化工原理考研09整理(南工大)

1、第一章第一章 流体流动流体流动1. 密度、压强、粘度的定义密度、压强、粘度的定义 表压和绝对压的关系表压和绝对压的关系,单位单位: atm 、at 、mmHg与与Pa关系，气体粘度、液体粘度与温度关系关系，气体粘度、液体粘度与温度关系 2. 静力学基本方程静力学基本方程 方程形式：方程形式： 重力场：重力场：dp= - g dz 应应 用：气体液封用：气体液封 压力测量压力测量 液位测量等液位测量等ZdzYdyXdxdp U型压差计型压差计:受力平衡的变化根据选择受力平衡的变化根据选择等压面为基准面等压面为基准面 复式复式U型压差计型压差计 微差微差U型压差计型压差计gRppimm)(213.

2、 阻力损失阻力损失2f2ell uhdJ/kg局部阻力产生的原因：边界层分离及旋涡局部阻力产生的原因：边界层分离及旋涡 流体绕过圆柱体边界层的形成、发展、分离等过程流体绕过圆柱体边界层的形成、发展、分离等过程4.机械能守恒方程机械能守恒方程Ws- 外界对流体作的轴功，或有效功外界对流体作的轴功，或有效功 He- 扬程（在离心泵中）扬程（在离心泵中）212222211122fsHugzpwugzp)/(kgJ212222211122feHguzgpHguzgp)/(NJm5. 流量测量流量测量 毕托管毕托管: 测点速测点速 孔板流量计孔板流量计 孔板特点孔板特点: 恒截面，变压差恒截面，变压差

3、孔板流量计的阻力损失孔板流量计的阻力损失 文丘里流量的阻力损失文丘里流量的阻力损失 gRcdVi)( 24020sm /3第二章第二章 流体输送机械流体输送机械 1. 离心泵的工作原理离心泵的工作原理 叶轮叶轮 是将原动机的能量传给液体的部件是将原动机的能量传给液体的部件 泵壳泵壳 是将动能转变为压能的部件是将动能转变为压能的部件2. 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 扬程扬程He指单位重量流体经过离心泵后机指单位重量流体经过离心泵后机械能增加值械能增加值 流量流量V泵的出口流量，离心泵铭牌上标明泵的出口流量，离心泵铭牌上标明的流量是指效率最高时的流量。的流量是指效率最高时的流量。 有

4、效功率有效功率Ne 泵给流体泵给流体 轴功率轴功率Na 电机给泵电机给泵 泵的效率泵的效率3.离心泵的流量调节离心泵的流量调节 调节出口阀，改变管路特性曲线调节出口阀，改变管路特性曲线 改变转速，车削叶轮外径改变转速，车削叶轮外径 wgVHNee,MhVaeNN第三章第三章 颗粒流体力学基础与机械分离颗粒流体力学基础与机械分离 36vdevsdev/21.颗粒性质颗粒性质等体积当量直径等体积当量直径形状系数形状系数固定床结构一维简化模型的三个特点固定床结构一维简化模型的三个特点 smqqKddque/,)( 2 01)(2rpKsmdkdqqqqe002)(kqqqe2222FFVKA滤布阻力

5、不计滤布阻力不计: 恒压过滤恒压过滤:过滤速度过滤速度:2. 过滤过滤 3.滤饼洗涤滤饼洗涤洗涤时间洗涤时间 :对叶滤机:对压滤机: WWWWWddVVddqq)()(Ewddqddq)()(Ewddqddq)(41)(4.过滤机的生产能力过滤机的生产能力 间歇式过滤机间歇式过滤机: RWFFVG第四章第四章 传热与换热器传热与换热器1.传热三种基本方式传热三种基本方式2.热传导热传导 平壁导热平壁导热 圆筒壁导热圆筒壁导热 定态，定态，Q常数，常数，q常数，常数，Am1Am2Am332133221141RRRtAbAbAbttQ333222111343232121ln1ln1ln12mmmA

6、bAbAbtrrrrrrtLQ3.对流传热对流传热无相变流体强制对流圆管内无相变流体强制对流圆管内:给热系数给热系数与流体的流速的与流体的流速的0.8次方成正比次方成正比4.串联传热串联传热 8 . 12 . 08 . 022 . 08 . 04 . 08 . 01)4/(Pr)(023. 0dddVdudud)()(1221ttCWTTCWtKAQpccphhm2121lntttttmiK1110则，对数平均温差对数平均温差:管壁和污垢热阻忽略不计：管壁和污垢热阻忽略不计：若冷热流体的给热系数相差很大，则若冷热流体的给热系数相差很大，则K近似等于近似等于小小因此，要提高因此，要提高K K，应

7、提高，应提高 小小，如提高流速，安装翅，如提高流速，安装翅片等片等第五章第五章 吸收吸收1.汽液相平衡汽液相平衡 亨利定律亨利定律: p*=Ex, p*=C/H, y*=mx2.分子扩散分子扩散 费克定律费克定律: 等分子相向扩散：等分子相向扩散：2/mskmoldzdCDJAABA)/)()(22121mskmolppRTDCCDNNAAAABA分子单向扩散：分子单向扩散： 3. 吸收过程计算吸收过程计算 物料衡算物料衡算: 操作线方程操作线方程：)()(2121AABmAABmmApppPRTDCCCCDN1,/其值大于称为漂流因子和BmBmmpPCC)()(2121xxLyyG22212

8、)()()(yxxGLyxxLyyG或填料层高度计算：填料层高度计算：传质单元高度传质单元高度 ：传质单元数传质单元数：LLGGOLOLOGOGNHNHNHNHHaKGHyOG12yyOGyydyN对数平均浓度法对数平均浓度法 :吸收因素法吸收因素法:212121ln,yyyyyyyyNmmOGAmxymxyAANOG1)11 (ln1112221最小液气比最小液气比 :吸收因数吸收因数 :2121min)(xxyyGLmGLA 第六章第六章 液体蒸馏液体蒸馏1.二元体系的气液相平衡二元体系的气液相平衡 相平衡方程相平衡方程 2. 精馏精馏 精馏原理：精馏原理：a.多次部分汽化和冷凝多次部分汽

9、化和冷凝 b.回流回流 物料衡算物料衡算: xxy) 1(1WDFWDfxWxDzF5种进料状态种进料状态 :在其它条件一定的情况在其它条件一定的情况, q对精馏线的位置无影响对精馏线的位置无影响q越小越小, 提馏线就越向平衡线靠拢提馏线就越向平衡线靠拢, 完成同样的分完成同样的分离任务所需的离任务所需的NT就越多就越多;q越大越大,提馏线就越远离平衡线提馏线就越远离平衡线, 完成同样的分离任完成同样的分离任务所需的务所需的NT就越少就越少, 但塔釜再沸器的供热量但塔釜再沸器的供热量QR就越大。就越大。)0, 0, 10 , 1, 1(qqqqqiIiIqfq线方程线方程:操作线方程操作线方程

10、: 11qzxqqyf111RxxRRxVDxVLyDnDnnWnnxVWxVLy1最小回流比最小回流比: 全回流全回流: R , F=D=W=0, 操作线操作线 x=y理论板理论板: : 汽液相浓度达到平衡及温度达到平衡汽液相浓度达到平衡及温度达到平衡3.特殊精馏特殊精馏 当当接近于接近于1 1时，普通精馏很难分离，采用特殊时，普通精馏很难分离，采用特殊精馏，共沸精馏、萃取精馏的原理精馏，共沸精馏、萃取精馏的原理eeeDxyyxRmin第七章第七章 塔设备塔设备1.填料塔填料塔 填料的类型填料的类型 拉西环拉西环, 鲍尔环鲍尔环, 弧鞍形填料弧鞍形填料, 阶梯环阶梯环,共轭环共轭环 波纹板，

11、丝网波纹填料等波纹板，丝网波纹填料等 气体通过填料压降气体通过填料压降 载点载点 泛点泛点2. 板式塔板式塔 板式塔的类型：筛板、浮阀、泡罩等板式塔的类型：筛板、浮阀、泡罩等 板式塔内气液流动方式板式塔内气液流动方式: : 错流错流 逆流逆流筛板塔操作负荷性能图筛板塔操作负荷性能图 塔板效率塔板效率 E Emvmv E EmLmLabCdeLS(m3/s)VS(m3/s)a.液相下限线液相下限线b.液相上限线液相上限线c.漏液线漏液线d.过量液沫夹带线过量液沫夹带线e.溢流液泛线溢流液泛线筛板塔气液接触状况筛板塔气液接触状况 a. 鼓泡态鼓泡态: 气液湍动程度低气液湍动程度低, 传质效果差传质

12、效果差 b. 泡沫态泡沫态: 气液湍动程度加剧气液湍动程度加剧, 气液接触比气液接触比 表面积大表面积大, 气液接触理想气液接触理想 c. 喷射态喷射态: 气相连续气相连续, 液体分散成小液滴液体分散成小液滴, 液液 体比表面积大体比表面积大,气液湍动程度高气液湍动程度高, 也是一种良好的操作态状也是一种良好的操作态状. 第八章第八章 固体干燥固体干燥1.湿空气的性质与湿空气的性质与“I-H”图图 湿度湿度 H: 相对湿度相对湿度pPp622. 0湿空气中绝干空气质量湿空气中水汽质量)%(100)%(100PpPpPpppsss比容比容:比热比热: CHCa+HCV=1.01+1.88H ,k

13、J/kg干气干气焓焓IIa+ H Iv=(1.01+1.88H)t+2500H , kJ/kg干气干气 湿球温度湿球温度 干气kgmPtHHvvvwaH/10013. 1273273)244. 1772. 0(35绝热饱和温度绝热饱和温度 :干球温度干球温度t：露露 点点td: 在在P、H不变，将不饱和空气冷却到不变，将不饱和空气冷却到 饱和状态的温度饱和状态的温度2.干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算)/(1)1(,1,1)/(1)/)()(1111121221skgXGWGGXXwwwXkgkgHHWLlskgHHLXXGWCC绝干物料干气水水3.热量衡算热量衡算在常压下，不饱和湿空气在

14、常压下，不饱和湿空气300K，相对湿度，相对湿度30，当加热到当加热到350K时，空气参数将如何变化？时，空气参数将如何变化？ H不变不变 减小减小 tw 升高升高 td 不变不变 I 增大增大 干料干气干燥器预热器kgkJCXCCIkgkJHtHIkwQIGLIQIGLIskJttHLIILQmWSLCDCP/)(/2500)88. 101. 1 ()(:)/)()(88. 101. 1 ()(:2211010014.干燥速率和干燥时间干燥速率和干燥时间影响临界含水量的因素影响临界含水量的因素: 物料性质物料性质 物料厚度物料厚度 干燥速率干燥速率恒定干燥条件：温度、湿度、流速、接触方式恒定

15、干燥条件：温度、湿度、流速、接触方式速干燥终了时的含水量固体物料在恒临界含水量降速段恒速段干燥速率曲线接触方式）曲线（恒定干燥条件下，干燥02)./(,XsmkgAdGdXAddwuuHt1.在连续精馏塔中分离两组分理想溶液，进料量在连续精馏塔中分离两组分理想溶液，进料量100kmol/h，易挥发组分摩尔分率，易挥发组分摩尔分率X+=0.5，饱和蒸，饱和蒸汽加料，汽加料，XD=0.95，XW=0.1，=2.0，塔顶全凝器，塔顶全凝器，泡点回流，塔釜间接加热。塔釜汽化量为最小汽化泡点回流，塔釜间接加热。塔釜汽化量为最小汽化量的量的1.5倍。求倍。求: （1）塔釜汽化量）塔釜汽化量V ; （2）离

16、开塔顶第二块理论板的下降液体组成。）离开塔顶第二块理论板的下降液体组成。0q - xf ye解：（1）饱和蒸汽进料，0.5efyx0.50.333(1)2 1 0.5eeeyxy min0.90.333DeeexyRyxminminV(1)RD最小汽化量fDWFDWFxDxWx由D47/53/kmol hWkmol h得min(2.7 1) 47173.9/Vkmol hminminV(1)73.9/Vq Fkmol h塔釜最小汽化量minV 1.5V1.5 73.9110.9kmol/ h塔釜汽化量=(2)V(1)Vq F由(1)RDVF1VFRD 110.9 10001

17、13.48747VFRD Ry0.7770.212R+11DxxxR精馏线 =10.95Dyx1110.905(1)yxy210.91511DxRyxRR2220.843(1)yxy2. 某干燥器的操作压强为某干燥器的操作压强为80kPa，出口气体温度，出口气体温度为为59，相对湿度，相对湿度72%，为保证干燥产品的质，为保证干燥产品的质量，空气进入干燥器的温度不得高于量，空气进入干燥器的温度不得高于92，故，故将部分出口气体送回干燥器入口与新鲜空气混将部分出口气体送回干燥器入口与新鲜空气混合，混合后气体相对湿度为合，混合后气体相对湿度为11%。已知新鲜空。已知新鲜空气的质量流量为气的质量流量

18、为0.49Kg/s，温度为，温度为18，湿度，湿度为为0.005Kg水水/Kg干气，干气，59、92时水的饱和时水的饱和蒸汽压分别为蒸汽压分别为19.013kPa和和75.598kPa。 求求: (1)循环空气量循环空气量LR (2)新鲜空气预热后温度新鲜空气预热后温度t1解：解：2(1)MLH()RmmRmL HL HLLH1混合点对水作衡算： 干燥器干燥器Lt2,H2LR, t2tm LmHmmt1H1MLt0, H0018tC010.005/HHKgKg水干气259tC272%92mtC11%m00.49/LKg s000.490.488/11 0.005LLKgsH干气20.72 19

19、.0130.6220.6220.128800.72 19.013sspHKgKgpp水/干气0.6220.072msmmspHKgKgpp水/干气12()0.488(0.0720.005)0.585/0.1280.072mRmL HHLKgsHH干气12(2)MLI()RRmL ILLI对混合点作热量衡算： 1111(1.01 1.88)2490IH tH2222(1.01 1.88)2490IHtH(1.01 1.88)2490mmmmIHtH1140.2tC3. 温度为温度为130 的气体，其流量为的气体，其流量为5400/h，经过列管换热器管程后，温度降为经过列管换热器管程后，温度降为7

20、0 。温度。温度为为20 的水经过壳程后升温至的水经过壳程后升温至50 ，两流体，两流体逆流流动。气体的给热系数远小于水的给热系逆流流动。气体的给热系数远小于水的给热系数，气体比热为数，气体比热为1.2 kj/k，水的比热为，水的比热为4.18 kj/k，求冷却用水量；若换热器面积，求冷却用水量；若换热器面积 A=100，求气体的给热系数。，求气体的给热系数。130705020解：WhCph(T1-T2)=WcCpc(t2-t1)1221()()5400 1.2 (13070)3100.5/4.18 (5020)hphcphW CTTWCttkj h t1=80 t2=501212805063

21、.8380lnln50mttttt 当8050652mt121.62tt时tm可用算术平均值计算可用算术平均值计算：122()16.62/()hphmmW CTTQKWmA tA t 气体气体 液体液体 气体气体 K = 16.62 W/(m2) K可看成常数可看成常数4. 某吸收塔用清水吸收生产过程中废气中的有某吸收塔用清水吸收生产过程中废气中的有毒气体毒气体A组分，已知进出吸收塔的气体中组分，已知进出吸收塔的气体中A组组分的摩尔分率分别为分的摩尔分率分别为y1=0.055，y2=0.004，液，液相出口浓度摩尔分率为相出口浓度摩尔分率为x1=0.020，平衡关系，平衡关系y=2.0 x，填

22、料层高度，填料层高度H=6.0m，求：操作液，求：操作液气比是最小液气比的倍数；若气比是最小液气比的倍数；若y2=0.001，其它条件不变，填料层高度增加多少米其它条件不变，填料层高度增加多少米？y2x2y1x1解：121212121min12min0.0550.0042.550.0201.854502.551.3751.8545yyxxyyyyLyGxxmLGLG1212G(y -y )=L(x -x )LG11122231212120.0150.0048.32 10ln6.1360.92886.13mOGmOGOGyymxyymxyyyyyyyNyHHN111222312120.0550.

23、0010.021182.550.0552 0.021180.012640.0014.588 10lnmyymxyymxyyyyy 1212121G(y -y )=L(x -x )G(y -y )x =L1211.7711.77 0.928811.5211.5265.52OGmOGOGyyNyHNHHHHm5.用一离心泵将水位恒定的敞口低位水槽的水运输用一离心泵将水位恒定的敞口低位水槽的水运输到压强为到压强为129.5KPa（表压）的密闭容器内，输送（表压）的密闭容器内，输送管路的直径为管路的直径为76*3mm，长为，长为355m（包括局部阻（包括局部阻力），低位水槽与密闭容器出水口的垂直距离为

24、力），低位水槽与密闭容器出水口的垂直距离为4.8m，水经过离心泵获得机械能为，水经过离心泵获得机械能为196.2J/Kg,管管内水流量为内水流量为7m3/h.求摩擦系数求摩擦系数=？2221122212222pupuul leggggdgzHez2212122)()uppl ledggHezz3196.2129.5 109.811000 9.814.82m解：解： 12截面机械能守恒截面机械能守恒 敞口水位恒定敞口水位恒定u1=02227/36000.5055/0.785 0.074Vum sd22410.03gdul le 6.某板框压滤机有某板框压滤机有10个框，滤框尺寸为个框，滤框尺寸为

25、2000200050mm，过滤操作压差为，过滤操作压差为0.25MPa，过滤，过滤20min得滤液量为得滤液量为20m3，滤，滤饼不可压，滤布阻力不计。饼不可压，滤布阻力不计。求：求：若该压滤机的生产能力为若该压滤机的生产能力为25m3/h，求洗涤，求洗涤与清理组装时间。与清理组装时间。若操作压力增大至若操作压力增大至0.5MPa，过滤，洗涤与，过滤，洗涤与清理组装时间不变，生产能力又为多少？清理组装时间不变，生产能力又为多少？WRFFVG WRFVFG 2020WR25600.467FVFGh 21022280Am 22FFVKA22222060220800.1875/FFVAKmh生产能力

26、生产能力 过滤面积过滤面积过滤常数过滤常数 解：解：2050.25()0.18750.375/ppKKmh22220600.375 80800FFVKK A 滤饼不可压滤饼不可压S=0S=0，设操作压力为，设操作压力为0.5MPa0.5MPa时过滤常数为时过滤常数为K K过滤过滤20min的滤液量的滤液量:生产能力又为生产能力又为:20WR60328.280.46735.35m /FFVGh 328.28FVm化工原理实验复习内容流体流动阻力测定实验流体流动阻力测定实验1离心泵性能特性曲线测定实验离心泵性能特性曲线测定实验2恒压过滤常数测定实验恒压过滤常数测定实验3对流给热系数测定实验对流给热

27、系数测定实验一一 流体流动阻力测定实验流体流动阻力测定实验目的目的流程及仪表流程及仪表原理原理-数据处理数据处理 一一 流体流动阻力测定实验流体流动阻力测定实验1.1.实验目的1)掌握流体流经直管和阀门时阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。 2)测定直管摩擦系数与雷诺准数Re的关系，将所得的Re方程与经验公式比较。【核心目的】 3)测定流体流经阀门时的局部阻力系数。 4)学会倒U形差压计、 1151差压传感器、Pt100温度传感器和转子流量计的使用方法。原理及数据处理原理及数据处理Re关系主要目的主要目的22udlphfduRe2)4/(dVu(V，p)流程及仪表进水

28、阀进水阀球阀球阀闸阀闸阀倒倒U形差压形差压计计1151差压传差压传感器感器转子流转子流量计量计二离心泵性能特性曲线测定实验二离心泵性能特性曲线测定实验目的目的流程及仪表流程及仪表原理原理-数据处理数据处理 操作操作2.1.实验目的实验目的1)了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作。2)测定恒定转速条件下(n=const.)离心泵的有效扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率()与有效流量(V)之间的曲线关系。 【核心目的-三条线】3)掌握离心泵流量调节的方法（阀门）4)学会轴功率的两种测量方法：马达天平法原理及数据处理原理及数据处理主要目的主要目的He-V, Na-V , -VguuZZgppHe221221212gppHe12u1=u2 , Z2-Z1060281. 9602nPLnMMN要测数据： (V，p压压，p真真， n，P砝码砝码)i，i=810 注意：注意：V取值（取值（Vmax，23m3/h)原理及数据处理原理及数据处理iiinnVV2)(iiinnHeHe3)(iiinnNaNa转速换算转速换算(V, He, Na, )i 离心泵典型的特性曲