环工原理
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环的工艺原理及应用一、环的定义和分类•环是指一个闭合的曲线形状,由连续的线段组成。
在几何学中,环也叫圆环,通常由内圈和外圈组成。
•环可以分为平面环和立体环。
平面环是指在一个平面内构成的环,如圆环、椭圆环等;立体环是指在三维空间内构成的环,如环形管道等。
二、环的基本原理环的基本原理是由圆的几何性质推导出的。
1. 圆的周长公式:$C = 2\\pi r$,其中C表示圆的周长,$\\pi$表示圆周率,r表示圆的半径。
2. 圆的面积公式:$A= \\pi r^2$,其中A表示圆的面积。
3. 环的周长和面积:环的周长等于内圈的周长加上外圈的周长,环的面积等于外圈的面积减去内圈的面积。
三、环的制造工艺环的制造工艺因材料和应用不同而有所差异,下面介绍常见的环的制造工艺。
1. 金属环的制造工艺•材料选择:金属环常用的材料包括钢、铝、铜等。
选择材料时需要考虑环的应用环境、载荷要求等因素。
•切割:使用切割设备,按照设计要求将金属板材切割成合适大小的环形片。
•成型:将切割好的金属环形片进行成型处理,常用的方法包括翻边、冲压等。
•焊接:需要的话,可以通过焊接将金属环的两端连接起来,增强环的结构刚性。
2. 橡胶环的制造工艺•材料选择:橡胶环一般采用橡胶材料,如丁腈橡胶、硅橡胶等。
•混炼:将橡胶原料与添加剂进行混炼,使其达到适合成型的状态。
•成型:将混炼好的橡胶料进行成型,常用的方法包括挤出、压延、注射等。
•硫化:对成型好的橡胶环进行硫化处理,使其具备一定的强度和弹性。
3. 塑料环的制造工艺•材料选择:塑料环常用的材料包括聚乙烯、聚氯乙烯等。
•制模:根据设计要求,制作合适的注塑模具。
•注塑:将塑料料粒加热融化后注入模具中,在高压下使其充满模腔,冷却固化后取出成型。
•后处理:将成型好的塑料环进行修整、清洁等处理,使其达到要求的尺寸和表面质量。
四、环的应用领域环的应用领域广泛,下面列举几个常见的应用领域。
1. 机械行业•轴承密封:将环用于轴承中,可以起到密封和保护轴承的作用。
1.悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是什么?答案要点:在滤饼中形成骨架,使滤渣疏松,孔隙率加大,滤液得以畅流。
2.简述热流体将热量通过壁面传给冷流体的过程。
答案要点:热流体以对流传热的方式将热量传给壁面、壁面间的热传导、冷流体以对流传热的方式获得热量。
3.什么是离心分离因数,如何提高离心机的分离效率?答案要点:离心分离因数是指物料在离心力场中所受的离心力与重力之比。
为了提高离心机的分离效率,通常使离心机的转速增高,而将它的直径适当减少。
4.强化传热的途径有哪些?答案要点:由传热基本方程式为Q = KAΔt m可知,强化传热的途径有:(1)增加传热面积A(即增加单位体积的传热面积而不是增大换热器体积);(2)增加温度差Δtm;(采用逆流流动);(3)增加传热系数K(增加流体的湍流流动,防止垢层热阻的形成及及时地消除垢层热阻)5.试比较深层过滤和表面过滤的特点和差异。
表面过滤发生在过滤介质的表面,待过滤流体中的固体颗粒被过滤介质截留,并在其表面逐渐累积成滤饼,滤饼亦起过滤作用。
表面过滤通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高或过滤速度较慢、滤饼容易形成的情况下。
深层过滤通常发生在以固体颗粒为过滤介质的过滤操作中,过滤时,颗粒物进入过滤介质层,在拦截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下颗粒物附着在介质表面而与流体分开。
深沉过滤一般适用于过滤流体中颗粒物浓度较低的场合。
一.流体中组分A 的含量为,0A c ,与平壁面接触,壁面上组分A 的含量为,A i c ,且,0A c >,A i c 。
试绘制当流体分别为静止、沿壁面层流流动和湍流流动时,组分A 在壁面法向上的浓度分布示意图。
(6分)a.静止时b.层流流动c.湍流流动a.静止时b.层流流动c.湍流流动二.设冬天室内的温度为1T ,室外温度为2T ,1T >2T 。
在两温度保持不变的情况下,试绘制下列三种情况下从室内空气到室外大气温度分布示意图。
(6分)(1)室外平静无风,不考虑辐射传热;(2)室外冷空气以一定流速流过砖墙表面;(3)除了室外刮风外,还考虑砖墙与四周环境的辐射传热。
环境工程原理环境工程原理是环境工程学科的基础和核心,它是指环境工程学科所涉及的环境保护技术、环境治理技术、环境监测技术和环境管理技术等方面的基本原理和理论。
环境工程原理的学习和应用对于环境保护和可持续发展具有重要意义。
首先,环境工程原理涉及到环境污染的成因和影响。
环境污染是指各种有害物质和能量对自然环境造成的破坏和危害。
环境工程原理通过研究各种污染物的来源、传输、转化和影响,揭示了环境污染的机理和规律,为环境治理和污染防治提供了理论依据。
其次,环境工程原理涉及到环境监测和评价的方法和技术。
环境监测是指对环境中各种污染物和环境要素进行实时、连续、准确地监测和分析,以了解环境质量的状况和变化趋势。
环境工程原理通过研究各种监测技术和方法,提出了一系列环境监测和评价的理论体系和技术标准,为环境管理和决策提供了科学依据。
再次,环境工程原理涉及到环境治理和修复的原理和技术。
环境治理是指对环境污染和破坏进行综合治理和修复,以实现环境质量的改善和恢复。
环境工程原理通过研究各种治理和修复技术,提出了一系列环境保护和生态恢复的理论模型和方法,为环境工程实践和工程设计提供了科学指导。
最后,环境工程原理涉及到环境管理和政策的原则和方法。
环境管理是指对环境保护和资源利用进行规划、组织、指导和控制,以实现可持续发展和生态平衡。
环境工程原理通过研究各种管理和政策手段,提出了一系列环境管理和政策的理论框架和实施路径,为环境保护和可持续发展提供了制度保障。
综上所述,环境工程原理是环境工程学科的理论基础和技术支撑,它对于环境保护和可持续发展具有重要意义。
只有深入理解和应用环境工程原理,才能更好地解决环境问题,实现人与自然的和谐共生。
希望通过对环境工程原理的学习和研究,能够为改善环境质量、保护生态环境做出更大的贡献。
环工原理复习 第二章 思考题 1.什么是换算因素?英尺和米的换算因数是多少?同一物理量用不同单位制的单位度量时,其数值比称为换算因数;英尺和米的换算因数是3.2808. 2.什么是量纲和无量纲准数?单位和量纲的区别是什么?用来描述物体或系统物理状态的可测量性质称为它的量纲(因次)。
由各种变量和参数组合而成的没有单位的群数,称为无量纲准数。
区别:量纲是可测量的性质,而单位是测量的标准。
3.质量分数和质量比的区别和关系如何?试举出质量比的应用实例。
质量分数(摩尔分数):是混合物中某组分的质量(或物质的量)占混合物总质量(或总物质的量)的分数。
质量比:混合物中某组分的质量与惰性组分质量的比值 4.大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度,试说明该单位的优点,并阐述与质量浓度的关系。
1摩尔任何理想气体在相同的压强和温度下有着同样的体积,因此可以用体积分数表示污染物质的浓度,在实际应用中非常方便;同时,该单位的最大优点是与温度、压力无关。
例如,10-6(体积分数)表示每106体积空气中有1体积的污染物,这等价于每106摩尔空气中有1摩尔污染物质。
又因为任何单位摩尔的物质有着相同数量的分子,10-6(体积分数)也就相当于每106个空气分子中有1个污染物分子。
对于气体,体积分数和质量浓度ρA (mg/m 3)之间的关系和压力、温度以及污染物质的分子量有关。
对于理想气体,可以用理想气体状态方程表示,即:式中:p ——绝对压力,Pa 或N/m 2; V A ——体积,m 3;n A ——物质的摩尔数,mol ;R ——理想气体常数,8.314 J/(mol ·K); T ——绝对温度,K 。
5.平均速度的涵义是什么?用管道输送水和空气时,较为经济的流速范围为多少?涵义:单位时间内以平均速度流过截面的流体体积与按实际上具有速度分布时流过同一截面的流体体积相等。
一般地,液体的流速取0.5~3.0m/s,气体则为10~30m/s 。
第一篇第二章 质量衡算与能量衡算2.1 某室内空气中O 3的浓度是0.08×10-6(体积分数),求: (1)在1.013×105Pa 、25℃下,用μg/m 3表示该浓度;(2)在大气压力为0.83×105Pa 和15℃下,O 3的物质的量浓度为多少? 解:(1)理想气体的体积分数与摩尔分数值相等由题,在所给条件下,1mol 空气混合物的体积为V 1=V 0·P 0T 1/ P 1T 0=22.4L×298K/273K =24.45L所以O 3浓度可以表示为0.08×10-6mol×48g/mol×(24.45L )-1=157.05μg/m 3(2)由题,在所给条件下,1mol 空气的体积为V 1=V 0·P 0T 1/ P 1T 0=22.4L×1.013×105Pa×288K/(0.83×105Pa×273K )=28.82L所以O 3的物质的量浓度为0.08×10-6mol/28.82L =2.78×10-9mol/L2.2 假设在25℃和1.013×105Pa 的条件下,SO 2的平均测量浓度为400μg/m 3,若允许值0.14×10-6,问是否符合要求?解:由题,在所给条件下,将测量的SO 2质量浓度换算成体积分数,即33965108.31429810400100.15101.0131064A ART pMρ--⨯⨯⨯=⨯⨯=⨯⨯⨯大于允许浓度,故不符合要求2.6 某一段河流上游流量为36000m 3/d ,河水中污染物的浓度为3.0mg/L 。
有一支流流量为10000m 3/d ,其中污染物浓度为30mg/L 。
假设完全混合。
求: (1)求下游的污染物浓度;(2)求每天有多少kg 污染物质通过下游某一监测点。
第02章质量衡算与能量衡算第二节质量衡算1、什么是稳态系统和非稳态系统?2、以物料的全部组分为衡算系统时,其衡算方程如何表述?3、以某种组分为衡算系统时,其衡算方程如何表述?4、什么是转化速率?如何确定其正负?第三节能量衡算1系统内部能量的变化与环境的关系如何?2什么是封闭系统和开放系统?3简述热量衡算方程的涵义。
4对于不对外做功的封闭系统,其内部能量的变化如何表现?热量衡算方程?5对于不对外做功的开放系统,系统能量变化率可如何表示?热量衡算方程?第03章流体流动第一节管道系统的衡算方程1用圆管道输送水,流量增加1倍,若流速不变或管径不变,则管径或流速如何变化?2当布水孔板的开孔率为30%时,流过布水孔的流速增加多少?3拓展的伯努利方程表明管路中各种机械能变化和外界能量之间的关系,试简述这种关系,并说明该方程的适用条件。
4在管流系统中,机械能的损耗转变为什么形式的能量?其宏观的表现形式是什么?5对于实际流体,流动过程中若无外功加入,则流体将向哪个方向流动?6如何确定流体输送管路系统所需要的输送机械的功率?第二节流体流动的内摩擦力1简述层流和湍流的流态特征。
2流体流动时产生阻力的根本原因是什么?3什么情况下可用牛顿黏性定律计算剪切应力?牛顿型流体有哪些?4简述温度和压力对液体和气体黏度的影响。
第四节流体流动的阻力损失1写出圆直管中阻力损失通式。
2试推导层流流动的速度分布和阻力损失公式。
(课后练习)3圆管内,层流流动的摩擦系数如何确定?4不可压缩流体在水平直管中稳态层流流动,试分析以下情况下,管内压力差如何变化:a.管径增加一倍;b.流量增加一倍;c.管长增加一倍。
5试分析圆管湍流流动的雷诺数和管道相对粗糙度对摩擦系数的影响。
第五节管路计算1管路设计中选择流速通常需要考虑哪些因素?2简单管路具有哪些特点?3分支管路具有哪些特点?4并联管路具有哪些特点?5分析管路系统中某一局部阻力变化时,其上下游流量和压力的变化。
第一部分 概念题示例与分析一、填空题2-1 一球形石英颗粒,分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降,若系统温度升高,则其在水中的沉降速度将 ,在空气中的沉降速度将 。
答案:下降,增大分析:由斯托克斯定律 μρρ18)(2gd u s t -=对空气系统,s ρ 》ρ,故uu u u t t '≈'对水系统,水的密度随温度的变化可忽略,故同样有uu u u t t '≈' 可见无论是气体还是液体,温度的改变主要是通过粘度变化来影响沉降速度。
气体粘度随温度升高而增加,故沉降速度下降;液体粘度随温度升高而减小,故沉降速度增大。
但要注意此结论是通过斯托克斯定律得出,其他情况还需要具体分析。
2-2若降尘室的高度增加,则沉降时间 ,气流速度 ,生产能力 。
答案:增加;下降;不变分析:因沉降距离增加,故沉降时间将增加。
降尘室高度的增加使气体在降尘室内的流道截面增大,故气流速度下降。
生产能力的计算公式为:t Au Vs = 可见,降尘室的生产能力只决定于沉降面积和沉降速度而与降尘室的高度无关。
2-3 选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是 ; ; 。
答案:气体处理量,分离效率,允许压降2-4 通常, 非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行, 悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。
答案:气固;液固2-5 沉降操作是指在某种 中利用分散相和连续相之间的 差异,使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
沉降过程有 沉降和 沉降两种方式。
答案:力场;密度;重力;离心2-6 阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为沉降速度,由于这个速度是 阶段终了时颗粒相对于流体的速度 ,故又称为“终端速度”。
答案:等速;加速2-7 影响沉降速度的主要因素有① ;② ;③ ;答案:颗粒的体积浓度;器壁效应;颗粒形状2-8 降尘室通常只适合用于分离粒度大于 的粗颗粒,一般作为预除尘使用。
答案:50μm2-9 旋风分离器的总效率是指 ,粒级效率是指 。
1、反应器一般主要有三种操作方式,即间歇操作、连续操作和半间歇或半连续操作。
2、反应器设计经常用到四类基本方程:反应动力学方程、连续方程、热量方程、动量方程。
3、单位时间单位体积反应层中某组分的反应量或生成量称为该组分的反应速率,有时可用反应物浓度减少到初始浓度的1/2时所需要的时间即半衰期来表达。
4、反应器设计经常用到的基本方程主要基于质量恒定原理、能量守恒定律和动量守恒定律,它们都符合“输入=输出+消耗+累积”模式。
5、连续操作中一物料“微元”从反应器入口到出口经历的时间称为停留时间;单位反应器有效体积所能处理的物料的体积流量称为空间速度,单位为时间的倒数。
6、在实际的反应器中,物料的流动和混合状态十分复杂,为了便于分析和计算,常设想存在两种极端的理想流动状态:完全混合流和平推流。
7、对于恒温恒容条件下的不可逆单一反应,零级反应的半衰期为t1/2=C Ao/2k,一级反应的半衰期为t1/2=ln2/k1、什么是空间时间和空间速度?它们所表达的物理意义各是什么?答:(1)空间时间指反应器有效体积(V)与物料体积流量(Q)之比值。
其物理意义为处理与反应器体积相同的物料所需要的时间。
(2)空间速度指单位反应有效体积所能处理的物料的体积流量。
空间速度表示单位时间内能处理几倍于反应器体积的物料,反映了一个反应器的强度。
2、化学催化反应的特点:①催化剂本身在反应前后不发生变化,催化剂能够反复利用,所以一般情况下催化剂的用量很少。
②催化剂只能改变反应的历程和反应速率,不能改变反应的产物。
③对于可逆反应,催化剂不改变反应的平衡状态,即不改变化学平衡关系。
④催化剂对反应有较好的选择性,一种催化剂一般只能催化特定的一个或一类反应。
3、西勒(Thiele)模数的物理意义是什么?具体说明西勒(Thiele)模数的大小如何影响催化剂的有效系数?解:物理意义是最大反应速率与最大内扩散速率的比值;ΦS值越大,内扩散阻力越大,有效系数越小(1)ΦS<0.1-0.3时,η≈1,此时扩散的影响可忽略不计。
环境净化与污染控制技术原理可以分为哪几类:稀释、隔离、分离、转化。
稳态系统系统中流速,压力,密度等物理量只是位置的函数,而不随时间变化非稳态系统当系统中流速,压力,密度等物理量不仅随位置变化,而且随时间变化。
封闭系统只有能量可以穿越边界而物质不能穿越边界的系统开放系统物质和能量都能够穿越系统边界的系统。
流体携带的能量包括:内能、动能、位能和静压能流体的流动状态分为:层流和湍流。
流动边界层理论要点:①当实际流体沿固体壁面流动时,紧贴壁面处存在非常薄的一层区域,在此区域内,流体的流速很小,但速度分量沿壁面法向的变化非常迅速,即速度梯度很大,依牛顿粘性定律可知,在Re较大的情况下,即使对于μ很小的流体,其粘性力仍然可以达到很高的数值,因此它所起的作用与惯性力同等重要。
这一区域称为边界层或流动边界层,也称为速度边界层。
在边界层内不能全部忽略粘性力。
②边界层外的整个流动区域称为外部流动区域,在该区域内,法向速度梯度很小,因此粘性力很小,在大Re情况下,粘性力比惯性力小得多,因此可将粘性力全部忽略,将流体的流动近似看成是理想流体流动。
边界层分离的必要条件:存在黏性作用和逆压梯度。
阻力损伤的起因:摩擦阻力和形体阻力。
文丘里流量计的原理:当流体流过渐缩渐扩管时,可以避免出现边界层分离及漩涡,从而大大降低机械能损失。
黑体:落在物体表面上的辐射能全部被物体吸收的物体;白体:落在物体表面上的辐射能全部以漫反射的形式被反射出去的物体;透热体:落在物体表面的辐射能全部穿透过去的物体;灰体:如果物体能以相同的吸收率吸收所有波长范围的辐射能,则物体对投入辐射的吸收率与外界无关的物体(气体不能看成灰体)。
传质机理包括分子扩散和涡流扩散传质边界层:避免附近浓度梯度较大的流体称为传质边界层。
离心分离设备的重要性能指标:离心分离因数过滤分为:表面过滤和深层过滤,它们的特点、区别、代表实例是?表面过滤:采用的过滤介质(如织物,多孔固体等)的孔一般要比待过虑流体中的固体颗粒的粒径小,过滤时这些固体颗粒被过滤介质截留,并在其表面逐渐积累成滤饼,此时沉积的滤饼亦起过滤作用。
环境工程原理第三版环境工程原理是环境工程专业的重要基础课程,它主要包括环境工程概论、环境化学、环境生物学、环境微生物学、环境工程热力学、环境工程流体力学、环境系统分析等内容。
本书是环境工程原理领域的经典教材,第三版在前两版的基础上进行了全面的修订和更新,内容更加全面、深入和系统。
下面我们将简要介绍本书的主要内容。
第一部分是环境工程概论。
本部分主要介绍了环境工程的基本概念、发展历程、相关法律法规和环境保护政策等内容。
其中,对环境工程的定义和范围进行了明确定义,使读者对环境工程有了全面的认识。
第二部分是环境化学。
环境化学是环境工程中的重要基础学科,本书详细介绍了环境中的化学物质的特性、环境化学反应、环境污染物的来源和去除等内容,为读者深入了解环境化学提供了重要的参考资料。
第三部分是环境生物学和环境微生物学。
环境生物学和环境微生物学是环境工程中的前沿学科,本书系统介绍了环境中的生物种类、数量及其分布规律,以及微生物在环境中的作用和应用等内容,为读者深入了解环境生物学和环境微生物学提供了重要的参考资料。
第四部分是环境工程热力学和流体力学。
环境工程热力学和流体力学是环境工程中的重要理论基础,本书详细介绍了环境中的热力学和流体力学基本理论、原理和应用,为读者深入了解环境工程热力学和流体力学提供了重要的参考资料。
第五部分是环境系统分析。
环境系统分析是环境工程中的重要方法和工具,本书系统介绍了环境系统分析的基本理论、方法和应用,为读者深入了解环境系统分析提供了重要的参考资料。
综上所述,本书全面系统地介绍了环境工程原理的相关内容,适合作为环境工程专业的教材和参考书,也适合作为环境工程从业人员的参考书。
希望本书能够对广大读者有所帮助,促进环境工程领域的发展和进步。
环工原理复习题答案一、选择题1. 环境工程学是一门研究什么的学科?A. 环境美化B. 环境治理C. 环境监测D. 环境规划答案:B2. 以下哪个不是环境工程的主要任务?A. 污染控制B. 资源回收C. 环境美化D. 生态保护答案:C3. 环境工程中,"三废"指的是什么?A. 废气、废水、废渣B. 废水、废热、废渣C. 废气、废热、废料D. 废渣、废热、废料答案:A二、填空题1. 环境工程中的“生物处理法”主要利用_________来降解污染物。
答案:微生物2. 环境工程中的“物理处理法”通常包括_________、_________和_________等方法。
答案:沉淀、过滤、吸附3. 环境工程中的“化学处理法”通常包括_________、_________和_________等方法。
答案:中和、氧化还原、絮凝三、简答题1. 简述环境工程在现代社会中的重要性。
答案:环境工程在现代社会中的重要性体现在保护和改善人类生活环境,促进可持续发展,保障人类健康,以及维护生态平衡等方面。
2. 阐述环境工程中常用的几种污染控制技术。
答案:环境工程中常用的污染控制技术包括生物处理法、物理处理法和化学处理法。
生物处理法利用微生物降解污染物;物理处理法通过沉淀、过滤、吸附等方法去除污染物;化学处理法则通过中和、氧化还原、絮凝等化学反应来处理污染物。
四、论述题1. 论述环境工程在实现绿色发展中的作用。
答案:环境工程在实现绿色发展中起着至关重要的作用。
它通过污染控制、资源回收和生态保护等手段,促进了资源的高效利用和环境的持续改善。
环境工程不仅有助于减少污染物的排放,还推动了清洁生产和循环经济的发展,为实现经济、社会和环境的协调发展提供了技术支撑。
五、计算题1. 某工厂排放的废水中,COD(化学需氧量)为1000mg/L,若采用生物处理法将COD降至100mg/L,求处理效率。
答案:处理效率 = (1000mg/L - 100mg/L) / 1000mg/L * 100% = 90%以上复习题答案仅供参考,具体答案可能会根据教材或课程内容有所不同。
环境它是与某个中心事物与相关的周围事物的总称。
环境污染它主要是由于人为因素造成的环境质量恶化,从而扰乱和破坏了生态系统、生物生存和人类生活条件的一种现象。
三传原理传质、传热、动量传递MLtT量纲在SI中将质量、长度、时间、温度的量纲,分别以M、L、t、T表示。
稳态系统系统中流速,压力,密度等物理量只是位置的函数,而不随时间变化非稳态系统当系统中流速,压力,密度等物理量不仅随位置变化,而且随时间变化。
封闭系统只有能量可以穿越边界而物质不能穿越边界的系统开放系统物质和能量都能够穿越系统边界的系统。
流体携带的能量:内能(物质内部所具有能量的总和,来自分子与原子的运动以及彼此的相互作用)、动能(流体以一定速度流动时,便具有一定的动能,其大小等于从静止加速到速率为v时外界对其所做的功)、位能(流体质点受重力的作用)及静压能(流动着的流体内部任何位置上具有静压能)边界层理论:当实际流体沿固体壁面流动时,紧贴壁面处存在非常薄的一层区域,在此区域内,流体的流速很小,但速度分量沿壁面法向的变化非常迅速,即速度梯度很大,依牛顿粘性定律可知,在Re较大的情况下,即使对于μ很小的流体,其粘性力仍然可以达到很高的数值,因此它所起的作用与惯性力同等重要。
这一区域称为边界层或流动边界层,也称为速度边界层。
在边界层内不能全部忽略粘性力。
边界层外的整个流动区域称为外部流动区域,在该区域内,法向速度梯度很小,因此粘性力很小,在大Re情况下,粘性力比惯性力小得多,因此可将粘性力全部忽略,将流体的流动近似看成是理想流体流动。
边界层分离:物体表面曲率较大时,往往会出现边界层与固体壁面相脱离的现象,此时,壁面附近的流体将发生倒流并产生漩涡,导致流体能量大量损失的现象。
分离的必要条件:存在黏性作用和逆压梯度。
(但不是充分条件,边界层分离与否取决于流动的特征以及物体表面的曲率等)阻力损失产生原因:摩擦阻力(流体与物体的接触表面上存在剪切应力;影响因素:边界层内的流体状态及边界层的厚度)和形体阻力(流体流过表面是曲面的物体时,物体表面的压强分布沿程发生变化)沿程阻力:流体流经直管时的阻力局部阻力:流体流经管件(如弯头、三通、阀门等)时的阻力分支管路的特点:1总管的流量等于各支管流量之和2由于存在分流,所以主管内各段的流量不同,阻力损失需分段加以计算3流体在分支点处无论以后向何处分流,其总机械能为一定值并联管路的特点:总流量等于各支管流量之和2各支管中的阻力损失相等3通过各支管的流量依据阻力损失相同的原则进行分配热量传递的三种方式:热传导(通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程)对流传热(流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程)辐射传热(通过电磁波传递能量的过程)黑体:落在物体表面上的辐射能全部被物体吸收的物体;白体:落在物体表面上的辐射能全部以漫反射的形式被反射出去的物体;透热体:落在物体表面的辐射能全部穿透过去的物体;灰体:如果物体能以相同的吸收率吸收所有波长范围的辐射能,则物体对投入辐射的吸收率与外界无关的物体(气体不能看成灰体)。
热传导物体各部分之间无宏观运动影响因素:不同状态物质温度和压力对导热系数影响不同。
气体与绝对温度的平方根成正比纯金属导热系数随温度升高而减小合金随温度减小而升高晶体随温度升高而减小对流传热指流体中质点发生相对位移而发生的热量传递过程影响因素:物性特征:流体的物性将影响传热几何特征:这类因素包括固体壁面的形状、尺寸、方位、粗糙度、是否处于管道进口段,以及是弯管还是直管等流动特征:包括流动起因(自然对流、强制对流),该流动状态(层流、湍流),有无相变(液体沸腾、蒸汽冷凝)等辐射传热物体在向外发出辐射能同时不断的吸收周围其他物体发出的辐射能,并将吸收的辐射能转化为热能影响因素物体的吸收率、反射率、穿透率的大小取决于物体的性质、表面状况、温度、投射辐射波长温室效应:大气能使太阳短波辐射到达地面,但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收,这样就使地表与低层大气温度增高传热边界层理论:将壁面附近因传热而使流体温度发生较大变化的区域称为传热边界层,传热过程的阻力取决于传热边界层的厚度管式换热器的类型:蛇管式换热器、套管式换热器、列管式换热器换热器传热途径:①增加传热面积:减小管径、异性表面、加装翅片;②增大平均温差:改变两侧流体的相互流向、提高蒸汽的压强可提高温度、增加列管式换热器的壳程数。
③提高传热系数:提高流体的速度、增强流体的扰动、在流体中加固体颗粒、在气流中喷入液滴、采用短管换热器、防止结垢和及时清除污垢。
吸收:指根据气体混合物中各组分在同一溶剂中的溶解度不同,使气体与溶剂充分接触,其中易溶的组分溶于溶剂进入液相,而与非溶解的气体组分分离。
解吸:被吸收的气体组分从吸收剂中脱出的过程吹脱:利用空气作为解析剂汽提:利用蒸汽作为解析剂吸附:当某种固体与气体或液体混合物接触时,气体或液体中的某个或某些组分能以扩散的方式从气相或液相进入固相离子交换:依靠阴阳离子交换树脂中的可交换离子与水中带同种电荷的阴阳离子进行交换,从而使离子从水中除去膜分离:是以天然或人工合成的高分子薄膜为分解介质,当膜的两侧存在某种推动力时,混合物中的某个组分或某些可透过膜,从而与混合物中的其他组分分离。
传质机理分子扩散(由分子的微观运动引起的物质扩散;静止流体及固体中)和涡流扩散(流体质点强烈掺混所导致的物质扩散称为涡流扩散;远大于分子扩散,随湍动程度的增加而增大)传质边界层理论具有浓度梯度的流体层称为传质边界层;质量传递的全部阻力都集中在边界层内沉降分离将含有颗粒物的流体至于某种力场中,使颗粒物与连续相的流体之间发生相对运动,沉降到器壁、器底或其他沉积表面,从而实现颗粒物与流体的分离类型:重力沉降,离心沉降,电沉降,惯性沉降和扩散沉降。
离心沉降的特征:沉降方向不是向下,而是向外,即背离旋转中心;由于离心力随旋转半径而变化,致使离心沉降速率也随颗粒所处的位置而改变,所以颗粒的离心沉降速率不是恒定的,而重力沉降速率则是不变的;离心沉降速率在数值上远大于重力沉降速率,对于细小颗粒以及密度与流体相近的颗粒的分离,利用离心沉降要比重力沉降有效得多。
旋风分离器的工作原理含有粉尘的气体从侧面的矩形进气筒沿切向进入,在圆筒壁约束下做自上而下的螺旋运动。
气体中的粉尘在随气流旋转向下的过程中同时受惯性离心力作用,沿筒壁落下,自锥底排出。
气体旋转到达筒底部后沿中心轴旋转上升,最后由顶部排出。
离心分离因数离心加速度与重力加速度的比值Kc临界直径:临界直径是指在旋风分离器中能够从气体中全部分离出来的最小颗粒的直径分离总效率:总效率是指进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来粉尘的比例;粒级效率:粒级效率表示进入旋风分离器的粒径为被分离下来的比例。
分割粒径:级粒效率为50%时的颗粒直径表面过滤:采用的过滤介质(如织物,多孔固体等)的孔一般要比待过虑流体中的固体颗粒的粒径小,过滤时这些固体颗粒被过滤介质截留,并在其表面逐渐积累成滤饼,此时沉积的滤饼亦起过滤作用。
因此又称为滤饼过滤。
深层过滤:通常发生在以固体颗粒为过滤介质的过滤操作中,由固体颗粒堆积而成的过滤介质层通常都较厚,过滤通道长而曲折,过虑介质层的空隙大于带过滤流体中的颗粒物的粒径深层过滤中悬浮颗粒物的运动:迁移行为:流体中的悬浮颗粒运动到滤料层空隙表面的行为。
作用力①扩散作用(布朗运动)②重力沉降③流体运动作用力(惯性力)附着行为:①接触凝聚,②电化学作用,③吸附,④分子引力。
脱落行为:①流体对附着颗粒的剪切作用,②运动对附着颗粒的碰撞作用。
深层过滤机理:流体中的悬浮颗粒物随流体在流经介质床层的过程中,附着在介质上而被去除。
因此深层过滤实际上是流体通过颗粒过滤介质床层的流动过程,流体通过颗粒床层的流动规律是描述深层过滤过程的基础。
吸收:依据混合气体各组份在同一种液体溶剂中的物理溶解度(或化学反应活性)的不同,而将气体混合物分离的操作过程。
类型:按溶质和吸收剂之间发生的作用:物理吸收和化学吸收按混合气体中被吸收组分的数目:单组份吸收和多组分吸收按在吸收过程中温度是否改变:等温吸收和非等温吸收吸收的基本步骤1溶质由气象主体传递至气液两相界面的气象一侧,及气相内的传递2溶质在两相界面由气相溶解于液相,即相际传递3溶质由相界面的液相一侧传递至液相主体,即液相内的传递气-液平衡:气象溶质与液相吸收剂接触,溶质不断地溶解在吸收剂中,同时溶解在吸收剂中的溶质也在向气相挥发。
随着气相中溶质分压的不断减小,吸收剂中溶质浓度的不断增加,气相溶质向吸收剂的溶解速率与溶质从吸收剂向气相的挥发速率趋于相等,及气相中溶质的分压和液相中溶质的浓度都不再变化,保持恒定。
亨利定律:在稀溶液条件下,温度一定,总压不大时,气体溶质的平衡分压和溶解度成正比,其相平衡曲线是一条通过原点的直线,这一关系称为亨利定律双膜理论:①相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面,界面两侧在分别有一层虚拟的停滞气膜和停滞液膜。
溶质分子以稳态的分子扩散连续通过这两层膜。
②相界面处,气、液两相在瞬间即可达到平衡,界面上没有传质阻力,溶质在界面上两相的存在平衡关系。
③在膜层以外,气、的停滞膜内。
吸附分离是通过多孔固体物料与某一混合组分体系接触,有选择的使体系中的一种或多种组分附着于固体表面,从而实现特定组分分离的过程吸附剂的主要特性①吸附容量大(吸附剂表面积);②选择性强;③稳定性好(热稳定性、化学稳定性);④适当的物理性质(流动性、适当的堆积密度,阻力小,机械强度);⑤价廉易得吸附过程(1)吸附质由流体相扩散到吸附剂外表面,称为外扩散(2)吸附质由吸附剂外表面向微孔中的内表面扩散,称为内扩散(3)吸附质被吸附剂表面吸附穿透曲线:以流出流体量或流出时间为横坐标,出口流体浓度为纵坐标得到的浓度变化曲线离子交换树脂按其活性基团性质:强酸性,弱酸性(阳离子交换树脂),强碱性,弱碱性(阴离子交换树脂)结构:是具有特殊网状结构的高分子化合物,由空间网状结构骨架(即母体)和附着在骨架上的许多活性基团构成离子交换的动力学过程:①边界水膜内的迁移;②交联网孔内的扩散;③离子交换(速度很快);④交联网内的扩散;⑤边界水膜内的迁移。
(总体速度由②步或④步控制)影响因素:①离子性质(化合价和离子大小);②树脂的交联度(交联度大,受孔道扩散控制);③树脂的粒径(粒径小,速度大);④水中离子浓度(浓度大,受孔道扩散控制);⑤溶液温度(温度高,速度大);⑥流速或搅拌速度(提高流速,加强水流紊流,增加液膜扩散速度)膜分离特点:①膜分离过程不发生相变,与其他方法相比能耗较低,能量的转化效率高②膜分离过程可在常温下进行,特别适于对热敏感物质的分离③通常不需要投加其他物质,可节省化学药剂,并有利于不改变分离物质原有的属性④在膜分离过程中,分离和浓缩同时进行,有利于回收有价值的物质⑤膜分离装置简单,可实现连续分离,适应性强,操作容易且易于实现自动控制反渗透和纳滤:反渗透和纳滤是借助于半透膜对溶液中低相对分子质量溶质的截留作用,以高于溶液渗透压的压差为推动力,使溶剂渗透透过半透膜。