第一章绪论化工传递过程基础

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1、化工传递过程基础参考书：1•传递过程原理天津大学等合编2.Momentum,HeatandMassTransferC.O.Bennett,J.E.Myers.绪论一、化学工程学科的发展化学工程是以物理、化学和数学的原理为基础，研究化学工业和其他化学类型工业生产过程中物质的转化，改变物质的组成、性质和状态的一门工程学科。它出现于19世纪下半叶，至20世纪20年代，从理论上分析和归纳了化学类型（如：化工、冶金、轻工、医药、核能…）工业生产中的物理和化学变化的过程。把复杂的工业生产过程归纳成为数不多的若干个单元过程（如粉碎、混合、加热、焙烧、沉淀、结晶等），从而奠定

2、了其科学基础。在以后的发展过程中，相继出现了化工热力学、化学反应工程、传递过程、化工系统工程、化工过程动态系统控制等分支，使化学工程这门学科具备了更加完整的系统性、统-性、科学性，成为化学类型工业生产发展的理论基础和指导。其发展过程经历了漫长的人类认识自然、改造自然、总结科学规律的过程。①早期主要是针对不同的化工产品生产过程的描述的生产工艺学。如对制盐、制糖、酿造等过程的描述。没有对各个生产过程中的共性规律进行研究和归纳。②后来，随着生产过程的复杂及规模的扩大，出现了介绍许多过程综合在一起的生产工艺学（称为工业化学）。如制糖工业过程中的：粉碎、压榨、结晶、过滤

3、等。③至20世纪初（1901年），人们发现在许多生产工艺过程中，有些单个的过程中的操作原理具有相似性，提出了“单元操作”（Unitoperation）o这样把复杂的牛产过程分成数个单元操作。④至1957年，把化学类型工业生产过程分为两大类：物理变化的过程（Unitoperation）。化学变化的过程一反应工程学科（ChemicalReactionEngineering）。⑤随着人们对单元操作的进一步认识，所有的单元操作中的原理可分为三种即：MomentumTransfer,HeatTransferandMassTransfero最终，在1960年提出了传递过程

4、。至此，化学工程学科中的问题，归纳成“三传一反”。⑥后来，随着计算机的发展，出现了研究化工过程的描述、优化、控制等的学科一一化工系统工程。①1990年，有人提出了“生态化工”的概念，专门研究生态系统中的化工过程规律。二、本课程研究的内容①研究三种传递本身内在的规律及描述这些规律的方法。解决各种传递问题的基本方法。②研究三种传递之间存在的共性，建立三种传递之间的联系，即三传类比。具体内容为：1.动量传递：讨论流体沿固体壁面流动时，由于流体的粘性，使流体内部产生相对运动,而产生的速度分布、摩擦阻力大小及其计算。何为动量传递？当粘性流体层之间存在相对运动（或速度差o

5、r速度梯度），且由于流体分子的布朗运动或湍流造成流体微团在垂直于流体流动方向上的运动，当高速度流体层中的流体微团进入低速度的流体层中时，速度降下来，将其动量传递给低速度的流体层。这一过程称为“动量传递”。与动量传递相关的单元操作有：流体输送，机械分离（如过滤）及固体流态化等。2.热量传递：讨论固体内部、流体与固体之间传热时的传热规律。温度分布、传热速率及其影响因素。主要的单元操作有：传热、蒸发、干燥等。3•质量传递：讨论流体内部及相际间物质传递的规律。包括浓度分布、传质速率及其影响因素。主要的单元操作有：吸收、精谓、溶解、结晶等。应该指岀：在实际的生产过程中，

6、往往是三种传递过程同时存在，而且它们之间相互影响。（如加热、搅拌条件下，固体物的溶解。则三种传递均存在。）三、“三传”之间的相似性：“三种传递”虽各有其遵循的规律，但它们之间乂存在着联系和相似性。下面以流体与固体壁面之间的传递为例说明：两点假设：①流体与固体壁面之间的传递，只是由流体涡流的质点运动引起的，不考虑分子扩散引起的各种传递，即在固体壁面附近只存在湍流层。②代表平均速度口”的流体层，与代表流体平均温度厶的流体层、平均浓度的流体层在同一位置。下面考察、分析y处流体层与固体壁面Z间的各种传递速率:1•过程速率方程（rateequationofprocess

7、es）根据化工原理知识可得到该层流体与壁面之间的传递速率。（1）动量传递速率流体与固体壁面之间的摩擦力即为动量传递速率0,m,mN=您・总严气二动量m2nrm2•$而积•时间单位：mm〜■s动量面积•时间•・•壁面处：如,=012・•・几飞P%（2）热量传递速率qj——②根据牛顿冷却定律：%=呛”_几）（3）质量传递速率kg/(^m22.守恒定律：根据守恒定律，推出各种传递的速率。设在&时I'可内，有dU体积的流体，经过创面积，由处流体层运动至固体壁面处。(1)动量平衡(momentumbalance).二％仏=u,PdV)二p%dVw~e(i~e(i~e

8、(i(2)热量平衡(energyba