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1、化工原理复习,掌握颗粒和颗粒群特性、影响重力沉降速度因素 掌握降尘室、沉降槽处理能力的数学描述以及旋风分离器的主要性能； 掌握过滤操作的基本概念、过滤基本方程式及恒压恒速过滤方程式；了解过滤常数的测定方法； 了解过滤设备的结构、特点及生产能力的计算； 了解固体流态化技术在化工生产中的应用。 了解流化现象、流化形式及流化床的特征、操作范围和影响流化质量的因素。,第三章 非均相混合物的分离和固体流态化,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,3,重点一：颗粒及颗粒群的特性,用直径d表示,颗粒的重要特征：大小和形状,1）球形颗粒,体积,表面积,比表面积,球形颗粒,2）非球形颗粒,非球形颗粒,当量
2、直径表示,形状系数(球形度): 表征颗粒的形状与球形的差异程度。,一、球形颗粒的自由沉降,设颗粒的密度为s，直径为d，流体的密度为，,重力,浮力,阻力,(a),颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此阻力Fd=0，amax 颗粒开始沉降后，u Fd ；u ut 时，a=0 。等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度ut 称为沉降速度。当a=0时，u=ut，代入（a）式,沉降速度表达式,重力,浮力,阻力,0,1) 滞流区或斯托克斯(stokes)定律区（10 4Ret1）,斯托克斯公式,艾伦公式,3) 湍流区或牛顿定律区（Nuton）（103Ret 2105）,牛顿公式,2) 过渡区或艾伦定律区（Alle
3、n）（1Ret103）,1、颗粒的体积浓度 在前面介绍的各种沉降速度关系式中，当颗粒的体积浓度小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内，但当颗粒浓度较高时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降，自由沉降的公式不再适用。,影响沉降速度的因素,2、器壁效应当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时，（例如在100倍以上）容器效应可忽略，否则需加以考虑。,球形度,对于球形颗粒，s=1，颗粒形状与球形的差异愈大，球形度s值愈低。对于非球形颗粒，雷诺准数Ret中的直径要用当量直径de代替 。,颗粒的球形度愈小，对应于同一Ret值的阻力系数愈大但s值对的影响在滞流区并不显著，随着Ret的增大，这种影响变大。,3、颗
4、粒形状的影响,掌握降尘室沉降槽处理能力的数学描述旋风分离器的主要性能；,重点二：,1、 降尘室,降尘室的生产能力,降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积bl和颗粒的沉降速度ut有关，而与降尘室的高度无关。,（1） 降尘室的设计或操作原则,气体在降尘室内的停留时间至少大于等于颗粒从降尘室的最高点降落至室底的时间t,（2） 降尘室的生产能力,适合于分离直径在50 m以上的粗粒，一般作预除尘用,（3） 多层降尘室,ut应根据要求完全分离下来的最小颗粒尺寸来计算,2.旋风分离器,惯性离心力=,向心力=,阻力=,三力达到平衡，则：,1、离心沉降速度ur,T,T,T,T,T,（1）离心沉降速度的通式,（2）
5、离心沉降速度，在斯托克斯区的离心沉降速度,（3）离心分离因数,同一颗粒在同一种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值为 ：,（4）旋风分离器的操作原理,含尘气体在器内做螺旋运动，由于存在密度差，颗粒在惯性离心力的作用下被抛向器壁而与气流分离。,（5）旋风分离器的性能参数,气体处理量分离效率气体通过旋风分离器的压强降。,过滤操作的基本概念过滤基本方程式恒压恒速过滤方程式,重点三：,1. 过滤的基本概念,以多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，固体颗粒被截留在多孔介质上，从而实现固液分离的操作。,2. 过滤基本方程式,1) 不可压缩滤饼,2)可压缩滤饼,3. 恒压过滤基
6、本方程式,若介质阻力略去不计，,3. 恒速过滤基本方程式,对于不可压缩滤饼,第五章 蒸 发,1了解蒸发操作的过程、特点、设备结构； 2掌握单效蒸发的基本理论、基本计算和蒸发器的生产能力； 3了解多效蒸发的操作流程、计算方法、效数的限制及最佳效数； 4. 掌握多效蒸发和单效蒸发的比较5了解蒸发器的工艺设计过程及辅助装置。,使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所用的设备称为蒸发器。,蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸气也是水蒸气。为了易于区别，前者称为加热蒸气或生蒸气，后者称为二次蒸气。
7、,1. 蒸发的定义,2.加热蒸气和二次蒸气,21,工业生产中蒸发器有多种结构形式，但均由主要加热室（器）、流动（或循环）管道以及分离室（器）组成。根据溶液在加热室内的流动情况，蒸发器可分为循环型和单程型两类,一、循环型蒸发器,1、 中央循环管式蒸发器,2、外加热式蒸发器,3、强制循环发生器,二、单程型蒸发器,1、升膜式蒸发器,2、降膜式蒸发器,3、刮板式蒸发器,3.蒸发设备,溶液的沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两者之差，称为溶液的沸点升高。,稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液较大。对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大
8、。,4.溶液的沸点升高和温度差损失,传热温度差损失：在一定操作压强条件下溶液的沸点升高。,（1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失；,（3）因管路流体阻力而引起的温度差损失 。,（2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失；,总温度差损失为：,（5-3）,蒸发过程中引起温度差损失的原因有：,3. 溶液的温度差损失,（1）溶液浓度的影响,（2）液柱静压头的影响,（3）管道阻力的影响,由于计算复杂，一般取1（多效）,5.单效蒸发计算,单效蒸发设计计算内容有：确定水的蒸发量；加热蒸汽消耗量；蒸发器所需传热面积。,（1）蒸发量的计算,（2）加热蒸汽消耗量的计算,溶液浓缩热不可忽略时,若加热蒸汽的冷凝
9、液在饱和温度下排除，则上式可写成：,浓缩热可以忽略时,若原料由预热器加热至沸点后进料（沸点进料），即t0=t1，并不计热损失，则:,（3）传热面积的计算,（4）多效蒸发,6.单效蒸发与多效蒸发的比较,并流法,逆流法,平流法,混流法,加热蒸汽的经济性,单效蒸发的单位蒸汽消耗量为1，多效蒸发的效数越多，加热蒸汽的消耗量越少，相应的操作费用越低,溶液的温度差损失,多效蒸发的温度差损失大于单效蒸发的温度差损失，且效数越多，温度差损失越大。,蒸发强度,多效蒸发的蒸发强度小于单效蒸发的蒸发强度，且效数越多，蒸发强度越小，即操作费用越大。,下册第四章 萃取,1. 掌握萃取单元操作分离液体混合物的依据、萃取操
10、作的基本过程； 2. 掌握三元体系的液-液相平衡平衡关系； 3. 掌握单级萃取的计算，萃取剂的选择及用量的确定；4. 了解多级错流和多级逆流萃取过程的计算 5.了解萃取设备的结构、液液接触方式和操作特征。6. 了解化学萃取、超临界萃取,1. 萃取单元操作分离液体混合物的原理和基本过程,液液萃取又称溶剂萃取，是向液体混合物中加入适当溶剂（萃取剂），利用原混合物各组分在溶剂中溶解度的差异，使溶质组分A从原料液转移到溶剂S的过程。,（1）萃取操作的原理,（2）萃取操作的基本过程,混合,沉降分离,脱溶剂,2. 三元体系的液-液相平衡关系,（1）组成在三角相图上的表示方法,三个顶点：,二元混合物的组成，
11、第三组分的组成为零。,图内任一点：,一个三元混合物系,平行线法,垂线法,纯组分,三条边上的点：,31,L,C,D,F,G,J,G,F,D,C,溶解度曲线,A+S+B,A+B+S,L,C,E,R,当组分B与S完全不互溶时，点L与J分别与三角形的顶点B与S重合,（2）溶解度曲线及联结线,32,P,临界混熔点,辅助曲线,联结线,(3)杠杆规则,M,33,34,（4）分配系数、分配曲线和选择性系数,分配系数,k值愈大，萃取分离的效果愈好，其值随温度和组成而变,B与S完全不互溶,分配曲线,35,P,P,yAP,yAE,萃余相,萃取相,分配曲线,N,y=x,萃取剂的选择性系数 ,=1 ，,A、B两组分用萃
12、取分离不适宜；,1，萃取时组分A可以在萃取相中浓集， 越大，组分A与B萃取分离的效果越好。,kA愈大，kB愈小，选择性系数愈大 选择性系数表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小,R,R,E,E,F,M,作溶解度曲线及辅助线确定F、S点由杠杆定律确定M 由M及辅助线试差法确定R、E由R、E及SE、SR定R、E 由确定x,图解法（ 已知 xF、F、S 求 x ）,（1）部分互溶物系,3.单级萃取的计算，萃取剂的选择及用量的确定,R,R,E,E,F,M,作溶解度曲线及辅助线确定F点确定R点连接RS交溶解度曲线于点R 由R及辅助线确定E连接RE,FS，两线相交于点M由杠杆定律确定S、E、R的量由确定
13、E相组成连接SF并延长至E得脱溶剂后的量,图解法（ 已知 xF、F、 x 求 S及E相和R相的量、E相组成 ）,原料量F及组成一定，增大S，M向S点靠近。,G点：最大溶剂用量，Smax,D点：最小溶剂用量，Smin,萃取操作S应满足下列条件：,F,S0,R,D,M,E,G,萃取剂极限用量 ：,物料衡算：,操作线方程,Y,X,XF,0,Y0,操作线方程在Y-X坐标图上为过点（XF,Y0），斜率为-B/S的直线, 单级萃取操作的操作线方程,（2）完全不互溶物系,Y1,0,分配曲线,Y0,X,XF,-B/S,图解法（已知XF、F、Y0，分离要求X，求S ）,作分配曲线由X确定点b，由(X，Y0)确定
14、点a连接ab，该线斜率为-B/S 由斜率-B/S确定S,a,b,Y1,0,分配曲线,Y0,X,XF,-B/S,a,b,图解法（已知XF、F、Y0，萃取剂用量S，求X),作分配曲线由(XF，Y0)确定点a由点a及斜率-B/S作操作线ab交分配曲线于点b 由点b坐标确定X,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,43,1了解干燥操作的分类、基本原理及特点； 2掌握湿空气的性质、湿度图及其应用； 3掌握干燥过程的物料衡算和热量衡算； 4了解常用干燥器的性能及应用范围。,本章重点,第五章-干燥,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,44,5-1 湿空气的热力学性质和湿度图,5-1 -1 湿空
15、气的热力学性质,湿空气：干空气和水蒸汽的混合物，这种混合物称湿空气。,由于绝干空气的质量在干燥前后没有变化，故湿空气各种有关性质都是以1kg绝干空气为基准。,1、湿空气中水气分压 p,P = pg + p,式中：P 总压，Pa或kPa pg 绝干空气的分压，Pa或kPa P 湿空气中水气分压,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,45,2、湿度H,若湿空气中的水蒸汽分压等于该温度下水的饱和蒸汽压，即表示空气呈饱和状态，则湿空气的相应湿度称为湿空气的饱和湿度，即：,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,46,3、相对湿度百分数 ,在一定的总压下，湿空气中水蒸汽分压 p与同温度下水的饱
16、和蒸汽压 pS之比的百分数，称为相对湿度百分数，简称相对湿度。,P=0，=0，表示空气中不含水分,P=Ps，=1，表示湿空气为水汽饱和,H是湿空气中含水的绝对值，由湿度值不能分辨湿空气 的吸湿能力,表示湿空气含水的相对值， 越小吸湿能力越大。,偏离饱和空气或绝干空气的程度,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,47,s 随温度的升高而增加，H 不变，提高 t，气体的吸湿能力增加，故空气用作干燥介质应先预热。H 不变而降低 t，空气趋近饱和状态。当空气达到饱和状态而继续冷却时，空气中的水份将呈液态析出。,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,48,4、比容（湿容积）vH,在常压下，v
17、H的计算公式为：,H ，t ，湿容积增大。,比容：一定的湿度和压强下，1kg 绝干空气和相应水汽体积之和。,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,49,5、比热容cH,常压下，将1kg绝干空气和其所带的Hkg水蒸汽的温度升高1所需的总热量，称为湿热，又称湿空气的比热。即:,6、焓H,1kg绝干空气和其所带的Hkg水蒸汽所具有的焓，称湿空气的焓H ，即：,7.干燥过程中的物料温度,(1)干球温度 t ： 湿空气的真实温度，简称温度( 或 K)。将温度计直接插在湿空气中即可测量。,(2) 空气的湿球温度 tw,大量、快速流动的空气与少量水接触，达到稳定时（动态平衡），湿球温度计所指示的温度就
18、称为湿球温度,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,51,H，t的流动不饱和空气,t棉,t1,t t1,0,t2,tw,H,H1,tw,湿球温度,Q由自身温度下降放出显热来供给,t棉,H1,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,52,对于某一定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，湿球温度值越低。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。,湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的真实温度，由于湿球温度由湿空气的温度、湿度所决定，故称其为湿空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。,强调：,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,53, 湿球温度 tw
19、定义式,是初始温度t和湿度H的函数，在一定的总压下，只要测出空气的干湿球温度，就可以用公式5-12算出空气的湿度。,对空气水系统，,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,54,8、绝热饱和冷却温度,水,t，H，I1,空气,补充水，tas,tas,水分向空中汽化，汽化所需的热由空气温度下降放出显热而供给。,足够长时间后，空气为水所饱和，温度降到与循环水温相同。,Tas, Has, I2,水分向空气中汽化,空气降温增湿,饱和,绝热,焓不变,是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。,对于湍流状态下的空气水系统，,注意：绝热饱和温度于湿球温度的区别和联系！,2022/12/11,北京
20、理工大学珠海学院,56,9、露点td,将不饱和的湿空气等湿冷却至饱和状态，此时的温度称为该湿空气初始状态的露点。相应的湿度为饱和湿度Hs,td，其数值等于此湿空气的温度H。,对于不饱和湿空气 t tW td饱和湿空气 t = tW = td,例题52 p253,1、H-I图,P坐标轴五条线 -等湿线等焓线等干球温度线等相对湿度线水蒸汽分压线,512 湿空气的HI图,等湿线,等焓线,等温线,饱和空气线,-H线,2、湿度图的应用(1,2,3),1）由测出的参数确定湿空气的状态 a）水与空气系统，已知空气的干球温度 t 和湿球温度tw，确定该空气的状态点A(t, H)。b）水与空气系统中，已知 t
21、和 td，求原始状态点A(t, H)。c）水与空气系统中，已知 t 和 ，求原始状态点A的位置2）已知湿空气某两个可确定状态的独立变量，求该湿空气的其他参数和性质,2、湿度图的应用(1,2),A,A,A,1 间壁式加热和冷却,若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。,三、湿空气的基本状态变化过程,2 间壁式冷却减湿,利用上述方法，如果将凝结出来的水分设法除去，再将所得的饱和空气加热，则不会恢复原来的状态，而空气的湿度小于原空气的湿度，即达到减湿的目的。,上述间壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，继续冷却时，水蒸气就在冷
22、却壁面上凝结出来，而且温度不断降低，但空气始终在饱和状态。,例：已知湿空气的干球温度t=30，相对湿度=0.6，求湿空气的湿度H，露点td、tas。,A,H=0.016kg/kg干气,D,C,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,65,B,A,H=0.014673,=100%,t=20 ,t=50 ,=19%,I=58,I=88,例2 若常压下，某湿空气的温度为20 ，湿度为0.014673 kg/kg（绝干空气），试求20 及50 ：（1）湿空气的相对湿度。 （2）湿空气的焓。,2022/12/11,北京理工大学珠海学院,66,A,C,H=0.02403,=100%,t=27,t=50
23、 ,B,p= f (H),t=28 ,p= 3800,0,D,例3 若常压下，某湿空气的温度为30 ，湿度为0.02403 kg/kg（绝干空气），试求20 及50 ：（1）分压P。 （2）露点td。（3）绝热饱和温度tas,P,一、湿基含水量w,二、干基含水量X,湿基含水量w为水分在湿物料中的质量百分数，即：,湿物料中的水分与绝干物料的质量比表示湿物料中水分的浓度，称为干基含水量，kg/kg（水/绝干物料)。,68,5-2 -2 干燥系统的物料衡算,物料衡算可以计算：,（1）单位时间内从物料中除去水分的质量；W,（2）单位时间内空气的消耗量；L,（3）单位时间内获得干燥产品的质量；,69,一
24、、水分蒸发量,单位时间内从物料中蒸发出水分的质量，称蒸发量，以W表示，kg/s,G绝干物料量；kg/s L绝干空气的流量；kg/s X1，X2干燥前后湿物料的干基含水量；kg/kg; H1，H2干燥前后湿空气的湿度， kg/kg;G1，G2干燥前后湿物料质量流量，kg/s,70,对水进行物料衡算：,单位时间内绝干物料的流量，Kg/s,单位时间内水分的蒸发量，Kg/s,71,单位空气消耗量 ：,二、空气消耗量 L,L每蒸发1kg水分消耗的绝干空气质量，称为单位空气消耗量，kg/kg,72,二、干燥产品的质量G2,w1、w2物料在干燥前后的湿基含水量。,注意： G2和G不同，G2是含有较少水分的湿
25、物料。,73,5-2 -3 干燥系统的焓衡算,H0、H1、H2分别为空气进出预热器和离开干燥器时的湿度，kg/kg绝干气 ；I0、I1、I2分别为空气进出预热器和离开干燥器时的焓，kJ/kg绝干气 ；t0、t1、t2分别为空气进出预热器和离开干燥器时的温度，；1、2分别为湿物料进、出干燥器的温度，；I1、I2 分别为湿物料进、出干燥器的焓，kJ/kg绝干气 ；Qp单位时间内预热器消耗的热量，kW；QD单位时间内向干燥器补充的热量，kW；QL干燥器的热损失速率，kW；,74,预热器 的消耗的热量Qp,干燥器 的补充的热量QD,干燥系统消耗的总热量：,空气t0, H0, I0,75,一、焓衡算的基本方程：,预热器 的消耗的热量Qp,干燥器 的补充的热量QD,干燥系统消耗的总热量：,76,简化计算：,向干燥系统输入的热量用于：,加热空气蒸发水分加热物料热损失,cm可由绝干物料比热容cs及纯水的比热容cw求得：,77,二、干燥系统的热效率,干燥系统的热效率定义为,蒸发水分所需的热量为,忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则：,例题55 p261,78,5-2 -4 空气进、出干燥器的状态变化,一、等焓干燥过程（绝热干燥过程）,对干燥器作热量衡算，,物料的总水分、平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分之间的关系见图示。,pass,
