化工原理课件
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《化工原理》课件
进行期末考试，综合评估学生在整个课程中的学 习成果。
学习资源
1 教材推荐
2 参考书目
除了《化工原理》教材外， 我们还推荐以下参考教材， 有助于更深入地理解化工 原理。
在课程中提供的参考书目 中，您可以找络资源
我们提供一些网络资源， 供学生进一步学习化工原 理和实际应用。
推荐使用《化工原理》教材， 该教材详细解释了化工原理 的基本概念和实际应用。
重要概念
1 反应原理
了解不同类型的化学反应和它们的原理，如 合成反应、分解反应和酸碱反应。
2 质量守恒与能量守恒
理解质量守恒定律和能量守恒定律，并学会 在化工过程中应用。
3 化学平衡
4 反应动力学
学习如何计算和控制化学反应中的平衡常数， 以及如何进行反应平衡的优化。
《化工原理》PPT课件
欢迎来到《化工原理》PPT课件！本课程将介绍化工基本原理和实际应用，帮 助您理解化工流程和反应动力学。
课程介绍
课程目标
掌握化工基本原理，理解反 应动力学，培养化工工艺设 计的能力。
课程概述
介绍化工原理相关的重要概 念和实际应用，涵盖质量守 恒、能量守恒和化学平衡等 方面。
教材介绍
掌握反应速率和化学动力学的概念，了解如 何改变反应速率和提高反应效率。
实际应用
化工工艺流程
了解化工工艺流程的基本原理，包括物料流动、反 应控制和产品分离等关键步骤。
催化剂的应用
探索催化剂在化工过程中的重要作用，了解如何选 择和使用催化剂以提高反应效率。
课程评估
课堂作业 期中考试 期末考试
通过完成课堂作业，巩固对课程知识的理解和应 用能力。 进行期中考试，评估学生对化工原理的掌握程度。
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推荐使用《化工原理》教材， 该教材详细解释了化工原理 的基本概念和实际应用。
重要概念
1 反应原理
了解不同类型的化学反应和它们的原理，如 合成反应、分解反应和酸碱反应。
2 质量守恒与能量守恒
理解质量守恒定律和能量守恒定律，并学会 在化工过程中应用。
3 化学平衡
4 反应动力学
学习如何计算和控制化学反应中的平衡常数， 以及如何进行反应平衡的优化。
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课程介绍
课程目标
掌握化工基本原理，理解反 应动力学，培养化工工艺设 计的能力。
课程概述
介绍化工原理相关的重要概 念和实际应用，涵盖质量守 恒、能量守恒和化学平衡等 方面。
教材介绍
掌握反应速率和化学动力学的概念，了解如 何改变反应速率和提高反应效率。
实际应用
化工工艺流程
了解化工工艺流程的基本原理，包括物料流动、反 应控制和产品分离等关键步骤。
催化剂的应用
探索催化剂在化工过程中的重要作用，了解如何选 择和使用催化剂以提高反应效率。
课程评估
课堂作业 期中考试 期末考试
通过完成课堂作业，巩固对课程知识的理解和应 用能力。 进行期中考试，评估学生对化工原理的掌握程度。
化工原理_第三版_陈敏恒_课件_华东理工内部 第01章
=1.204×105Pa(绝压) 5 5 4 pA=1.204×10 -1.013×10 =1.91×10 Pa(表压)
1.2.4.2 烟囱拔烟
pA=p2+ρ冷gh pB=p2+ρ热gh 由于ρ冷>ρ热,则pA>pB 所以拔风 烟囱拔风的必要条件是什么？
1.2.4.3 浮力的本质
物体上下所受压强不同 取微元： 压差力=(p2-p1)dA=ρghdA=ρgdV排 V排=ΣdV排
4）质量守恒方程（连续性方程） 取控制体作物料衡算（欧拉法）
1u1 A1 2 u 2 A2 .dV t V 定态流动： .dV 0 t V
1u1 A1 2 u 2 A2 c
即：q m 1 q m 2 c — —连续性方程式 对不可压缩流体： c，q v1 q v 2 c u1 A1 u 2 A2 c,
分析方法（数学分析法） ①取控制体 ②作力衡算 ③结合本过程的特点，解微分方程 1.2.1.4 静力学方程应用条件 ①同种流体且不可压缩(气体高差不大时仍可用) ②静止(或等速直线流动的横截面---均匀流) ③重力场 ④单连通 1.2.2 流体的总势能 总势能 （压强能与位能之和） 虚拟压强
1.2.3 压强的表示方法 1.2.3.1 单位
流线演示：
返回
流体黏性：
返回
1.3 流体流动中的守恒原理 1.3.1 质量守恒
1）流量、流速 流量——质量流量qm， kg/s （ρ· qv ） 体积流量qv， m3/s 流速——质量流速G， kg/m2s（ qm /A） 体积流速u， m/s （ qv /A） 2）点速度u 圆管：粘性，速度分布 工程处理方法：平均值
积分得 p+ρgz=常数 或 p1 p2 gz1 gz 2 等高等压，等压面
化工原理完整教材课件 PPT
基本原理及其流动规律解决关问题。以
图1-1为煤气洗涤装置为例来说明： 流体动力学问题：流体（水和煤气）
在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中 流动等；
流体静力学问题：压差计中流体、 水封箱中的水
图1-1 煤气洗涤装置
1.1 概述
确定流体输送管路的直径， 计算流动过程产生的阻力和 输送流体所需的动力。
根据阻力与流量等参数 选择输送设备的类型和型号， 以及测定流体的流量和压强 等。
流体流动将影响过程系 统中的传热、传质过程等， 是其他单元操作的主要基础。
图1-1 煤气洗涤装置
1.1.1 流体的分类和特性
气体和流体统称流体。流体有多种分类方法： （1）按状态分为气体、液体和超临界流体等； （2）按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体； （3）按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘
化工原理完整教材课件
第一章 流体流动
Fluid Flow
--内容提要--
流体的基本概念 静力学方程及其应用 机械能衡算式及柏努 利方程 流体流动的现象 流动阻力的计算、管路计算
1. 本章学习目的
通过本章学习，重点掌握流体流动的基本原理、管 内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和解决流 体流动过程的有关问题，诸如：
气体的密度必须标明其状态。 纯气体的密度一般可从手册中查取或计算得到。当压
强不太高、温度不太低时，可按理想气体来换算：
（1-3）
式中
p ── 气体的绝对压强, Pa(或采用其它单位)； M ── 气体的摩尔质量, kg/kmol；
性流体（或实际流体）； （4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体；
流体区别于固体的主要特征是具有流动性，其形状随容器形状 而变化；受外力作用时内部产生相对运动。流动时产生内摩擦从而 构成了流体力学原理研究的复杂内容之一
化工原理课件(天大版)
反应热与反应焓
反应方向与平衡常数
反应速率与活化能
反应熵与反应吉布斯能
05
化工动力学基础
反应速率方程
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
反应速率方程：描述反应速率与反应物浓度及其他因素关系的数学表达式
反应速率定义：单位时间内反应物浓度的减少量或生积成正比的比例系数
催化剂：使用催化剂可以降低反应活化能，提高反应速率
反应物浓度：反应物浓度增大，反应速率加快
06
分离过程原理及应用
分离过程分类与特点
分离过程的分类：根据不同的原理和操作方式，分离过程可以分为多种类型，如蒸馏、萃取、结晶、过滤等。
R
分离过程的特点：不同的分离过程具有不同的特点和应用范围，需要根据具体需求进行选择。
A
分离过程的原理：每种分离过程都有其特定的原理和操作方式，需要掌握其基本原理和操作方法。
C
分离过程的应用：分离过程在化工、医药、食品等领域有着广泛的应用，需要根据具体需求进行选择和应用。
I
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07
化学反应器原理及应用
化学反应器分类与特点
塔式反应器的特点：适用于气液相反应，具有较大的接触面积和适宜的停留时间
固定床反应器的特点：催化剂固定在反应器内，适用于气固相或液固相反应
流化床反应器的特点：催化剂悬浮在反应器内，适用于气固相或液固相反应
反应器分类：釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等
化学反应器的设备：介绍反应器的主要设备，如搅拌器、换热器、塔器等。
(完整版)化工原理课件(天大版)
以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
返回 30 03:06:50
4. 流体的特征
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。
不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。 返回 31
13.7
QL 13.7kW
热损失：
100% 6.54%
257.3 47.8
返回 23 03:06:50
例4 非稳定热量衡算举例
罐内盛有20t重油，初温
T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热
冷 凝
器升温至恒定的100℃后又 水
W=8t/h T3=100℃
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回 11
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如：
传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。
返回 30 03:06:50
4. 流体的特征
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。
不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。 返回 31
13.7
QL 13.7kW
热损失：
100% 6.54%
257.3 47.8
返回 23 03:06:50
例4 非稳定热量衡算举例
罐内盛有20t重油，初温
T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热
冷 凝
器升温至恒定的100℃后又 水
W=8t/h T3=100℃
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回 11
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如：
传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。
化工原理完整(天大版)PPT课件
化工原理
Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
可编辑课件
版权所有，未经授权禁止复制或建立镜像。谢谢!
返回 1 2021/4/25
0 绪论 1 流体流动
5 蒸馏 6 吸收
2 流体输送机械
3 非均相物系的分 离和固体流态化
4 传热
7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
可编辑课件
返回 2 2021/4/25
0 绪论
0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
可编辑课件
返回 3 2021/4/25
解：首先根据题意画出过程的物料流程图
可编辑课件
返回 16 2021/4/25
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
可编辑课件
返回 4 2021/4/25
可编辑课件
返回 5 2021/4/25
可编辑课件
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Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
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0 绪论 1 流体流动
5 蒸馏 6 吸收
2 流体输送机械
3 非均相物系的分 离和固体流态化
4 传热
7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
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0 绪论
0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
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解：首先根据题意画出过程的物料流程图
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F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
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化工原理第一章流体流动课件
流体静力学基本方程
STEP 02
STEP 01
流体静力学基本方程是流 体静压强与其密度和重力 加速度的关系式。
STEP 03
该方程是流体静力学中的 基础方程，对于理解流体 静力学中的各种现象非常 重要。
该方程可以用来计算流体 的静压强、流体的密度和 重力加速度之间的关系。
静压力对流体的作用力
流体在静压力作用下会产生压缩或膨 胀，这与其弹性有关。
Part
04
流体流动的阻力
流动阻力的产生与分类
流动阻力
流体在管道中流动时，由于流体内部及 流体与管壁之间的摩擦而产生的阻力。
VS
阻力分类
直管阻力和局部阻力。直管阻力是流体在 管道中流动时，由于流体的粘性和管壁的 粗糙度引起的摩擦阻力；局部阻力则是流 体流经管路中的阀门、弯头等局部结构时 ，由于流体的方向和速度发生急剧变化而 引起的阻力。
流体微团的运动分析
流体微团的定义
流体微团是指流体中无限接近的、密合在一起的若干分子组成的微小团体。
流体微团的运动分析
通过对流体微团的运动分析，可以研究流体的宏观运动规律，如速度场、加速 度、角速度等。这些参数对于理解流体动力学的基本原理和工程应用非常重要 。
牛顿粘性定律及流体的分类
牛顿粘性定律的定义
绝对压力
以完全真空为零点测量的 压力，单位为帕斯卡（Pa ）。
表压
以当地大气压为基准测量 的压力，单位也为帕斯卡 （Pa）。
真空度
与大气压相比的压力差值 ，单位为帕斯卡（Pa）。
流体静压强分布规律
流体静压强大小与流体的 密度、重力加速度和高度 有关。
在重力场中，流体静压强 随高度增加而减小。
在同一高度上，不同流体 的静压强不同。
化工原理-精选版课件.ppt
1、牛顿型流体与非牛顿型流体；
2、层流内层与边界层，边界层的分离。
化工原理
本章 内容
2019/12/17
1.1 流体静力学基本方程 1.2 流体流动的基本方程 1.3 流体流动现象 1.4 流体在管内的流动阻力 1.5 管路计算 1.6 流速和流量测量
化工原理
第一节 流体静力学基本方程
1 流体的密度
化工原理
3、液体密度的计算 通常液体可视为不可压缩流体，其密度仅随温度略有变化 （极高压强除外）。 （1）纯组分液体的密度其变化关系可从手册中查得。
（2）混合液体的密度
取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:
xwA、xwB、、xwn ,
当m总 1kg时，xwi
其中xwi
mi
2019/12/17
化工原理
流体流动是最普遍的化工单元操作之一，研究流体流动问 题也是研究其它化工单元操作的重要基础。
掌握 内容
1、流体的密度和粘度的定义、单位、影响因 素及数据的求取；
2、压强的定义、表示法及单位换算； 3、流体静力学基本方程、连续性方程、柏努
利方程及应用； 4、流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义
2019/12/17
化工原理
5、 与密度相关的几个物理量
（1）比容：单位质量的流体所具有的体积，用υ表示，单
位为m3/kg。
mi m总
假设混合后总体积不变：
2019/12/17
V总
xwA
A
xwB
B
xwn m总
n m
化工原理
1 xwA xwB xwn
m A B
n
——液体混合物密度计算式
2、层流内层与边界层，边界层的分离。
化工原理
本章 内容
2019/12/17
1.1 流体静力学基本方程 1.2 流体流动的基本方程 1.3 流体流动现象 1.4 流体在管内的流动阻力 1.5 管路计算 1.6 流速和流量测量
化工原理
第一节 流体静力学基本方程
1 流体的密度
化工原理
3、液体密度的计算 通常液体可视为不可压缩流体，其密度仅随温度略有变化 （极高压强除外）。 （1）纯组分液体的密度其变化关系可从手册中查得。
（2）混合液体的密度
取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:
xwA、xwB、、xwn ,
当m总 1kg时，xwi
其中xwi
mi
2019/12/17
化工原理
流体流动是最普遍的化工单元操作之一，研究流体流动问 题也是研究其它化工单元操作的重要基础。
掌握 内容
1、流体的密度和粘度的定义、单位、影响因 素及数据的求取；
2、压强的定义、表示法及单位换算； 3、流体静力学基本方程、连续性方程、柏努
利方程及应用； 4、流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义
2019/12/17
化工原理
5、 与密度相关的几个物理量
（1）比容：单位质量的流体所具有的体积，用υ表示，单
位为m3/kg。
mi m总
假设混合后总体积不变：
2019/12/17
V总
xwA
A
xwB
B
xwn m总
n m
化工原理
1 xwA xwB xwn
m A B
n
——液体混合物密度计算式
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内蒙古工业大学化工原理电子课件
6.2 传热过程的计算
6.2.1 总传热系数和总传热速率 6.2.2 热量衡算和传热速率方程间的关系 6.2.3 传热平均温度差 6.2.4 壁温的计算 6.2.5 传热效率～传热单元数法 6.2.6 传热计算示例
2013-12-7
1
内蒙古工业大学化工原理
6.2.1 总传热系数和总传热速率方程
' 2
2013-12-7
（） 1
31
0.0025 25 1 25 Ko 76 .56 W /(m 2 ℃) 45 22.5 2000 100 20 h u' hi u
' i 0.8
1
1.50.8
2013-12-7
T1
T2
t1 Δt1 0 Q
t2
Δt2
d (t ) t 2 t1 t 2 Q KS KSt m 整理并积分： t1 KtdS Q ln t 2 d ( t ) S K ( tt 2 t ) 2 1 dS 得： t1 t 0 Q
2013-12-7
2013-12-7 14
内蒙古工业大学化工原理
6.2.3. 传热平均温度差
一、恒温传热
t T t t m
二、变温传热 tm与流体流向有关
逆流
并流
错流
折流
15
2013-12-7
内蒙古工业大学化工原理
1、逆流和并流时的tm
T1 t2 T2
T1
t2 t T2
T1 t1 t1 T2
T1
T2 t2 t1
t2
t
t1
逆流
2013-12-7
A
并流
A
16
内蒙古工业大学化工原理
以逆流为例推导 t m
假设：1）定态传热、定态流动， Wh,Wc一定
2）
cph,cpc为常数，为进出口平均温度下的
3）K沿管长不变化。
4）热损失忽略不计。
t1 t 2 t m t1 ln t 2
2013-12-7
'
t ' m ：逆流时的平均温度差
f ( P, R, 流型）
热流体温降 T1 T2 R 冷流体温升 t 2 t1
t 2 t1 冷流体温升 P 两流体初温差 T1 t1
2013-12-7 24
内蒙古工业大学化工原理
（a)单壳程
2013-12-7
(b)二壳程
25
内蒙古工业大学化工原理
冷流体 Wc, t2,cpc,Ic1
T2 Ih2
无热损失：
2013-12-7
Q吸 Q放
12
内蒙古工业大学Q Wh I h1 I h 2 Wc I c 2 I c1
式中 Wh,Wc──热冷流体的质量流量，kg/s； cph,cpc ──热冷流体的比热容， J/(s. ℃) ；
2013-12-7 10
内蒙古工业大学化工原理
三、污垢热阻
do d o bd o 1 1 R si R so K o h idi d i kd m ho
2013-12-7
11
内蒙古工业大学化工原理
6.2.2 热量衡算和传热速率方程间的关系
热流体 Wh, T1,cph,Ih1
t2 Ic2
t m (t1 t 2 ) / 2
4）当t1＝t2
t m t1＝t 2
5)并流于逆流的比较 A.若冷热两流体进、出口温度相同时， t m,逆 t m,并 Q KSt m 因此，对于逆流和并流，由
2013-12-7
21
内蒙古工业大学化工原理
①当Q，K相同时，S逆＜S并，采用逆流可节省设备费。 ②当K，S 相同时，Q逆＞Q 并，采用逆流生产能力大。 B 由图可以看出，采用逆流，可 t2＞T2 或T2＜t2；而并流不可。 ①当目的是为了加热，则
2013-12-7 8
do d m (d o d i ) / ln di
内蒙古工业大学化工原理
3．1/K值的物理意义
(T t ) 总推动力 dQ KdS(T t ) 1 总热阻 KdS
1 Ko 总热阻 1 ho b do k dm 1 di hi d o 内侧的热阻
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式中 K ——以换热管的外表面为基准的总传热系 数； dm——换热管的对数平均直径。
o
1 同理，以内表面为基准：K i 1 bd i di hi k dm ho d o 1 以壁面积为基准：K m dm b dm hi d i k ho d o
Wh c p1 T1 T2 Wc c p 2 t 2 t1
Q ──热冷流体放出或吸收的热量，J/s；
Ic1,Ic2 ──冷流体的进出口焓，J/kg；
Ih1,Ih2──热流体的进出口焓， J/kg 。
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相变时
Q Wh r Wc c pc t 2 t1
(c)三壳程
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(d)四壳程
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6.2.4 壁温的计算
T TW Tw tW t w t 稳态传热 Q KSt m 1 b 1 hi Si kSm ho So
bQ tW TW k Sm
Q Wh r c ph Ts T2 Wc c pc t 2 t1
式中 r ──热流体的汽化潜热，kJ/kg；
TS ──热流体的饱和温度，℃。
传热计算的出发点和核心：
Q KStm Wh c ph (T1 T2 ) WC c pC (t2 t1 )
t1 T 1t 2
t 2 T2 t1
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T 吸收热量：dQ=WcCpcdt 1 放出热量： dQ=-WhCphdT
dt 1 常量 dQ Wc C pc dT 1 常量 dQ WhC ph
t1 t
t2
d S
d T T
dt t
T
2
t1 t2
式中
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(1)
K——总传热系数，W/(m2· K)。
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1 Ko do bd o 1 h i d i kd m h o
1 同理：K i 1 bd i di h i kd m h o d o Km 1 dm b dm h idi k h od o
一、总传热系数K的计算式
Wh ， T1
Wc，t1 dS
T2
t2
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2
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T Tw 热 流 体 对流 导热 tw
冷 流 体
Q1 •热流体 固体壁面一侧 对流
Q
Q2 •固体壁面一侧 另一侧 热传导
Q3 •固体壁面另一侧 冷流体 对流
t 对流
dQ KdS(T t )
TW接近于T，即接近于h大热阻小侧流体的温度。 3．两侧有污垢
T TW Tw tW tw t Q KSt m 1 1 b 1 1 ( Rsi ) ( Rso ) hi Si k Sm ho So
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内蒙古工业大学化工原理
• 例 列管换热器由φ25×2.5mm钢管组成， 空气在管内由20℃被加热到55℃，对流传 热系数为100W/m2· ℃，水在管外从100℃ 冷却到70℃，对流传热系数为 2000W/m2· ℃，两流体逆流换热，并达到 了湍流，计算当空气流量增加50%时水和 空气的出口温度(设物性维持不变)。
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解：流量增加前 流量增加后
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Q Wh C ph (T1 - T2 ) Wc C pc (t 2 - t1 ) K oSo t m Q' Wh C ph (T1 - T2' ) 1.5Wc C pc (t '2 - t1 ) K 'oSo t 'm
如t1固定，采用逆流t2可更高，可节约冷流体 Wc 。 C.对并流，冷热流体的出口温度都受到对应 流体的出口温度限制，因此并流适合于热 敏性物料的加热或冷却。 6)若换热过程一侧流体恒温时，Δtm，逆=Δtm， 并；
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2、错流、折流时的 t m
t m t m
Q Wc c pc (t2 t1 )固定
由Q Wh c ph (T1 T2 )
如T1固定，采用逆流T2可更低，可节约热流体Wh
②当目的是为了冷却，则
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Q Wh c ph (T1 T2 )固定
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由Q Wc c pc (t2 t1 )
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K o t m T1 - T2 t 2 - t1 ' ' ' ' T1 - T2 1.5(t 2 - t1 ) K o t m (T1 - T2 ) 1.5(t - t1 ) T1 - T t 2 - t1
' 2 ' 2
(100 70) 1.5 (t - t1 ) ' 1.286 (t 2 - t1 ) 55 - 20
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内蒙古工业大学化工原理
管程热流体对流：dQ h i (T Tw )dSi k (Tw t w ) 管壁热传导： dQ dSm b 壳程冷流体对流：dQ ho (t w t )dSo
6.2 传热过程的计算
6.2.1 总传热系数和总传热速率 6.2.2 热量衡算和传热速率方程间的关系 6.2.3 传热平均温度差 6.2.4 壁温的计算 6.2.5 传热效率～传热单元数法 6.2.6 传热计算示例
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1
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6.2.1 总传热系数和总传热速率方程
' 2
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（） 1
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0.0025 25 1 25 Ko 76 .56 W /(m 2 ℃) 45 22.5 2000 100 20 h u' hi u
' i 0.8
1
1.50.8
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T1
T2
t1 Δt1 0 Q
t2
Δt2
d (t ) t 2 t1 t 2 Q KS KSt m 整理并积分： t1 KtdS Q ln t 2 d ( t ) S K ( tt 2 t ) 2 1 dS 得： t1 t 0 Q
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6.2.3. 传热平均温度差
一、恒温传热
t T t t m
二、变温传热 tm与流体流向有关
逆流
并流
错流
折流
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内蒙古工业大学化工原理
1、逆流和并流时的tm
T1 t2 T2
T1
t2 t T2
T1 t1 t1 T2
T1
T2 t2 t1
t2
t
t1
逆流
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A
并流
A
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以逆流为例推导 t m
假设：1）定态传热、定态流动， Wh,Wc一定
2）
cph,cpc为常数，为进出口平均温度下的
3）K沿管长不变化。
4）热损失忽略不计。
t1 t 2 t m t1 ln t 2
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'
t ' m ：逆流时的平均温度差
f ( P, R, 流型）
热流体温降 T1 T2 R 冷流体温升 t 2 t1
t 2 t1 冷流体温升 P 两流体初温差 T1 t1
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（a)单壳程
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(b)二壳程
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冷流体 Wc, t2,cpc,Ic1
T2 Ih2
无热损失：
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Q吸 Q放
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内蒙古工业大学Q Wh I h1 I h 2 Wc I c 2 I c1
式中 Wh,Wc──热冷流体的质量流量，kg/s； cph,cpc ──热冷流体的比热容， J/(s. ℃) ；
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三、污垢热阻
do d o bd o 1 1 R si R so K o h idi d i kd m ho
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6.2.2 热量衡算和传热速率方程间的关系
热流体 Wh, T1,cph,Ih1
t2 Ic2
t m (t1 t 2 ) / 2
4）当t1＝t2
t m t1＝t 2
5)并流于逆流的比较 A.若冷热两流体进、出口温度相同时， t m,逆 t m,并 Q KSt m 因此，对于逆流和并流，由
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①当Q，K相同时，S逆＜S并，采用逆流可节省设备费。 ②当K，S 相同时，Q逆＞Q 并，采用逆流生产能力大。 B 由图可以看出，采用逆流，可 t2＞T2 或T2＜t2；而并流不可。 ①当目的是为了加热，则
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do d m (d o d i ) / ln di
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3．1/K值的物理意义
(T t ) 总推动力 dQ KdS(T t ) 1 总热阻 KdS
1 Ko 总热阻 1 ho b do k dm 1 di hi d o 内侧的热阻
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式中 K ——以换热管的外表面为基准的总传热系 数； dm——换热管的对数平均直径。
o
1 同理，以内表面为基准：K i 1 bd i di hi k dm ho d o 1 以壁面积为基准：K m dm b dm hi d i k ho d o
Wh c p1 T1 T2 Wc c p 2 t 2 t1
Q ──热冷流体放出或吸收的热量，J/s；
Ic1,Ic2 ──冷流体的进出口焓，J/kg；
Ih1,Ih2──热流体的进出口焓， J/kg 。
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相变时
Q Wh r Wc c pc t 2 t1
(c)三壳程
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(d)四壳程
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6.2.4 壁温的计算
T TW Tw tW t w t 稳态传热 Q KSt m 1 b 1 hi Si kSm ho So
bQ tW TW k Sm
Q Wh r c ph Ts T2 Wc c pc t 2 t1
式中 r ──热流体的汽化潜热，kJ/kg；
TS ──热流体的饱和温度，℃。
传热计算的出发点和核心：
Q KStm Wh c ph (T1 T2 ) WC c pC (t2 t1 )
t1 T 1t 2
t 2 T2 t1
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T 吸收热量：dQ=WcCpcdt 1 放出热量： dQ=-WhCphdT
dt 1 常量 dQ Wc C pc dT 1 常量 dQ WhC ph
t1 t
t2
d S
d T T
dt t
T
2
t1 t2
式中
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K——总传热系数，W/(m2· K)。
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1 Ko do bd o 1 h i d i kd m h o
1 同理：K i 1 bd i di h i kd m h o d o Km 1 dm b dm h idi k h od o
一、总传热系数K的计算式
Wh ， T1
Wc，t1 dS
T2
t2
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T Tw 热 流 体 对流 导热 tw
冷 流 体
Q1 •热流体 固体壁面一侧 对流
Q
Q2 •固体壁面一侧 另一侧 热传导
Q3 •固体壁面另一侧 冷流体 对流
t 对流
dQ KdS(T t )
TW接近于T，即接近于h大热阻小侧流体的温度。 3．两侧有污垢
T TW Tw tW tw t Q KSt m 1 1 b 1 1 ( Rsi ) ( Rso ) hi Si k Sm ho So
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• 例 列管换热器由φ25×2.5mm钢管组成， 空气在管内由20℃被加热到55℃，对流传 热系数为100W/m2· ℃，水在管外从100℃ 冷却到70℃，对流传热系数为 2000W/m2· ℃，两流体逆流换热，并达到 了湍流，计算当空气流量增加50%时水和 空气的出口温度(设物性维持不变)。
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解：流量增加前 流量增加后
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Q Wh C ph (T1 - T2 ) Wc C pc (t 2 - t1 ) K oSo t m Q' Wh C ph (T1 - T2' ) 1.5Wc C pc (t '2 - t1 ) K 'oSo t 'm
如t1固定，采用逆流t2可更高，可节约冷流体 Wc 。 C.对并流，冷热流体的出口温度都受到对应 流体的出口温度限制，因此并流适合于热 敏性物料的加热或冷却。 6)若换热过程一侧流体恒温时，Δtm，逆=Δtm， 并；
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2、错流、折流时的 t m
t m t m
Q Wc c pc (t2 t1 )固定
由Q Wh c ph (T1 T2 )
如T1固定，采用逆流T2可更低，可节约热流体Wh
②当目的是为了冷却，则
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Q Wh c ph (T1 T2 )固定
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由Q Wc c pc (t2 t1 )
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K o t m T1 - T2 t 2 - t1 ' ' ' ' T1 - T2 1.5(t 2 - t1 ) K o t m (T1 - T2 ) 1.5(t - t1 ) T1 - T t 2 - t1
' 2 ' 2
(100 70) 1.5 (t - t1 ) ' 1.286 (t 2 - t1 ) 55 - 20
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内蒙古工业大学化工原理
管程热流体对流：dQ h i (T Tw )dSi k (Tw t w ) 管壁热传导： dQ dSm b 壳程冷流体对流：dQ ho (t w t )dSo