注册化工工程师化工原理2

曳力系数ζRe2Re=2~500Re=500~2×1052.4自由沉降1．沉降速度ut颗粒在重力、曳力、浮力达到平衡时的相对运动速度。为一般计算式第五章颗粒的沉降和流态化pRe246.0Re5.18p44.03)(4pptgduRe2时,斯托克斯区得ut是颗粒与流体的综合特性改进判据：由和恰当组合，消去待求变量组成新判据ζRe2可消去utζ/Re2可消去dptpppudgd3)(6318)(2gduppttpudRe23)(4tppugd3沉降分离设备3.1重力降尘室降尘室的处理能力qV=A底utmin影响因素分析①与沉降面积成正比,与高度无关加隔板qV=(n+1)A底utmin除尘效率粒级效率进出进CCCiiiiCCC进出进②若小颗粒在斯托克斯区沉降，则t↑,μ气↑,故气体先除尘后加热比先加热后除尘好③当dpdpmin时,若在斯区沉降18)(2mingdAqppV底2minminppttidduu3.2离心沉降离心分离因素旋风分离器1.评价性能的主要指标：①分离效率总效率粒级效率分割直径dpc—ηi=50%的颗粒直径gr2重力离心力进出进CCC0iiiiCCC进出进②压降ΔPu↑,沉降有利,但ΔP↑4固体流态化4.1流化床的操作分析1．u≤umf，固定床2．umfuut,流化床3．u≥ut，载流床，颗粒输送(广义流态化)起始流化速度umf—固定床向流化床转变点气速带出速度ut—床内颗粒被吹走的速度22uP2．操作压降ΔP与流速u无关Amgp)1(PgLp))(1(3．实际流化床两种流化现象①散式流化—常见于液固系统②聚式流化—常见于气固系统两者区别在于：是否会出现空穴(不同于气泡)4.3流化床的主要特性1．液体样特性会流动,会喷射出来2．固体混合均匀温度均匀适用于强放热催化反应3．恒定的压降ΔP=L(1-ε)(ρp-ρ)gL↑,ε↑,但L(1-ε)不变4．气固接触的不均匀性空穴(气泡相)中气速快,乳化相中气速慢可导致不正常现象①腾涌②沟流5气力输送1．优点：①密闭②不受地形的限制③连续化④结合其它操作稀相输送：固气比小密相输送：固气比大第六章传热1.2传热机理①传导—分子热运动(自由电子迁移)接触②对流—流体宏观迁移引起载热接触③辐射—电磁波不接触1.3冷热流体接触方式①蓄热式②直接接触式③间壁式2一维平壁热传导RtAttQ/21多层平壁导热条件：定态一维串联过程，速率一致结果：温差按热阻大小分配2.3圆筒壁导热在蒸汽管道外包两层同样厚度的保温材料λ1λ2,应将哪层包在里面？21212211RRttRtRtQ1212122112212/ln/ln2rrLrrrrttrrttLQ3对流给热研究范围：1.自然对流:u∝自然对流的冷源、热源应放在恰当的位置2．牛顿冷却定律tgLp22)(TTqw3.4无相变对流α经验关联式1.圆形直管内强制湍流αb=0.4流体被加热,b=0.3流体被冷却)(tTKqbdPrRe023.08.0湍通常α的大小顺序：W/m2℃α气,自然对流5~10α气,强制对流10~100α液,自然对流50~1000α液,强制对流500~104α蒸汽冷凝103~3×104α液体沸腾103~6×1044.1沸腾给热1.大容积饱和沸腾沸腾条件①过热度(t-tS)②汽化核心2．沸腾曲线安全问题:恒q设备，qcr特别重要4.2冷凝给热1.膜状冷凝与滴状冷凝α滴状约为α膜状的10倍工业上滴状不能持久，安全起见，按α膜状计413213.1tLgr垂直2.水平圆管外液膜层流的α冷凝：不凝性气体要排除过热蒸汽怎么计算如pV=101.3kPa,TV=120℃(TS=100℃)当TWTS冷凝,如TW=90℃,膜温差仍为Δt=TS-TWr用r+Cp汽(TV-TS)代41032725.0tdgr水平管外冷凝,管子水平放还是垂直放好：当L/d5.9时,α水平α垂直41)(64.00dL垂直水平5热辐射黑体—吸收率a=1的物体,是一种理想化物体1.黑体的辐射能力斯蒂芬-波尔兹曼定律C0=5.67W/m2K42.实际物体辐射能力黑度3.灰体灰体—对各波长具有相同吸收率的理想物体克希荷夫定律a=ε40)100(TCEb黑体辐射能力实际物体辐射能力bEE6传热过程计算以内壁面为基准以外壁面为基准(较常用)注意：实际考虑污垢212111111ddddKm221212111mddddK2211111RRK6.2传热阻力控制问题①K比α1、α2中较小的一个α还小②当α1α2，则K≈α2强化传热须从α小的一侧入手③壁温计算：∵δ/λ≈0，∴TW=tW结论：壁温总是接近α值大的一边流体温度21111K)()(21ttTTqww6.3传热过程基本方程式思考：①Δt1=Δt2时,Δtm=？②当Δt1为有限值，Δt2→0时，Δtm→？③T1,T2,t1,t2一定时,是按并流方式操作的Δtm大还是逆流的Δtm大？④Δtm受小的一端温差影响大些)()(21222111ttCpqTTCpqQmmmtKAQ2121lntttttm设计计算中的选择1.评价换热器好坏的主要指标：Δp,K2.冷却水出口温度选择：t2选大了,易结垢,Δtm小,A↑,设备费用大；t2选小了,qm2用量大,操作费用大。经济上权衡定t2。一般Δtm≮10℃。3.t1的确定,如用河水,冬天t1低,夏天t1高,取哪个？4.选流向：逆流：Δtm大,qm2用量小,温度范围宽；并流：壁温较均匀,出口温度t2不会过高,适合于热敏性物料、高粘性液体5.选流速：K和Δp的权衡.例：单管程改双管程,管程、壳程都尽量达到湍流6.选结构：固定管板式—温差较小时用;温差50℃温差大时考虑热胀冷缩:膨胀节,浮头式,U形管式7.选通道：易结垢的、腐蚀性的、高压的流体走管程；蒸汽冷凝走壳程，流量小粘度大的走壳程8.02'32'pp6.7换热器操作型问题设计时，主要变动A操作时，主要变动K,Δtm1.操作调节可调节t1,qm2Cp2①qm2↑,t2,T2,K,Q。②t1↓,t2,T2,Q。1.1吸收的目的分离气体混合物1.2吸收过程的依据(原理)气体中各组分在溶剂中的溶解度的不同1.3解吸方法：升温、吹气、减压1.4溶剂选择：1．对溶质的溶解度要大；2．选择性要高；3．再生方便；1.5物理吸收与化学吸收第八章气体吸收2气液相平衡2.1溶解度曲线物化中所学相平衡fV=fl,分压与温度、浓度有关低浓度时，近似为直线，服从亨利定律：pe=Exx为摩尔分率pe=HCC为摩尔浓度ye=mxy为气相摩尔分率温度上升，E,H,m如何？总压上升，E,H,m如何？0iiiiiPrxPyiiiiiPrxPy0SSEMH3扩散和单相传质对于A组分，扩散速率方程3.2扩散速率方程应用①等分子反向扩散NA=-NB浓度线性分布dzdCDJAABAdzdCDJNAAAMABAAAAACCNNJNxJN)()(21AAACCDN②单向扩散NB=0浓度非线性分布漂流因子≥1,低浓度吸收3.3对流传质NA=ky(y-yi)=kx(xi-x)3.5传质理论①有效膜理论k∝D定态②溶质渗透理论、表面更新理论k∝D0.5非定态)(21AABMMACCCCDNBMMCC1BMMCC4相际传质步骤：①气相→界面②界面溶解③界面→液相4.1相际传质速率方程4.2阻力控制当1/kym/kx，气相阻力控制Ky≈ky，如水吸收NH3,HCl当1/kym/kx，液相阻力控制Ky≈kx/m如水吸收H2,CO2,O2)(1eyxyeAyyKkmkyyN5低浓度气体吸收当气体浓度5~10%时,有三个基本特点:①流率G,L沿塔为常量.G,L单位kmol/m2s②吸收过程是等温的③传质系数为常量，kx,ky沿塔不变HOG的物理意义myyyyaKGH21aKGHyOG5.4传质单元数的计算方法①对数平均推动力法②吸收因数法5.6吸收塔的设计型计算物料衡算G(y1-y2)=L(x1-x2)相平衡y=mx过程基本方程])1ln[(112221LmGmxymxyLmGLmGNOGmyyyyaKGH21技术限制LLmin最小液气比通常，取为设计型计算专有，实际操作时，若，则y2达不到要求2121min)(xxyyGLemin)(2~1.1GLGLmin)(GLmin)(GLGL5.8吸收塔的操作和调节②吸收剂进塔条件对吸收操作结果的影响A.L↑,y2,x1.B.t↑,m,y2,x1.C.y1↑,m,y2,x1.P↑,结果如何?G↑,结果如何7.1化学吸收特点(与物理吸收相比)：①提高了选择性;②提高了吸收速率(ky不变,Ky增加,溶解度增大);③减少了吸收剂用量;④可较彻底除去微量物质.7.2反应对相平衡的影响不可逆反应：A(气)→A(液)→AB(液)，溶解度=∞;m=0可逆反应：A(气)A(液)游离态AB(液)相平衡化学平衡A的溶解度=[A]+[AB]BB第九章液体精馏1概述1.1蒸馏的目的分离液体混合物1.2基本依据(原理)液体中各组分挥发度的不同2双组分溶液的汽液相平衡2.1理想物系汽液相平衡双组份汽液平衡的自由度F=N–Φ+2组分数相数F=2,P,t一定,组成就定了P,x一定,t就定了①泡点线(液相线)②露点线(汽相线)③y~x的近似表达式相平衡方程)()()(000tPtPtPPxBABA)()()(0000tPtPtPPPPyBABAAxxy)1(13平衡蒸馏与简单蒸馏3.1平衡蒸馏(闪蒸)①物料衡算F=D+WFxf=Dy+Wx定义同时，y与x满足相平衡FWq11qxxqqyfxxy)1(13.2简单蒸馏非定态y(t),x(t)当时，当简单蒸馏中与平衡蒸馏中q相等时，分离程度哪个大？2121xxWWxydxWdWxxy)1(1]11ln[ln11ln122121xxxxWW212211WWxWxWy12WW4精馏4.1精馏原理4.2全塔物料衡算F=D+WFxf=DxD+WxW①已知，求以xW为支点，②已知(塔顶采出率),求：WDfxxx,,FWFD,WDWfxxxxFDFDFW1FDxxDf,,FWxW,FDFW1FWFDxxWDxFxxDfDfW//③已知，轻组分回收率ηA()，求：，∵∴Dfxx,fDFxDxFWxW,DfAxxFDFDFW1AfWFxWx1FWxxfAW/)1(4.3回流比和能耗定义：回流比，R↑,L↑,xD↑,分离能力提高,但塔釜蒸汽量↑DLR4.5过程的数学描述恒摩尔流假定成立的条件：⑴两组分摩尔汽化潜热相近rn+1=rn⑵沸点差别不太大，忽略显热差别in+1=in=in-1=i代回后(Vn+1-Vn)r=(Vn+Ln-Vn+1-Ln-1)i=0结论：Vn+1=Vn，Ln=Ln-1汽液相摩尔流率不变理论板—离开塔板的汽液两相达到传质、传热平衡nnnxxy)1(1⑵实际板与理论板的差别—板效率默弗里板效率其中⑤理论加料板的描述定义理想增浓实际增浓11*nnnnmVyyyyEnnnxxy)1(1*mmmmfxLVyLxyVFx11iIiIqf两相流量关系q为加料热状态参数(液化率)q=0饱和蒸汽加料0q1汽液混合加料q=1泡点加料q1冷液加料q0过热蒸汽加料⑥精馏塔内的汽液摩尔流率全凝器,泡点回流条件下精馏段：L=RDV=L+D=