注冊(cè)化工10素材

注冊(cè)化工10素材第1頁/共87頁工業(yè)實(shí)例：熱氣體直接水冷第2頁/共87頁工業(yè)實(shí)例：涼水塔第3頁/共87頁⑤過程新特點(diǎn)：⑴傳熱方向或傳質(zhì)方向可能發(fā)生逆轉(zhuǎn)⑵極限不一定是θ=t,p水汽=pe傳遞方向會(huì)逆轉(zhuǎn)的原因：氣相雙組分，有兩個(gè)獨(dú)立變量t,p水汽液相單組分，只有一個(gè)獨(dú)立變量pe=f(θ)傳熱傳質(zhì)相互牽制，一個(gè)過程的繼續(xù)可打破另一過程的平衡條件：大量氣體，少量液體第4頁/共87頁2濕空氣狀態(tài)的描述①水汽分壓p水汽或露點(diǎn)溫度td②濕度Hkg水汽/kg干氣第5頁/共87頁③相對(duì)濕度φ(當(dāng)pS≤p)

pS為t溫度下的飽和蒸汽壓

(當(dāng)pS≥p)④濕空氣的焓IkJ/kg干氣⑤濕空氣的比容vHm3/kg干氣常壓下，第6頁/共87頁⑥極限溫度⑴濕球溫度tW

傳熱速率汽化潛熱第7頁/共87頁空氣-水系統(tǒng)，流動(dòng)時(shí)kJ/kgK⑵絕熱飽和溫度氣體在絕熱條件下，增濕至飽和(等焓過程)

氣溫下降放熱氣體增濕帶熱路易斯規(guī)則：空氣-水系統(tǒng)：,tas≈tW第8頁/共87頁濕球溫度的物理含義是什么？絕熱飽和溫度的物理含義是什么？?jī)烧哂惺裁串愅c(diǎn)？焓-濕圖(總壓一定，兩個(gè)獨(dú)立變量)注意：td,p水汽,H相互不獨(dú)立第9頁/共87頁第10頁/共87頁例：已知：100kPa,t=50℃,p水汽=4kPa求：(查表50℃，pS=12.4kPa)計(jì)算：

=0.026kg水/kg干氣

=118kJ/kg℃查表p水汽=4kPa的飽和溫度29℃td=29℃查圖第11頁/共87頁查圖例：已知：td=20℃,φ=30%查：H,t,p,I第12頁/共87頁第13頁/共87頁例2常壓下，現(xiàn)需調(diào)節(jié)氣溫及濕度，新鮮空氣經(jīng)噴水室與水充分接觸，被冷卻后排去冷凝水，再經(jīng)加熱器升溫至所需溫度。試求：⑴H1⑵t1⑶整個(gè)過程前后濕度變化設(shè)離開噴水室的氣、液溫度相同第14頁/共87頁解：①H1=H2，出噴水室φ1=100%

先算H2，查20℃，pS=2.27kPa

=0.007水/kg干氣②p水=0.5×2.27=1.14kPa

由φ1=100%，查表得t1=9℃③查tW=25℃,rW=2441kJ/kg,pW=3.186kPa

水/kg干氣第15頁/共87頁第16頁/共87頁3焓濕圖中表示過程變化⑴加熱與冷卻的過程第17頁/共87頁⑵絕熱增濕過程(等焓過程)∵Cpθ<<r∴ΔI<<I,可忽略ΔI則t1,H1與t,H之間視為等焓,I=I1(1.01+1.88H)t+2500=(1.01+1.88H1)t1+2500H1第18頁/共87頁或第19頁/共87頁達(dá)到氣相中水分飽和時(shí)，則查等焓線至φ=100%第20頁/共87頁查：t=80℃,H=0.03kg水/kg干氣等焓增濕至55℃,H1=?

此空氣的tas=?空氣-水系統(tǒng)tW≈tas查：tW=30℃,t=45℃,H=?第21頁/共87頁第22頁/共87頁⑶兩股氣流的混合第23頁/共87頁固體干燥1概述①目的：去濕，面包為什么會(huì)變干，餅干為什么會(huì)返潮②去濕方法：⑴機(jī)械去濕：過濾，離心摔干。原理：尺度大?、莆饺瘢焊稍飫┡c濕物料共放于密閉箱中，如硅膠，原理：水汽分壓差⑶干燥-供熱干燥-對(duì)流干燥濕分在低于沸點(diǎn)下汽化特點(diǎn)：熱質(zhì)同時(shí)傳遞

-冷凍干燥、微波干燥

-真空干燥第24頁/共87頁③對(duì)流干燥的經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性取決于加熱和熱效率廢氣溫度越低效率越高，但受返潮限制第25頁/共87頁2干燥靜力學(xué)2.1水分在氣固兩相間的平衡①結(jié)合水與非結(jié)合水固體中的結(jié)晶水、溶液水、吸附性水、毛細(xì)管中水--結(jié)合水

(借化學(xué)力或物理化學(xué)力)固體表面和大空隙中的水----非結(jié)合水兩者區(qū)別：平衡蒸汽壓不同結(jié)合水的非結(jié)合水的第26頁/共87頁②濕物料含水量的表示干基Xtkg水/kg絕對(duì)干料濕基wkg水/kg濕物料換算：取1kg濕料，其中kg水Gkg濕料，含水wkg水/kg濕料，則絕對(duì)干料量GC=G(1-w)第27頁/共87頁例1：一批木材最初含水分40%(濕基),經(jīng)干燥后,最終含水分20%(濕基),求：每100kg濕木材由干燥去掉的水分量為多少？解：若用W=100×(0.4-0.2)=20kg水，錯(cuò)了⑴絕干料基準(zhǔn)法：第28頁/共87頁⑵杠桿定律法得第29頁/共87頁③平衡蒸汽壓曲線④平衡含水和自由含水平衡水分—指定空氣條件下的被干燥極限，與空氣狀態(tài)有關(guān)若實(shí)際含水X≤X*，出現(xiàn)返潮現(xiàn)象第30頁/共87頁3干燥速率與干燥過程計(jì)算①干燥曲線實(shí)驗(yàn)條件：大量空氣,小塊物料，流速u一定，視空氣條件t,φ不變②干燥速率曲線定義干燥速率第31頁/共87頁③主要階段：⑴預(yù)熱段AB⑵恒速干燥階段BC

物料表面為濕球溫度⑶降速干燥階段CD,DE降速原因：⑴實(shí)際汽化表面減少⑵汽化面內(nèi)移⑶平衡蒸汽壓下降多孔性⑷固體內(nèi)部水分?jǐn)U散極慢非多孔性思考題：恒速段除去的是什么水？第32頁/共87頁④臨界自由含水量

---恒速段終了，降速段開始時(shí)的自由含水量影響因素：⑴物料本身：結(jié)構(gòu)、分散程度⑵干燥介質(zhì)及操作：t,H,u實(shí)驗(yàn)表明：恒速段速率越大,越早進(jìn)入降速段,XC越大問題：t↑XC?H↑XC?u↑XC?第33頁/共87頁⑤干燥操作條件對(duì)產(chǎn)品的影響⑴熱敏性物料，并流操作⑵易干燥收縮變形、易結(jié)硬殼的，初期速率不得過快第34頁/共87頁3.2間歇干燥過程計(jì)算實(shí)驗(yàn)時(shí)的物料分散程度與生產(chǎn)時(shí)一樣①干燥時(shí)間恒速段：得空氣平行于物料表面流動(dòng)時(shí)

α=0.0143G0.8G----kg/m2s,α----kW/m2K第35頁/共87頁降速段：近似處理

NA=KXX(直線擬合)得第36頁/共87頁例1p=100kPa，t=100℃,tW=35℃,(rW=2413kJ/kg，pW=5.62kPa)的空氣，以5m/s流速平行流過物料表面，物料進(jìn)入間隙干燥器時(shí)，含水量0.125水/kg干料,終態(tài)含水量要求0.025水/kg干料，臨界自由含水量Xc=0.07水/kg干料，平衡含水量X*=0.005水/kg干料,GC=10kg干料，干燥面積A=1m2。求：干燥所需時(shí)間？第37頁/共87頁解：X1=0.125-0.005=0.12kg水/kg干料

X2=0.025-0.005=0.02kg水/kg干料先求恒速段

α=0.0143(ρu)0.8=0.0495kW/m2K

第38頁/共87頁恒速得設(shè)降速段NA=KXX

則得

τ=τ1+τ2=375+658=1033s=17.2分鐘第39頁/共87頁3.3連續(xù)干燥過程①特點(diǎn)：⑴預(yù)熱段：物料從進(jìn)料溫度θ1升至tW⑵表面汽化階段：物料溫度為tW，當(dāng)無Q損失和Q補(bǔ)時(shí)，為等焓過程⑶升溫階段：物料從tW升至出口溫度θ2沒有恒速干燥階段第40頁/共87頁②物料衡算和熱量衡算⑴物料衡算式W=GC(X1-X2)=V(H2-H1)⑵熱量衡算式預(yù)熱器：Q=V(I1-I0)=VCpH1(t1-t0)==VCpH1(t1-t2)+VCpH1(t2-t0)

干燥器中放熱廢氣帶走Q3干燥器：

VCpH1(t1-t2)=W(r0+CpVt1-CpLθ1)+GCCpm(θ1-

θ1)+Q損-Q補(bǔ)汽化水分Q1

物料升溫Q2第41頁/共87頁③熱效率η定義當(dāng)Q損=0,Q補(bǔ)=0時(shí)，第42頁/共87頁提高η的措施⑴提高t1(物料要耐溫)⑵降低廢氣出口溫度t2

但有可能返潮,通常t2比tW大20~50℃⑶中間加熱對(duì)不耐高溫的物料很有效第43頁/共87頁⑷廢氣再循環(huán)

也增加了H2-H0,降低V第44頁/共87頁④理想干燥過程與實(shí)際干燥過程理想干燥簡(jiǎn)化假定：⑴不計(jì)預(yù)熱段,升溫段(物料溫度變化可忽略)⑵水分都是在表面汽化階段除去(θ=tW)⑶Q補(bǔ)=0⑷忽略Q損結(jié)果：干燥為等焓過程第45頁/共87頁3.4理想干燥過程計(jì)算

V(H2-H1)=GC(X1-X2)I1=I2,tW=常數(shù)

θ=tW第46頁/共87頁將CpH取平均值，作常數(shù)處理第47頁/共87頁3.5實(shí)際干燥器容積估算分三段:①預(yù)熱段②表面汽化段③升溫段

，(i=1,2,3)

第48頁/共87頁4干燥器4.1評(píng)價(jià)指標(biāo)①對(duì)物料的適應(yīng)性②設(shè)備的生產(chǎn)能力(處理量,所需干燥時(shí)間)③能耗的經(jīng)濟(jì)性(熱效率)4.2常用干燥器類型①廂式干燥器小批量、適應(yīng)性強(qiáng)②噴霧干燥器停留時(shí)間短,適用于熱敏物料③氣流干燥器加速段最有效④流化干燥器適用于顆粒狀物料停留時(shí)間可很長(zhǎng),傳熱傳質(zhì)系數(shù)大第49頁/共87頁⑤轉(zhuǎn)筒干燥器處理量大,適應(yīng)性強(qiáng)⑥耙式真空干燥器間歇操作，適用于易氧化有機(jī)物料⑦冷凍干燥器升華除濕，適用于生物、藥物等第50頁/共87頁例1濕物料量1.75kg/s,由含水量w1=20%干燥至w2=1%,室外空氣溫度為20℃,濕球溫度為16℃,經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入干燥器,出口廢氣達(dá)到指定溫度后排出,現(xiàn)采用兩種方案：1．氣體一次預(yù)熱至120℃,增濕至43℃后排出；2．設(shè)置中間加熱，即預(yù)熱至120℃,氣體進(jìn)入干燥器,增濕至中間達(dá)43℃時(shí),再被加熱至100℃,繼續(xù)增濕至50℃排出。設(shè)為理想干燥器,總壓100kPa求：兩種情況下的V,η第51頁/共87頁解：1.查16℃下,pW=1.82kPa,rW=2463kJ/kgI1=(1.01+1.88H0)t1+2500H0=(1.01+1.88×0.0098)×120+2500×0.0098=148kJ/kg干氣

I2=I1,第52頁/共87頁2.I1=148kJ/kg干氣

H2=0.0404kg水/kg干氣

I4=I3,I3=(1.01+1.88×0.0404)×100+2500×0.0404=210kJ/kg干氣第53頁/共87頁Q+Q中=VCpH1(t1-t0)+VCpH3(t3-t2)Q有效=VCpH1(t1-t2)+VCpH3(t3-t4)CpH1=1.01+1.88×0.0098=1.028kJ/kg℃CpH3=1.01+1.88×0.0404=1.086kJ/kg℃第54頁/共87頁例2實(shí)際干燥器的焓衡算如圖示,已知濕物料初態(tài)為X1=0.2kg水/kg干料,θ1=18℃,終態(tài)為X2=0.01kg水/kg干料,θ2=30℃,干物料比熱CPS=2kJ/kg℃,物料量GC=1.2kg干料/s,H0=0.001kg水/kg干氣,t0=16℃的空氣經(jīng)加熱，進(jìn)入干燥器，干空氣流量為V=4kg干氣/s,氣體出口狀態(tài)為t4=60℃。求：Q+Q中為多少？第55頁/共87頁解：I0=(1.01+1.88×0.001)×16+2500×0.001=18.7kJ/kg干氣I4=(1.01+1.88×0.058)×60+2500×0.058=212.1kJ/kg干氣i1=(CPS+CPLX1)θ1=(2+4.18×0.2)×18=51.0kJ/kg干料i2=(CPS+CPLX1)θ2=(2+4.18×0.01)×30=61.2kJ/kg干料Q+Q中=V(I4-I0)+GC(i2-i1)==4×(212.1-18.7)+1.2×(61.2-51)=786kW第56頁/共87頁

膜分離3.1概述①目的：分離流體混合物基本原理：固體膜對(duì)混合物各組分的選擇性滲透推動(dòng)力：----壓力差

----電位差第57頁/共87頁②膜分離過程的分類：第58頁/共87頁第59頁/共87頁膜厚度：如不對(duì)稱膜：致密層0.1μm

多孔支撐層25~100μm支撐層改善機(jī)械強(qiáng)度第60頁/共87頁聚酰胺轉(zhuǎn)相膜第61頁/共87頁多孔聚醚酰胺膜表層第62頁/共87頁毛細(xì)管膜第63頁/共87頁細(xì)中空纖維第64頁/共87頁③膜的基本要求⑴截留率⑵透過速率（通量）

kmol/m2s

隨時(shí)間增加而衰減⑶截留分子量分子大，截留率大(膜孔有大小)定義：截留率90%物質(zhì)的分子量⑷機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性第65頁/共87頁3.2超濾①原理多孔膜截留微粒、大分子溶質(zhì)膜孔的篩分作用微孔孔徑1~20nm，截留分子量500~106超濾透過速率第66頁/共87頁②透過速率和濃差極化極限通量第67頁/共87頁③超濾操作的反沖用滲透物反向沖洗④超濾的工業(yè)應(yīng)用熱敏物、生物活性物等物質(zhì)分離如：果汁、牛奶的濃縮、純水制備(除去大分子有機(jī)物等)生物酶的濃縮精制、血液中除去尿毒素工業(yè)廢水中除去高分子物質(zhì)第68頁/共87頁3.3反滲透①原理：鹽水溶液蒸汽壓↓，逸度↓加壓ρgh使逸度↑平衡時(shí)f純水=f鹽水滲透壓П=ρgh=φ(x鹽)反滲透Δp>П第69頁/共87頁②濃差極化溶質(zhì)在膜表面截留，形成高濃度區(qū)控制體物料衡算：積分z:0→L,x:x1→x3,當(dāng)x2≈0，第70頁/共87頁③透過速率反滲透推動(dòng)力溶劑：

A溶劑透過系數(shù)④反滲透的工業(yè)應(yīng)用如海水脫鹽:3.5%→0.05%膜組件：螺旋卷式,中空纖維式脫鹽率(鹽截留率)：≥98%透過速率：≥4.17×10-6m/s第71頁/共87頁3．4電滲析①原理電位差為推動(dòng)力，離子交換膜使離子選擇透過第72頁/共87頁離子交換膜：高分子材料基體，鏈接可電離的活性基團(tuán)陽膜：活性基團(tuán)常為磺酸基電離后固定基團(tuán)帶負(fù)電陰膜：活性基團(tuán)常為季胺電離后固定基團(tuán)帶正電第73頁/共87頁②電滲析的應(yīng)用從溶液中除去各種鹽鹽水淡化制飲用水電鍍廢水中回收銅、鎳、鉻人工腎第74頁