化工原理基本概念 化工原理基本概念 定态活动：流体活动体系中，若各截面上的 温度、压力、流速等物理量仅随方位改变，而不随时刻改变，这种流 动称之为定态活动 非定态活动：若流体在各截面上的有关物理量既 随方位改变，也随时刻改变，则称为非定态活动。 牛顿粘性规律：关于必定的流体，内摩擦力 F 与两流体层的速 度差成正比，与两层之间的笔直距离 dy 成反比，与两层间的接触面 积 A 成正比，即 （1-26） 式中：F——内摩擦力，N； ——法向速度梯度，即在与流体活动方向相笔直的 y 方向流体 速度的改变率，1/s； μ——份额系数，称为流体的粘度或动力粘度，Pa·s。 一般，单位面积上的内摩擦力称为剪应力，以τ标明，单位为 Pa，则式（1-26）变为 （1-26a） 式（1-26）、（1-26a）称为牛顿粘性规律，标明流体层间的内摩 擦力或剪应力与法向速度梯度成正比。 牛顿型流体：剪应力与速度梯度的联系契合牛顿粘性规律的流 体，称为牛顿型流体，包含一切气体和大多数液体。 非牛顿型流体：不契合牛顿粘性规律的流体称为非牛顿型流体， 如高分子溶液、胶体溶液及悬浮液等。本章评论的均为牛顿型流体。 层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动， 质点无径向脉动，质点之间互不混合； 湍流（或紊流）：流体质点除了沿管轴方向向前活动外，还有径 向脉动，各质点的速度在巨细和方向上都随时改变，质点相互磕碰和 混合。 雷诺数 Re：流体的活动类型可用雷诺数 Re 判别。 （1-28） Re 准数是一个无因次的数群。 很多的试验结果标明，流体在直管内活动时， （1） 当 Re≤2000 时，活动为层流，此区称为层流区； （2） 当 Re≥4000 时，一般呈现湍流，此区称为湍流区； （3） 当 2000 (非金属固体) (液体) (气体)。的大约规模：(金 属固体 101～102 W/(m·K))、 (建筑材料 10-1～100 W/(m·K))、 (绝缘材料 10-2～10-1 W/(m·K))、(液体 10-1 W/(m·K)) 、 (气体 10-2～10-1 W/(m·K))。 一维温度场: 假定平壁内温度只沿 x 方向改变，y 和 z 方向上 无温度改变，即这是一维温度场。 传热进程的核算 在实践生产中，需求冷热两种流体进行热交 换，但不答应它们混合，为此需求选用间壁式的换热器。此刻，冷、 热两流体别离处在间壁两边，两流体间的热交流包含了固体壁面的导 热和流体与固体壁面间的对流传热。关于导热和对流传热在前面已介 绍过，本节首要在此基础上进一步评论间壁式换热器的传热核算。 总传热系数和总传热速率方程 一、总传热速率方程 间壁 两边流体的热交流进程包含如下三个串联的传热进程。流体在换热器 中沿管长方向的温度散布如图所示，现截取一段微元来进行研讨，其 传热面积为 dA，微元壁内、外流体温度别离为 T、t（均匀温度），则 单位时刻经过 dA 冷、热流体交流的热量 dQ 应正比于壁面两边流体的 温差，即 前已述及，两流体的热交流进程由三个串联的传热进程 组成： 管外对流： 管壁热传导： 管内对流： 关于稳定传热： 与，即比照，得： 式中 K——总传热系数，w/m2·K。 评论： 1．当传热面为平面时，dA=dA1=dA2=dAm，则： 2．当传热面为圆筒壁时，两边的传热面积不等，如以外外表为 基准（在换热器系列化规范中常如此规则），即取上式中 dA=dA1，则： 或 式中 K1——以换热管的外外表为基准的总传热系数； dm——换热管的对数均匀直径，。 以内外表为基准： 以壁外表为基准： 关于薄层圆筒壁，绝不能使 jx，阐明该溶液能够用蒸馏办法来 别离, α越大, A 组分越易别离； 若α=1，则阐明混合物的气相组分与液相组分持平； 则一般蒸馏办法将无法别离此混合物； α1。 关于二元混合物，当总压不高时，可得相平衡方程(汽液平衡方 程)： (6-10) 关于抱负溶液，因其遵守拉乌尔定 律，故有： （6-11） 即抱负溶液的相对蒸发度等于同温度下两纯组分的饱满蒸汽压 之比。 均匀相对蒸发度α m 关于精馏塔，因为每块塔上 x ,y 组成不 同，温度不同，α也会有所改变，因而关于整个精馏塔，一般选用相 对蒸发度的均匀值，即均匀相对蒸发度来标明,以符号α m 标明。即： （6-13） 式中：α顶——:塔顶的相对蒸发度； α釜——塔釜的相对蒸发度。 蒸馏与精馏的差异 ※平衡、简略蒸馏是单级别离进程→一次 部分汽化→混合物部分别离 ※精馏是多级别离进程→屡次部分汽化 和部分冷凝→混合物简直彻底别离 ※蒸馏---当生产上对产品的纯 度要求不高，只需求开始别离时选用的别离办法； ※精馏---当产品的纯度要求高，特别是在混合物蒸发度比较接 近时选用的别离办法。 精馏 q 线方程（进料方程） q 线方程为精馏段操作线与提馏段操作线交点(q 点)轨道的方 程，因而能够由精馏段操作线方程式与提馏段操作线方程式联立求解 得出 q 线 称为 q 线方程或进料方程。 在进料热状况必守时，q 即为定值，则式 6－33 为一直线方程。则 q 线在 y－x 图上是过对角线上 e (xF，xF)点，认为斜率的直线。不同 进料热状况，q 值不同，其对 q 线的影响也不同。 回流比有两个极限，一个是全回流时的回流比，一个是最 小回流比。生产中选用的回流比界于二者之间。 全回流界说：即塔顶上升蒸气经冷凝器冷凝后悉数冷凝液均引 回塔顶作为回流。 全回流实践意义：全回流对精馏塔的开工阶段，或调试及试验 研讨具有实践意义。 全回流特色：全回流时精馏段操作线与提馏段操作线均与对角 线重合，这时 y=x； 所需理论板数最少。 全回流时塔顶产品量 D=0，塔底产品量 W=0，为了保持物料平衡， 不需加料，即 F=0（图 6－30）。全塔无精馏段与提馏段之分，故两条 操作线应