解度曲線中低濃度的直線部分。由于相組成有多種表達(dá)方式，致使亨利定律有多種形式。 1. 式中： 液相中吸收質(zhì)的濃度 ； 與液相平衡的氣相吸收質(zhì)的分壓 或 ； H溶解度系數(shù) 或 。,2. 式中： 液相中吸收質(zhì)的摩爾分率； 亨利系數(shù) 。 3. 即 式中： 與液相平衡的氣相中吸收質(zhì)的摩爾分率； x

48、 與液相平衡的氣相中吸收質(zhì)的摩爾分率； 相平衡常數(shù)（無量綱）； 混合氣體總壓 。 4. 式中：Y*溶質(zhì)在氣相中的比摩爾分率； X溶質(zhì)在液相中的比摩爾分率； 相平衡常數(shù)（無量綱）。,6.3吸收機(jī)理和吸收速率 6.3.1傳質(zhì)的基本方式 吸收過程是溶劑從氣相轉(zhuǎn)移到液相的過程。由于溶劑從氣相轉(zhuǎn)移到液相是通過擴(kuò)散進(jìn)行的，因此傳質(zhì)過程也稱為擴(kuò)散過程。擴(kuò)散有兩種基本方式： （1）分子擴(kuò)散：由于分子受熱運(yùn)動(dòng)造成質(zhì)量遷移的現(xiàn)象。 在靜止或滯流的流體中，某一組分由濃度高的部位向濃度低的部位的移動(dòng)、是通過分子擴(kuò)散進(jìn)行的，（如一滴墨水滴入水中的擴(kuò)散就是分子擴(kuò)散）；當(dāng)組分垂直于層流流動(dòng)的薄層時(shí)，由于組分的移動(dòng)方向垂直于

49、流體的流動(dòng)方向。因此可以斷定，在這種情況下物質(zhì)垂直穿過層流薄膜也只有分子擴(kuò)散才可完成。,根據(jù)費(fèi)克（Fick）定律即單位時(shí)間傳遞的物質(zhì)量與傳質(zhì)面積和沿傳質(zhì)方向的濃度梯度成正比，在穩(wěn)定條件下 式中 擴(kuò)散速率 ； 式中 分子擴(kuò)散通量 ； 傳質(zhì)面積 ； 濃度梯度 ； 濃度差 ； 擴(kuò)散系數(shù) 。 擴(kuò)散距離 。 當(dāng)式中 ；,（2）渦流擴(kuò)散 由于流體質(zhì)點(diǎn)湍流、脈動(dòng)、造成大量漩渦將物質(zhì)從高濃度傳遞到低濃度的擴(kuò)散。與給熱相似。 質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)與混合 共同點(diǎn) 方向從高到低 阻力小 分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散總稱對流擴(kuò)散吸收同時(shí)存在分子擴(kuò)散與渦流擴(kuò)散即真正的層流膜內(nèi)是分子擴(kuò)散，膜外是渦流擴(kuò)散，而渦流擴(kuò)散比較復(fù)雜，不能定量計(jì)算，故把

50、膜外（氣相主體與氣膜外緣與液相主體與液膜外緣）的渦流擴(kuò)散阻力折合成相當(dāng)分子擴(kuò)散的一定厚度虛擬膜加在真正的層流膜上，形成氣液相界面兩側(cè)的雙膜，通過費(fèi)克定律表示出來。,6.3.2吸收過程的機(jī)理 1雙膜理論,雙膜理論的基本點(diǎn)： （1）當(dāng)氣液兩相作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，在兩相接觸面（界面）的兩側(cè)存在著作層流流動(dòng)的穩(wěn)定的氣膜和液膜。吸收質(zhì)通過雙膜由氣相傳入液相。 （2）界面上氣液兩相平衡。 （3）吸收過程的阻力主要集中在界面兩側(cè)的氣膜和液膜上，吸收速率主要決定于通過此雙膜的擴(kuò)散速率。因此提高氣液兩流體的相對運(yùn)動(dòng)速度，可以減少氣膜和液膜的厚度，增大吸收速率。,6.3.3 吸收速率方程 一、在吸收操作中，單位時(shí)間內(nèi)單

51、位相際傳質(zhì)面積上吸收的溶質(zhì)量為吸收速率。表示吸收速率與吸收推動(dòng)力之間的關(guān)系式即為吸收速率方程式。 1.氣膜吸收速率方程式 亦即 (1) 式中： 吸收質(zhì)A的分子擴(kuò)散速率 ； 氣膜吸收系數(shù) ； Y、Yi吸收質(zhì)A在氣相主體與相界面處的比摩爾分率。 式中1/kY為吸收質(zhì)通過氣膜的擴(kuò)散阻力，這個(gè)阻力的表達(dá)形式是與氣膜推動(dòng)力(Y-Yi)相對應(yīng)的。,2.液膜吸收速率方程式 亦即 (2) 式中： 吸收質(zhì)A的分子擴(kuò)散速率 ； 液膜吸收系數(shù) ； Y、Yi吸收質(zhì)A在相界面與液相主體處的比摩爾分率。 式中1/kX為吸收質(zhì)通過液膜的擴(kuò)散阻力，這個(gè)阻力的表達(dá)形式是與液膜推動(dòng)力(Xi-X)相對應(yīng)的。,3.吸收速率總方程 界

52、面上氣液兩相處于平衡狀態(tài)，故在亨利定律適用的范圍內(nèi) 即 另外，設(shè)與濃度 （摩爾分率）溶液平衡的氣相中吸收質(zhì)的摩爾分率 為 則： 將 、 代入（2）式 （3） 令 則： （4） 總阻力=氣膜阻力+液膜阻力,（4）式是用氣相濃度差 表示的總推動(dòng)力的吸收速率方程，簡稱為氣相總吸收速率方程式， 是以氣相濃度差 表示總推動(dòng)力時(shí)的吸收傳質(zhì)系數(shù)，簡稱為氣相吸收傳質(zhì)總系數(shù)。單位 用同樣的方法也可以推導(dǎo)得 令 則 （6） 式（6）是用液相總濃度差 表示推動(dòng)力的吸收速率方程式，簡稱液相總吸收速率方程。 是以總濃度差 表示推動(dòng)力時(shí)的吸收傳質(zhì)系數(shù)，稱為液相吸收傳質(zhì)總系數(shù)。單位,6.3.4吸收總系數(shù) 1 吸收系數(shù)的確定

53、 吸收系數(shù)往往是通過實(shí)驗(yàn)直接測得的，也可以用經(jīng)驗(yàn)公式或用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的方法求算。 2 吸收總系數(shù)與吸收膜系數(shù)的關(guān)系 式中：m相平衡常數(shù)，由求 出； 1/KY、1/KX與推動(dòng)力（Y、X）對應(yīng)的總阻力。,式中：P氣相總壓（kPa）； C液相總濃度（kmol(溶液+吸收劑)/m3）； kG以分壓差（p）為推動(dòng)力的氣膜吸收系數(shù)（kmol吸收質(zhì)/m2skPa）； KG以分壓差（p）為推動(dòng)力的氣相吸收系數(shù)（kmol吸收質(zhì)/m2skPa）； kL以濃度差（C）為推動(dòng)力的液膜吸收系數(shù)（kmol吸收質(zhì)/（m2skmol吸收質(zhì)/m3） KL以濃度差（C）為推動(dòng)力的液相吸收系數(shù)（kmol吸收質(zhì)/（m2skmol吸收質(zhì)/m3）,6.4吸收過程的計(jì)算 6.4.1物料衡算與操作線方程 一、吸收塔的物料衡算 根據(jù)質(zhì)量守恒原則：入方物料=出方物料 將上式整理可得： 式中： 單位時(shí)間通過吸收塔的惰氣量 ； 單位時(shí)間通過吸收塔的吸收劑量 ； 、 、 、 分別表示進(jìn)塔、出塔氣相中和出塔、進(jìn)塔液相中吸收質(zhì)的比摩爾分率 ；,二 .吸收塔的操作線方程 將（1）可整理為： （2） 全塔操作線方程 溶質(zhì)吸收率或回收率 用（2）式可求得塔底吸收液濃度 。 我們可以在塔截面任意高度取一截面 與塔底端面之間作吸收質(zhì)的物料衡算，如前圖