化工原理教案

一、章（節(jié)、目）授課計劃第1頁授課章節(jié)名稱緒論授課時數(shù)2教學(xué)目的通過緒論部分的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對本課程所講授內(nèi)容以及重要性有初步的了解。教學(xué)要求向?qū)W生介紹本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容和任務(wù)，學(xué)習(xí)方法，單位制、單位換算。教學(xué)重點(diǎn)單位換算，物料衡算，能量衡算教學(xué)難點(diǎn)無難點(diǎn)教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題無閱讀書目或參考資料附錄一、二教學(xué)后記對于單位換算、物料衡算、能量衡算這些內(nèi)容在以前的各門課程都有涉及，所以只做簡單概括即可，講述著重放在對該課程的介紹，以及這門課在實(shí)際生產(chǎn)中的作用，學(xué)生的主要收獲也在這里。二、課時教學(xué)內(nèi)容第2頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)一．化工生產(chǎn)的基本單元過程化學(xué)工業(yè)是生產(chǎn)過程中化學(xué)方法占主要地位的制造工業(yè)?；瘜W(xué)反應(yīng)當(dāng)然是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的主要特征?；瘜W(xué)反應(yīng)隨著生產(chǎn)產(chǎn)品、工藝路線和使用原料的不同千變?nèi)f化，然而，組成一個龐大的化工生產(chǎn)企業(yè)的各種方法和步驟，卻是圍繞主要的化學(xué)反應(yīng)工序而展開的眾多的具有一定共性的基本生產(chǎn)單元操作方法。這些基本單元操作方法可以歸類為下列幾種：遵循動量傳遞基本規(guī)律的單元：包括液體、固體和氣體的輸送。熟悉各種物料輸送規(guī)律和選擇各種物料輸送機(jī)械，將是這個單元過程所要了解的內(nèi)容。遵循傳熱基本規(guī)律的單元：化工生產(chǎn)離不開熱量的互相傳遞。包括加熱、冷卻、熱量綜合利用等。熟悉各種物料不同相態(tài)間的熱量傳遞規(guī)律和選擇適宜的傳熱設(shè)備是本單元過程主要目的。遵循傳質(zhì)基本規(guī)律的單元：物料狀態(tài)千變?nèi)f化，分離手段和方法也各不相同。常見的分離方法有蒸發(fā)、精餾、沉降、結(jié)晶、萃取、過濾、吸收、干燥等單元過程。這些單元過程各有特點(diǎn)，具體選用會根據(jù)物料狀態(tài)和產(chǎn)物目的不同而不同，所涉及的設(shè)備也大相徑庭。常常會被各自單獨(dú)劃分為基本生產(chǎn)單元。二．單位制和單位換算目前國際上雖然基本采用國際單位，但有些文獻(xiàn)資料中的數(shù)據(jù)是多種單位制并存，使用這些數(shù)據(jù)時應(yīng)將它們換算成所需單位。包括兩種情況：物理量的單位換算經(jīng)驗公式的單位換算三．解決化工計算問題的基本手段1．物料衡算依據(jù)物料守恒定律Gi------進(jìn)入系統(tǒng)的物質(zhì)的量；Go------排出系統(tǒng)的物質(zhì)的量；GA------系統(tǒng)中物料的累積量，定態(tài)操作其值為0。2．能量衡算依據(jù)能量守恒定律上式為熱量衡算式，化工生產(chǎn)中涉及到的往往是熱量衡算問題。QL為熱損失。3．速率關(guān)系4．平衡關(guān)系速率關(guān)系與平衡關(guān)系將在各種單元操作中分別介紹。一、章（節(jié)、目）授課計劃第3頁授課章節(jié)名稱流體流動概述第一節(jié)靜力學(xué)方程（基本概念）授課時數(shù)2教學(xué)目的通過學(xué)習(xí)掌握流體在重力場中的平衡規(guī)律（靜止流體內(nèi)部壓強(qiáng)的變化規(guī)律）及其工程應(yīng)用。教學(xué)要求熟練掌握應(yīng)用靜力學(xué)方程解決生產(chǎn)實(shí)際問題的方法。教學(xué)重點(diǎn)學(xué)習(xí)本知識點(diǎn)要重點(diǎn)掌握流體靜力學(xué)基本方程式的適用條件及工程應(yīng)用實(shí)例。應(yīng)用流體靜力學(xué)原理解題的關(guān)鍵是正確選取等壓面。教學(xué)難點(diǎn)無難點(diǎn)教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題6、8、閱讀書目或參考資料課本相關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記這一部分內(nèi)容與中學(xué)所學(xué)只是聯(lián)系緊密，所以學(xué)生學(xué)習(xí)起來難度很小，容易掌握。二、課時教學(xué)內(nèi)容第4頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)概述流體是液體和氣體的總稱，其基本特征是具有流動性。所謂流動性就是在靜止時不能承受剪切力的作用，當(dāng)有剪切力作用于流體時，流體質(zhì)點(diǎn)間就會產(chǎn)生相對運(yùn)動。氣體和液體既具有共性，也具有各自的特性，即氣體是可壓縮的，而液體則由于其壓縮性很小，工程上近似認(rèn)為是不可壓縮的。所以在討論共性的同時，也要討論它們各自的特性及處理方法?；どa(chǎn)中所處理的物料，不論是原料、中間產(chǎn)品或者是產(chǎn)品，大部分是流體。在生產(chǎn)過程中，無論是化學(xué)處理或是物理處理過程，流體總是需要從一個設(shè)備流到另一個設(shè)備，從一個車間送到另一個車間，為了完成流體輸送任務(wù)，必須解決管路的配置，流量、壓強(qiáng)的測定，輸送流體所需要的能量的確定和輸送設(shè)備選用等技術(shù)問題。此外，設(shè)備中的傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)都是在流動的流體中進(jìn)行，它們與流體流動形態(tài)密切相關(guān)。研究流體的流動形態(tài)和條件，可作為強(qiáng)化化工設(shè)備的依據(jù)。因此，流體流動與輸送是化工生產(chǎn)中必不可少的單元操作。靜力學(xué)方程基本概念流體的密度ρ液體的密度隨壓強(qiáng)和溫度變化很小,可以看做不可壓縮流體,其值由手冊查取?；旌弦后w的密度由下式計算：式中a為各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。氣體的密度隨壓強(qiáng)和溫度變化，為可壓縮流體，純組分或混合氣體密度都可由下式計算：此式由氣體狀態(tài)方程導(dǎo)出。式中P的單位為KPa，M為摩爾質(zhì)量，對于混合氣體應(yīng)取平均值，其單位為g/mol或kg/kmol。流體的靜壓強(qiáng)p壓強(qiáng)的單位很多，各單位之間的換算關(guān)系為壓強(qiáng)既可以用不同的單位來計量，又可以用三種不同的形式來表示。絕對壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)、真空度，三者的關(guān)系為：表壓強(qiáng)＝絕對壓強(qiáng)—大氣壓強(qiáng)真空度＝大氣壓強(qiáng)—絕對壓強(qiáng)一、章（節(jié)、目）授課計劃第5頁授課章節(jié)名稱第一節(jié)靜力學(xué)方程（方程及其應(yīng)用）授課時數(shù)2教學(xué)目的通過學(xué)習(xí)掌握流體在重力場中的平衡規(guī)律（靜止流體內(nèi)部壓強(qiáng)的變化規(guī)律）及其工程應(yīng)用。教學(xué)要求熟練掌握應(yīng)用靜力學(xué)方程解決生產(chǎn)實(shí)際問題的方法。教學(xué)重點(diǎn)學(xué)習(xí)本知識點(diǎn)要重點(diǎn)掌握流體靜力學(xué)基本方程式的適用條件及工程應(yīng)用實(shí)例。應(yīng)用流體靜力學(xué)原理解題的關(guān)鍵是正確選取等壓面。教學(xué)難點(diǎn)無難點(diǎn)教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題6、8、閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記這一部分內(nèi)容與中學(xué)所學(xué)只是聯(lián)系緊密，所以學(xué)生學(xué)習(xí)起來難度很小，容易掌握。二、課時教學(xué)內(nèi)容第6頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)流體靜力學(xué)方程對靜止流體做受力分析并整理可得：上式即為靜力學(xué)方程。由靜力學(xué)方程可知：當(dāng)液面上方壓強(qiáng)p0發(fā)生變化時，液體內(nèi)部各點(diǎn)壓強(qiáng)將做同樣大小的變化。靜止的、連續(xù)的、同一種流體的同一個水平面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)都相等。將靜力學(xué)方程整理成h的表達(dá)式，說明壓強(qiáng)可以用一定高度的液柱來表示。三．靜力學(xué)方程應(yīng)用靜力學(xué)方程的應(yīng)用有三個方面：壓強(qiáng)與壓強(qiáng)差的測量以靜力學(xué)方程為測量原理的測壓儀表有：U管壓差計測量公式為斜管壓差計微差壓差計測量公式為液位的測量液面計液位遠(yuǎn)距離測量裝置液封高度計算液封安全液封一、章（節(jié)、目）授課計劃第7頁授課章節(jié)名稱第二節(jié)流體在管內(nèi)的流動（基本概念、連續(xù)性方程、柏努利方程）授課時數(shù)2教學(xué)目的通過學(xué)習(xí)掌握流體在管內(nèi)流動的宏觀規(guī)律——流體流動的守恒定律，其中包括質(zhì)量守恒定律——連續(xù)性方程式及機(jī)械能守恒定律——柏努利方程式，并學(xué)會運(yùn)用這兩個基本定律解決流體流動的有關(guān)計算問題。教學(xué)要求熟練掌握連續(xù)性方程、柏努利方程，并利用兩動力學(xué)方程解決生產(chǎn)實(shí)際問題。教學(xué)重點(diǎn)本知識點(diǎn)以連續(xù)方程及柏努利方程為重點(diǎn)，掌握這兩個方程式推導(dǎo)思路、適用條件、用柏努利方程解題的要點(diǎn)及注意事項。通過實(shí)例加深對這兩個方程式的理解。教學(xué)難點(diǎn)本知識點(diǎn)無難點(diǎn)，但在應(yīng)用柏努利方程式計算流體流動問題時要特別注意流動的連續(xù)性及上、下游截面選取的正確性。教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題無閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記柏努利方程是反應(yīng)流體流動基本規(guī)律的重要方程式，利用柏努利方程可以解決幾乎所有流動輸送問題，在這一節(jié)中，通過大量的例題和習(xí)題，使學(xué)生對這部分知識得到不斷鞏固，從而應(yīng)用自如。二、課時教學(xué)內(nèi)容第8頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)流體在管內(nèi)的流動基本概念流量和流速單位時間內(nèi)流經(jīng)設(shè)備或管道任一截面的流體數(shù)量稱為流量。通常有兩種表示方法。（1）體積流量單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面上的流體體積量，稱為體積流量，用符號VS或Vh表示，單位為m3/s或m3/h。（2）質(zhì)量流量單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面上的流體質(zhì)量，稱為質(zhì)量流量，用符號GS或Gh表示，單位為Kg/s或Kg/h。體積流量和質(zhì)量流量之間的關(guān)系為：—流體的密度由于氣體的體積隨壓強(qiáng)和溫度的變化而變化，當(dāng)氣體以體積流量表示時，應(yīng)注明其壓強(qiáng)和溫度。（3）平均流速流體的體積流量VS除以管道的流通截面積A，用符號u表示，單位為m/s。體積流量與平均流速的關(guān)系：質(zhì)量流量與平均流速的關(guān)系：穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動流動過程中涉及到的物理量（流量、流速、壓強(qiáng)等）只隨位置變化而不隨變化的流動過程叫穩(wěn)定流動；不僅隨位置變化，而且隨時間變化的流動過程叫非穩(wěn)定流動。二．連續(xù)性方程對于穩(wěn)定流動過程，通過物料衡算可得：Gs1＝Gs2對于不可壓縮流體：Vs1＝Vs2對于圓形管道又有：u1/u2=(d2/d1)2三．柏努利方程以液體在管中的穩(wěn)定流動為例，通過能量衡算可得：式中每項能量的單位為J/kgWe――為外功，1kg流體流過輸送機(jī)械獲得的能量；∑hf――為能量損失或阻力損失。一、章（節(jié)、目）授課計劃第9頁授課章節(jié)名稱柏努利方程應(yīng)用授課時數(shù)2教學(xué)目的通過學(xué)習(xí)掌握流體在管內(nèi)流動的宏觀規(guī)律——流體流動的守恒定律，其中包括質(zhì)量守恒定律——連續(xù)性方程式及機(jī)械能守恒定律——柏努利方程式，并學(xué)會運(yùn)用這兩個基本定律解決流體流動的有關(guān)計算問題。教學(xué)要求熟練掌握連續(xù)性方程、柏努利方程，并利用兩動力學(xué)方程解決生產(chǎn)實(shí)際問題。教學(xué)重點(diǎn)本知識點(diǎn)以連續(xù)方程及柏努利方程為重點(diǎn)，掌握這兩個方程式推導(dǎo)思路、適用條件、用柏努利方程解題的要點(diǎn)及注意事項。通過實(shí)例加深對這兩個方程式的理解。教學(xué)難點(diǎn)本知識點(diǎn)無難點(diǎn)，但在應(yīng)用柏努利方程式計算流體流動問題時要特別注意流動的連續(xù)性及上、下游截面選取的正確性。教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題10、11、12閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記柏努利方程是反應(yīng)流體流動基本規(guī)律的重要方程式，利用柏努利方程可以解決幾乎所有流動輸送問題，在這一節(jié)中，通過大量的例題和習(xí)題，使學(xué)生對這部分只是得到不斷鞏固，從而應(yīng)用自如。二、課時教學(xué)內(nèi)容第10頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)柏努利方程應(yīng)用1．柏努利方程討論⑴理想流體無外公加入時，任意截面上的三項機(jī)械能之和為常數(shù)；⑵對于靜止流體，流速為0，此時，柏努利方程與靜力學(xué)方程完全一致；⑶柏努利方程是以液體為例導(dǎo)出的，當(dāng)氣體壓強(qiáng)變化小于20％時，也可用于氣體流動過程的計算；⑷由柏努利方程中的We項可以計算輸送機(jī)械的軸功率：⑸柏努利方程還可以以單位重量和單位體積為基準(zhǔn)：mpa注意事項⑴基準(zhǔn)水平面選?。簽榱撕喕嬎?，應(yīng)將兩截面中較低的截面所在水平面作為基準(zhǔn)水平面；⑵截面的選?。核x兩個截面上除了待求量以外的各個量都應(yīng)該是已知的或可以設(shè)法求取的；⑶等式兩邊的各個物理量應(yīng)采用相同的單位制，并且壓強(qiáng)要用相同的表示方法。柏努利方程應(yīng)用利用柏努利方程可以解決幾乎所有的輸送過程的計算問題，概括為一下四個方面：⑴確定管道中流體的流量；⑵確定容器間的相對位置；⑶確定輸送設(shè)備的功率；⑷確定流動流體內(nèi)部的壓強(qiáng)。一、章（節(jié)、目）授課計劃第11頁授課章節(jié)名稱第三節(jié)流體在管內(nèi)流動時的摩擦阻力授課時數(shù)2教學(xué)目的通過簡要分析在微觀尺度上流體流動的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為流動阻力的計算奠定理論基礎(chǔ)。流體流動的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是流體流動規(guī)律的一個重要方面。這些現(xiàn)象的產(chǎn)生在于流體的粘性。教學(xué)要求要求重點(diǎn)掌握：牛頓粘性定律的表達(dá)式、適用條件；粘度的物理意義及不同單位之間的換算。兩種流型的判據(jù)及本質(zhì)區(qū)別；Re的意義及特點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)本知識點(diǎn)以層流（滯流）和湍流（紊流）兩種基本流型的本質(zhì)區(qū)別為主線展開討論，要求重點(diǎn)掌握：（1）牛頓粘性定律的表達(dá)式、適用條件；粘度的物理意義及不同單位之間的換算。（2）兩種流型的判據(jù)及本質(zhì)區(qū)別；Re的意義及特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)無難點(diǎn)教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題13閱讀書目或參考資料課本及實(shí)驗講義相關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記通過對流動現(xiàn)象的觀察，鍛煉學(xué)生透過現(xiàn)象分析過程本質(zhì)的能力，使學(xué)生對本課程有了進(jìn)一步了解，學(xué)習(xí)的興趣更高了。二、課時教學(xué)內(nèi)容第12頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)流體在管內(nèi)流動時的摩擦阻力流動產(chǎn)生的原因——內(nèi)摩擦牛頓粘性定律與流體的粘度流體流動時的內(nèi)摩擦應(yīng)力和速度梯度成正比：式中的比例系數(shù)μ為流體粘度，是流體的物理性質(zhì)，國際單位為Pas，常用單位有P（泊）和cP（厘泊）。三．流動類型和雷諾準(zhǔn)數(shù)由雷諾實(shí)驗結(jié)果可知流體在管內(nèi)流動有兩種截然不同的類型：滯流和湍流。影響因素有流速u、管徑d、流體的粘度和密度都能引起流型的變化?？蓪⑦@些影響因素組合成為一個數(shù)群來作為流型的判斷依據(jù)，此數(shù)群被稱為雷諾數(shù)，用Re表示，其表達(dá)式為：（1-6）當(dāng)：時，是層流流動；時，是湍流流動；時，有時出現(xiàn)層流，有時出現(xiàn)湍流，是一個不穩(wěn)定的區(qū)域，稱為過渡區(qū)。在一般工程計算中，當(dāng)時可按湍流處理。滯流與湍流的比較流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方式不同流體在管內(nèi)的速度分布不同滯流時：速度分布為拋物線湍流時：速度分布不再是拋物線流體的摩擦阻力形式不同一、章（節(jié)、目）授課計劃第13頁授課章節(jié)名稱流動阻力的計算授課時數(shù)2教學(xué)目的解決流體在管截面上的速度分布及柏努利方程式中流動阻力Σhf的計算問題。教學(xué)要求在了解阻力產(chǎn)生的原因的基礎(chǔ)上，學(xué)會阻力計算的方法。教學(xué)重點(diǎn)流體在直管中的流動阻力因流型不同而采用不同的工程處理方法。對于層流，通過過程本征方程（牛頓粘性定律）可用解析方法求解管截面上的速度分布及流動阻力；而對于湍流，需借助因次分析方法來規(guī)劃試驗，采用實(shí)驗研究方法。教學(xué)難點(diǎn)對于因次分析方法的理解和應(yīng)用教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題15閱讀書目或參考資料課本相關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記本節(jié)是流體流動的難點(diǎn)所在，阻力計算的方法，學(xué)生掌握起來比較容易，但對相關(guān)概念的理解就顯得比較吃力，今后的教學(xué)應(yīng)著力于如何使抽象的概念更生動形象一些。二、課時教學(xué)內(nèi)容第14頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)五．流動阻力計算1．直管阻力的計算經(jīng)過大量的實(shí)驗研究發(fā)現(xiàn)，流體流過直管的阻力與其流體的動能u2/2、管長成正比，與其管徑成反比，即：（J/kg）式中——直管阻力，J/kg；——摩擦系數(shù)；——直管長度，m；——管內(nèi)徑，m；——流體在管內(nèi)的平均流速，m/s。當(dāng)流體在圓形直管內(nèi)作層流流動時：(1-10)當(dāng)流體在圓形直管內(nèi)作湍流流動時：，其關(guān)系由關(guān)系圖給出局部阻力計算①阻力系數(shù)法克服局部阻力所引起的能量損失，與管路中流體的動能成正比，即：為局部阻力系數(shù)，一般由實(shí)驗測定。見表1－4②當(dāng)量長度法為了便于管路計算，常將流體流過某管件或閥門時的局部阻力折算成同樣流體流過具有相同直徑，長度為的直管阻力，這個直管長度稱為該管件或閥門的當(dāng)量長度。此時的局部阻力所造成的能量損失計算公式可仿照直管阻力計算公式寫成，即：（J/kg）Le由課本圖1－27查取一、章（節(jié)、目）授課計劃第15頁授課章節(jié)名稱管路計算流量測量授課時數(shù)2教學(xué)目的通過學(xué)習(xí)掌握不同結(jié)構(gòu)管路（簡單管路，并聯(lián)管路及分支管路）的特點(diǎn)，設(shè)計型和操作型管路計算方法和步驟，以達(dá)到合理確定流量、管徑和能量之間的關(guān)系。教學(xué)要求掌握簡單管路的兩種計算問題，了解管路計算中的試差法。了解各種復(fù)雜管路的特點(diǎn)。了解各種流量計的測量原理。教學(xué)重點(diǎn)簡單管路的計算教學(xué)難點(diǎn)本知識點(diǎn)無難點(diǎn)，但在管路的試差計算（特別是復(fù)雜管路的試差計算）往往比較繁瑣，作題時要正確的確定基本關(guān)系，并進(jìn)行耐心、細(xì)致的計算。教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題17、18閱讀書目或參考資料課本相關(guān)內(nèi)容，動畫演示教學(xué)后記這一節(jié)是流體流動這一章的總結(jié)，綜合利用本章所學(xué)內(nèi)容來解決實(shí)際問題，也可以檢驗學(xué)生對本章只是掌握的情況。二、課時教學(xué)內(nèi)容第16頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)第四節(jié)管路系統(tǒng)計算一．總流動阻力在管徑相同的情況下，可用下式計算：管徑不同時，要分段計算管路系統(tǒng)計算簡單管路（串聯(lián)管路）試差法簡介復(fù)雜管路（并聯(lián)、分支管路）管路計算應(yīng)用舉例······第五節(jié)流量測量測速管又叫皮托管，用于流速和流量的測量孔板流量計差壓式流量計，用于流量測量，價格便宜，測量誤差較大。文丘里流量計差壓式流量計，用于流量測量，價格較高，精確度也高。轉(zhuǎn)子流量計截面式流量計，利用轉(zhuǎn)子的位置顯示流量大小，用的最為普遍。一、章（節(jié)、目）授課計劃第17頁授課章節(jié)名稱流體輸送機(jī)械概述離心泵（工作原理和主要部件）授課時數(shù)2教學(xué)目的通過學(xué)習(xí)重點(diǎn)掌握離心泵的工作原理、重要性能參數(shù)及影響泵性能的主要因素。為調(diào)節(jié)或改變泵的性能提供理論依據(jù)。教學(xué)要求了解泵的工作原理；了解泵的基本結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在設(shè)計上如何使液體獲得的動能有效轉(zhuǎn)化為靜壓能的。教學(xué)重點(diǎn)離心泵的基本功能是提高液體的靜壓能。通過離心泵基本結(jié)構(gòu)介紹和離心泵基本方程式的推導(dǎo)，了解在泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計上如何使液體獲得的動能有效轉(zhuǎn)化為靜壓能的離心泵的性能參數(shù)和特性曲線是在常壓下用20℃教學(xué)難點(diǎn)離心泵基本方程式的推導(dǎo)。教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題無閱讀書目或參考資料課本相關(guān)內(nèi)容、幻燈片教學(xué)后記通過一些教學(xué)輔助手段如幻燈片等，進(jìn)行直觀教學(xué)，可以獲得比較好的教學(xué)效果。二、課時教學(xué)內(nèi)容第18頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)流體輸送機(jī)械概述為了將流體從低處送到高處，保證一定的流量和流速，提供克服流體阻力所需的機(jī)械能，就需要一定的機(jī)械設(shè)備，供給流體一定的外加能量或壓頭。根據(jù)流體性質(zhì)的不同，流體輸送機(jī)械可分為：輸送液體用的泵和輸送氣體用的風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)兩類。離心泵一．離心泵的結(jié)構(gòu)和工作原理當(dāng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時，帶動葉片間的液體一道旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，液體從葉輪中心被甩向葉輪邊緣，流速可增大至15～25m/s，動能增加。當(dāng)液體進(jìn)入泵殼之后，由于蝸殼形泵殼中的流道逐漸擴(kuò)大，流速逐漸降低，一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，于是液體以較高的壓強(qiáng)壓出。與此同時，葉輪中心處由于液體被甩出而形成了一定的真空，而液面處的壓強(qiáng)比葉輪中心的要高，因此吸入管處的液體在壓差作用下進(jìn)入泵內(nèi)。只要葉輪的旋轉(zhuǎn)不停止，液體就連續(xù)不斷地吸入和壓出。二．離心泵的主要部件離心泵的類型很多，但都具有三個主要部件：葉輪、泵殼和軸封裝置。葉輪離心泵的主要部件，有三種類型：開式、半閉式和閉式，根據(jù)吸液方式，葉輪還可分為單吸式和雙吸式兩種，（2）泵殼離心泵的外殼，大多數(shù)制成蝸殼形，使泵殼與葉輪之間所形成的通道截面沿葉輪旋轉(zhuǎn)方向逐漸擴(kuò)大。泵殼的主要作用是將葉輪封閉在一定的空間中，匯集葉輪甩出的液體，并將其導(dǎo)向排出管路。同時，由于蝸殼形通道截面的逐漸擴(kuò)大，葉輪甩出液體的流速逐漸降低，使部分動能有效地轉(zhuǎn)化為靜壓能。（3）軸封裝置在泵軸伸出泵殼處，轉(zhuǎn)軸和泵殼之間必須有間隙。這樣，泵內(nèi)的高壓液體將由此漏出泵外；如果間隙和泵的吸入口相通，因吸入口為低壓區(qū)，空氣就會進(jìn)入泵。因此，需要有軸封裝置來防止泵的泄漏和空氣的進(jìn)入。常見的軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種。一、章（節(jié)、目）授課計劃第19頁授課章節(jié)名稱離心泵的主要性能參數(shù)、特性曲線授課時數(shù)2教學(xué)目的通過學(xué)習(xí)重點(diǎn)掌握離心泵的工作原理、重要性能參數(shù)及影響泵性能的主要因素。為調(diào)節(jié)或改變泵的性能提供理論依據(jù)。教學(xué)要求了解泵的工作原理；了解泵的基本結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在設(shè)計上如何使液體獲得的動能有效轉(zhuǎn)化為靜壓能的。教學(xué)重點(diǎn)離心泵的基本功能是提高液體的靜壓能。通過離心泵基本結(jié)構(gòu)介紹和離心泵基本方程式的推導(dǎo)，了解在泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計上如何使液體獲得的動能有效轉(zhuǎn)化為靜壓能的離心泵的性能參數(shù)和特性曲線是在常壓下用20℃教學(xué)難點(diǎn)離心泵基本方程式的推導(dǎo)。教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題2閱讀書目或參考資料課本相關(guān)內(nèi)容、幻燈片教學(xué)后記通過一些教學(xué)輔助手段如幻燈片等，進(jìn)行直觀教學(xué)，可以獲得比較好的教學(xué)效果。二、課時教學(xué)內(nèi)容第20頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)離心泵性能參數(shù)流量離心泵在單位時間向管路系統(tǒng)輸出液體的體積，以Q表示，常用單位有l(wèi)/s或m3/h,流量大小取決于離心泵的結(jié)構(gòu)、尺寸，還與管路特性有關(guān)。壓頭壓頭又稱揚(yáng)程，指離心泵對單位重量流體所提供的有效能量，以H表示，單位為m。其大小決定于離心泵結(jié)構(gòu)、尺寸，還與流量有關(guān)。效率離心泵在把能量傳給流體時會有能量損失，其大小用效率η表示，能量損失包括容積損失、機(jī)械損失、水力損失，一般效率在50％～70％，大型泵可達(dá)90％。軸功率離心泵泵軸轉(zhuǎn)動所需的功率，以N表示，單位為W或KW。三．離心泵的特性曲線離心泵的各個性能參數(shù)之間相互影響，他們之間的關(guān)系可以用關(guān)系曲線表示，主要有三種關(guān)系線。H－Q曲線，正常流量范圍內(nèi)，壓頭隨流量的增大而減小。N－Q曲線，軸功率隨流量的增大而增大，所以離心泵啟動時，要關(guān)掉出口調(diào)節(jié)閥，以保護(hù)電機(jī)。η－Q曲線，流量為0時，效率也為0，隨著流量的增大，效率增加并達(dá)到一最大值，此后隨流量增大而減小。最高效率點(diǎn)稱為設(shè)計點(diǎn)。離心泵工作時，應(yīng)在較高效率下運(yùn)行，高效率區(qū)可按照最高效率的92％劃定。離心泵性能改變與換算液體性質(zhì)的影響密度的影響H、Q、η都與密度無關(guān)，N與密度有關(guān)，其關(guān)系為：2．粘度的影響H、Q、η、N都與粘度有關(guān)，其定性關(guān)系為：H、Q、η都隨粘度的增大而減小，N則隨粘度增大而增大。定量關(guān)系可通過換算系數(shù)換算而得。葉輪轉(zhuǎn)速的影響比例定律：葉輪直徑的影響一、章（節(jié)、目）授課計劃第21頁授課章節(jié)名稱離心泵氣蝕現(xiàn)象與安裝高度授課時數(shù)2教學(xué)目的通過學(xué)習(xí)搞清楚：一臺一定性能的離心泵在特定的管路系統(tǒng)中運(yùn)行時，將會出現(xiàn)一些什么問題？如何高效地滿足生產(chǎn)工藝對泵提出的流量和能量要求？教學(xué)要求了解離心泵工作時的非正常操作現(xiàn)象－氣蝕；熟練掌握離心泵安裝高度的計算方法；了解離心泵流量調(diào)節(jié)的原理；了解離心泵的類型，學(xué)會正確選擇離心泵。教學(xué)重點(diǎn)正確地確定離心泵的安裝高度，避免汽蝕現(xiàn)象發(fā)生。合理地選擇和操作離心泵，并根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，經(jīng)濟(jì)有效地進(jìn)行調(diào)節(jié)。教學(xué)難點(diǎn)對于汽蝕現(xiàn)象的理解教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題3閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記離心泵是使用最為普遍的液體輸送設(shè)備，它具有很多的優(yōu)點(diǎn)，因此，要求學(xué)生一定要熟練掌握其操作方法，對其進(jìn)行正確的運(yùn)行管理。二、課時教學(xué)內(nèi)容第22頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)氣蝕現(xiàn)象與安裝高度氣蝕當(dāng)入口壓強(qiáng)p1〈輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓ps時，液體會汽化。汽化量與△p=p1-ps成正比。氣泡與葉片間的液體一同拋向葉輪外緣，過程中氣泡受到壓力的作用迅速地凝結(jié)或破裂，氣泡的消失產(chǎn)生局部的真空，其周圍的液體以極其高速涌向該空間造成達(dá)幾萬kPa的極大沖擊壓力，沖擊頻率高達(dá)每秒幾萬次，沖擊使泵體產(chǎn)生震動并發(fā)出噪音。

氣泡多發(fā)生在葉輪入口附近，氣泡凝結(jié)破裂時，液體象許多細(xì)小的高頻沖擊“水錘”（600～25000Hz）那樣擊打著葉輪和殼體的表面，使材料表面出現(xiàn)麻點(diǎn)以致穿孔，嚴(yán)重時金屬晶粒松動并剝落沖蝕成蜂窩狀，甚至斷裂，以至葉輪或泵殼不能使用。這種現(xiàn)象——?dú)馕g。離心泵的允許吸上高度離心泵的允許吸上高度：泵的許入口與吸口側(cè)儲槽液面間允許達(dá)到的最大垂直距離，Hg，m。

設(shè)泵在允許的安裝高度操作，在0-1間列柏努利方程式：P1泵吸入口的壓強(qiáng)，由抗氣蝕性能參數(shù)給出。（1）允許吸上真空度

Hs'=(Pa-P1)/ρg

（2）氣蝕余量△h（多為油泵用）將上兩式帶入第一式，即可確定離心泵的安裝高度。一、章（節(jié)、目）授課計劃第23頁授課章節(jié)名稱離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)授課時數(shù)2教學(xué)目的通過學(xué)習(xí)搞清楚：一臺一定性能的離心泵在特定的管路系統(tǒng)中運(yùn)行時，將會出現(xiàn)一些什么問題？如何高效地滿足生產(chǎn)工藝對泵提出的流量和能量要求？教學(xué)要求了解離心泵工作時的非正常操作現(xiàn)象－氣蝕；熟練掌握離心泵安裝高度的計算方法；了解離心泵流量調(diào)節(jié)的原理；了解離心泵的類型，學(xué)會正確選擇離心泵。教學(xué)重點(diǎn)正確地確定離心泵的安裝高度，避免汽蝕現(xiàn)象發(fā)生。合理地選擇和操作離心泵，并根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，經(jīng)濟(jì)有效地進(jìn)行調(diào)節(jié)。教學(xué)難點(diǎn)對于汽蝕現(xiàn)象的理解教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題4、6閱讀書目或參考資料課本相關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記離心泵是使用最為普遍的液體輸送設(shè)備，它具有很多的優(yōu)點(diǎn)，因此，要求學(xué)生一定要熟練掌握其操作方法，對其進(jìn)行正確的運(yùn)行管理。二、課時教學(xué)內(nèi)容第24頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)1．管路特性曲線

當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中時，泵應(yīng)提供的流量和壓頭應(yīng)依管路的要求而定。管路所需壓頭與流量的關(guān)系曲線稱為管路特性曲線，其方程用下式表示He=A+BQe2

2．離心泵的工作點(diǎn)

當(dāng)泵安裝在一定管路系統(tǒng)中時，泵的特性曲線與管路與曲線的交點(diǎn)即為泵的工作點(diǎn)。工作點(diǎn)所示的流量與壓頭既是泵提供的流量和壓頭，又是管路所需要的流量和壓頭。離心泵只有在工作點(diǎn)工作，管中流量才能穩(wěn)定。泵的工作點(diǎn)以在泵的效率最高區(qū)域內(nèi)為宜。

3．離心泵的流量調(diào)節(jié)

對一臺泵而言，特性曲線不會變，而管路特性曲線可變。當(dāng)泵的工作點(diǎn)所提供的流量不能滿足新條件下所需要的流量時，即應(yīng)設(shè)法改變泵工作點(diǎn)的位置，即需要進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。

流量調(diào)節(jié)的方法有：

(1)在離心泵出口管路上裝一調(diào)節(jié)閥，改變閥門開度，即改變管路特性曲線He=A+BQe2中之B值，閥門開大，工作點(diǎn)遠(yuǎn)離縱軸；閥門關(guān)小，工作點(diǎn)靠近縱軸。

這種調(diào)節(jié)方法的優(yōu)點(diǎn)是，操作簡便、靈活。其缺點(diǎn)是，閥門關(guān)小時，管路中阻力增大，能量損失增大，從而使泵不能在最高效率區(qū)域內(nèi)工作，是不經(jīng)濟(jì)的。用改變閥門開度的方法來調(diào)節(jié)流量多用在流量調(diào)節(jié)幅度不大、而經(jīng)常需要調(diào)節(jié)的場合。(2)改變泵的轉(zhuǎn)速，即改變泵的特性曲線。(3)車削葉輪外徑也改變泵的特性曲線。采用以上兩種方法均可改變泵的我曲線。用這些方法調(diào)節(jié)流量在一定范圍內(nèi)可保證泵在高效率區(qū)內(nèi)工作，能量利用較經(jīng)濟(jì)，但不方便，流量調(diào)節(jié)范圍也不大，故應(yīng)用不廣泛。七．離心泵的類型與選用一、章（節(jié)、目）授課計劃第25頁授課章節(jié)名稱非均相物系分離第一節(jié)重力沉降授課時數(shù)2教學(xué)目的重力沉降過程屬于流體力學(xué)中的兩相流動，通過本知識點(diǎn)學(xué)習(xí)，能夠運(yùn)用顆粒與流體之間的相對運(yùn)動規(guī)律達(dá)到非均相混合物分離的目的。掌握沉降過程的有關(guān)計算，并根據(jù)工藝要求和物系特性進(jìn)行沉降室設(shè)計。教學(xué)要求了解沉降過程的影響因素，掌握沉降設(shè)備的設(shè)計計算。教學(xué)重點(diǎn)重點(diǎn)討論固體顆粒從氣流中沉降分離的過程，內(nèi)容包括沉降分離的原理，過程計算，影響沉降分離的因素分析。教學(xué)難點(diǎn)沉降速度計算教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題2閱讀書目或參考資料課本相關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記多層降塵室的設(shè)計原理：利用降塵室生產(chǎn)能力與降塵室高度無關(guān)這一關(guān)系進(jìn)行設(shè)計，不僅可以提高生產(chǎn)能力，而且可以減小可分離塵粒的粒徑，除塵效果更佳。二、課時教學(xué)內(nèi)容第26頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)重力沉降的原理及其概念（一）光滑球形顆粒在靜止流體中的自由沉降1．

自由沉降是指在沉降過程中，顆粒之間的距離足夠大，任一顆粒的沉降不因其它顆粒的存在而受干擾，以及可以忽略容器壁面影響的沉降過程。2．自由沉降速度u通過對小球的受力分析可得：式中阻力系數(shù)ξ可由下表計算：表3—1球形顆粒阻力系數(shù)在各區(qū)內(nèi)表達(dá)式流型定律范圍，阻力系數(shù)計算公式層流Stokes式(斯托克斯)過渡狀態(tài)Allen式(阿倫)湍流Newton式(牛頓)（二）非球形顆粒的自由沉降1．

球形度顆粒幾何形狀的影響用球形度表示。（）2．

當(dāng)量直徑（三）影響重力沉降的其它因素1．干擾沉降2．器壁效應(yīng)3．沉降速度計算引申一、章（節(jié)、目）授課計劃第27頁授課章節(jié)名稱沉降設(shè)備授課時數(shù)2教學(xué)目的重力沉降過程屬于流體力學(xué)中的兩相流動，通過本知識點(diǎn)學(xué)習(xí)，能夠運(yùn)用顆粒與流體之間的相對運(yùn)動規(guī)律達(dá)到非均相混合物分離的目的。掌握沉降過程的有關(guān)計算，并根據(jù)工藝要求和物系特性進(jìn)行沉降室設(shè)計。教學(xué)要求了解沉降過程的影響因素，掌握沉降設(shè)備的設(shè)計計算。教學(xué)重點(diǎn)重點(diǎn)討論固體顆粒從氣流中沉降分離的過程，內(nèi)容包括沉降分離的原理，過程計算，影響沉降分離的因素分析。教學(xué)難點(diǎn)沉降速度、顆粒直徑計算教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題4閱讀書目或參考資料課本相關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記多層降塵室的設(shè)計原理：利用降塵室生產(chǎn)能力與降塵室高度無關(guān)這一關(guān)系進(jìn)行設(shè)計，不僅可以提高生產(chǎn)能力，而且可以減小可分離塵粒的粒徑，除塵效果更佳。二、課時教學(xué)內(nèi)容第28頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)沉降設(shè)備降塵室降塵室是分離氣固混合物的重力分離設(shè)備（一）分離條件

氣體在器內(nèi)最長停留時間：

顆粒在器內(nèi)最長沉降時間：

顆粒被分離條件（除塵條件）：（二）降塵室生產(chǎn)能力（即含塵氣體處理量）即單位時間通過降塵室的氣體流量，單位為m3.s-1或m3.h-1。即：=氣體流通截面氣速=令u則有代入上式中，則=沉降面積沉降速度降塵室的生產(chǎn)能力與顆粒沉降速度ut，降塵室的降塵面積有關(guān)，而與降塵室的高度無關(guān)，所以工業(yè)上多采用多層隔板型降塵室。（三）最小顆粒直徑即理論上能被全部沉降下來的顆粒的最小直徑。實(shí)際操作時，粒徑大于的顆粒也不能全部被分離下來，因為產(chǎn)生了干擾沉降。降塵室可分離粒徑：50~75。2．連續(xù)沉降槽（略）一、章（節(jié)、目）授課計劃第29頁授課章節(jié)名稱第二節(jié)離心沉降授課時數(shù)2教學(xué)目的了解離心沉降過程的特點(diǎn)，并根據(jù)工藝要求和物系特性進(jìn)行離心分離設(shè)備選型。教學(xué)要求了解離心沉降設(shè)備特別是標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)、性能、分離能力。教學(xué)重點(diǎn)了解旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)、性能。教學(xué)難點(diǎn)無難點(diǎn)教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題無閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記這一節(jié)的內(nèi)容屬于了解內(nèi)容，旋風(fēng)或旋液分離器的分離因數(shù)一般在5～2500之間。離心沉降設(shè)備的分離效果遠(yuǎn)較重力沉降設(shè)備為高。二、課時教學(xué)內(nèi)容第30頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)第二節(jié)離心沉降慣性離心力作用下實(shí)現(xiàn)的沉降過程稱為離心沉降。對于兩相密度差較小，顆粒較細(xì)的非均相物系，在離心力場中可得到較好的分離。通常，氣固非均相物質(zhì)的離心沉降是在旋風(fēng)分離器中進(jìn)行，液固懸浮物系的離心沉降可在旋液分離器或離心機(jī)中進(jìn)行。慣性離心力作用下的沉降速度在滯流區(qū)：比值Kc就是粒子所在位置上的慣性離心力場強(qiáng)度與重力場強(qiáng)度之比，稱為離心分離因數(shù)。分離因數(shù)是離心分離設(shè)備的重要指標(biāo)。某些高速離心機(jī)，分離因數(shù)Kc值可高達(dá)數(shù)十萬。旋風(fēng)或旋液分離器的分離因數(shù)一般在5～2500之間。離心沉降設(shè)備的分離效果遠(yuǎn)較重力沉降設(shè)備為高。（二）離心分離設(shè)備——標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器一、章（節(jié)、目）授課計劃第31頁授課章節(jié)名稱傳熱第一節(jié)概述授課時數(shù)2教學(xué)目的通過本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，掌握傳熱過程的基本概念，為后面各知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)教學(xué)要求了解典型換熱器教學(xué)重點(diǎn)本知識點(diǎn)無重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)本知識點(diǎn)無難點(diǎn)教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題無閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記掌握傳熱過程的基本概念，為后面各知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)二、課時教學(xué)內(nèi)容第32頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)第一節(jié)概述一．傳熱的基本方式傳熱，即熱量傳遞，是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種傳遞過程。熱力學(xué)第二定律指出，凡是有溫度差存在的地方，就必然有熱量傳遞（一）熱傳導(dǎo)(又稱導(dǎo)熱)熱量依靠微觀粒子（分子、原子電子）的運(yùn)動而從物體中的高溫區(qū)向低溫區(qū)移動的過程叫熱傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。（二）對流傳熱對流傳熱是由流體內(nèi)部各部分質(zhì)點(diǎn)發(fā)生宏觀運(yùn)動而引起的熱量傳遞過程。（三）輻射傳熱因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱為熱輻射。典型的間壁式換熱器套管換熱器單程列管換熱器多程列管換熱器由于兩流體間的傳熱是通過管壁進(jìn)行的，故管壁表面積即為傳熱面積。顯然，傳熱面積愈大，傳遞的熱量愈多。對于一定的傳熱任務(wù)，確定換熱器的傳熱面積是設(shè)計換熱器的主題。分別用管內(nèi)徑、管外徑或平均直徑計算，則對應(yīng)的傳熱面積分別為管內(nèi)側(cè)面積、外側(cè)面積或平均面積。換熱器中兩流體間傳遞的熱，可能是無相變而僅有溫度變化的顯熱，例如液體的加熱或冷卻；也可能是伴有流體相變的潛熱，例如冷凝或蒸發(fā)。換熱器的熱量衡算是傳熱計算的基礎(chǔ)之一。換熱器的傳熱一般是通過熱傳導(dǎo)和熱對流等方式來實(shí)現(xiàn)的，傳熱的快慢用傳熱速率來表示。傳熱速率Q是指單位時間內(nèi)通過傳熱面的熱量，其單位為W。熱通量則是指每單位面積的傳熱速率，其單位為W/m2。由于換熱器的傳熱面積可以用圓管的內(nèi)表面積、外表面積或平均面積表示，因此相應(yīng)的熱通量的數(shù)值各不相同，計算時應(yīng)標(biāo)明選擇的基準(zhǔn)面積。傳熱速率和熱通量是評價換熱器性能的重要指標(biāo)。一、章（節(jié)、目）授課計劃第33頁授課章節(jié)名稱第二節(jié)熱傳導(dǎo)（傅立葉定律、導(dǎo)熱系數(shù)）授課時數(shù)2教學(xué)目的通過學(xué)習(xí)熱傳導(dǎo)的基本概念，理解熱傳導(dǎo)的機(jī)理和主要存在場合，掌握熱傳導(dǎo)速率方程及其應(yīng)用教學(xué)要求了解各種材料的導(dǎo)熱性能，掌握固體壁面的導(dǎo)熱過程計算。教學(xué)重點(diǎn)單層、多層平壁熱傳導(dǎo)速率方程，單層、多層圓筒壁熱傳導(dǎo)速率方程及其應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)無難點(diǎn)教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題2、4閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記反應(yīng)導(dǎo)熱過程基本規(guī)律的傅立葉定律是三傳定律之一，對于解決生產(chǎn)中的導(dǎo)熱問題具有重要意義。二、課時教學(xué)內(nèi)容第34頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)第二節(jié)熱傳導(dǎo)基本概念和傅立葉定律（一）溫度場和溫度梯度1．溫度場溫度場就是任一瞬間物體或系統(tǒng)內(nèi)各點(diǎn)的溫度分布總和。一般情況下，物體內(nèi)任一點(diǎn)的溫度為該點(diǎn)的位置以及時間的函數(shù)，故溫度場的數(shù)學(xué)表達(dá)式為當(dāng)溫度場為定態(tài)的一維溫度場時等溫面溫度場中同一時刻下相同溫度各點(diǎn)所組成的面積為等溫面。由于某瞬間內(nèi)空間任一點(diǎn)不可能同時有不同的溫度，故溫度不同的等溫面彼此不相交。由于等溫面上溫度處處相等，故在等溫面上將無熱量傳遞，而沿和等溫面相交的任何方向，因溫度發(fā)生變化，則有熱量傳遞。3．溫度梯度溫度隨距離的變化程度以沿與等溫面的垂直方向為最大。通常，將溫度為（t+Δt）與兩相鄰等溫面的溫度差Δt，與兩相鄰等溫面間垂直距離Δn之比的極限稱為溫度梯度。溫度梯度的數(shù)學(xué)定義式為傅立葉定律描述熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的物理定律為傅立葉定律（Fourier’sLaw），其數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中負(fù)號熱通量的方向與溫度梯度的方向相反。導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量。因之，導(dǎo)熱系數(shù)λ表征了物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。導(dǎo)熱系數(shù)的大小和物質(zhì)的形態(tài)、組成、密度、溫度及壓力有關(guān)。一、章（節(jié)、目）授課計劃第35頁授課章節(jié)名稱平壁和圓筒壁的熱傳導(dǎo)授課時數(shù)2教學(xué)目的通過學(xué)習(xí)熱傳導(dǎo)的基本概念，理解熱傳導(dǎo)的機(jī)理和主要存在場合，掌握熱傳導(dǎo)速率方程及其應(yīng)用教學(xué)要求了解各種材料的導(dǎo)熱性能，掌握固體壁面的導(dǎo)熱過程計算。教學(xué)重點(diǎn)單層、多層平壁熱傳導(dǎo)速率方程，單層、多層圓筒壁熱傳導(dǎo)速率方程及其應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)無難點(diǎn)教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題2、4閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記反應(yīng)導(dǎo)熱過程基本規(guī)律的傅立葉定律是三傳定律之一，對于解決生產(chǎn)中的導(dǎo)熱問題具有重要意義。二、課時教學(xué)內(nèi)容第36頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)平壁熱傳導(dǎo)單層平壁的熱傳導(dǎo)t1-t2為傳熱過程推動力；為傳熱熱阻多層平壁的熱傳導(dǎo)圓筒壁熱傳導(dǎo)化工生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到圓筒壁的熱傳導(dǎo)問題，它與平壁熱傳導(dǎo)的不同之處在于圓筒壁的傳熱面積和熱通量不再是常量，而是隨半徑而變，同時溫度也隨半徑而變，但傳熱速率在穩(wěn)態(tài)時依然是常量。（一）單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)該式也可寫成與平壁熱傳導(dǎo)速率方程相類似的形式，即式中式中rm———圓筒壁的對數(shù)平均半徑，m；Sm———圓筒壁的對數(shù)平均面積，m2。應(yīng)予指出，當(dāng)時，上述各式中的對數(shù)平均值可用算術(shù)平均值代替。（二）多層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)一、章（節(jié)、目）授課計劃第37頁授課章節(jié)名稱第三節(jié)對流傳熱授課時數(shù)2教學(xué)目的通過本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，掌握對流傳熱的機(jī)理，理解對流傳熱系數(shù)的意義和影響因素。教學(xué)要求掌握對流傳熱速率方程（牛頓冷卻定律），對對流傳熱系數(shù)有數(shù)量級的了解。教學(xué)重點(diǎn)對流傳熱機(jī)理。教學(xué)難點(diǎn)傳熱邊界層概念的理解。教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題無閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記對流傳熱在工程技術(shù)中非常重要。許多工業(yè)部門中經(jīng)常遇到兩流體之間或流體與壁面之間的熱交換問題，這類問題需用對流傳熱的理論予以解決。在對流傳熱過程中，除熱的流動外，還涉及到流體的運(yùn)動，溫度場與速度場將會發(fā)生相互作用。對流傳熱是指運(yùn)動流體與固體壁面之間的熱量傳遞過程，故對流傳熱與流體的流動狀況密切相關(guān)。二、課時教學(xué)內(nèi)容第38頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)第二節(jié)對流傳熱對流傳熱過程的分析當(dāng)流體流過固體壁面時，由于流體粘性的作用，使壁面附近的流體減速而形成層流內(nèi)層，層流內(nèi)層內(nèi)存在速度梯度。無論流體的流動狀態(tài)如何，層流內(nèi)層始終存在。在與流動方向相垂直的方向上進(jìn)行熱量傳遞時，由于不存在流體的旋渦運(yùn)動與混合，故傳遞方式為熱傳導(dǎo)。然后熱流經(jīng)層流內(nèi)層進(jìn)入緩沖層，在這層流體中，既有流體微團(tuán)的層流流動，也存在一些使流體微團(tuán)在熱流方向上作旋渦運(yùn)動的宏觀運(yùn)動，故在緩沖層內(nèi)兼有熱傳導(dǎo)和渦流傳熱兩種傳熱方式；熱流最后由緩沖層進(jìn)入湍流核心，在這里，流體劇烈湍動，由于渦流傳熱較分子傳熱強(qiáng)烈得多，故湍流核心的熱量傳遞以旋渦運(yùn)動引起的傳熱為主，而分子運(yùn)動所引起的熱傳導(dǎo)可以忽略不計，就熱阻而言，層流內(nèi)層的熱阻占總對流傳熱熱阻的大部分，故該層流體雖然很薄，但熱阻卻很大，因之溫度梯度也很大。湍流核心的溫度則較為均勻，熱阻很小。對流傳熱速率方程和對流傳熱系數(shù)對流傳熱速率方程對流傳熱速率＝對流傳熱推動力÷對流傳熱阻力＝系數(shù)×推動力推動力是壁面和流體間的溫度差。影響阻力的因素很多，但比較明確的是阻力必與壁面的表面積成反比。牛頓冷卻定律在工程計算中，常常使用平均對流傳熱系數(shù)若熱流體在換熱器的管內(nèi)流動，冷流體在管間（環(huán)隙）流動，則與之對應(yīng)的對流傳熱速率方程式可分別表示為：對流傳熱系數(shù)對流傳熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度差下、單位傳熱面積的對流傳熱速率，其單位為W/(m2·℃)，它反映了對流傳熱的快慢，α愈大表示對流傳熱愈快。對流傳熱系數(shù)α與導(dǎo)熱系數(shù)λ不同，它不是流體的物理性質(zhì)，而是受諸多因素影響的一個系數(shù)，反映對流傳熱熱阻的大小。一、章（節(jié)、目）授課計劃第39頁授課章節(jié)名稱第三節(jié)傳熱過程計算授課時數(shù)2教學(xué)目的通過本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，掌握換熱器的能量衡算，總傳熱速率方程和總傳熱系數(shù)的計算。在傳熱計算的兩種方法中，重點(diǎn)掌握平均溫度差法，了解傳熱單元數(shù)法及應(yīng)用場合。教學(xué)要求熟練掌握熱量衡算、總傳熱系數(shù)計算、平均溫度差法的總傳熱計算；了解傳熱單元數(shù)法教學(xué)重點(diǎn)換熱器的能量衡算，總傳熱速率方程和總傳熱系數(shù)的計算，用平均溫度差法進(jìn)行傳熱計算。教學(xué)難點(diǎn)傳熱單元數(shù)法。教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題8、9閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記這一節(jié)為本章的重點(diǎn)內(nèi)容，是知識綜合點(diǎn)，鍛煉學(xué)生利用所學(xué)只是解決實(shí)際生產(chǎn)中傳熱問題的能力。需要反復(fù)聯(lián)系加以鞏固。二、課時教學(xué)內(nèi)容第40頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)傳熱過程計算能量衡算焓差法顯熱法潛熱法總傳熱速率微分方程和總傳熱系數(shù)總傳熱速率方程的微分形式式中──基于管內(nèi)表面積、外表面積、平均表面積的總傳熱系數(shù)，W/(m2℃)；三者之間的關(guān)系為：總傳熱系數(shù)K的來源主要有以下幾個方面?？倐鳠嵯禂?shù)的計算當(dāng)冷、熱流體通過間壁換熱時，其傳熱機(jī)理如下：①熱流體以對流方式將熱量傳給高溫壁面；

②熱量由高溫壁面以導(dǎo)熱方式通過間壁傳給低溫壁面；

③熱量由低溫壁面以對流方式傳給冷流體?？紤]污垢熱阻時：總傳熱系數(shù)的測定總傳熱系數(shù)的推薦值一、章（節(jié)、目）授課計劃第41頁授課章節(jié)名稱平均溫度差法、傳熱單元數(shù)法授課時數(shù)2教學(xué)目的通過本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，掌握換熱器的能量衡算，總傳熱速率方程和總傳熱系數(shù)的計算。在傳熱計算的兩種方法中，重點(diǎn)掌握平均溫度差法，了解傳熱單元數(shù)法及應(yīng)用場合。教學(xué)要求熟練掌握熱量衡算、總傳熱系數(shù)計算、平均溫度差法的總傳熱計算；了解傳熱單元數(shù)法。教學(xué)重點(diǎn)換熱器的能量衡算，總傳熱速率方程和總傳熱系數(shù)的計算，用平均溫度差法進(jìn)行傳熱計算。教學(xué)難點(diǎn)傳熱單元數(shù)法。教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題11、12、13、14閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記這一節(jié)為本章的重點(diǎn)內(nèi)容，是知識綜合點(diǎn)，鍛煉學(xué)生利用所學(xué)只是解決實(shí)際生產(chǎn)中傳熱問題的能力。需要反復(fù)聯(lián)系加以鞏固。二、課時教學(xué)內(nèi)容第42頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)平均溫度差法（一）恒溫傳熱時的平均溫度差（二）變溫傳熱時的平均溫度差1．逆流和并流時的平均溫度差△t1、△t2為換熱器兩端的溫度差當(dāng)△t1/△t2小于等于2時，可用算術(shù)平均值代替對數(shù)平均值2．錯流和折流時的平均溫度差先按照逆流計算平均溫度差，然后再用下式進(jìn)行校正：△tm’為按逆流計算的平均溫度差；ψ△t為溫度差校正系數(shù)，與熱冷流體的溫度變化有關(guān)。其中3．流向的選擇若兩流體均為變溫傳熱時，且在兩流體進(jìn)、出口溫度各自相同的條件下，逆流時的平均溫度差最大，并流時的平均溫度差最小，其它流向的平均溫度差介于逆流和并流兩者之間，因此就傳熱推動力而言，逆流優(yōu)于并流和其它流動型式。逆流的另一優(yōu)點(diǎn)是可節(jié)省加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的用量，這是因為當(dāng)逆流操作時，熱流體的出口溫度T2可以降低至接近冷流體的進(jìn)口溫度t1，而采用并流操作時，T2只能降低至接近冷流體的出口溫度t2，即逆流時熱流體的溫降較并流時的溫升為大，因此逆流時加熱介質(zhì)用量較少。同理，逆流時冷流體的溫升較并流時的溫降為大，故冷卻介質(zhì)用量可少些。由上分析可知，換熱器應(yīng)盡可能采用逆流操作。但是在某些生產(chǎn)工藝要求下，若對流體的溫度有所限制，如冷流體被加熱時不得超過某一溫度，或熱流體被冷卻時不得低于某一溫度，則宜采用并流操作。換熱器設(shè)計時值不宜過低，一般設(shè)計時應(yīng)取>0.9，至少不能低于0.8。一、章（節(jié)、目）授課計劃第43頁授課章節(jié)名稱第四節(jié)對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式授課時數(shù)2教學(xué)目的通過本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，了解影響對流傳熱系數(shù)的因素，掌握因次分析法，并能根據(jù)情況選擇相應(yīng)的對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式。理解流體有無相變化的對流傳熱系數(shù)相差較大的原因。教學(xué)要求了解影響對流傳熱系數(shù)的因素及其關(guān)系的表達(dá)形式；掌握幾個常用的準(zhǔn)數(shù)經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。教學(xué)重點(diǎn)對流傳熱系數(shù)的影響因素。教學(xué)難點(diǎn)因次分析法。教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題15閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記對流傳熱速率方程雖然形式簡單，實(shí)際是將對流傳熱的復(fù)雜性和計算上的困難轉(zhuǎn)移到對流傳熱系數(shù)之中，因此對流傳熱系數(shù)的計算成為解決對流傳熱的關(guān)鍵。二、課時教學(xué)內(nèi)容第44頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)第四節(jié)對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式一．影響對流傳熱系數(shù)的因素由對流傳熱的機(jī)理分析可知，對流傳熱系數(shù)決定于熱邊界層內(nèi)的溫度梯度。而溫度梯度或熱邊界層的厚度與流體的物性、溫度、流動狀況以及壁面幾何狀況等諸多因素有關(guān)。1．流體的種類和相變化的情況液體、氣體和蒸汽的對流傳熱系數(shù)都不相同。2．流體的特性（1）導(dǎo)熱系數(shù)λ：流體的導(dǎo)熱系數(shù)愈大，對流傳熱系數(shù)愈大。（2）粘度μ：流體的粘度愈大，其雷諾數(shù)Re愈小，即湍流程度低，因此層流內(nèi)層愈厚，于是對流傳熱系數(shù)就愈低。（3）比熱容和密度：ρcp代表單位體積流體所具有的熱容量，也就是說ρcp值愈大，表示流攜帶熱量的能力愈強(qiáng)，因此對流傳熱的強(qiáng)度愈強(qiáng)。（4）體積膨脹系數(shù)β：一般來說，體積膨脹系數(shù)愈大的流體，所產(chǎn)生的密度差別愈大，因此有利于自然對流。3．流體的溫度流體溫度對對流傳熱的影響表現(xiàn)在流體溫度與壁面溫度之差Δt、流體物性隨溫度變化程度以及附加自然對流等方面的綜合影響。因此在對流傳熱系數(shù)計算中必須修正溫度對物性的影響。4．流體的流動狀態(tài)滯流和湍流傳熱機(jī)理有本質(zhì)的區(qū)別，湍流時的對流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)比滯流時大。5．流體流動的原因自然對流是由于兩流體內(nèi)部存在溫度差，因而各部分的流體密度不同，引起流體質(zhì)點(diǎn)的相對位移。強(qiáng)制對流是由于外力的作用，6．傳熱面的形狀、位置和大小傳熱面的形狀、傳熱面方位和布置、及管道尺寸等都直接影響對流傳熱系數(shù)。二．對流傳熱過程的因次分析影響對流傳熱系數(shù)α的因素有傳熱設(shè)備的特性尺寸l、流體的密度r、粘度m、比熱cp、導(dǎo)熱系數(shù)λ及流速u等物理量，它們可用一般函數(shù)關(guān)系式來表達(dá)：對于強(qiáng)制對流，通過因次分析可得：自然對流過程（略）一、章（節(jié)、目）授課計劃第45頁授課章節(jié)名稱第五節(jié)換熱器授課時數(shù)2教學(xué)目的通過本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，了解間壁式換熱器的結(jié)構(gòu)型式及強(qiáng)化傳熱采取的途徑。通過學(xué)習(xí)換熱器的設(shè)計和選型，掌握一般傳熱設(shè)計的規(guī)范、相關(guān)計算和設(shè)備選型要考慮的問題。教學(xué)要求了解間壁式換熱器的結(jié)構(gòu)型式及強(qiáng)化傳熱采取的途徑，掌握流徑選擇原則和選型要考慮的問題。教學(xué)重點(diǎn)換熱器的結(jié)構(gòu)型式和強(qiáng)化途徑。教學(xué)難點(diǎn)本知識點(diǎn)無難點(diǎn)教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題無閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容以及換熱器幻燈片、掛圖教學(xué)后記學(xué)習(xí)換熱器的意義在于：在設(shè)備投資及輸送功耗一定的條件下，獲得較大的傳熱量，從而增大設(shè)備容量，提高勞動生產(chǎn)率；在保證設(shè)備容量不變情況下使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，減少占有空間，節(jié)約材料，降低成本；在某種特定技術(shù)過程使某些工藝特殊要求得以實(shí)施等。二、課時教學(xué)內(nèi)容第46頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)第五節(jié)換熱器一．間壁式換熱器的結(jié)構(gòu)形式（一）管式換熱器的結(jié)構(gòu)形式1．管殼式換熱器（1）固定管板式換熱器（2）浮頭式換熱器（3）U型管式換熱器2．蛇管式換熱器（1）沉浸式蛇管換熱器（2）噴淋式蛇管換熱器3．套管式換熱器4．翅片管式換熱器（二）板式換熱器的結(jié)構(gòu)形式1．平板式換熱器2．螺旋板式換熱器3．熱板式換熱器（三）熱管換熱器的結(jié)構(gòu)形式二．換熱器傳熱過程的強(qiáng)化1．增大傳熱面積增大傳熱面積，可以提高換熱器的傳熱速率。但增大傳熱面積不能靠增大換熱器的尺寸來實(shí)現(xiàn)，而是要從設(shè)備的結(jié)構(gòu)入手，提高單位體積的傳熱面積。2．增大平均溫度差采用逆流操作或增加管殼式換熱器的殼程數(shù)使增大，均可得到較大的平均溫度差。提高蒸汽壓力也是提高傳熱溫度差的方法。3．增大總傳熱系數(shù)提高流體流速、及時清除污垢熱阻都可用有效提高總傳熱系數(shù)。一、章（節(jié)、目）授課計劃第47頁授課章節(jié)名稱第五章蒸發(fā)第一節(jié)蒸發(fā)過程概述與蒸發(fā)設(shè)備授課時數(shù)2教學(xué)目的通過本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，掌握蒸發(fā)的基本概念，了解蒸發(fā)器的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，并能根據(jù)情況選擇合適的蒸發(fā)器。教學(xué)要求掌握蒸發(fā)的基本概念，了解蒸發(fā)器的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)無重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)無難點(diǎn)教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題無閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記蒸發(fā)操作是從溶液中分離出部分溶劑，而溶液中所含溶質(zhì)的數(shù)量不變，因此蒸發(fā)是一個熱量傳遞過程，其傳熱速率是蒸發(fā)過程的控制因素。二、課時教學(xué)內(nèi)容第48頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)第一節(jié)蒸發(fā)概述與蒸發(fā)器一．概述1．蒸發(fā)的概念將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱沸騰，使其中的揮發(fā)性溶劑部分汽化從而將溶液濃縮的過程稱為蒸發(fā)。2．蒸發(fā)操作的目的工業(yè)蒸發(fā)操作的主要目的是：濃縮溶液、制取溶劑、制備濃溶液回收溶劑。3．蒸發(fā)流程（圖略）4．蒸發(fā)過程的分類（1）常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)（按蒸發(fā)操作壓力）（2）單效蒸發(fā)與多效蒸發(fā)（根據(jù)二次蒸汽是否用作另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽）（3）間歇蒸發(fā)與連續(xù)蒸發(fā)（根據(jù)蒸發(fā)的過程模式）5．蒸發(fā)操作的特點(diǎn)（1）溶液沸點(diǎn)升高（2）物料的工藝特性（3）能量利用與回收二．蒸發(fā)器1．循環(huán)型蒸發(fā)器(1)中央循環(huán)管式蒸發(fā)器（2）懸筐式蒸發(fā)器（3）外熱式蒸發(fā)器（4）列文蒸發(fā)器（5）強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器2．單程型蒸發(fā)器（1）升膜蒸發(fā)器（2）降膜蒸發(fā)器（3）升—降膜蒸發(fā)器（4）刮板薄膜蒸發(fā)器3．直接接觸傳熱的蒸發(fā)器一、章（節(jié)、目）授課計劃第49頁授課章節(jié)名稱第二節(jié)單效蒸發(fā)（物料、熱量衡算）授課時數(shù)2教學(xué)目的掌握蒸發(fā)操作中溶液沸點(diǎn)升高和溫度差損失及單效蒸發(fā)的有關(guān)計算。教學(xué)要求系統(tǒng)講授單效蒸發(fā)過程計算，使學(xué)生熟練掌握，為多效蒸發(fā)甲酸打好基礎(chǔ)。教學(xué)重點(diǎn)溶液沸點(diǎn)升高和溫度差損失，單效蒸發(fā)的有關(guān)計算。教學(xué)難點(diǎn)溶液沸點(diǎn)升高和溫度差損失。教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題2、3閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記蒸發(fā)過程是一個能耗較大的單元操作，因此能耗是蒸發(fā)過程優(yōu)劣的重要評價指標(biāo)，通常以加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性來表示。蒸發(fā)強(qiáng)度是評價蒸發(fā)器優(yōu)劣的另一個重要指標(biāo)二、課時教學(xué)內(nèi)容第50頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)第二節(jié)單效蒸發(fā)一．物料和熱量衡算對于單效蒸發(fā)，通常給定的生產(chǎn)任務(wù)和操作條件是：進(jìn)料量、溫度和濃度，完成液的濃度，加熱蒸汽的壓力和冷凝器的操作壓力，要求確定：（1）水的蒸發(fā)量或完成液的量；（2）加熱蒸汽的消耗量；（3）蒸發(fā)器的傳熱面積。（一）物料衡算利用物料衡算關(guān)系式可得水的蒸發(fā)量及完成液的濃度分別為：（二）熱量衡算通過熱量衡算即可求出加熱蒸汽用量D以及蒸發(fā)器的熱負(fù)荷Q。若原料液在沸點(diǎn)下進(jìn)入蒸發(fā)器并同時忽略熱損失，則由式5-9可得單位蒸汽消耗量e為一般水的汽化潛熱隨壓力變化不大，即，則或。換言之，采用單效蒸發(fā)，理論上每蒸發(fā)1kg水約需1kg加熱蒸汽。但實(shí)際上，由于溶液的熱效應(yīng)和熱損失等因素，e值約為1.1或更大。一、章（節(jié)、目）授課計劃第51頁授課章節(jié)名稱傳熱速率方程、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和強(qiáng)度授課時數(shù)2教學(xué)目的掌握蒸發(fā)操作中溶液沸點(diǎn)升高和溫度差損失及單效蒸發(fā)的有關(guān)計算。教學(xué)要求系統(tǒng)講授單效蒸發(fā)過程計算，使學(xué)生熟練掌握，為多效蒸發(fā)甲酸打好基礎(chǔ)。教學(xué)重點(diǎn)溶液沸點(diǎn)升高和溫度差損失，單效蒸發(fā)的有關(guān)計算。教學(xué)難點(diǎn)溶液沸點(diǎn)升高和溫度差損失。教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題無閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記蒸發(fā)過程是一個能耗較大的單元操作，因此能耗是蒸發(fā)過程優(yōu)劣的重要評價指標(biāo)，通常以加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性來表示。蒸發(fā)強(qiáng)度是評價蒸發(fā)器優(yōu)劣的另一個重要指標(biāo)二、課時教學(xué)內(nèi)容第52頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)二．傳熱速率方程蒸發(fā)器的傳熱速率方程與通常的熱交換器相同，即（一）傳熱的平均溫度差蒸發(fā)器加熱室的一側(cè)為蒸汽冷凝，另一側(cè)為溶液沸騰，其溫度為溶液的沸點(diǎn)。因此，傳熱的平均溫度差為△tm為有效溫度差，蒸發(fā)操作已知加熱蒸汽壓力（溫度），冷凝器壓力（溫度），溶液沸點(diǎn)t1未知，且和冷凝器溫度不同，之間的差別用溫度差損失△表示，亦稱為溶液的沸點(diǎn)升高。沸點(diǎn)升高不僅僅是由于水中含有不揮發(fā)的溶質(zhì)引起的，還有二次蒸汽從蒸發(fā)器流到冷凝器的阻力損失，則蒸發(fā)器內(nèi)的操作壓力必高于冷凝器內(nèi)壓力，還會使溶液的沸點(diǎn)升高。此外，多數(shù)蒸發(fā)器的操作需維持一定的液面（膜式蒸發(fā)器除外），液面下部的壓力高于液面上的壓力（即蒸發(fā)器分離室中的壓力），故蒸發(fā)器內(nèi)底部液體的沸點(diǎn)還進(jìn)一步升高。所以沸點(diǎn)升高由三部分組成：1．由于溶液中溶質(zhì)存在引起的沸點(diǎn)升高2．由于液柱靜壓頭引起的沸點(diǎn)升高3．由于流動阻力引起的沸點(diǎn)升高（二）蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)的表達(dá)式原則上與普通換熱器相同，即（三）傳熱面積計算在蒸發(fā)器的熱負(fù)荷Q、傳熱的有效溫度差及總傳熱系數(shù)K確定以后，計算蒸發(fā)器的傳熱面積，即：一、章（節(jié)、目）授課計劃第53頁授課章節(jié)名稱第六章蒸餾第一節(jié)氣液平衡關(guān)系授課時數(shù)2教學(xué)目的通過本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握蒸餾過程汽液平衡關(guān)系的不同表示方法。教學(xué)要求重點(diǎn)掌握雙組分理想溶液的氣液平衡關(guān)系，包括平衡關(guān)系方程和平衡相圖，特別是氣液相平衡方程，掌握相對揮發(fā)度的概念及其意義。教學(xué)重點(diǎn)兩組分理想物系的汽液平衡關(guān)系。教學(xué)難點(diǎn)本知識點(diǎn)無難點(diǎn)。教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題2、3、4閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記汽液平衡關(guān)系是精餾過程計算的基礎(chǔ)，要理解平衡常數(shù)、相對揮發(fā)度等基本概念，熟練地運(yùn)用汽液平衡關(guān)系進(jìn)行有關(guān)計算。二、課時教學(xué)內(nèi)容第54頁教學(xué)內(nèi)容備注第一節(jié)氣液平衡關(guān)系一．概述1．概念蒸餾是分離均相液體混合物的一種方法。蒸餾分離的依據(jù)是，根據(jù)溶液中各組分揮發(fā)度（或沸點(diǎn)）的差異，使各組分得以分離。其中較易揮發(fā)的稱為易揮發(fā)組分（或輕組分）；較難揮發(fā)的稱為難揮發(fā)組分（或重組分）。2．蒸餾過程分類（1）蒸餾操作方式可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾（閃蒸），精餾和特殊精餾等。（2）蒸餾操作流程可分為間歇蒸餾和連續(xù)蒸餾。（3）物系中組分的數(shù)目可分為兩組分精餾和多組分精餾。（4）操作壓力可分為加壓、常壓和減壓蒸餾。二．雙組分溶液的氣液平衡（一）兩組分理想物系的汽液平衡1.汽液平衡相圖（1）溫度—組成t－x－y圖是在固定的壓強(qiáng)下測出的，用于分析蒸餾原理。（2）汽—液相組成圖x－y圖此圖與壓強(qiáng)關(guān)系不大，所以可以用于精餾計算，且可以直管顯示物系分離的難易。2．氣液平衡關(guān)系式（1）拉烏爾定律整理得：總壓不是很高時，根據(jù)道爾頓分壓定律則有：上兩式用于已知平衡溫度求平衡的氣液組成，也可由平衡組成求平衡溫度，須試差。（2）以相對揮發(fā)度α表示的汽液平衡方程純組分的揮發(fā)度是指液體在一定溫度下的飽和蒸汽壓。而溶液中各組分的揮發(fā)度可用它在蒸汽中的分壓和與之平衡的液相中的摩爾分率之比來表示，即：去掉下標(biāo)并整理得：非理想物系的氣液平衡略一、章（節(jié)、目）授課計劃第55頁授課章節(jié)名稱第二節(jié)平衡蒸餾與簡單蒸餾第三節(jié)精餾原理與流程授課時數(shù)2教學(xué)目的通過本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握平衡蒸餾和簡單蒸餾的概念和計算方法；掌握精餾過程的基本原理和精餾操作的流程。教學(xué)要求平衡蒸餾和簡單蒸餾都屬于單級蒸餾，生產(chǎn)上用的不多，只作簡單介紹即可。精餾原理則要很好掌握。教學(xué)重點(diǎn)平衡蒸餾和簡單蒸餾的概念；精餾過程的基本原理。教學(xué)難點(diǎn)無難點(diǎn)教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題5閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記蒸餾原理是本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容，充分利用氣液平衡相圖進(jìn)行分析，通過這樣的講解，使得復(fù)雜的精餾過程明了化。二、課時教學(xué)內(nèi)容第56頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)第二節(jié)平衡蒸餾與簡單蒸餾一．平衡蒸餾平衡蒸餾又叫閃蒸，是一種可以連續(xù)穩(wěn)定操作的單級蒸餾，流程見課本。平衡蒸餾的計算（略）二．簡單蒸餾簡單蒸餾也是單級蒸餾，但它只能間歇進(jìn)行，在相同的氣化分率下，簡單蒸餾的分離程度高于平衡蒸餾，因此兩種單級蒸餾各有其優(yōu)缺點(diǎn)。簡單蒸餾計算（略）第三節(jié)精餾原理和流程一．精餾原理平衡蒸餾和簡單蒸餾為單級分離過程，即僅對液體混合物進(jìn)行一次部分汽化和冷凝，故只能對液體混合物進(jìn)行初步地分離。若使液體混合物得到幾乎完全的分離，必須進(jìn)行多次部分汽化和冷凝，該過程即所謂的精餾。將組成為、溫度為的某混合液加熱至泡點(diǎn)以上，則該混合物被部分汽化，產(chǎn)生汽液兩相，其組成分別為y1和x1，此時。將汽液兩相分離，并將組成為y1的汽相混合物進(jìn)行部分冷凝，則可得到組成為y2的汽相和組成為x2的液相。繼續(xù)將組成為y2的汽相進(jìn)行部分冷凝，又可得到組成為y3的汽相和組成為x3的液相，顯然y3>y2>y1。如此進(jìn)行下去，最終的汽相經(jīng)全部冷凝后，即可獲得高純度的易揮發(fā)組分產(chǎn)品。同時，將組成為的液相進(jìn)行部分汽化，則可得到組成為的汽相和組成為的液相，繼續(xù)將組成為的液相部分汽化，又可得到組成為的汽相和組成為的液相，顯然。如此進(jìn)行下去，最終的液相即為高純度的難揮發(fā)組分產(chǎn)品。二．連續(xù)精餾流程根據(jù)精餾原理可知，單有精餾塔尚不能完成精餾操作，還必須有提供回流液的塔頂冷凝器、提供上升蒸汽流的塔底再沸器及其它附屬設(shè)備。將這些設(shè)備進(jìn)行安裝組合，即構(gòu)成了精餾操作流程。操作時，原料液連續(xù)地加入精餾塔內(nèi)。連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（稱為釜?dú)堃海徊糠忠后w被汽化，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器被全部冷凝，將部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔頂作為回流液體，其余部分作為塔頂產(chǎn)品（稱為餾出液）采出。通常，將原料液加入的那層塔板稱為進(jìn)料板。在進(jìn)料板以上的塔段，上升汽相中難揮發(fā)組分向液相中傳遞，易揮發(fā)組分的含量逐漸增高，最終達(dá)到了上升汽相的精制，因而稱為精餾段。進(jìn)料板以下的塔段（包括進(jìn)料板），完成了下降液體中易揮發(fā)組分的提出，從而提高塔頂易揮發(fā)組分的收率，同時獲得高含量的難揮發(fā)組分塔底產(chǎn)品，因而將之稱為提餾段。一、章（節(jié)、目）授課計劃第57頁授課章節(jié)名稱第四節(jié)兩組分連續(xù)精餾計算授課時數(shù)2教學(xué)目的通過本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握精餾塔的物料衡算方法，掌握精餾段與提餾段的操作線方程，掌握進(jìn)料熱狀況的基本概念及其對操作線方程的影響。教學(xué)要求兩組分連續(xù)精餾過程計算所涉及的公式較多，學(xué)習(xí)時不要機(jī)械地記憶，應(yīng)注意掌握其推導(dǎo)過程。教學(xué)重點(diǎn)（1)精餾塔的物料衡算方法。(2)精餾段與提餾段操作線方程。(3)進(jìn)料熱狀況對操作線方程的影響。教學(xué)難點(diǎn)進(jìn)料熱狀況參數(shù)q的理解。教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題7、9、閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記兩組分連續(xù)精餾過程計算的主要內(nèi)容是物料衡算、理論板層數(shù)的計算及塔高和塔徑的計算，涉及到進(jìn)料熱狀況、最小回流比和回流比、塔板效率等諸多概念，要理解上述概念，熟練地掌握各計算公式之間的聯(lián)系。二、課時教學(xué)內(nèi)容第58頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)第四節(jié)兩組分連續(xù)精餾計算一．理論板的概念和恒摩爾流假設(shè)1．理論板所謂理論板是指離開該板的汽液兩相互成平衡，塔板上各處的液相組成均勻一致的理想化塔板。其前提條件是汽液兩相皆充分混合、各自組成均勻、塔板上不存在傳熱、傳質(zhì)過程的阻力。實(shí)際上，由于塔板上汽液間的接觸面積和接觸時間是有限的，在任何形式的塔板上，汽液兩相都難以達(dá)到平衡狀態(tài)，除非接觸時間無限長，因而理論板是不存在的。理論板作為一種假定，可用作衡量實(shí)際板分離效率的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。2．恒摩爾流假設(shè)精餾操作時，在精餾段和提餾段內(nèi)，每層塔板上升的汽相摩爾流量和下降的液相摩爾流量一般并不相等，為了簡化精餾計算，通常引入恒摩爾流動的假定。（1）恒摩爾汽流恒摩爾汽流是指在精餾塔內(nèi)，從精餾段或提餾段每層塔板上升的汽相摩爾流量各自相等，但兩段上升的汽相摩爾流量不一定相等。即（2）恒摩爾液流恒摩爾液流是指在精餾塔內(nèi)，從精餾段或提餾段每層塔板下降的液相摩爾流量分別相等，但兩段下降的液相摩爾流量不一定相等。即恒摩爾流是一種簡化假定，后面介紹的精餾計算均是以恒摩爾流為前提的。二．物料衡算與操作線方程1．全塔物料衡算總物料衡算、易揮發(fā)組分衡算：{餾出液的采出率為：塔頂易揮發(fā)組分的回收率為：2．操作線方程(1)精餾段操作線方程在精餾段任取相鄰兩塊板n板、n+1板，在n+1板以上，包括塔頂冷凝器做物料衡算得：令則得精餾段的操作線方程：式中R表示精餾段下降液體的摩爾流量與餾出液摩爾流量之比，稱為回流比。（2）提餾段的操作線方程在提餾段任取兩塊相鄰板m、m+1，在m板以下，包括再沸器做物料衡算得：操作線中的與加料量、加料熱狀況有關(guān)。三．加料熱狀況影響1.精餾塔的進(jìn)料熱狀況進(jìn)料狀態(tài)可有以下幾種：（1）冷液進(jìn)料；＞L+F＞V（2）飽和液體（泡點(diǎn)）進(jìn)料；（3）汽液混合物進(jìn)料；L﹤﹤L+F﹤V（4）飽和蒸汽(露點(diǎn))進(jìn)料；＝LV＝+F（5）過熱蒸汽進(jìn)料。﹤LV＞+F2．進(jìn)料熱狀況參數(shù)通過對加料板做物料和熱量衡算，并簡化可得：令則提餾段的操作線可表示為：一、章（節(jié)、目）授課計劃第59頁授課章節(jié)名稱理論板層數(shù)的求法授課時數(shù)2教學(xué)目的通過本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握理論板層數(shù)的求解方法，掌握全回流和最小回流比的概念、最小回流比的計算方法，掌握回流比對求解理論板層數(shù)的影響。教學(xué)要求本節(jié)講解的重點(diǎn)應(yīng)放在逐板計算法和梯級圖解法兩種理論板數(shù)的求法上，通過例題的鞏固這兩種方法。教學(xué)重點(diǎn)(1)理論板層數(shù)的求解方法。(2)全回流和最小回流比的概念。(3)最小回流比的計算。教學(xué)難點(diǎn)梯級圖解法求理論板數(shù)教學(xué)方法與手段課堂教學(xué)作業(yè)與思考題12、14閱讀書目或參考資料課本有關(guān)內(nèi)容教學(xué)后記兩組分連續(xù)精餾過程計算的主要內(nèi)容是物料衡算、理論板層數(shù)的計算及塔高和塔徑的計算，涉及到進(jìn)料熱狀況、最小回流比和回流比、塔板效率等諸多概念，要理解上述概念，熟練地掌握各計算公式之間的聯(lián)系。二、課時教學(xué)內(nèi)容第60頁教學(xué)內(nèi)容小結(jié)四．理論板數(shù)的求法（一）逐板計算法逐板計算法通常從塔頂開始，計算過程中依次使用平衡方程和操作線方程，逐板進(jìn)行計算，直至滿足分離要求為止。從塔頂最上一層塔板上升的蒸汽經(jīng)全凝器全部冷凝成飽和溫度下的液體，因此餾出液和回流液的組成均為y1，即根據(jù)理論板的概念，自第一層板下降的液相組成x1與y1互成平衡，由平衡方程得從第二層塔板上升的蒸汽組成y2與x1符合操作關(guān)系，故可用精餾段操作線方程由x1求得y2，即：同理，y2與x2為平衡關(guān)系，如此交替地利用平衡方程及精餾段操作線方程進(jìn)行逐板計算，直至求得的（泡點(diǎn)進(jìn)料）時，則第n層理論板便為進(jìn)料板。通常，進(jìn)料板算在提餾段，因此精餾段所需理論板層數(shù)為n－1。在進(jìn)料板以下，改用提餾段操作線方程由xn（將其記為）求得，再利用平衡方程由求算，如此重復(fù)計算，直至計算到為止。對于間接蒸汽加熱，再沸器內(nèi)汽液兩相可視為平衡，再沸器相當(dāng)于一層理論板，故提餾段所需理論板層數(shù)為(m–1)。在計算過程中，每使用一次平衡關(guān)系，便對應(yīng)一層理論板。逐板計算法計算結(jié)果準(zhǔn)確，概念清晰，但計算過程繁瑣，一般適用于計算機(jī)的計算（二）梯級圖解法1．操作線的作法（1）精餾段操作線的作法利用與對角線的交點(diǎn)a（xD，xD）和截距點(diǎn)b（0，）作出。（2）提餾段操作線做法利用與對角線的交點(diǎn)c（xW，xW），另一個點(diǎn)則取兩操作線的交點(diǎn)，兩操作線交點(diǎn)的軌跡為一條直線，即q線，找到q線與精餾段操作線交點(diǎn)即可，q線的做法，和操作線類似，找到特殊點(diǎn)e（xF，xF），做斜率為的直線，與精餾段操作線交與d點(diǎn)，連接cd即為提餾段操作線。（3）進(jìn)料熱狀況對q線的影響進(jìn)料熱狀況參數(shù)q值不同，q線的斜率也就不同，q線與精餾段操作線的交點(diǎn)隨之而變動，從而影響提餾段操作線的位置。五種狀況中，以冷液進(jìn)料時所需理論板數(shù)最少，隨著q值減小，理論板數(shù)增加。但是生產(chǎn)中最常用的進(jìn)料方式為泡點(diǎn)進(jìn)料。（4）梯級圖解法理論板層數(shù)的圖解方法如圖片1-24所示。自對角線上的點(diǎn)a開始，在精餾段操作線與平衡線之間作由水平線和鉛垂線構(gòu)成的階梯，即從點(diǎn)a開始在平衡線與精餾段操作線之間作階梯。當(dāng)階梯跨過兩操作線的交點(diǎn)d時，改在提餾段操作線與平衡線之間繪階梯，直至階梯的垂線達(dá)到或跨過c（xW，xW