河北化工医药职业技术学院教案
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(2)提馏段操作线方程W m m x WL W x W L L y ---=+'''''1 ——提馏段操作线方程其意义:表示在一定的条件下,提馏段内自任意第m 块塔板下降液相组成x `m与其相邻的下一块(即m+1)塔板上升蒸汽组成y `m+1之间的关系。
在稳定操作状态下,W 、x w 为定值,L `、V `为常数,故提馏段操作线也为一条直线。
该直线过b ( x w , x w ),斜率为L ` / V ` , L `受加料量及进料热状况的影响。
三、进料热状况的影响1、五种进料状况分析:(a) 冷液: V ’>V L ’>L⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+W m m Wx y V x L W V L 1''''(b) 饱和液体(泡点进料): V ’=V L ’=L+F(c) 气液混合物:V > V ’ L ’>L(d )饱和蒸汽(露点进料): L ’=L V=V ’+F(e)过热蒸汽: V > V ’ L ’<L设:q —进料热状态参数 q 的定义式为: FL L q )('-= 即每1kmol 进料使得L ’较L 增大的摩尔数。
通过对加料板作物料及热量衡算,就能得到q 值得计算式:==原料液的汽化潜热的热量进料变为饱和蒸汽所需将1kmol 1kmol q 均泡均均r t t c r F )(-+ 均r ——原料液的平均摩尔汽化热,kJ/kmol ;均c ——原料液的平均摩尔比热容,kJ/(kmol ·℃);泡t ——原料液的泡点,℃;F t ——进料温度,℃。
则: L ’=L+qF V=V ’+(1-q)F则提馏段操作线方程为: 【例题7-4】 课堂练习:习题7-7练习:用某精馏塔分离丙酮-正丁醇混合液。
料液含30%丙酮,馏出液含95%(以上均为质量百分数)的丙酮,加料量为1000k g /h ,馏出液量为300kg /h ,进料为沸点状态。
第六节换热器一、间壁式换热器的类型按照换热面的形式,间壁式换热器主要有管式、板式和特殊形式三种类型。
1.管式换热器(1)蛇管式换热器蛇管换热器又可分为沉浸式和喷淋式两种。
①沉浸式换热器如图5-16a所示,是将蛇管沉浸在容器内,盘管内通入热流体,管外通过冷却水进行冷却或冷凝;或者用于加热或蒸发容器内的流体。
优点:结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造,适用于传热量不太大的场合。
缺点:管外对流传热系数小。
为了提高其传热性能,可在容器内安装搅拌器,使器内液体作强制对流。
②喷淋式换热器 5-17所示,主要用作冷却器。
优点:便于检修和清洗;缺点:喷洒不易均匀,体积庞大,占地面积大。
(2)套管式换热器如图5-18所示(3)列管式换热器图5-20、图5-21、图5-2所示①固定管板式一般来说,传热管与壳体的材质不同,在换热过程中由于两流体的温度不同,使管束和壳体的温度也不同,因此它们的热膨胀程度也有差别。
若两流体的温度差较大,就可能由于过大的热应力而引起设备的变形,甚至弯曲或破裂。
因此,当两流体的温度差超过50℃时,就应采取热补偿的措施。
②具有补偿圈(或称膨胀节)的固定管板式换热器这种补偿方法简单,但不宜应用于两流体温度差较大和壳程压力较高的场合。
③U型管式换热器如图5-21所示④浮头式换热器如图5-22所示列管换热器中,一般管内空间容易清洗,故不清洁和易结垢的流体走管内,还有腐蚀性流体、高压流体和高温等流体走管内。
但是,蒸汽、沸腾液体走壳方,对于这种场合壳方不需要挡板。
2.板式换热器这类换热器一般不能承受高压和高温,但对于压力较低、温度不高或腐蚀性强而须用贵重材料的场合,各种板式换热器都显示出更大的优越性。
(1)夹套式换热器如图5-25所示。
(2)螺旋板式换热器图5-26所示,3.特殊形式的换热器(1)翅片式换热器在传热面上加装翅片的措施不仅增大了传热面积,而且增强了流体的扰动程度,从而使传热过程强化。
翅片式换热器有翅片管式换热器和板翅式换热器两类。
第四节 流体阻力一、流体的黏度1.流体阻力的表现和来源(1)阻力的表现如图 由两截面间的柏努利方程式可得:即: 结论:流体阻力致使静压能下降。
阻力越大,静压能下降就越多。
如图所示当流体流经管壁时,壁面上静止的流体层对与其相邻的流体层的流动有约束作用,使该层流体流速变慢,离开壁面越远其约束作用越弱,这种流速的差异造成了流体内部各层之间的相对运动。
由于流体层与流体层之间产生相对运动,流得快的流体层对与其相邻流得慢的流体层产生一种牵引力,而流得慢的流体层对与其相邻流得快的流体层则产生一种阻碍力。
上述这两种力是大小相等而方向相反的。
因此,流体流动时,流体内部相邻两层之间必然有上述相互作用的剪应力存在,这种力称为内摩擦力。
(2)流体阻力的来源• 内摩擦是产生流体阻力的根本原因• 流体流动状况是产生流体阻力的第二位原因。
• 管壁粗糙程度和管子的长度、直径均对流体阻力的大小有影响2.流体的黏度黏性:流体流动时流层之间产生内摩擦力的这种特性,称为黏性。
黏性是决定流体损∑+++=++h p u g z p u g z ρρ22221211212121u u =21z z =∑-=ρ21p p h损内摩擦力大小的物理量。
黏性↑、内摩擦力↑、流体阻力↑黏度:衡量流体黏性大小的物理量。
(黏性系数或动力黏度)符号:μ 。
(1)黏度的单位物理单位制:(dyn ·s/cm 2),称为(泊),符号:P 由于泊的单位太大,一般常用的是厘泊(cP )。
1P =100cPSI 制中:(N ·s/m 2)或(Pa ·s )。
物理单位制中黏度的单位与SI 制中黏度单位的换算关系如下: 1 Pa ·s = 10P =1000 cP =1000mPa ·s或者 1 cP = 1 mPa ·s流体的黏度随温度而变化。
压力对流体黏度的影响可忽略不计。
液体 : T ↑,μ ↓。
气体: T ↑,μ ↑。
三、离心泵的工作点与流量调节调节1.管路的特性曲线每种型号的离心泵在一定转速下,都有其自身固有的特性曲线。
但当离心泵安装在特定管路系统操作时,实际的工作压头和流量不仅遵循特性曲线上二者的对应关系,而且还受管路特性所制约。
管路特性曲线: 表示流体通过某一特定管路所需要的压头与流量的关系。
如图所示,若两液面皆维持恒定,则流体流过管路所需要的压头为损功H g u g p z H +∆+∆+∆=22ρ 因为252282v qle l g g u d le l H ⎪⎫⎝⎛∑+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛∑+=πλλ损对于特定的管路,gp z ρ∆+∆为固定值,变,1u =2u 、2u ∆/2g=0,令 gp z A ρ∆+∆= ⎪⎭⎫ ⎝⎛∑+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=528dle l g B πλ 所以上式可写成 2v Bq A H +=功即管路特性曲线方程。
讨论 曲线在H 轴上截距;管路所需最小外加压头; ① A gp z =∆+∆ρ②高阻管路,曲线较陡;低阻管路曲线较平缓。
③管路特性曲线的形状有管路布局和流量等条件来确定,而与离心泵的性能无关。
2.离心泵的工作点:若将泵的特性曲线和管路的特性曲线绘在同一图中,(2-11所示)两曲线交点P称为泵在该管路上的工作点。
说明:①工作点←泵的特性 & 管路的特性工作点确定:联解两特性曲线方程作图,两曲线交点②泵装于管路:工作点 P(H,q v)q v =泵供流量=管路流量;H=泵供压头=管路流体的压头③工作点对应的( q v,H,P轴,η)即泵的实际工作状态若泵在该点所对应的效率是在最高效率区,即为系统的理想工作点。
3.离心泵流量的调节(改变泵的工作点)(1)改变管路特性:改变泵出口阀的开度。
阀门开度减小时, 流量减小,泵的扬程升高,工作点由P移到P1,管路特性曲线变陡;阀门开度增大时,流量增大,泵的扬程降低,工作点由P移至P2,管路特性曲线变缓。