化工原理第四章第五节

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化工原理第04章03-2019-11-6

化工原理第04章03-2019-11-6

dV
d

恒压操作时
dV
d

KA2 2(V Ve
)
V 2 2VVe
2(V Ve )
( 因V 2+2VVe=KA2τ)
W
VW dV
d W
当Ve=0时,
P PW
W
8(V Ve ) V 2 2VVe
VW
W
P PW
W
8VW V
3.回转真空过滤机
ΔP一定,q
K qe2 qe
K
n
qe2
(因
K
2P
r
)
n
A 2a 2
17.7 2 0.6352
22个
这样可行吗?
(V+V饼)Φ=V饼(1-ε)
V饼
1
V
10 0.015 1 0.5 0.015
0.309m 3
n
V饼 ba 2
0.309 0.025 0.6352
31个
取31个
例2 一板框压滤机在恒压下进行过滤,水悬浮液含
固量0.1kg固体/kg悬浮液,滤饼空隙率ε=0.4, ρp=5000
kg/m3, qe=0,若过滤10分钟,则得滤液1.2m3,试问: ①当τ=1h, V=? ②过滤1小时后的滤饼体积; ③过滤1小时后,用0.1V的水洗涤,
τW=? (操作压强不变)
解:① w = 0.1, ε=0.5, τ=10min, V=1.2m3
V2=KA2τ
(由 V 2+2VVe=KA2τ )
5.5 常用过滤设备 1. 叶滤机
结构:
滤叶——金属丝网框架覆以滤布构成; 滤叶组插入悬浮液滤槽中;滤槽可密封加压 操作: 滤液→滤布→进入网状中空部分→汇集于总管流 出,滤渣沉积在滤叶外表面; 洗涤后,反向吹卸滤渣。(压缩空气、清水、蒸汽)

化工原理第4章

化工原理第4章
根据牛顿第二定律得:
F F g F b F D m 6 d P 3 a P g 6 d P 3g 4 d P 2 1 2 u 2 6 d P 3 P d d
或者 :
d du(P P)g4d3P Pu2
du 开始瞬间, ,u 最0 大,d 颗粒作加速运动。
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5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
p ui2
2 除了上述两个性能指标外,有的教材还介绍了另外一个性能指标,即临界直 径 d ,c d指c 旋风分离器能够分离的最小颗粒直径。
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5.3.2离心沉降设备
实验结果表明: ,D ,u锥体长度 ,H 2。粗短 形旋风分离器在
p
一定时,处理量大;细长形旋风分离器 p,但 , 从 经济角度看一般可取
式中 C i进、
0
Ci进 Ci中粒径为
的d颗Pi粒的质量浓度,
。g / m 3
总效率与粒级效率的关系为:
0 xii
式中 x为i 进口气体中粒径为 d颗Pi粒的质量分率。
旋风通分②常离粒将器级经的效过分率旋割风直分径离可器小后至能被除下。3~5不10同%0m 的粒颗径粒的直粒径级dd称分PPci为离分效割率直不径同,。某些 高i 效
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5.2 颗粒的沉降运动
5.2.1 流体对固体颗粒的绕流 5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
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5.2.1 流体对固体颗粒的绕流
流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下三 种情况:
①颗粒静止,流体对其做绕流; ②流体静止,颗粒作沉降运动; ③颗粒与流体都运动,但保持一定的相对运动。
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进口气速 u1 。若~ 5 2 处m 理5 /量s大,则可采用多个小尺寸的旋风分离器并联操

陈敏恒化工原理上册化工原理第四章

陈敏恒化工原理上册化工原理第四章
de 2
u1 — 流体在虚拟细管内的流速,等价于流体在床层颗粒空
隙间的实际 (平均) 流速。
u1 与空床流速(又称表观流速) u、空隙率 的关系
u1

u

当量直径:de

4 a(1 )
虚拟细管长度:Le CL
L

(

Le ) 8L

(1 3
)a

u2
L


'

1

xi

d pi
床层特性
L
(1) 床层空隙率 ① 定义:床层中,空隙所占体积分率。
VB V 1 V
u
VB
VB
表明: 床层堆积的松散程度;
ε↑,空隙越大,床层越松散;
ε对流体流过床层的阻力影响很大。
② 影响床层空隙率的因素
(a)装填方法:干装 湿装
当 Re’ < 3 时,欧根方程右侧第二项可忽略。压降与流速
和粘度的一次方均成正比。
L
150
(1 )2

3
d
2 p
u
当 Re’ > 100 时,欧根方程右侧第一项可忽略。压降与流
速的平方成正比而与粘度无关。
L
1.75
(1 ) 3d p
u2
K ' a2 (1 )2 u
颗粒的形状系数ψ
形状系数

与非球形颗粒等体积的球形颗粒的表面积 非球形颗粒的表面积
S球 1
S
表明:颗粒形状接近于球形的程度; ψ↑,则颗粒越接近于球形。
球形颗粒: 1
工程上多采用可以测量的等体积当量直径dev和ψ 来表示颗粒的特性

化工原理内容概要-第4章

化工原理内容概要-第4章

《化工原理》内容提要第四章吸收1. 基本概念1)吸收的目的:①回收或捕获气体混合物中的有用组分;②除去有害成分。

2)吸收的依据:气体混合物中各组分间某种物理和化学性质的差异。

3)吸收操作必须解决的问题:①选择合适的溶剂;②提供适当的传质设备;③溶剂的再生。

4)物理吸收:吸收时,溶质与溶剂不发生明显的化学反应。

5)化学吸收:吸收时,溶质与溶剂或溶液中的其它物质发生化学反应。

6)吸收分类:单组分吸收/多组分吸收;等温吸收/非等温吸收。

7)溶解度:气液两相处于平衡状态时,溶质在液相中的平衡含量。

8)溶解度曲线:确定温度下,溶质在气相中的分压p e与液相中的摩尔分数x 的关联曲线。

9)对吸收过程:(y-y e)为以气相摩尔分数差表示的吸收传质推动力;(x e-x)为以液相摩尔分数差表示的吸收传质推动力。

10)吸收过程物质传递的三个步骤:①溶质由气相主体传递到两相界面即气相内的物质传递;②溶质在相界面上的溶解,由气相转入液相,即界面上发生的溶解过程。

③溶质自界面被传递至液相主体,即液相内的物质传递。

相界面上的溶解推动力很小,可认为其推动力为零,则相界面上气、液组成满足相平衡关系。

11)吸收过程物质传递的机理包括两种:①分子扩散;②对流传质。

12)主体流动:气相主体与界面之间产生微小压差,压差促使混合气体向界面的流动。

扩散流是分子微观运动的宏观结果,它所传递的是纯组分A 或纯组分B。

13)扩散系数与体系物性、体系的温度、总压或浓度有关。

14)对气体物系,D与绝对温度T的1.81次方成正比,与压强p成反比。

15)对很稀的非电解溶液,D与T成正比,与μ成反比。

16)对流传质:流动流体与相界面之间的物质传递。

17)化学吸收:通常指溶质气体A溶于溶液后,即与溶液中不挥发的反应剂B组分进行化学反应的过程。

18)常用解吸方法:气提解吸(载气解吸);减压解吸;加热解吸。

19)填料塔的结构:气体出口;液体进口;液体分布器;填料压板;填料(塔壁);液体再分布器;填料支承板;气体进口;液体出口(除沫器)。

化工原理第四章

化工原理第四章

4.1 液液相平衡
(2)杠杆规则
如图4-2所示,将质量为 krg、组成为
xS 的混合物系R与质量为e kg、组成为
y
x、A
A、
y、xB、B
y,S
的混合物系E相混合,得到一个质量为m kg、组成
为 z A 、z B、 z的S 新混合物系M,其在三角形坐标图
中分别以点R、E和M表示。M点称为R点与E点的和
称为共轭相,联结两共轭液相相点的直线称为联 结线,如图4-3中的RiEi线(i=0,1,2,……n)。显然 萃取操作只能在两相区内进行。
图4-3 溶解度曲线
4.1.2 三角形相图
溶解度曲线可通过下述实验方法得到:在一定温度下, 将组分B与组分S以适当比例相混合,使其总组成位于 两相区,设为M,则达平衡后必然得到两个互不相溶的 液加层入,适其量相的点溶为质RA0并、E充0。分在混恒合温,下使,之向达此到二新元的混平合衡液,中静 置加分入层溶后质得A,到重一复对上共述轭操相作,,其即相可点以为得R到1、nE+11,对然共后轭继相续的 相由点两R相i、变E为i (i一=0相,1时,2,,…其…组n成),点当用加K入表A示的,量K使点混称合为液混恰溶好点 或分层点。联结各共轭相的相点及K点的曲线即为实验 温度下该三元物系的溶解度曲线。
4.1.2 三角形相图
设溶质A可完全溶于B及S,但B与S为部分互溶, 其平衡相图如图4-3所示。此图是在一定温度下 绘制的,图中曲线R0R1R2RiRnKEnEiE2E1E0称为溶 解度曲线,该曲线将三角形相图分为两个区域: 曲线以内的区域为两相区,以外的区域为均相区。
位于两相区内的混合物分成两个互相平衡的液相,
4.1 液液相平衡
三角形坐标图内任一点代表一个三元混合物系。例如M点即表示由A、B、S三个组 分组成的混合物系。其组成可按下法确定:过物系点M分别作对边的平行线ED、HG 、KF,则由点E、G、K可直接读得A、B、S的组成分别为: =0.4、=0.3、=0.3;也可由 点D、H、F读得A、B、S的组成。在诸三角形坐标图中,等腰直角三角形坐标图可直 接在普通直角坐标纸上进行标绘,且读数较为方便,故目前多采用等腰直角三角形 坐标图。在实际应用时,一般首先由两直角边的标度读得A、S的组成及,再根据归 一化条件求得。

化工原理第四章

化工原理第四章

第一节 概 述
(一)套管式换热器 如图4-1所示,套管式换热器是由两个直径不同的直管同心套在一
起而构成的。进行换热的冷、热两种流体分别在管内和环隙间流动, 通过内管管壁进行热量交换。因此,内管壁表面积为传热面积。
图4-1 套管换热器
第一节 概 述
(二)列管式换热器
如图4-2所示,列管式换热器主要由壳体、管束、管板和封 头等部件构成。操作时一种流体从换热器的一端接管进入封头, 流经各管束后汇集到另一端封头,并从该封头接管流出,该流 体称为管程流体,另一种流体由壳体接管流入,在壳体与管束 间的空隙流过,壳体内装有数块折流挡板,使流体在外壳内沿 挡板作折流流动,而从另一端的壳体接管流出换热器,该流体 称为壳程(或壳方)流体。由于在换热器中管程流体在管束内 只流过一次,故称为单程列管式换热器。
第一节 概 述
(二)对流传热
对流传热是指流体质点发生相对位移而引起的热量传递过程。 它仅发生在液体和气体中。对流传热可分为强制对流传热和自然对 流传热。前者是由于泵、风机或其他外力作用而引起的流体流动所 产生的传热过程;后者是由于流体各部分温度的不均而形成了密度 的差异,使质点重降轻浮而进行的传热过程。在流体中发生强制对 流传热的同时,往往伴随着自然对流传热。工程上通常把流体与固 体壁面间传热或固体壁面与流体间的传热称为对流传热。
化工原理
第四章 传 热
概述 热传导 对流传热 辐射传热 传热过程的计算 换热器
第四章 传 热
知识目标
掌握热传导的基本规律,平壁和圆筒壁的热传导计算;对流传热 的基本原理,对流传热的速率方程及流体在圆形直管内湍流时的对流 传热系数计算;传热速率方程、热量衡算方程、总传热系数及平均温 度差的计算。理解传热的三种方式及特点;传热推动力及热阻的概念; 影响管内和管外对流传热的因素及各准数的意义;列管式换热器的结 构、特点及强化传热过程的途径。了解有相变的对流传热;热辐射的 基本概念、定理及简单计算;列管换热器的设计和选用。

化工原理 第四章

化工原理 第四章

第二节 过滤
若滤饼需要洗涤,可将洗水压人洗水通道,经洗涤板 角端的暗孔进入板面与滤布之间。此时,应关闭洗涤板下 部的滤液出口,洗水便在压力差推动下穿过一层滤布及整 个厚度的滤饼,然后再横穿另一层滤布,最后由过滤板下 部的滤液出口排出,这种操作方式称为横穿洗涤法,其作 用在于提高洗涤效果。洗涤结束后,旋开压紧装置并将板 框拉开,卸出滤饼,清洗滤布,重新组合,进入下一个操 作循环。 板框压滤机优点是构造简单,制造方便、价格低;过 滤面积大,可根据需要增减滤板以调节过滤能力;推动力 大,对物料的适应能力强,对颗粒细小而液体较大的滤浆 也能适用。缺点是间歇操作,生产效率低;卸渣、清洗和 组装需要时间、人力,劳动强度大,但随着各种自动操作 的板框压滤机的出现,这一缺点会得到一定程度的改进。
第二节 过滤
(2)多孔性固体介质 是素瓷、金属或玻璃的烧结物、 塑料细粉粘结而成的多孔性塑料管等, 适用于含粘软性 絮状悬浮颗粒或腐蚀性混悬液的过滤,一般可截留粒径1~ 3μm的微细粒子。 (3)粒状介质 是由各种固体颗粒(砂石、木炭、石棉) 或非编织纤维(玻璃棉等)堆积而成。适用于深层过滤,如 制剂用水的预处理。 (4)微孔滤膜,是由高分子材料制成的薄膜状多孔介 质。适用于精滤,可截留粒径0.01μm以上的微粒,尤其适 用于滤除0.02~10μm的混悬微粒。
第二节 过滤
图4-4 滤板和滤框
第二节 过滤
2.转鼓真空过滤机 转筒真空过滤机为连续式真空过滤设备,如图4-5所示。 主机由滤浆槽、篮式转鼓、分配头、刮刀等部件构成。篮 式转鼓是一个转轴呈水平放置的圆筒,圆筒一周为金属网 上履以滤布构成的过滤面,转鼓在旋转过程中,过滤面可依 次浸入滤浆中。转筒的过滤面积一般为5~40m2,浸没部分 占总面积的30%~40%,转速约为0.1~3r/min。转鼓内沿径 向分隔成若干独立的扇形格,每格都有单独的孔道通至分 配头上。转鼓转动时,籍分配头的作用使这些孔道依次与 真空管及压缩空气管相通,因而,转鼓每旋转一周,每个扇 形格可依次完成过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等操作。

(化工原理)第五节 对流传热系数关联式

(化工原理)第五节 对流传热系数关联式

Nu=0.26Re0.6Pr0.33
应用范围 Re>3000
特错列征管尺距寸最狭管处外的径距do,离流应速在取(流x1-体do通)和过2每(排t2-管d0 子)中二最者狭之窄中通取小道者处。的速度。 管束排数应为10,若不是10,上述公式的计算结果应乘以下表的系数
流体无相变时的对流传热系数-12
流体有相变时的传热系数-12
二、液体的沸腾
大容积沸腾 管内沸腾
流体有相变时的传热系数-13
1.液体沸腾曲线
气化核心 泡核沸腾 或泡状沸腾 临界点 膜状沸腾
流体有相变时的传热系数-14
2.沸腾传热系数的计算
泡核沸腾传热系数的计算式
α=1.163Z(Δt)2.33 (Eq. Mostinki) 式中 Δt——壁面过热度,℃。
上式应用条件为: pc>3O00KPa, R = 0.01~0.9,q<qc 式中 Z——与操作压强及临界压强有关的参数,W/(m2•℃),其计
算式为:
流体有相变时的传热系数-16
3.影响沸腾传热的因素
(1)液体性质 (2)温度差Δt (3)操作压强 (4)加热壁面
4-5-5 壁温的估算
2.流体在换热器的管间流动
换热器内装有圆缺形挡板时,壳方流体的对流 传热系数的关联式如下:
应用范围 Re =2×1O3~10×105 特征尺寸 当量直径de 定口性温温度度的算除术μ平w均取值壁。温外,均取为液体进、出
流体无相变时的对流传热系数-13
管子为正方形排列 :
管子为正三角形排列 :
(2)高粘度的液体
应用范围 Re>10000,0.7<Pr<16700,L/d>60 特征尺寸 取为管内径di 定性温度 除μw取壁温外,均取为液体进、出
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2020/3/26
4、黑体、镜体、透热体和灰体
黑体(绝对黑体):能全部吸收辐射能的物体,即α=1的物体 镜体(绝对白体):能全部反射辐射能的物体,即ρ=1的物体 透热体 :能透过全部辐射能的物体,即τ=1的物体 灰体 :能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体
2020/3/26
5、固体、液体与气体的热辐射特点
对黑体辐射能力的吸收率α之比,等于同温度 下黑体的辐射能力Eb。
辐射能力仅仅是温度的函数
一切灰体的辐射能力与其吸收率之比,也仅仅是温度的 函数,这是克希霍夫定律的内容之一。
2020/3/26
(二)吸收率与黑度的关系
E
Eb
任何灰体对黑体辐射能的吸收率等于同温度下该灰体的黑度。
2020/3/26
1)
1.当A1/A2≈1时,此公式简化为公式(4-59) 1 A2 2
2.当被包围的物体的表面积A1比包围物的A2很小, A1/A2≈0
此公式变为
A1 ( 1 1) 0
A2 2
C12 1Cb
从上述几种情况可知,两物体表面的黑度愈大,则总辐射
系数就越大,辐射传热速率就越大。
2020/3/26
(二)、 辐射传热速的强化与削弱方法 1.改变物体表面的黑度 2.采用遮热板
2020/3/26
3.灰体(P161)
单色辐射能力:单位表面积、单位时间内的发射某一特定波长 下单位波长间隔向空间辐射的能量。
E dE / d
对任一波长,灰体的单色辐射能力Eλ与黑体的单色辐射 能力Ebλ之比值均等于灰体的黑度ε,及灰体的黑度不随波 长而变化。
2020/3/26
三、克希霍夫定律
第四章 传热
第五节 辐射传热
一、热辐射的基本概念 二、物体的辐射能力与斯蒂芬波尔兹曼定律 三、克希霍夫定律 四、两固体间的辐射传热 五、对流和辐射的联合传热
2020/3/26
一、基本概念和定律
1、热辐射
热辐射 :物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射 辐射传热 :不同物体间相互辐射和吸收能量的综合过程
φ:几何因子或角度系数,表示从辐射面积A所发射出的 能量为另一物体表面所拦截的分数。数值与两表面的形状 、大小、相互位置以及距离有关。
1)、 两无限大而距离很近的平行壁面之间的辐射传热A=A1Fra bibliotekA2, φ=1
C12
1
Cb 1
1
1 2
(4-59)
2020/3/26
2)、 两个面积大小有限且相等的平行壁面,只有部分能 投射到对方的壁面上。
(一)、辐射能力与吸收率的关系
温度T 辐射能力E 黑度为ε 吸收系数为α
αEb
E Eb (1-α)Eb
2020/3/26
温度Tb 辐射能力Eb 黑度为1 吸收系数为1
• 当T>Tb,灰体损失的热能为E-αEb • 当T=Tb,灰体损失的热能为E= αEb • 得α=E/Eb • 在热平衡辐射时,任何灰体的辐射能力E与其
表示,单位:W/m2。 E=Q/A
(一)、黑体的发射能力Eb可用斯蒂芬玻尔兹曼定律表示
Eb
T 4
Cb
T 100
4 ——斯蒂芬---波尔茨曼定律
: 黑体的发射常数或斯蒂芬---波尔茨曼常数
5.67 108 w / m2 K 4
Cb :
黑体的发射系数
C b
108 5.67w / m2 K
A=A1=A2, φ<1,从图4-33(P163),查φ
C12 1 2Cb
(4-60)
3)、一个物体被另一物体包围的辐射传热。 A用被包围的物体的表面积A1, φ=1
C12
Cb 1 A1 ( 1 1)
(4-61)
1 A2 2
2020/3/26
讨论此公式应用时的简化
C12
1
Cb A1 ( 1
四、两固体间的辐射传热
(一)、 辐射传热速率的计算
这里只介绍两壁面之间的空间,只有透过率τ=1的透热性 气体,不考虑在两壁面间有CO2、水蒸气等吸收辐射能的气体。 从高温物体1传给低温物体2的辐射传热速率:
Q12
C12A
T1 100
4
T2
4
100
2020/3/26
C1-2:物体1对物体2的总发射系数,取决于壁面的性质 和两个壁面的几何因素。
绝对黑体的发射能力和绝对温度的四次方成正比。
2020/3/26
(二)、实际物体的辐射能力、黑度与灰体
1.实际物体的辐射能力 黑度(ε发射率):
黑体辐射能力最大,同一温度下,实际的发射能力与黑
体发射能力的比值 E
E
Eb
Cb
TEb 100
4
E C T 4C 5.67w /(m2 K 4 )
4
改成对流传热系数的形式
QR R A1T1 T2
r
c12
T1 100
4
2、热射线
热射线 :可见光线和红外光线统称为热射线 •服从反射定律和折射定律 •能在均一介质中作直线传播 •在真空和大多数的气体(惰性气体和对称的双原子气体)中 热射线可以完全透过
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3、热辐射对物体的作用
Q Q Q Q Q Q Q 1 QQQ
1
Q

Qα Qτ
α=Q α /Q ——物体的吸收率 ρ=Q ρ /Q ——物体的反射率 τ=Q τ /Q ——物体的透过率
100
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2.黑度ε
黑度表示实际物体的辐射能力接近黑体辐射能力的 程度,实际物体的黑度大,其辐射能力就大。
实际物体的黑度只与自身状况有关,包括表面的 材料、温度及表面状况(粗糙度、氧化程度)。
粗糙表面黑度大 氧化表面的黑度比非氧化表面高一些 金属的黑度随温度升高略有增大。 非金属的黑度一般较大,在0.85~0.95之间。
2020/3/26
五、辐射、对流联合传热
设备的热损失等于对流传热和辐射传热之和 。 由于对流散失的热量 :
QC c A1T1 T2
由于辐射而散失的热量 :
Qr
c12
A1
T1 100
4
T2
4
100
∵设备向大气辐射传热, 1
2020/3/26
Qr
c12
A1
Tw 100
4
T 100
1.固体与液体的辐射特点:透射率τ=0, α + ρ =1 固体和液体表面情况对热辐射的影响较大。 2.气体的辐射特点:气体发射和吸收的热辐射能都是在整个气 体容积内沿射线行程进行的。
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二、物体的发射能力---斯帝芬-波尔茨曼定律
物体发射能力: 物体在一定的温度下,单位表面积、单位 时间内所发射的全部波长的总能量。用E
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