【正文】 3/5/2023 144 第五節(jié) 液體的精餾 一、蒸餾的基本概念與分類 ⑴蒸餾是利用液體混合物中各組分的揮發(fā)性（沸點）的差別，將互溶的液體混合物分離提純的單元操作。據(jù)測試，蒸汽中含 1%不凝性氣體，傳熱系數(shù)將會下降 50~60% （ 2）在蒸發(fā)操作中，管內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)構(gòu)現(xiàn)象是不可避免的，尤其是當處理易結(jié)晶和腐蝕性物料時，此時傳熱系數(shù) K變小，使傳熱量下降。 3/5/2023 142 提高蒸汽壓力 為了提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力，提高加熱蒸汽的壓力和降低冷凝器中二次蒸汽壓力，有助于提高傳熱溫差（蒸發(fā)器的傳熱溫差是加熱蒸汽的飽和溫度與溶液沸點溫度之差）。 3/5/2023 138 3/5/2023 139 多效蒸發(fā)器的流程 根據(jù)原料液加入方法的不同，多效蒸發(fā)流程可分為并流加料、順流加料和逆流加料三種，現(xiàn)介紹工業(yè)中常用的并流加料方法。現(xiàn)分別加以說明。也就是說在蒸發(fā)的整個過程中，溶液被加熱沸騰后，只有溶劑氣化，而溶質(zhì)的重量不變。 ①增加流體流速 ②改變流動條件（如改變流動方向，增加流體湍動程度） ③利用導熱系數(shù)較大的流體作加熱劑（如原子能工業(yè)，用液態(tài)金屬作加熱劑，從而加快傳熱速度） 3/5/2023 135 第四節(jié) 蒸 發(fā) 溶液是由溶質(zhì)和溶劑組成。 提高冷、熱流體內(nèi)德平均溫差（ ） 最簡單的方法是提高熱流體的溫度或降低冷流體的溫度，但在實際生產(chǎn)中，這二種方法有一定的局限性。（ 計算較為復雜，略）。K） 解： + = （ 373353） + 2257 103 =618 103 J/s 答：換熱器在單位時間內(nèi)所傳遞的熱量是 618 103 J/s ）（熱熱 21m cq TTQ ??熱熱 ?mq3/5/2023 131 三、傳熱基本方程式 冷熱流體在列管換熱器內(nèi)通過間壁的傳熱過程分三步進行： 第一步是熱流體通過對流傳熱將熱量傳給固體壁面 第二步是固體壁內(nèi)以傳導方式的熱量從高溫側(cè)傳向低溫側(cè) 第三步是熱量通過對流傳熱從固體壁面?zhèn)鹘o冷流體 傳熱基本方程 Q= 式中： Q──傳熱速率，冷熱流體在單位時間內(nèi)所交換 的熱量， W（瓦特） A──列管金屬壁面的傳熱面積， m2（平方米） K──傳熱系數(shù)， W/(m2 解： 由題意得 =2257J/g=2257103 J/Kg =400 Kg/h = Kg/s 代入公式： = 2257 103 = 105 J/s 答：熱流體所放出的熱量是 105 J/s 熱? 熱mq 熱熱熱 ?mq?Q3/5/2023 129 通過上述兩道例題的解題，我們懂得了假如流體既有溫度變化，又有相態(tài)變化，則可按上述兩道題介紹的兩種方法分段計算熱量，然后再相加。k 代入公式： = （ 363290） = KJ/S 答： NaOH溶液所吸收的熱量是 KJ/s。1熱mq 冷mq熱c冷c3/5/2023 126 應(yīng)用舉例 例 1： 用飽和水蒸氣在 1小時內(nèi)將 1000Kg、比熱容為 KJ/Kg139。 3/5/2023 122 熱量衡算方程式 在化工生產(chǎn)中，參與傳熱的大多數(shù)是流體，把溫度較高的稱為熱流體，溫度較低的稱為冷流體。 （ 2）潛熱 物質(zhì)在吸熱或放熱過程中，其溫度不變，而形態(tài)發(fā)生了變化，這種熱稱為潛熱。 熱傳導 在物體內(nèi)部按順序地將熱量從較高的部分向較低的部分傳遞的方式，稱為熱傳導（簡稱：導熱）。 旋風分離器的分離效率可達 70%~90%，結(jié)構(gòu)簡單， 它可以分離（ 5微米的固體粒子，也可分離高溫含塵的氣體）。 通常用于離心分離的設(shè)備是離心機，其工作過程與洗衣機中的甩水機相同。 過濾 為了使固體顆粒與液體分離完全，可以利用一種具有很多毛細孔的物體作為過濾介質(zhì)，使被過濾的液體由介質(zhì)小孔通過，與固體微粒分離，這種將懸浮在液體中固體顆粒分離出來的操作，稱為過濾。 液 ~固混合物的分離操作，主要有沉降，過濾和離心分離三種方法。 常用閥門主要有七種：截止閥、閘閥、單向閥（止逆閥）、旋塞閥（考克）、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥、蝶閥（翻板閥）。 管子的種類 管路主要由管子、管件和閥門三部分組成的。 某些流體在管道中的常用流速根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗確定，如下所表示 ： ??? q4q vv?3/5/2023 108 流 體 種 類 流速范圍（ m/s） 流 體 種 類 流速范圍（ m/s） 水及一般液體 ~ 飽和水蒸氣 （表壓） kPa（表壓） 20~40 40~60 粘性液體，如油 ~ 常壓下一般氣體壓 10~20 強較高的氣體 15~25 過熱水蒸氣 30~50 3/5/2023 109 根據(jù)工藝上需要的流量，按上表流速范圍，可通過計算求得管子的內(nèi)徑。 （ 4）在流體中加入某種添加劑。例如，在管路布置中，應(yīng)盡量少裝彎頭。 3/5/2023 104 減低流體阻力 流體阻力越大，則輸送流體所消耗的能量越大，流體在輸送系統(tǒng)中阻力增大，會影響流體的輸送能力和生產(chǎn)能力。 3/5/2023 103 在化工生產(chǎn)條件下，由于管路、流體的密度和粘度均已確定，影響流動類型的主要因素是流速。 在法定單位制中，粘度單位為帕秒，單位符號是 Pa 3/5/2023 101 流體的粘度 流體在流動時，由于分子間存在吸引力，使流體內(nèi)部存在一種影響流動的阻力，這種阻力稱為內(nèi)摩擦力。一般將上游截面定為 11截面，下游截面定為 22截面，兩截面間的流體必須連續(xù)，截面與流動方向垂直。h1 g222?2?vq 360 0d4 22 ?? ??3/5/2023 96 b）泵外加能量的計算 [例題 2] 附圖所示為洗滌塔的供水系統(tǒng)。 [例題 1] 如附圖所示，高位槽水面保持穩(wěn)定，水面距水管出口為 5m，所用管路為φ108 4mm鋼管，若管路壓頭損失為 ，求該系統(tǒng)每小時的送水量。 2H g2gph 2222?? ??3/5/2023 90 ? 根據(jù)能量守恒原則可得： 損hH e ??????? g2gphg2gph 22222111???? 上式是不可壓縮流體在穩(wěn)定流動下的能量衡算式，習慣上稱為： 柏努力方程式 。 1N流體在流動中因摩擦阻力而損失的能量稱為損失壓頭，用符號 h損 表示。 1N流體所獲得的外界能量稱為外加壓頭。 E靜 = （單位為焦耳， J） g2mgm2122?? ??m3/5/2023 83 1 N流體的靜壓能稱為靜壓頭 靜壓頭 = （單位為米， m） （式中： p為壓強、 ρ為密度、 g為重力加速度） 以上三種壓頭之和稱為總壓頭，以 H表示。 mm10042108d 1 ???? 2 ????21221dd ）（???s/ 222112 ???? ）（）（??3/5/2023 80 三、流體穩(wěn)定流動下的能量計算 流體流動中的能量變化的規(guī)律 （ 1）流體具有的能量 流動著的流體具有一定的機械能，具體表現(xiàn)為位能、動能和靜壓能。 穩(wěn)定流動時，流體在圓形管道中總是充滿的，如流體是液體，則通過管道中任一截面的流體質(zhì)量應(yīng)相等，即得： 3/5/2023 76 3/5/2023 77 m1=m2(式中： m表示質(zhì)量 ) (式中： A、 μ、 ρ分 別表示截面積、流速、密度 ) ∵ 管道中為同一種液體， = ∴ = 又 ∵ A1= ， A2= （式中： d表示管道內(nèi)直徑） 222111 ρμAρμA ?1?2?11Aμ 22A21d4?2d4?3/5/2023 78 …… 流體穩(wěn)定流動的物料平衡方程式 上述這個方程式表明流速與管道的內(nèi)直徑平方成反比，這個式子稱為流體穩(wěn)定流動時的物料平衡方程式（又稱：連續(xù)性方程式）。） 公式： = （式中 qv為體積流量， A為管道截面積） 單位： m/s。 （ 2）流速 單位時間內(nèi)流體在流動方向流過的距離。 流量可以用體積流量和質(zhì)量流量兩種方法表示。 3/5/2023 69 一 流體力學基礎(chǔ) 1 壓強及單位 （ 1）壓強 —— 流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓力，簡稱流體的壓強。 生產(chǎn)操作中常用的工藝指標有以下四種： （ 1）原料質(zhì)量指標 它是指原料的質(zhì)量指標 （ 2） 生產(chǎn)操作指標 它是指操作過程中的工藝控制參數(shù)，如溫度、壓力、流量等。 即 :原料利用率 =理論原料消耗量 /實際原料消耗量 ﹡ 100% 3/5/2023 64 （ 4）化學反應(yīng)過程的轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率 ①轉(zhuǎn)化率 轉(zhuǎn)化率是指某一反應(yīng)物參加反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的數(shù)量占該反應(yīng)起始量的百分比。 化工生產(chǎn)管理與操作中經(jīng)常接觸到的技術(shù)經(jīng)濟指標有： 3/5/2023 62 （ 1）產(chǎn)品產(chǎn)率 產(chǎn)品產(chǎn)率是實際產(chǎn)量與理論計算產(chǎn)量的百分比。℃ )；物料的比熱容(kg （ 3）搜集數(shù)據(jù) 通過查閱手冊得到各物料有關(guān)的熱性質(zhì)數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、熱熔、焓值、化學反應(yīng)熱等。 熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律，即輸入體系的熱量等于輸出體系的熱量加上體系內(nèi)積累或損失的熱量。 ，能量計算 化工生產(chǎn)中，能量消耗是一項重要的經(jīng)濟指標，它是衡算工藝過程、設(shè)備設(shè)計、操作水平是否合理的重要指標之一。 ③物料衡算是質(zhì)量的衡算，物料衡算方程式只能用質(zhì)量單位，不能用體積單位。 （ 5）寫出物料平衡方程式，并計算，求解。選定系統(tǒng)后，在圖上用虛線畫出方框表示，虛線表示邊界。 （ 2）畫示意圖 將輸入、輸出的所有物料逐個標在圖上，用箭頭表示方向。 3/5/2023 44 質(zhì)量守恒，物料計算 物料衡算的依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，即化學反應(yīng)中，反應(yīng)物的質(zhì)量總和等于生成物的質(zhì)量總和。準確地掌握這兩種轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系，就要進行物料衡算和能量衡算。s 3/5/2023 38 體積流量 qv 立方米每秒 m179。 3/5/2023 36 （ 2）化工生產(chǎn)常用法定計量單位見表（ 25種） 量的名稱 量的符 號 SI單位 SI值外法定計量單位 單位名稱 單位符號 單位名稱 單位符號 長度 L； l 米 m 時間 t 秒 s 分 [ 小 ]時 天（日） min h d 質(zhì)量 m 千克（公斤） kg 噸 t 熱力學單位 T 開 [爾文 ] K 物質(zhì)的量 n 摩