化學(xué)工程基礎(chǔ)-復(fù)習(xí)

1、2024/3/9,1,《化學(xué)工程基礎(chǔ)》復(fù)習(xí),2024/3/9,2,第二章 流體流動(dòng)與輸送,內(nèi)容提要：本章主要討論化工生產(chǎn)過(guò)程中的流體流動(dòng)的基本原理及流體流動(dòng)的基本規(guī)律，并運(yùn)用這些原理與規(guī)律去分析和解決化工生產(chǎn)中的物料輸送問(wèn)題?；疽螅?.了解化工生產(chǎn)過(guò)程中流體流動(dòng)的基本規(guī)律；2.掌握柏努利方程及其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用；3.掌握流體在管內(nèi)流動(dòng)阻力的計(jì)算；4.了解流體輸送機(jī)械的工作原理和相關(guān)計(jì)算。,2024/3/9,3,流體靜

2、力學(xué)方程 受力分析：1）向上作用于薄層底面的總壓力 p A2）向下作用于薄層頂面的總壓力（p+dp）A3）薄層向下作用的重力ρgdz A平衡時(shí)：所有力相等 p A= （p+dp）A + ρgdz A積分得：p2=p1+ρg（z1-z2） ——流體靜力學(xué)基本方程,2024/3/9,4,=此數(shù)群被稱(chēng)之為雷諾準(zhǔn)數(shù)。 雷諾準(zhǔn)數(shù)值的大小，可以用來(lái)判斷流動(dòng)類(lèi)型。

3、 Re4000 ，湍流， Re=2000-4000，過(guò)渡流。,,,2024/3/9,5,流動(dòng)邊界層,,2024/3/9,6,在δ距離內(nèi)流體層呈現(xiàn)速度梯度，這個(gè)速度梯度區(qū)稱(chēng)為流動(dòng)邊界層。層流內(nèi)層或滯流內(nèi)層穩(wěn)定段的長(zhǎng)度 L0：流體流動(dòng)從管道入口開(kāi)始形成邊界層起直到發(fā)展到邊界層在管道中心匯合為止的長(zhǎng)度。 層流穩(wěn)定段長(zhǎng)度： L0/d=0.0

4、575Re 湍流一般為圓管直徑的50~100倍。,2024/3/9,7,——實(shí)際流體的柏努利方程式注意: 壓頭 H’e=W/(qmg)，(m)； 壓頭損失 ∑Hf=E失/(qmg)，(m),——理想柏努利方程式,2024/3/9,8,柏努利方程的應(yīng)用，要注意以下幾點(diǎn)：,1.選取截面，實(shí)際是確定衡算范圍。截面可以有許多，選取已知條件最多的截面，是選取截面的原則。從數(shù)學(xué)角度講，選取截面就是選邊界

5、條件。 2.確定基準(zhǔn)面。主要是計(jì)算截面處的相對(duì)位能。一般是選位能較底的那個(gè)截面為基準(zhǔn)面。此時(shí)這個(gè)截面的位能為零。 3.壓強(qiáng)的單位要統(tǒng)一。要么都用表壓，要么都用絕壓等。如有通大氣的截面，以表壓為單位時(shí)，該處截面表壓為零。,2024/3/9,9,4．大口截面的流速為零。5．上游截面與下游截面的確定。柏努利方程更確切的表達(dá)式為： 上游截面的三項(xiàng)能量+從輸送機(jī)械獲得的能量 =下游截面的三項(xiàng)能量+管道中的摩擦損失能

6、量 6． 水平管截面確定基準(zhǔn)面時(shí)，一般是取通過(guò)管中心的水平面為基準(zhǔn)面。,2024/3/9,10,管內(nèi)流動(dòng)阻力,在管路流動(dòng)阻力分直管阻力和局部阻力。流體流動(dòng)的總阻力損失=沿直管流動(dòng)產(chǎn)生的摩擦阻力損失 +遇到變徑、變向的障礙產(chǎn)生的局部阻力損失壓降： △P=ρ ∑hf =ρ（ hf+ h’f),2024/3/9,11,連續(xù)性假定：化學(xué)工程中所研究的液體流動(dòng)規(guī)律，不論是液體分子的微觀運(yùn)動(dòng)，還是流體在生產(chǎn)裝置內(nèi)的整體機(jī)械運(yùn)動(dòng)

7、，它都是由無(wú)數(shù)流體質(zhì)點(diǎn)所組成的連續(xù)介質(zhì)，因此可以取大量流體分子組成的微團(tuán)為流體運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)，并以這樣的質(zhì)點(diǎn)為研究對(duì)象。理想流體：無(wú)黏性、在流動(dòng)中不產(chǎn)生摩擦阻力的流體。相對(duì)密度：物質(zhì)密度與4℃純水密度之比，用符號(hào)d表示，量綱為一。平均密度：各組分密度與其相對(duì)體積分?jǐn)?shù)乘積之和。流體靜力學(xué)方程應(yīng)用：U行管壓差計(jì)、微差壓差計(jì)、液位計(jì)、液封。,2024/3/9,12,流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)管任意橫截面積的流體量為流量。流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體在

8、導(dǎo)管內(nèi)流過(guò)的距離稱(chēng)為流速。流速的選擇：建設(shè)投資費(fèi)用和運(yùn)行操作費(fèi)用綜合考慮經(jīng)濟(jì)流速。穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：在流體流動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)，任一空間位置上的流量、流速、壓力和密度等物理參數(shù)，只隨空間位置的改變而改變，而不隨時(shí)間變化的流動(dòng)。層流：管中流動(dòng)流體的質(zhì)點(diǎn)只沿管軸方向平行流動(dòng)，而不作垂直于管軸的徑向擾動(dòng)。（或稱(chēng)滯留）,2024/3/9,13,湍流：管中流動(dòng)流體的質(zhì)點(diǎn)相互擾混，使流體質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)速率和方向呈現(xiàn)不規(guī)則變化，甚至形成渦流。（或稱(chēng)紊流）黏性：流體

9、流動(dòng)時(shí)，往往產(chǎn)生阻礙流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力的流動(dòng)特性。黏度：一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，與壓強(qiáng)關(guān)系不大，但受溫度影響。液體的黏度隨溫度的升高而減小，氣體的黏度隨溫度的升高而增大。單位1P=100cP=0.1Pa·s=0.1N·s·m-2運(yùn)動(dòng)黏度：流體黏度μ與密度ρ之比，符號(hào)用ν表示，單位m2·s-1邊界層：壁面附近流速變化較大的區(qū)域，u=0~99%u，流動(dòng)阻力主要集中在此區(qū)域。主流區(qū)：流速基本不變化，u≥

10、98%u，流動(dòng)阻力可忽略。,2024/3/9,14,穩(wěn)定段長(zhǎng)度L：流體流動(dòng)從管道入口開(kāi)始形成邊界層起直到發(fā)展到邊界層在管道中心匯合為止的長(zhǎng)度。邊界層分離：當(dāng)流體通過(guò)曲面（圓柱體表面、球面等）流動(dòng)時(shí)，則出現(xiàn)邊界層脫離固體壁面的流動(dòng)現(xiàn)象。還通常發(fā)生在管道截面突然收縮或擴(kuò)大，突然改變流動(dòng)方向，以及流動(dòng)過(guò)程中遇到障礙物等處。形體阻力:由于固體表面的形狀致使流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生漩渦而導(dǎo)致的能量損失。流速分布：一半管中心處的流速最大，越靠近管壁流速

11、越小，緊靠管壁的流速等于零。平均流速為最大流速的一半。,2024/3/9,15,直管阻力：又稱(chēng)沿程阻力，是流體沿直管流動(dòng)時(shí)因摩擦而產(chǎn)生的能量損失。局部阻力：流體通過(guò)管路中的管件、閥門(mén)時(shí)，由于變徑、變向等局部障礙，導(dǎo)致邊界層分離產(chǎn)生漩渦而造成的能量損失。摩擦系數(shù)：1N流體在管道中流經(jīng)一段與管道直徑相等的距離所造成的壓頭損失與其所具有的動(dòng)壓頭之比。相對(duì)粗糙度：ε/d為管壁絕對(duì)粗糙度ε和管徑d之比。量綱為一。粗糙度的大小并未改變層流的速

12、度分布和內(nèi)摩擦規(guī)律。,2024/3/9,16,當(dāng)量直徑：①非圓形管道:流道橫截面積的4倍除以流體浸潤(rùn)周邊的長(zhǎng)度;②套管環(huán)隙：外管內(nèi)徑與內(nèi)管外徑之差。③當(dāng)量直徑越大，阻力損失越小；圓管阻力損失小于方管。流體流量的測(cè)量：孔板流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)。前者阻力損失較大。離心泵工作原理：先將液體注滿(mǎn)泵殼，葉輪逆時(shí)針高速旋轉(zhuǎn)，將液體甩向葉輪邊緣，產(chǎn)生高的動(dòng)壓頭，由于泵殼液體通道設(shè)計(jì)成界面擴(kuò)大的形狀，高速流體逐漸減速，由動(dòng)壓頭變?yōu)殪o壓頭，所以液體流出

13、泵殼時(shí)具有高壓。在液體被甩向葉輪邊緣的同時(shí)，葉輪中心液體減少，出現(xiàn)負(fù)壓，則常壓下液體不斷補(bǔ)充至葉輪中心處，于是，離心泵葉輪源源不斷輸送液體。,2024/3/9,17,氣縛：離心泵啟動(dòng)時(shí)必須先使泵內(nèi)充滿(mǎn)液體，這一操作過(guò)程稱(chēng)為灌泵。如果不進(jìn)行灌泵，泵內(nèi)充滿(mǎn)空氣，則由于空氣密度太小，造成的壓差或泵吸收入口的真空度很小而不能將液體吸入泵內(nèi)的現(xiàn)象。避免氣縛：①吸入管應(yīng)不漏入空氣②在吸入管底口安裝底閥，不能使停電時(shí)泵內(nèi)液體流出③不用于輸送因抽吸而

14、沸騰汽化的低沸點(diǎn)液體或高溫液體。揚(yáng)程：泵對(duì)每牛頓重力的液體提供的能量，也稱(chēng)壓頭。單位m。流量：泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送液體的體積，又稱(chēng)送液能力。即為體積流量，單位m3·s-1.軸功率：電動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)直接傳遞給泵軸的功率，用P表示。軸功率大于有效功率Pe。離心泵的效率一般在50%~70%之間，有些大型泵可以超過(guò)80%。為泵選電動(dòng)機(jī)時(shí)，考慮泵在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)以及機(jī)械傳動(dòng)功率，而計(jì)入適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，配用電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大于軸功率。（軸功

15、率越小，安全系數(shù)越大）,2024/3/9,18,離心泵特性曲線(xiàn)：①流量增加，泵的揚(yáng)程減?、诹髁吭黾樱S功率增大③隨著流量的增加，離心泵效率先增加，達(dá)到峰值后反而下降。高效區(qū)：由于輸送條件的種種限制，往往不能保證泵在最高效率點(diǎn)下工作，于是將最高效率的92%區(qū)域規(guī)定為泵的高效區(qū)。氣蝕：提高泵的安裝位置，葉輪進(jìn)口的壓強(qiáng)（離心泵的入口壓強(qiáng)稍微大于輸送液體在該溫度下的飽和蒸氣壓）可能降至輸送液體的飽和蒸氣壓，引起液體部分汽化，含氣泡的液體進(jìn)入

16、葉輪后，因壓強(qiáng)升高，旗袍立即聚集，氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，周?chē)后w以高速涌向氣泡中心，造成沖擊和振動(dòng)。尤其當(dāng)氣泡的聚集發(fā)生在葉片表面附近時(shí)，眾多液體質(zhì)點(diǎn)猶如細(xì)小的高頻水錘撞擊著葉片，；另外，氣泡中心可能帶有些氧氣等對(duì)金屬材料發(fā)生化學(xué)腐蝕作用。泵在這種狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)將導(dǎo)致葉片過(guò)早損壞的現(xiàn)象稱(chēng)為氣蝕。離心泵在產(chǎn)生氣蝕條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，泵體振動(dòng)并發(fā)出噪聲，流量、揚(yáng)程和效率都將明顯下降，嚴(yán)重時(shí)，吸不上液體。為避免氣蝕現(xiàn)象，泵的安裝高度不應(yīng)太高，以

17、保證葉輪中各處壓強(qiáng)高于液體的飽和蒸氣壓 。,2024/3/9,19,泵的安裝高度：其中稱(chēng)為允許吸上真空高度，用表示，也就是所謂的最大安裝高度。第二項(xiàng)為吸入管路上的流體動(dòng)壓頭，當(dāng)較小時(shí)，較大，故吸入管管徑常大于壓出管管徑，其目的就是為了減小吸入管路中的流體動(dòng)壓頭。第三項(xiàng)為吸入管路的阻力損失，為了減小阻力損失以增加泵的安裝高度，在吸入管路上應(yīng)盡量減少管件和閥門(mén)的個(gè)數(shù)。輸送液體溫度越高，允許吸上真空高度就越低。泵的性能判定：①揚(yáng)程②送液能力

18、（體積流量）。離心泵的類(lèi)型：水泵（B型、D型、Sh'型）、耐腐蝕泵（F型)、油泵（Y型）、泥漿泵（P型）。離心泵的流量調(diào)節(jié)通過(guò)關(guān)閉出口閥門(mén)的方式調(diào)節(jié)。往復(fù)泵：主要由汽缸、活塞、排氣閥和吸氣閥組成，排氣閥和吸氣閥均為單向閥（膨脹體積過(guò)大）。分為單動(dòng)和雙動(dòng)往復(fù)泵以及三聯(lián)泵等。其流量調(diào)節(jié)方式為旁路加閥。往復(fù)泵的壓頭與流量無(wú)關(guān)，它只受泵體和輸液管路承壓能力的限制，適用于輸送壓頭高且流量比較大的液體；對(duì)于輸送高黏性液體，其效果也比離

19、心泵好，但不宜輸送腐蝕性液體和夾有固體顆粒的懸浮液。,2024/3/9,20,第三章 傳 熱,傳熱分類(lèi)：包括穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱。在傳熱進(jìn)行時(shí)，物體各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而變、僅隨位置變化的傳熱過(guò)程稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)傳熱。傳熱過(guò)程中，溫度總是由溫度高的物料傳至溫度低的物料。傳熱的基本方式：按傳熱機(jī)理劃分為熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。熱傳導(dǎo)是依靠物體內(nèi)部自由電子運(yùn)動(dòng)或分子振動(dòng)來(lái)傳遞熱量。熱對(duì)流是指流體各部分質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移而引起的熱量傳遞，只能發(fā)生在流

20、體中。只要物體的溫度高于絕對(duì)零度，物質(zhì)的原子和分子就會(huì)振動(dòng)而向外發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波，當(dāng)波長(zhǎng)為0.4~40um的電磁波被投射到另一物體上，能夠唄該物體吸收變成熱能，故把這一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁波稱(chēng)為熱射線(xiàn)，由于熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱(chēng)為熱輻射。（黑體）傳熱過(guò)程：將熱量由壁面一側(cè)通過(guò)壁面?zhèn)鞯奖诿媪硪粋?cè)的過(guò)程稱(chēng)為傳熱過(guò)程。,2024/3/9,21,間壁式傳熱的三個(gè)步驟： 熱流體對(duì)壁面的對(duì)流傳熱、間壁的熱傳導(dǎo)、壁面對(duì)冷流體的對(duì)流傳熱。也就是

21、“對(duì)流-傳導(dǎo)-對(duì)流”串聯(lián)的復(fù)合傳導(dǎo)方式。面積熱流量q：表示通過(guò)固體單位傳熱表面積熱流量的大小，也稱(chēng)熱流量密度。定義為。熱流量：在數(shù)值上與傳熱量相等。但意義不同。熱流量與傳熱面積和兩流體的平均溫度差成正比。熱流量計(jì)算公式為，傳熱量的計(jì)算公式，K為總傳熱系數(shù)，為兩流體的平均溫度差，q為面積熱流量。前者適用于流體，后者適用于固體表面。等溫面:指某一瞬間溫度場(chǎng)中具有相同溫度值的點(diǎn)組成的面，是平面或曲面。溫度梯度：溫度隨距離的變化率以沿

22、與等面垂直的方向?yàn)樽畲螅@一最大變化率的極限值稱(chēng)為溫度梯度。,2024/3/9,22,傅里葉定律： q為面積熱流量，λ為導(dǎo)熱系數(shù)， 為溫度梯度。負(fù)號(hào)表示熱流方向和溫度梯度方向相反。導(dǎo)熱系數(shù)： 導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位 時(shí)間內(nèi)，溫度梯度為1K·m-1時(shí)，經(jīng)過(guò)單位到熱面積所傳遞的熱量。它是物質(zhì)導(dǎo)熱能力的標(biāo)志，數(shù)值越大，表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力越強(qiáng)。①氣體導(dǎo)熱系數(shù)最小

23、，液體居中，固體（絕緣材料除外）導(dǎo)熱系數(shù)最大 ②在固體材料中金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)最大10-100，建筑材料次之0.1-1，絕緣材料最小0.01-0.1。,2024/3/9,23,固體的導(dǎo)熱系數(shù)不僅與物質(zhì)的種類(lèi)有關(guān)，還與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、密度、溫度、濕度等因素有關(guān)。除水、甘油的導(dǎo)熱系數(shù)歲溫度升高而增加外，其它液體導(dǎo)熱系數(shù)都隨溫度升高而減小。氣體導(dǎo)熱系數(shù)在很大壓力變化范圍之內(nèi)變化很小，可以忽略，但隨溫度升高而增大。靜止的氣體導(dǎo)熱系數(shù)值很

24、小，其導(dǎo)熱性能差，但對(duì)保溫很有利。熱流量Φ： ， 熱流量正比于傳熱推動(dòng)力，反比于熱阻。熱阻與導(dǎo)熱系數(shù)、傳熱面積成反比，與壁厚成正比。傳熱有效膜：假設(shè)由一層厚度為δ的靜止流體膜所具有的熱阻，恰好和擬考查的對(duì)流傳熱過(guò)程的熱阻相當(dāng)，則將該靜止的流體膜稱(chēng)為傳熱有效膜。定義 ，并且α與R互為倒數(shù)關(guān)系。（α實(shí)際不存在）流體：分為液體、氣體、蒸氣三種。其中蒸氣的

25、傳熱膜系數(shù)最大，液體的傳熱膜系數(shù)最小，氣體居中。,2024/3/9,24,當(dāng)流體呈湍流流動(dòng)時(shí)，α值隨著Re的增大和層流內(nèi)層的厚度減薄而增大。強(qiáng)制對(duì)流時(shí)流體的速度高于自然對(duì)流，故前者的傳熱膜系數(shù)較大。間壁兩側(cè)流體間傳熱的總熱阻：等于兩側(cè)流體的對(duì)流傳熱的熱阻與間壁傳熱熱租之和。K值：提高K值通常應(yīng)改善傳熱膜系數(shù)較小一側(cè)流體的傳熱條件。清垢：常用機(jī)械法、化學(xué)法（酸堿處理）、溶劑法（或?qū)ｉT(mén)配置的表面活性劑處理）。流體流向：并流（冷熱流體

26、在間壁兩側(cè)以相同的方向流動(dòng)）、逆流（冷熱流體在間壁兩側(cè)以相反的方向流動(dòng)）、錯(cuò)流（冷熱流體在間壁兩側(cè)彼此呈垂直方向流動(dòng)）、折流（冷熱流體之一在間壁一側(cè)只按一個(gè)方向流動(dòng)，而另一側(cè)的流體先與其做并流流動(dòng)，然后折回與其做逆流流動(dòng)，如此往復(fù)）。,2024/3/9,25,在相同K值的條件下，未完成同樣的熱負(fù)荷（Φ相同），采用逆流操作，可以節(jié)省傳熱面積；或在傳熱面積相同時(shí)采用逆流操作可以提高熱流量。此外逆流操作還可以減少加熱劑或冷卻劑的使用量。并流操

27、作只適用于在加熱熱敏材料時(shí)防止溫度差過(guò)大的場(chǎng)合。多層列管式換熱器;由于流道變窄，流速增加，傳熱膜系數(shù)增大，對(duì)傳熱有利，但是流速增加使流體流動(dòng)的沿程阻力增大，工業(yè)多用2~4程。強(qiáng)化傳熱目的:減少初設(shè)計(jì)的傳熱面積，以減少傳熱器的體積和質(zhì)量；提高換熱器得換熱能力；使換熱器在較低溫下工作；減少換熱阻力，以減少換熱器的動(dòng)力消耗。強(qiáng)化傳熱途徑;增大傳熱面積；增大平均溫度差；增大總傳熱系數(shù)（減小熱阻——加大流速、清除垢層）。,2024/3/9,

28、26,,令,由于溫差沿著傳熱壁面變化,,（4）稱(chēng)為熱交換基本方程,式中: k——傳熱系數(shù)，單位與α相同 即（w/m2k）,（4）,2024/3/9,27,若傳熱面為平壁，則,這時(shí),,（5）,若傳熱面積有垢層時(shí)，,2024/3/9,28,傳熱平均溫度差,2024/3/9,29,3、逆流、并流時(shí)對(duì)數(shù)平均溫度差,工業(yè)上最常用的是逆流和并流。平均溫度差要用冷熱流體進(jìn)出口溫度差的對(duì)數(shù)平均值計(jì)算,,2024/3/9,30,,在計(jì)算中，取數(shù)值大的

29、為Δt1，小的為Δt2，以保證分子和分母都是正數(shù)。,若,可用算術(shù)平均值代替 對(duì)數(shù)平均值，即,,2024/3/9,31,本章小結(jié),傳熱方式傳熱計(jì)算傳熱設(shè)備,,,2024/3/9,32,第四章 傳質(zhì)分離基礎(chǔ),在含有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分的混合體系中，若有濃度梯度存在，某以組分（或某些組分）將由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)移動(dòng)，該移動(dòng)過(guò)程稱(chēng)為傳質(zhì)過(guò)程 。傳質(zhì)過(guò)程可以在單相中進(jìn)行，也可以是在兩相中進(jìn)行。 兩相間傳質(zhì)是分離過(guò)程的基礎(chǔ),2024/3/9

30、,33,傳質(zhì)分離操作的種類(lèi),分離過(guò)程可分為機(jī)械分離和傳質(zhì)分離。 機(jī)械分離的對(duì)象是非均相的混合物料，利用該混合物中組分間的密度、尺寸等物性差異將其分離。（過(guò)濾、沉降、離心分離等） 傳質(zhì)分離過(guò)程是針對(duì)各種均相混合物料的分離，如酒精與水德混合物的分離。,混合物分離操作,,非均相混合物的分離,,沉降,過(guò)濾,均相混合物的分離,,氣體吸收,液體精餾,液液萃取,2024/3/9,34,分離過(guò)程：機(jī)械分離與傳質(zhì)分離。機(jī)械分離

31、的對(duì)象是非均相的混合物料，利用該混合物中組分間的密度、尺寸等物性差異將其分離，包括過(guò)濾、沉淀、離心分離等。傳質(zhì)分離過(guò)程是針對(duì)各種均相混合物料的分離，包括氣體吸收、液體精餾、液液萃取。常見(jiàn)的傳質(zhì)分離操作：蒸餾、吸收與解吸、液液萃取、吸附、干燥、膜分離、熱擴(kuò)散。傳質(zhì)機(jī)理：分子擴(kuò)散和對(duì)流擴(kuò)散。分子擴(kuò)散是由物質(zhì)分子的微觀隨機(jī)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的擴(kuò)散，分為等物質(zhì)的量反向穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散和單方向擴(kuò)散（屬于穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，也稱(chēng)通過(guò)停滯介質(zhì)的擴(kuò)散）。依靠流體內(nèi)部漩渦的強(qiáng)

32、烈混合而引起的物質(zhì)傳遞過(guò)程稱(chēng)為渦流擴(kuò)散，湍流流體與兩相界面之間物質(zhì)的傳遞既有分子擴(kuò)散也有渦流擴(kuò)散，合稱(chēng)對(duì)流擴(kuò)散。,2024/3/9,35,Fick定律： ， 為組分A的分子擴(kuò)散通量，即單位時(shí)間內(nèi)，組分A通過(guò)與擴(kuò)散方向相垂直的單位面積上的物質(zhì)的量，為擴(kuò)散系數(shù)，是物質(zhì)分子擴(kuò)散的屬性。等物質(zhì)的量反向穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：擴(kuò)散發(fā)生在氣相混合物內(nèi)或兩組分性質(zhì)相似的液相中時(shí)，A相和B相的傳質(zhì)系數(shù)相等。

33、對(duì)于體系中僅發(fā)生單純的分子擴(kuò)散而沒(méi)有物料的主體流動(dòng)存在下，組分的傳質(zhì)通量和其分子擴(kuò)散通量相等。,2024/3/9,36,雙膜理論：①呈湍流流動(dòng)的兩流體接觸面的兩側(cè)，分別存在著流體的有效膜層，溶質(zhì)以穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散形式通過(guò)這兩個(gè)膜層，膜層的厚度歲流體的流動(dòng)狀態(tài)而變化②兩流體間的傳質(zhì)阻力都集中在兩個(gè)膜層內(nèi)，膜層以外的兩相流體主體，不存在濃度梯度③在兩相接觸的界面上，兩相都達(dá)到平衡狀態(tài)。氣液相際傳質(zhì)步驟：組分A從氣相主體以湍流擴(kuò)散方式達(dá)到氣膜

34、邊界，分壓為p；再以分子擴(kuò)散方式穿過(guò)氣膜層達(dá)到兩相的界面，分壓為pAi；在界面上組分A不受任何阻力溶解與液相中，濃度為cAi,,并與氣相pAi呈平衡；接著組分A又以分子擴(kuò)散方式穿過(guò)液膜層達(dá)到液膜邊界，濃度為cA；最后組分A以湍流擴(kuò)散方式轉(zhuǎn)移到液相主體。,2024/3/9,37,37,DE ——渦流擴(kuò)散系數(shù)。非物性常數(shù)，與湍動(dòng)程度有關(guān)，且與流體質(zhì)點(diǎn)所處位置有關(guān)，很難測(cè)定。,湍流流體中進(jìn)行渦流擴(kuò)散的同時(shí)，也存在著分子擴(kuò)散。,湍流：DE占主要

35、地位。,2、對(duì)流擴(kuò)散,層流：D占主要地位；,D——擴(kuò)散系數(shù)。在溫度壓力不變時(shí)為常數(shù),依靠流體內(nèi)部漩渦的強(qiáng)烈混合而引起的物質(zhì)傳遞稱(chēng)為渦流擴(kuò)散。,2024/3/9,38,第五章 吸收,主 要 內(nèi) 容,,吸收操作的概述；氣液相平衡及吸收推動(dòng)力；吸收速率方程；低濃度氣體吸收過(guò)程的計(jì)算；其他類(lèi)型吸收過(guò)程簡(jiǎn)介。,2024/3/9,39,什么是吸收？,吸收是工業(yè)生產(chǎn)中用來(lái)分離混合氣體的一種重要單元操作。,◆原理：吸收是利用

36、混合氣中各組分在溶劑中的溶解度的差異分離氣體混合物。,2024/3/9,40,實(shí)例：,煤氣生產(chǎn)中的苯回收流程,在煉焦和制取城市煤氣生產(chǎn)中，焦?fàn)t煤氣內(nèi)含有少量的苯 、甲苯類(lèi)低碳?xì)浠衔锏恼羝s35g/m3），應(yīng)予以分離。,吸收,,解吸,流程見(jiàn)例圖,,吸收操作流程,由流程可知三點(diǎn),2024/3/9,41,吸收 ：利用氣體混合物中各組分在同一溶劑中溶解性的差異，在混合氣體中加入某種溶劑，使氣體中的某一或某些組分向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)氣體混合物

37、分離的操作。吸收操作流程：富油貯槽-吸收塔-冷卻器-換熱器（泵1-回收溶劑）-泵2-解吸塔（-洗油貯槽）-冷凝冷卻器-液體分層器-分離。吸收分類(lèi)：物理吸收和化學(xué)吸收、等溫吸收和非等溫吸收、單組分吸收和多組分吸收。相律：F=C-Φ+2，C為獨(dú)立組分?jǐn)?shù)，Φ為相數(shù)，F(xiàn)表示影響因數(shù)，即自由度。,2024/3/9,42,物質(zhì)的量的比： （氣相），

38、

39、 （液相），物質(zhì)的量的比與摩爾分?jǐn)?shù)間的關(guān)系為 溶解度曲線(xiàn)：溶解度曲線(xiàn)上任意一點(diǎn)表示平衡狀態(tài)時(shí)的氣液組成，說(shuō)明要使氣體在溶液里達(dá)到某一濃度，液面上方

40、必須維持該氣體一定的平衡分壓。同一物系，在相同溫度下，氣體的溶解度隨著該組分在氣相中的分壓增大而增大，在相同的平衡分壓下，氣體的溶解度隨溫度的升高而減小。,2024/3/9,43,溶解度曲線(xiàn)：溶解度曲線(xiàn)上任意一點(diǎn)表示平衡狀態(tài)時(shí)的氣液組成，說(shuō)明要使氣體在溶液里達(dá)到某一濃度，液面上方必須維持該氣體一定的平衡分壓。同一物系，在相同溫度下，氣體的溶解度隨著該組分在氣相中的分壓增大而增大，在相同的平衡分壓下，氣體的溶解度隨溫度的升高而減小。氣體

41、分類(lèi)：易溶氣體（氨氣）、中等可溶氣體（二氧化硫）、微溶的氣體（氧氣）。微溶氣體與液體接觸時(shí)需要液面上方分壓較大，易溶氣體與液體接觸時(shí)需要液面上方分壓較小。并且易知加壓與降溫有利于吸收，升溫和減壓有利于解吸。,2024/3/9,44,亨利定律:在總壓不大（小于5MPa）時(shí)，在一定溫度下，稀溶液上方溶質(zhì)的平衡分壓與其在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)成正比 (E為亨利系數(shù)，單位Pa）；氣相組成用平衡分壓，液相組成用物質(zhì)的量濃度表示，亨

42、利定律為 ,（H為溶解度系數(shù)，單位 ），二者關(guān)系為 ;溶質(zhì)在氣相和液相中的組成均用摩爾分?jǐn)?shù)表示，亨利定律為 (m為相平衡常數(shù)，量綱為一），二者關(guān)系為 (降低溫度和增大總壓都可使m值減小，氣體的溶解度增大)。相平衡與吸收過(guò)程的關(guān)系：利用相平衡判斷傳質(zhì)過(guò)程的方向（ 或者 ,即發(fā)生