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,2019/4/19,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
2、,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(Allen)(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
3、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)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
4、压缩滤饼,3. 恒压过滤基本方程式,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。,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
5、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。,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
6、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
7、图上的表示方法,三个顶点:,二元混合物的组成,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,33,(3)杠杆规则,M,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、
8、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
9、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,2019/4/19,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,2019/4/19,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,2019/4/19,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:,2019/4/19,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,2019/4/19,北京理工大学珠海学院,4
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