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1、化工原理复习化工原理复习掌握掌握颗粒和颗粒群特性、影响重力沉降速度因素颗粒和颗粒群特性、影响重力沉降速度因素掌握掌握降尘室、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；主要性能；掌握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；方程式；了解过滤常数的测定方法；了解了解过滤设备的结构、特点及生产能力的计算；过滤设备的结构、特点及生产能力的计算；了解了解固体流态化技术在化工生产中的应用。固体流态化技术在化工生产中的应用。了解了解流化现象、流化形式及流化床的特征
2、、操作范围和影流化现象、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。响流化质量的因素。第三章第三章 非均相混合物的分离和固体流态化非均相混合物的分离和固体流态化 2023/1/6北京理工大学珠海学院3重点一：颗粒及颗粒群的特性重点一：颗粒及颗粒群的特性用直径用直径d表示表示颗粒的重要特征：大小和形状颗粒的重要特征：大小和形状1）球形颗粒）球形颗粒体积体积表面积表面积比表面积比表面积球形颗粒球形颗粒2）非球形）非球形颗粒颗粒非球形颗粒非球形颗粒当量直径表示当量直径表示形状系数形状系数(球形度球形度):表征颗粒的形状与表征颗粒的形状与球球形形的差异程度。的差异程度。一、球形颗粒的自由沉降
3、一、球形颗粒的自由沉降颗粒受力分析重力Fg浮力Fb阻力Fd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)颗颗粒开始沉降的瞬粒开始沉降的瞬间间，速度，速度u=0，因此阻力，因此阻力Fd=0，amax 颗颗粒开始沉降后，粒开始沉降后，u Fd；u ut 时时，a=0。等速等速阶阶段中段中颗颗粒相粒相对对与流体的运与流体的运动动速度速度ut 称称为为沉降速度。沉降速度。当当a=0时时，u=ut，代入（，代入（a）式）式沉降速度表达式沉降速度表达式重力 浮力 阻力 01 1)滞流区或斯托克斯滞流区或斯托克斯(stokes)(stokes)定律区（定律区（10 10 4 4ReRet
4、t11）斯托克斯公式斯托克斯公式艾伦公式艾伦公式 3)湍流区或牛顿定律区（湍流区或牛顿定律区（Nuton）（）（103Ret 2105）牛顿公式牛顿公式2)过渡区或艾伦定律区（过渡区或艾伦定律区（Allen）（）（1Ret1，萃萃取取时时组组分分A可可以以在在萃萃取取相相中中浓浓集集，越越大大，组组分分A与与B萃取分离的效果越好。萃取分离的效果越好。kA愈大，愈大，kB愈小，愈小，选择选择性系数愈大性系数愈大 选择选择性系数表示萃取性系数表示萃取剂对组剂对组分分A，B溶解能力差溶解能力差别别的大小的大小ABSRREEFM作溶解度曲作溶解度曲线及及辅助助线确定确定F、S点点由杠杆定律确定由杠杆定
5、律确定M 由由M及及辅助助线试差法确定差法确定R、E由由R、E及及SE、SR定定R、E 由由确定确定x图解法解法（已知已知 xF、F、S求x）（1）部分互溶）部分互溶物系物系3.单级萃取的计算，萃取剂的选择及用量的确定ABSRREEFM作溶解度曲作溶解度曲线及及辅助助线确定确定F点点确定确定R点点连接接RS交溶解度曲交溶解度曲线于点于点R 由由R及及辅助助线确定确定E连接接RE,FS，两，两线相交于点相交于点M由杠杆定律确定由杠杆定律确定S、E、R的量的量由由确定确定E相相组成成连接接SF并延并延长至至E得脱溶得脱溶剂后的量后的量图解法解法（已知已知 xF、F、x 求求 S及及E相和相和R相的
6、量、相的量、E相相组成成）原料量原料量F及及组成一定，增大成一定，增大S，M向向S点靠近。点靠近。G点：最大溶点：最大溶剂用量，用量，SmaxD点：最小溶点：最小溶剂用量，用量，Smin萃取操作萃取操作S应满足下列条件：足下列条件：ABSFS0RDMEG萃取萃取剂极限用量极限用量：物料衡算：物料衡算：操作操作线方程方程YXXF0Y0操作操作线方程在方程在Y-X坐坐标图上上为过点（点（XF,Y0），斜率），斜率为-B/S的的直直线 单级萃取操作的操作线方程（2）完全不互溶）完全不互溶物系物系Y10分配曲线Y0XXF-B/S图图解法解法（已知已知XF、F、Y0，分离要求X，求S）作分配曲作分配曲线
7、由由X确定点确定点b，由，由(X，Y0)确定点确定点a连接接ab，该线斜率斜率为-B/S 由斜率由斜率-B/S确定确定SabY10分配曲线Y0XXF-B/Sab图解法解法（已知已知XF、F、Y0，萃取剂用量S，求X)作分配曲作分配曲线由由(XF，Y0)确定点确定点a由点由点a及斜率及斜率-B/S作操作作操作线ab交分配曲交分配曲线于点于点b 由点由点b坐坐标确定确定X2023/1/6北京理工大学珠海学院43u1了解干燥操作的分类、基本原理及特点；u2掌握湿空气的性质、湿度图及其应用；u3掌握干燥过程的物料衡算和热量衡算；u4了解常用干燥器的性能及应用范围。本章重点本章重点2023/1/6北京理
8、工大学珠海学院445-1湿空气的热力学性质和湿度图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的热力学性质湿空气湿空气：干空气和水蒸汽的混合物，这种混合物称湿空气。：干空气和水蒸汽的混合物，这种混合物称湿空气。由于由于绝绝干空气的干空气的质质量在干燥前后没有量在干燥前后没有变变化，故湿空气各化，故湿空气各种有关性种有关性质质都是以都是以1kg绝绝干空气干空气为为基准。基准。1、湿空气中水气分压、湿空气中水气分压 pP=pg+p式中：式中：P 总压总压，Pa或或kPa pg 绝绝干空气的分干空气的分压压，Pa或或kPa P 湿空气中水气分压湿空气中水气分压2023/1/6北京理工
9、大学珠海学院452、湿度、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，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：饱和湿度，即：2023/1/6北京理工大学珠海学院463、相对湿度百分数、相对湿度百分数 在一定的总压下，在一定的总压下，湿空气湿空气中水蒸汽分压中水蒸汽分压 p与同温度下水与同温度下水的的饱和蒸汽压饱和蒸汽压 pS之比的百分数，称为相对湿度百分数，简称之比的百分数，称为相对湿度百分数，简称相对湿度。相对湿度。P=0，=0，表示空气中不含水分，表
10、示空气中不含水分P=Ps，=1，表示湿空气，表示湿空气为为水汽水汽饱饱和和H是湿空气中含水的是湿空气中含水的绝对值绝对值，由湿度，由湿度值值不能分辨湿空气不能分辨湿空气 的吸湿能力的吸湿能力 表示湿空气含水的相表示湿空气含水的相对值对值，越小吸湿能力越大。越小吸湿能力越大。偏离饱和空气或绝干空气的程度2023/1/6北京理工大学珠海学院47u ps 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。uH 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。2023/1/6北京理工大学珠海学院484、比容（湿容、比容（湿容
11、积积）vH在常压下，在常压下，vH的计算公式为：的计算公式为：H，t，湿容，湿容积积增大。增大。比比容容：一一定定的的湿湿度度和和压压强强下下，1kg绝干空气和相应水汽体积之和。2023/1/6北京理工大学珠海学院495、比、比热热容容cH 常常压压下，将下，将1kg绝绝干空气和其所干空气和其所带带的的Hkg水蒸汽的温水蒸汽的温度升高度升高1所需的所需的总热总热量，称量，称为为湿湿热热，又称湿空气的比，又称湿空气的比热热。即即:6、焓焓H 1kg绝绝干空气和其所干空气和其所带带的的Hkg水蒸汽所具有的水蒸汽所具有的焓焓，称湿，称湿空气的空气的焓焓H ，即：即：7.7.干燥干燥过过程中的物料温度
12、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称为湿球温度2023/1/6北京理工大学珠海学院51H，t的流动不饱和空气t棉棉t1t t10t2twHH1 tW td饱饱和湿空气和湿空气 t=tW=td式中，式中，Hs,td 湿空气在露点下的湿空气在露点下的饱饱和湿度，和湿度，kg/kgps,td 露点下水的露点下水的饱饱和蒸汽和蒸汽压压，Pa例题例题52p2531、H-I图图P坐标轴坐标轴五条线五条线-等湿线等湿线等焓线等焓线等干
13、球温度线等干球温度线等相对湿度线等相对湿度线水蒸汽分压线水蒸汽分压线512 湿空气的湿空气的HI图图等湿线等焓线等温线饱和空气线p-H线2、湿度图的应用、湿度图的应用(1,2,3)1）由）由测测出的参数确定湿空气的状出的参数确定湿空气的状态态 a）水与空气系）水与空气系统统，已知，已知空气的干球温度空气的干球温度 t 和湿球温度和湿球温度tw，确定确定该该空气的状空气的状态态点点A(t,H)。b）水与空气系）水与空气系统统中，已知中，已知 t 和和 td，求原始状，求原始状态态点点A(t,H)。c）水与空气系）水与空气系统统中，已知中，已知 t 和和，求原始状，求原始状态态点点A的位置的位置2
14、）已已知知湿湿空空气气某某两两个个可可确确定定状状态态的的独独立立变变量量，求求该该湿湿空空气气的其他参数和性的其他参数和性质质 2、湿度图的应用、湿度图的应用(1,2)AtdAAtBtABAtBtABA=1HI1 间壁式加热和冷却间壁式加热和冷却 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。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三、湿空气的基本状态变化过程2 间壁式冷却减湿间壁式冷却减湿BA=1HIHAHB利用上述方法，如果将凝结出来利
15、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，即达空气的湿度小于原空气的湿度，即达到减湿的目的。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。就在冷却壁面上凝结出来，而且温度不断降低，但空气始终在饱和状态。例：例：已知湿空气的干球温度已知湿空气的干球温度t=30，相，相对对湿度湿度=0.6，
16、求湿空气的湿度，求湿空气的湿度H，露，露点点td、tas。t=30AH=0.016kg/kg干气干气Dtd=21等焓线等焓线Ctas=232023/1/6北京理工大学珠海学院65BAH=0.014673=100%t=20 t=50 =19%I=58I=88例例2 若常压下，某湿空气的温度为20，湿度为0.014673kg/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。2023/1/6北京理工大学珠海学院66ACH=0.02403=100%t=27t=50 Bp=f(H)t=28 p=38000D例例3 若常压下，某湿空气的温度为30，湿度为0.02403kg/kg
17、（绝干空气），试求20及50：（1）分压P。（2）露点td。（3）绝热饱和温度tasP一、湿基含水量一、湿基含水量w二、干基含水量二、干基含水量X湿基含水量湿基含水量w为为水分在湿物料中的水分在湿物料中的质质量百分数，即：量百分数，即：湿物料中的水分与湿物料中的水分与绝绝干物料的干物料的质质量比表示湿物料中量比表示湿物料中水分的水分的浓浓度，称度，称为为干基含水量，干基含水量，kg/kg（水（水/绝绝干物料干物料)。685-2-2 5-2-2 干燥系统的物料衡算干燥系统的物料衡算物料衡算可以物料衡算可以计计算：算：（1）单单位位时间时间内从物料中除去水分的内从物料中除去水分的质质量量；W（2）
18、单单位位时间时间内空气的消耗量内空气的消耗量；L（3）单单位位时间时间内内获获得干燥得干燥产产品的品的质质量；量；69一、水分蒸发量一、水分蒸发量 单单位位时间时间内从物料中蒸内从物料中蒸发发出水分的出水分的质质量，称蒸量，称蒸发发量，量，以以W表示，表示，kg/s新新鲜鲜空气空气L，H1湿物料湿物料G1，X1干燥干燥产产品品G2，X2废废气气L，H2 G绝绝干物料量；干物料量；kg/s L绝绝干空气的流量；干空气的流量；kg/s X1，X2干燥前后湿物料的干基含水量；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，干燥前后湿空气的湿度，kg/kg;G1，G2干燥前后湿
19、物料干燥前后湿物料质质量流量，量流量，kg/s70 对水进行物料衡算：对水进行物料衡算：新新鲜鲜空气空气L，H1湿物料湿物料G1，X1干燥干燥产产品品G2，X2废废气气L，H2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/s71单位空气消耗量单位空气消耗量：二、空气消耗量二、空气消耗量LL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/kg72二、干燥产品的质量二、干燥产品的质量G2w1、w2物料在干燥前后的湿基含水量。物料在干燥前后的湿基含水量。注意：注意：G2和和G不同，不同，G2是含有是含有较较少水分的湿物料。少水分的湿物料。735-2-3 5-2-3 干
20、燥系统的焓衡算干燥系统的焓衡算空气空气t0,H0,I0预热预热器器干燥器干燥器废废气气t2,H2,I2湿物料湿物料1,X1,I1干燥干燥产产品品2,X2,I2空气空气t1,H1,I1QPQDQLH0、H1、H2分分别为别为空气空气进进出出预热预热器和离开干燥器器和离开干燥器时时的湿度，的湿度，kg/kg绝绝干气干气；I0、I1、I2分分别为别为空气空气进进出出预热预热器和离开干燥器器和离开干燥器时时的的焓焓，kJ/kg绝绝干气干气；t0、t1、t2分分别为别为空气空气进进出出预热预热器和离开干燥器器和离开干燥器时时的温度，的温度，；1、2分分别为别为湿物料湿物料进进、出干燥器的温度，、出干燥器
21、的温度，；I1、I2 分分别为别为湿物料湿物料进进、出干燥器的、出干燥器的焓焓，kJ/kg绝绝干气干气；Qp单单位位时间时间内内预热预热器消耗的器消耗的热热量，量，kW；QD单单位位时间时间内向干燥器内向干燥器补补充的充的热热量，量，kW；QL干燥器的干燥器的热损热损失速率，失速率，kW；74预热预热器器 的消耗的的消耗的热热量量QpQP干燥器干燥器 的的补补充的充的热热量量QD干燥系干燥系统统消耗的消耗的总热总热量：量：空气空气t0,H0,I075一、焓衡算的基本方程：一、焓衡算的基本方程：预热预热器器 的消耗的的消耗的热热量量Qp干燥器干燥器 的的补补充的充的热热量量QD干燥系干燥系统统消
22、耗的消耗的总热总热量：量：76简化计算：简化计算：向干燥系统输入的热量用于：向干燥系统输入的热量用于：加热空气加热空气蒸发水分蒸发水分加热物料加热物料热损失热损失cm可由可由绝绝干物料比干物料比热热容容cs及及纯纯水的比水的比热热容容cw求得：求得：77二、干燥系统的热效率二、干燥系统的热效率干燥系统的热效率定义为干燥系统的热效率定义为蒸发水分所需的热量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：忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则：例题例题55p261785-2-4 5-2-4 空气进、出干燥器的状态变化空气进、出干燥器的状态变化一、等焓干燥过程（绝热干燥过程）一、等焓干燥过程（绝热干燥过程）对干燥器作热量衡算，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。示。总总水水分分自自由由水水分分平平衡衡水水分分非结合水分非结合水分结结合合水水分分x*x0 x1空气相对湿度空气相对湿度100%物物料料的的含含水水量量0pass