環(huán)境工程原理復(fù)習ppt課件

1、環(huán)境工程原理復(fù)習環(huán)境工程原理復(fù)習復(fù)復(fù) 習習環(huán)境工程原理課程共分三部分：環(huán)境工程原理課程共分三部分： 第一篇第一篇 環(huán)境工程原理根底環(huán)境工程原理根底 第二篇第二篇 分別過程原理分別過程原理 第三篇第三篇 反響工程原理反響工程原理 環(huán)境工程原理采用工程學的方法，將各種不環(huán)境工程原理采用工程學的方法，將各種不同的工藝流程中共性問題抽出進展討論。同的工藝流程中共性問題抽出進展討論。 課程內(nèi)容具有普適性和通用性。課程內(nèi)容具有普適性和通用性。 質(zhì)量守恒定律質(zhì)量守恒定律 熱量守恒定律熱量守恒定律 動量傳送根本實際動量傳送根本實際 熱量傳送根本實際熱量傳送根本實際 質(zhì)量傳送根本實際質(zhì)量傳送根本實際 反響動力學

2、實際反響動力學實際環(huán)境工程原理的根本實際：環(huán)境工程原理的根本實際：環(huán)境工程原理根底討論的主要內(nèi)容：環(huán)境工程原理根底討論的主要內(nèi)容：衡算衡算質(zhì)量衡算質(zhì)量衡算熱量衡算熱量衡算 衡算范圍衡算范圍 衡算基準衡算基準 進、出衡算范圍進、出衡算范圍 各流體的量及變化各流體的量及變化 組成的表達方式；濃度換算；組成的表達方式；濃度換算； 衡算范圍內(nèi)有無物料累積；能否發(fā)生化學反響；衡算范圍內(nèi)有無物料累積；能否發(fā)生化學反響； 能否發(fā)生相變等。能否發(fā)生相變等。熱量傳送熱量傳送根本概念：根本概念：傳熱的根本方式；穩(wěn)定傳熱與不穩(wěn)定傳熱；傳熱的根本方式；穩(wěn)定傳熱與不穩(wěn)定傳熱；溫度場；溫度梯度等溫度場；溫度梯度等穩(wěn)定導(dǎo)熱

3、的根本定律：穩(wěn)定導(dǎo)熱的根本定律：傅立葉傅立葉Fourier第一定律第一定律 數(shù)學表達式數(shù)學表達式 導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)(W/m ) 相關(guān)計算相關(guān)計算單層平壁；多層平壁；單層多層圓筒壁導(dǎo)熱計算等單層平壁；多層平壁；單層多層圓筒壁導(dǎo)熱計算等對流傳熱對流傳熱什么是對流傳熱？什么是對流傳熱？對流傳熱速率方程：對流傳熱速率方程：牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律Q =AT對流傳熱系數(shù)對流傳熱系數(shù)(W/m2)1TTQRA傳熱面積傳熱面積傳熱推進力傳熱推進力傳熱阻力傳熱阻力對流傳熱系數(shù)的閱歷關(guān)聯(lián)式對流傳熱系數(shù)的閱歷關(guān)聯(lián)式322() () () ( )pakgclug TlClRePrGrC, a, k, g 閱歷常數(shù)。閱

4、歷常數(shù)。運用范圍；定性溫度；特征尺寸。運用范圍；定性溫度；特征尺寸。查閱相應(yīng)圖、表；量綱一致性檢驗。查閱相應(yīng)圖、表；量綱一致性檢驗。有無相變？圓形直管彎管？板？有無相變？圓形直管彎管？板？管內(nèi)管外？管內(nèi)管外？“大空間自然對流？大空間自然對流？總傳熱速率方程總傳熱速率方程Q = K T AddQKT A1RKTQR推進力：對數(shù)平均溫度差。推進力：對數(shù)平均溫度差。與冷、熱兩股流體流向及形與冷、熱兩股流體流向及形狀有關(guān)。狀有關(guān)?？倐鳠嵯禂?shù)：總傳熱系數(shù)：選閱歷值；選閱歷值；現(xiàn)場測定；現(xiàn)場測定；計算，相應(yīng)公式。計算，相應(yīng)公式?？傋枇Γ嚎傋枇Γ篟i； Ro； Rm ； rSi ；rSo。傳熱效率傳熱效率=

5、 實踐的傳熱量實踐的傳熱量 Q 最大能夠的傳熱量最大能夠的傳熱量 Qmax假設(shè)熱流體為最小值流體，那么傳熱效率為：假設(shè)熱流體為最小值流體，那么傳熱效率為： 12121111()()mhphhhhhmhphhchcq cTTTTq cTTTT假設(shè)冷流體為最小值流體，那么傳熱效率為：假設(shè)冷流體為最小值流體，那么傳熱效率為： 21211111()()mcpcccccmcpchchcq cTTTTq cTTTT假設(shè)知傳熱效率，那么可根據(jù)兩股流體的進口溫度來確定假設(shè)知傳熱效率，那么可根據(jù)兩股流體的進口溫度來確定換熱器傳熱量換熱器傳熱量Q Q。傳熱單元數(shù)傳熱單元數(shù)NTU210dd()ccTAccThcmc

6、pcTK ANTUTTq c如，基于冷流體的傳熱單元數(shù)如，基于冷流體的傳熱單元數(shù)流體的熱容流量流體的熱容流量傳熱效率和傳熱單元數(shù)的關(guān)系傳熱效率和傳熱單元數(shù)的關(guān)系并流并流min1 exp()11RRNTUccminmin1 exp()(1)1exp()(1)RRRNTUccNTUc逆流逆流當兩流體之一有相變時，當兩流體之一有相變時，min1 exp ()NTU 質(zhì)量傳送質(zhì)量傳送根本概念：根本概念：傳質(zhì)的根本方式：傳質(zhì)的根本方式：分子分散；對流分散分子分散；對流分散分子分散的根本定律：分子分散的根本定律：費克費克( Fick )定律定律JA= NAz= -DAB(dcA/dz)Fick 定律中組成

7、的表達方式；分散系數(shù)定律中組成的表達方式；分散系數(shù)D的物理意義。的物理意義。分子傳質(zhì)分子傳質(zhì)靜止流體中的質(zhì)量傳送靜止流體中的質(zhì)量傳送等分子反向分散等分子反向分散純分子分散純分子分散單向分散單向分散一組分經(jīng)過另一停滯組一組分經(jīng)過另一停滯組分的分散分的分散傳送方式傳送方式傳送類型傳送類型分子分散分子分散0()AAAiBmDppNppRTz p傳質(zhì)速率傳質(zhì)速率Stefan 定律定律漂流因數(shù)漂流因數(shù)00lnBiBBmBiBppppp組分組分B的的對數(shù)平均分壓對數(shù)平均分壓當當 p =pBm ， Stefan定律表達為定律表達為Fick定律。定律。0()AAAiDpNppRTz分散控制過程分散控制過程 傳

8、質(zhì)傳質(zhì)反響反響分散分散反響控制過程反響控制過程 傳質(zhì)主要受反響速率影響傳質(zhì)主要受反響速率影響傳質(zhì)主要受分散速率影響傳質(zhì)主要受分散速率影響界面上有化學反響的穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)界面上有化學反響的穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)0ln(1)ABAAD cNyL 10ln(1)AANk cy 對流傳質(zhì)速率方程對流傳質(zhì)速率方程0()AGAAiNkpp氣相組成以分壓表示氣相組成以分壓表示液相組成以體積摩爾濃度表示液相組成以體積摩爾濃度表示0()ALAiANkcc氣相組成以摩爾分率表示氣相組成以摩爾分率表示0()AyAAiNkyy液相組成以摩爾分率表示液相組成以摩爾分率表示0()AxAiANkxxyGkk pxLkk c對流傳質(zhì)對流傳質(zhì)機械

9、分別機械分別傳質(zhì)分別傳質(zhì)分別常用分別技常用分別技術(shù)術(shù)沉降沉降過濾過濾吸收吸收吸附吸附萃取萃取膜分別膜分別分別過程原理分別過程原理枯燥枯燥沉沉 降降n 單顆粒的幾何特性參數(shù)單顆粒的幾何特性參數(shù)表示顆粒大小的參數(shù)：表示顆粒大小的參數(shù)：粒徑：粒徑：dp體積：體積：Vp外表積：外表積：A球形顆粒的比外表積：球形顆粒的比外表積：6ppAaVd球形顆粒與非球形顆粒的差別以外形系數(shù)表征。球形顆粒與非球形顆粒的差別以外形系數(shù)表征。 = (deV / deS)2 球形顆粒的球形顆粒的 =n 顆粒群的特性顆粒群的特性粒度粒徑分布粒度粒徑分布顆粒的平均粒徑顆粒的平均粒徑n 粒子的密度粒子的密度重力沉降重力沉降球形顆

10、粒的自在沉降速度球形顆粒的自在沉降速度4()3ppptDdd guC阻力系數(shù)，阻力系數(shù)，CD=f (Rep )滯流區(qū)：滯流區(qū)：Rep22118ptpugd過渡區(qū)：過渡區(qū)：2Rep103Stokes方程方程0.6()Re0.27ppptgduAllen方程方程湍流區(qū)：湍流區(qū)：103 RepR1E1R2E2PQR1E1R2E2萃萃 取取膜分別膜分別表征膜性能或效率的參數(shù)：表征膜性能或效率的參數(shù)：膜的選擇性膜的選擇性1FPPFFccccc 截留率截留率分別因子分別因子/ABABAByyxxn流體的浸透性流動性流體的浸透性流動性 浸透性流動性又稱浸透通量或浸透速率。浸透性流動性又稱浸透通量或浸透速率。

11、 表示單位時間經(jīng)過單位面積的體積流量表示單位時間經(jīng)過單位面積的體積流量 m3m-2s-1，也可以換算成質(zhì)量通量或摩爾通，也可以換算成質(zhì)量通量或摩爾通量。量。n 膜技術(shù)運用簡介膜技術(shù)運用簡介反浸透反浸透(RO)和納濾和納濾(NF)；微濾；微濾(MF)和超濾和超濾(UF)干干 燥燥一、概述一、概述1. 1. 枯燥：用加熱的方法使固料中的水分氣化的枯燥：用加熱的方法使固料中的水分氣化的單元操作。單元操作。分類：分類：常壓常壓真空真空枯燥枯燥延續(xù)式延續(xù)式間歇式間歇式大批量消費大批量消費小批量消費小批量消費熱傳導(dǎo)、對流、輻射、結(jié)合枯燥熱傳導(dǎo)、對流、輻射、結(jié)合枯燥過程過程空氣空氣 熱量熱量物料外表物料外表

12、物料內(nèi)部水分物料內(nèi)部水分枯燥介質(zhì)枯燥介質(zhì)是載熱體是載熱體是載濕體是載濕體氣化氣化分散分散傳熱過程傳熱過程傳質(zhì)過程傳質(zhì)過程WppWtt二、濕空氣的性質(zhì)和二、濕空氣的性質(zhì)和H-IH-I圖圖六個性質(zhì)，四個溫度六個性質(zhì)，四個溫度1、總壓、總壓P PaPpp水氣干氣npnPp水水干水2、濕度、濕度Hkg水氣水氣/kg干氣干氣0.622pHPp3、相對濕度、相對濕度%100%spp0.622sspHPp4、比容、比容Hv3m濕氣濕氣/kg干氣干氣273(0.772 1.244)273HtvH5、比熱、比熱HckJ/kg干氣干氣1.01 1.88HcH6、比熱、比熱HIkJ/kg(1.01 1.88)249

13、0HIH tH干氣干氣t()asWttdt真實溫度真實溫度等焓達飽和等焓達飽和等濕達飽和等濕達飽和對飽和空氣對飽和空氣Wdttt對不飽和空氣對不飽和空氣Wdttt常用公式常用公式0.622pHPp0.622sspHPp熟練運用濕空氣的熟練運用濕空氣的H-I圖圖三、枯燥系統(tǒng)的物料衡算，熱量衡算三、枯燥系統(tǒng)的物料衡算，熱量衡算W枯燥水分量枯燥水分量L空氣耗費量空氣耗費量Q1、濕基含水量、濕基含水量wkg水水/kg濕料濕料1G濕料濕料2G產(chǎn)品產(chǎn)品干基含水量干基含水量Xkg水水/kg干料干料Gkg干料干料/h(s)1wXw1XwX2、物料衡算、物料衡算枯燥枯燥器器LL2H1H1,G X2,G X11(

14、,)G w22(,)G w枯燥前后干物料量不變枯燥前后干物料量不變1122(1)(1)GGwGw那么那么212111wGGw121211wGGw121212122111wwwwWGGGGww或用干基，或用干基，1221()()WG XXL HH物料水分減少物料水分減少空氣水分添加空氣水分添加21WLHH3、熱量衡算、熱量衡算預(yù)熱器預(yù)熱器干燥器干燥器L空氣空氣 H0 t0 I0Qp LH0 =H1 t1 I1QLQD LH2 t2 I2 GX1 1 I1 GX2 2 I2pDQQQ202211.01 ()(2490 1.88 )()mLL ttWtG cQ2(2490 1.88 )100%WtQ

15、4空氣經(jīng)過枯燥器時的形狀變化空氣經(jīng)過枯燥器時的形狀變化 當當 ， 時時0DQ 0LQ 可視為等焓過程，即可視為等焓過程，即 等焓枯燥等焓枯燥12II 當當 ，但，但 那么那么 非等焓過程非等焓過程0DQ 0LQ 12II 當當 那么那么21()DLQQG II補充熱補充熱熱損失熱損失 物料帶走的熱物料帶走的熱12II 當當 足夠大，使足夠大，使 ，那么空氣，那么空氣在恒溫下進展枯燥。在恒溫下進展枯燥。 DQ12tt5枯燥速率和枯燥時間枯燥速率和枯燥時間結(jié)合水分；非結(jié)合水分；平衡水分；自在水分。結(jié)合水分；非結(jié)合水分；平衡水分；自在水分?？菰锴€；枯燥速率曲線枯燥曲線；枯燥速率曲線枯燥速率枯燥速率

16、ddddUG XUS tS 等速枯燥階段；降速枯燥階段等速枯燥階段；降速枯燥階段反響工程原理反響工程原理反響過程根本實際：反響過程根本實際：反響工程學反響工程學反響過程速率的影響要素：反響過程速率的影響要素： 傳送過程；流動形狀等。傳送過程；流動形狀等。反響器分類反響器分類釜式和管式釜式和管式間歇式、半延續(xù)式半間歇式和延續(xù)式間歇式、半延續(xù)式半間歇式和延續(xù)式反響器的放大反響器的放大閱歷放大；類似放大；模型放大閱歷放大；類似放大；模型放大模型建立方法模型建立方法物理模型；數(shù)學模型物理模型；數(shù)學模型數(shù)學模型的五類方程數(shù)學模型的五類方程n 反響動力學方程反響動力學方程n 物料衡算方程物料衡算方程n 熱

17、量衡算方程熱量衡算方程n 動量衡算方程動量衡算方程 n 參數(shù)計算式參數(shù)計算式 物性參數(shù)、傳送參數(shù)物性參數(shù)、傳送參數(shù)理想反響器理想反響器理想混合反響器理想混合反響器 完全混合反響器完全混合反響器 活塞流反響器活塞流反響器 完全不混合反響器完全不混合反響器 間歇操作的理想混合反響器間歇操作的理想混合反響器n 理想的間歇操作反響器的操作特點理想的間歇操作反響器的操作特點 n 理想間歇操作反響器設(shè)計的主要目的理想間歇操作反響器設(shè)計的主要目的n 建立數(shù)學模型建立數(shù)學模型n 建立物理模型建立物理模型間歇操作均相化學反響器操作特點：間歇操作均相化學反響器操作特點：一次加料；一次出料；一次加料；一次出料；定時反響；劇烈攪拌。定時反響；劇烈攪拌。 間歇操作均相化學反響器設(shè)計計算：間歇操作均相化學反響器設(shè)計計算：計算根本方程計算根本方程ddAAnVt 0ddAAAxnVt 00dAxAAAxtnV00dAxAAAxtc式中：式中： 反響物反響物A A的量，的量，kmolkmol 反響物反響物A A的