山东大学化工原理案例分析

1、化工原理案例分析化工原理是化工、化工类专业的核心课程，是一门工程性、实践性很强的课程。施行案例教学，目的明确，通过一个或几个独特而又具有代表性的典型事件，让学生通过对工程案例的思考、分析、讨论，学习工程问题处理方法，以提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。 案例教学，不在于绝对正确的答案，目的在于启发学生独立自主地去思考、探索，注重培养学生独立思考能力，启发学生建立一套分析、解决问题的思维方式方法。让学生在校园内就能接触并学习到大量的工程实际问题，努力实现从理论到实践的转化。 化工原理是化工类专业硕士生入学考试的必考课程。教学过程中，在强调“三基”教学的基础上，理应扩大教学内容的深度

2、与广度，为学生进一步深造打下良好的专业基础。为此我们集中总结部分教学案例以帮助学生更好地完成化工原理课程的学习。 在案例选择上我们力求内容的客观真实性、较强的综合性和工程实践性。各单元操作的案例一方面取自生产现场，一方面取自一些重点化工院校往届研究生入学考试真题。第1章 流体流动一、管路与泵二、非稳态流动 用一离心泵将低位大槽中的料液送至高位小槽，如图1-32，大槽内径6m，小槽内径 3m ,管径均为40mm，管长 30m（包括局部阻力的当量长度） 。离心泵特性曲线H=40-0.1Q2 (H-m，Q-m3/h)，开始时两槽垂直距离 8m，若要小槽中的液位升高 2m ，需多少时间？（设流动处于高

3、度湍流区=0.03）（华理95） 解：设某瞬间，大槽液面下降 h1 ，小槽液面升高h2，d12h1=d22h2 在两液面之间列管路特性方程得： He=Z+h1+h2+Hf=8+1.25h2+0.056Q2e 工作点：H=He，Q=Qe ，则有：d时间内微分物料衡算得：Qd=A2dh2 -（b）将（a）代入（b）得： 设 x=25.6-h2 ，dh2=-dx h2=0时x=25.6；h2=2时x=23.6三、阀门开度对流体流动的影响 如图所示： 用离心泵将密闭储槽中20的水通过一直径为1084mm 的管道送至敞口高位槽中,已知两储槽液面高度差为10m ,密闭槽液面上方真空表的读数P1 为80KP

4、a(真),泵入口真空表 P2 读数为39KPa(真)。出口管路上装有一孔板流量计,其孔口直径 d0=70mm ,孔流系数为C0=0.7, U型水银压差计读数为 R=170mm,并已知管路总能量损失为 44J/kg.。试求：（1）出口管路中水的流量；（2）泵出口压力表 P3 的值是多少MPa （表压）？（已知P2 与P3 测量点间垂直距离为0.1m ，并假定2-2截面与3-3截面间的流动阻力可略）（3）当阀门 F关小时， R、P2 、P3 值将如何变化？试定性说明。（北化96）解：（1）根据孔板流量计公式有：u=u0(d0/d)2=4.54(70/100)2=2.22m/s(2)以1-1截面为基

5、准水平面，在1-1 与4-4截面间列柏努力方程得：在真空表2处与压力表3处之间列柏努力方程得： p3=(He-0.1)g+p2=(22.6-0.1)10009.81+(-39103) =1.81105 Pa=0.181MPa (3)阀门F 关小时，阀门局部阻力系数增大，管路特性曲线变陡，工作点左移，流量Q减小，R减小，压头H增大。真空表读数下降，压力表读数增大。第4章 传热一、冷却剂进口温度变化对传热过程的影响 用一列管式换热器将某一液态物料从130冷却到 70，冷却水走管程，进口温度 15，出口温度 75，为了利用厂内的循环水，水进口温度变为 30，物料的流量，进出口温度皆维持不变，问冷却水

6、用量有什么变化？已知换热器壳程中的对流传热系数比管程中水的对流传热系数小得多，冷热流体为逆流流动。采用循环水后的平均推动力可用算术平均值计算。(青岛科大97) 物料的流量及进出口温度不变，Q恒定，则有： 联立（1）（2）（3）得： 分析：此题属于第二类操作型计算题，由于应用算术平均值计算避免了试差。二、冷凝冷却换热器 有一立式列管换热器，装有192mm钢管19根，管长2.5m，欲将流量1260kg/h,80的苯蒸汽在壳程冷凝并冷却到60，冷却水由下而上通过管程，其进出口温度分别 为 20和28。已知苯蒸汽的冷凝传热膜系数为 1400w/m2K，液体苯的传热膜系数为 1200w/m2K，苯的冷凝

7、潜热为 400KJ/kg，液苯的比热为 1.8KJ/kg。若不计换热器的热损失及污垢热阻，试求：（）冷却水的用量；（2）该换热器能否满足苯冷凝冷却的要求？定性温度下水的物性： =997kg/m3 ,Cp=4.18KJ/Kg，=0.903cp，=0.606w/mK。(大连理工95)解：逆流，温度分布如上图所示 需要面积小于实际面积，满足要求。第2章 吸收一、气、液相进口浓度变化对回收率的影响 一逆流操作的吸收塔中物系的相平衡关系为 y*=2.0 x （摩尔分率，下同），(mG)/L =0.75，吸收剂进塔浓度 x2=0.001 ，当进塔气体浓度 y1=0.05 时，回收率A=90% 。试问：（1

8、）若进塔气体浓度变为 0.04，其它条件与原来相同，则回收率为多少？（2）若吸收剂进口浓度为零而其它条件不变（ y1 仍为0.05）则回收率为多少？（南化97/15）解 (1)y2=y1(1-)=0.05(1-0.9)=0.005 y*2=mx2=2.00.001=0.002 因 Z=HOGNOG NOG=Z/HOG=常数 A=(0.05-0.0031)/0.05=0.937可以看出：液相进口浓度降低，有利于吸收。二、吸收塔高计算 用溶剂吸收某一气体混合物中的溶质 A ，从塔底进入的混合气体量为5000 标准m3/h ，其组成含A 3%（体积），从塔顶加入的溶剂含 A 1%（摩尔分率），常压操

9、作，其平衡关系为 y=0.2x 。求：（1）在此条件下气相溶质的最高吸收率；(2)现有一填料塔，塔径为1m ，传质系数KGa=261Kmol/m3.h.(atm) ，吸收率为0.9 ，吸收剂用量为最小用量的1.5倍，求填料层高度；(3)该体系的平衡关系服从亨利定律，亨利常数 E=760mmHg，又知传质系数符合准数方程式： ShG=0.015RG0.9Sc0.5 ，传质为气膜控制，现将操作压力提高到1.2atm，操作温度和进出口浓度条件不变，问吸收率如何变化？为什么？ （清华96）解： 低浓度气体吸收,可近似认为Y=y;；X=x Z=1.057.24=7.6m (3) 气膜控制KG=kG HO

10、GNOG=HOGNOG NOG=HOGNOG/HOG=1.057.24/0.875=8.69 P=1.2atm m=m/1.2=0.2/1.2=0.167 S=0.167/0.289=0.578 分析：增大操作压强，平衡线斜率减小，推动力增大有利于吸收，回收率增大第3章 蒸馏和吸收塔设备一、塔顶采用分凝器的精馏塔如图所示，常压连续操作的精馏塔分离苯-甲苯溶液。 y1=0.72 （摩尔分率，下同）的塔顶蒸汽经分凝器冷凝后，液相作为回流返回塔内，未冷凝的蒸汽进入全凝器冷凝后作为塔顶产品。进料F=100Kmol/h ，进料浓度xF=0.44 ，泡点进料，塔顶与塔底产品量相同，塔顶馏出液浓度xD=0.

11、83 ，取相对挥发度 =2.5 ，塔釜液平均分子量 Mm=91.4 Kg/Kmol。求：（1）塔釜产品浓度； （2）操作回流比 ； （3）塔釜蒸发量 V （ Kg/h）； （4）最小回流比。 （大连理工95 ） 解：(1)F=2D=2W - (1) Fxf=DxD+Wxw -(2) 联立（1）（2）得 D=W=50kmol/h xw=2xf-xD=20.44-0.83=0.05 (2)y0=xD=0.83 二、莫弗里板效有一精馏塔用以分离 =2的 A、 B两组分混合物，测得自下而上到某一板的蒸汽量为 100kmol/h，其组成 yA=0.3 ，从上一块板落到此板的液相量为 100kmol/h ，其组成 xA=0.4 ，设 A 、B的摩尔汽化潜热近似相等，热损失为零，该板的液相莫弗里效率为 0.5，问离开该板的汽液组成各为多少？(清华96)解：假设该板数为 n。由单板效率定义式有： 由物料衡算，且V=L=100kmol/h,则有 由相平衡方程 联立（1）（2）(3)得 三、一块板的塔计算 在一块理论板和再沸器组成的精馏塔中，对苯-甲苯混合物进行分离。已知=2.5，F=100Kmol/h,xf=0.15（摩尔分率，下同）饱和液体加料在第一块板上，分离要求为 xD=0.25，xw=0.06。试求： （1）塔顶、塔底的产量