化工原理作业和练习题及化工原理知识点总结复习重点(完美版)

PAGEPAGE12解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数和。

进、出塔气体中氨的

由计算可知，当混合物中某组分的摩尔分数很小时，摩尔比近似等于摩尔分数。练习题2.在温度为25℃及总压为101.3kPa的条件下，使含二氧化碳为3.0%（）的混合空气与二氧化碳二氧化碳二氧化碳解：水溶液中CO2的浓度为对于稀水溶液，总浓度为kmol/m3水溶液中CO2的摩尔分数为由kPa气相中CO2的分压为kPa<故CO2必由液相传递到气相，进行解吸。以CO2的分压表示的总传质推动力为kPa练习题7.操作条件下的气液平衡关系为；（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直径。解：（1）惰性对于纯溶剂吸收依题意（2）由填料塔的直径为练习题11.某制药厂现有一直径为0.6m，填料层高度为6m的吸收塔，用纯溶剂吸收某混合气体中的有害组分。现场测得的数据如下：V=500m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004。已知操作条件下的气液平衡关系为Y=1.5X。现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于0.002解：改造前填料层高度为改造后填料层高度为故有由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故对于纯溶剂吸收，由故因此，有操作液气比为填料层增加的高度为.若吸收过程为低组成气体吸收，试推导。解：由故作业题在总压为110.5kPa的条件下，采膜吸收系数kL=1.55×10-4m/s。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H＝0.725kmol/(m3·kPa)。（1）试计算以、表示的总推动力和相应的总吸收系数；（2）试分析该过程的控制因素。解：(1)以气相分压差表示的总推动力为kPa其对应的总吸收系数为kmol/(m2·s·kPa)以液相组成差表示的总推动力为其对应的总吸收系数为（2）吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。作业题5.知混合气进塔和出塔的组成分别为y1=0.04、y2=0.002。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13×103kPa，吸收剂用量为最小用量的1.45（1）试计算吸收液的组成；（2）若操作压力提高到1013kPa而其他条件不变，再求吸收液的组成。解：（1）吸收剂为清水，所以所以操作时的液气比为吸收液的组成为（2）作业题6.数为0.0562kmol/(m3·s)。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，要求回收率为98%。求水的用量及所需的填料层高度。解：惰性水的用量求填料层高度作业题8.在101.3kPa及20℃的条件下，用清水在填料塔内逆流吸收混于空气中的氨气。已知混合气的质量流速G为600kg/(m2·h)，气相进、出塔的摩尔分数分别为0.05、0.000526，水的质量流速W为（1）操作压力提高一倍；（2）气体流速增加一倍；(3)解：首先计算操作条件变化前的传质单元高度和传质单元数操作条件下，混合气的平均摩尔质量为m（1）若气相出塔组成不变，则液相出塔组成也不变。所以mmm即所需填料层高度比原来减少1.801m。（2）若保持气相出塔组成不变，则液相出塔组成要加倍，即故mmm即所需填料层高度要比原来增加4.910m。（3）W对KGa无影响，即对KGa无影响，所以传质单元高度不变，即m即所需填料层高度比原来减少0.609m。作业题10用清水在塔中逆流吸收混于空气中的二氧化硫。已知混合气中二氧化硫的体积分数解：用清水吸收，操作液气比为水的用量用清水吸收，由第九章练习题1．在密闭容器中将A、B两组分的理想溶液升温至82℃，在该温度下，两组分的饱和蒸气压分别为=107.6kPa及＝41.85kPa，取样测得液面上方气相中组分A的摩尔分数为0.95。试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。解：本题可用露点及泡点方程求解。解得kPa本题也可通过相对挥发度求解由气液平衡方程得2．试分别计算含苯0.4（摩尔分数）的苯—甲苯混合液在总压100kPa和10kPa的相对挥发度和平衡的气相组成。苯（A）和甲苯（B）的饱和蒸气压和温度的关系为式中p﹡的单位为kPa，t的单位为℃。苯—甲苯混合液可视为理想溶液。（作为试差起点，100kPa和10kPa对应的泡点分别取94.6℃和31.5解：本题需试差计算（1）总压p总＝100kPa初设泡点为94.6℃得kPa同理kPa或则（2）总压为p总＝10kPa通过试差，泡点为31.5℃，=17.02kPa，＝5.313kPa随压力降低，α增大，气相组成提高。练习题10．在常压连续精馏塔内分离苯—氯苯混合物。已知进料量为85kmol/h，组成为0.45（易挥发组分的摩尔分数，下同），泡点进料。塔顶馏出液的组成为0.99，塔底釜残液组成为0.02。操作回流比为3.5。塔顶采用全凝器，泡点回流。苯、氯苯的汽化热分别为30.65kJ/mol和36.52kJ/mol。水的比热容为4.187kJ/(kg·℃)。若冷却水通过全凝器温度升高15℃，加热蒸汽绝对压力为500kPa（饱和温度为151.7℃，汽化热为解：由题给条件，可求得塔内的气相负荷，即对于泡点进料，精馏段和提馏段气相负荷相同，则（1）冷却水流量由于塔顶苯的含量很高，可按纯苯计算，即（2）加热蒸汽流量釜液中氯苯的含量很高，可按纯氯苯计算，即练习题12．在常压连续精馏塔中，分离甲醇—水混合液。原料液流量为100kmol/h，其组成为0.3（甲醇的摩尔分数，下同），冷液进料（q=1.2），馏出液组成为0.92，甲醇回收率为90％，回流比为最小回流比的3倍。试比较直接水蒸气加热和间接加热两种情况下的釜液组成和所需理论板层数。甲醇—水溶液的t–x–y数据见本题附表习题12附表温度t℃液相中甲醇的摩尔分数气相中甲醇的摩尔分数温度t℃液相中甲醇的摩尔分数气相中甲醇的摩尔分数1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.01.078.00.300.665解：（1）釜液组成由全塔物料衡算求解。①间接加热②直接水蒸气加热关键是计算R。由于q=1.2，则q线方程为在本题附图上过点e作q线，由图读得：xq=0.37，yq=0.71于是显然，在塔顶甲醇收率相同条件下，直接水蒸气加热时，由于冷凝水的稀释作用，xW明显降低。所需理论板层数在x–y图上图解理论板层数附图1附图2习题12附图①间接加热精馏段操作线的截距为由xD=0.92及截距0.323作出精馏段操作线ab，交q线与点d。由xW=0.0425定出点c，连接cd即为提馏段操作线。由点a开始在平衡线与操作线之间作阶梯，NT=5（不含再沸器），第4层理论板进料。②直接蒸汽加热图解理论板的方法步骤同上，但需注意xW=0.0172是在x轴上而不是对角线上，如本题附图所示。此情况下共需理论板7层，第4层理论板进料。计算结果表明，在保持馏出液中易挥发组分收率相同条件下，直接蒸汽加热所需理论板层数增加。且需注意，直接蒸汽加热时再沸器不能起一层理论板的作用。作业题4．在一连续精馏塔中分离苯含量为0.5（苯的摩尔分数，下同）苯—甲苯混合液，其流量为100kmol/h。已知馏出液组成为0.95，釜液组成为0.05，试求（1）馏出液的流量和苯的收率；（2）保持馏出液组成0.95不变，馏出液最大可能的流量。解：（1）馏出液的流量和苯的收率（2）馏出液的最大可能流量当ηA=100%时，获得最大可能流量，即作业题5．在连续精馏塔中分离A、B两组分溶液。原料液的处理量为100kmol/h，其组成为0.45（易挥发组分A的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求馏出液中易挥发组分的回收率为96％，釜液的组成为0.033。试求（1）馏出液的流量和组成；（2）若操作回流比为2.65，写出精馏段的操作线方程；（3）提馏段的液相负荷。解：（1）馏出液的流量和组成由全塔物料衡算，可得kmol/h=54.55kmol/hkmol/h=45.45kmol/h（2）精馏段操作线方程（3）提馏段的液相负荷作业题7．在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。原料液流量为50kmol/h，要求馏出液中易挥发组分的收率为94％。已知精馏段操作线方程为y=0.75x+0.238；q线方程为y=2-3x。试求（1）操作回流比及馏出液组成；（2）进料热状况参数及原料的总组成；（3）两操作线交点的坐标值xq及yq；（4）提馏段操作线方程。解：（1）操作回流比及馏出液组成由题给条件，得及解得R=3，xD=0.9522）进料热状况参数及原料液组成由于及解得q=0.75（气液混合进料），xF=0.5（3）两操作线交点的坐标值xq及yq联立操作线及q线两方程，即解得xq=0.4699及yq=0.5903（4）提馏段操作线方程其一般表达式为式中有关参数计算如下：kmol/h=25.32kmol/hkmol/h=111.54kmol/hkmol/h=86.22kmol/h则作业题9．在板式精馏塔中分离相对挥发度为2的两组分溶液，泡点进料。馏出液组成为0.95（易挥发组分的摩尔分数，下同），釜残液组成为0.05，原料液组成为0.6。已测得从塔釜上升的蒸气量为93kmol/h，从塔顶回流的液体量为58.5kmol/h，泡点回流。试求（1）原料液的处理量；（2）操作回流比为最小回流比的倍数。解：（1）原料液的处理量由全塔的物料衡算求解。对于泡点进料，q=1kmol/h=34.5kmol/h则解得kmol/h（2）R为Rmin的倍数R=1.70对于泡点进料，Rmin的计算式为于是第十章练习题1.25℃时醋酸（A）–庚醇-3（B）–水（S习题1附表1溶解度曲线数据（质量分数/%）醋酸（A）庚醇-3（B）(333(B)水（S）醋酸（A）庚醇-3（B）-3(B)-3(B)-3(B)3(B)水（S）096.43.648.512.838.73.593.03.547.57.545.08.687.24.242.73.753.619.374.36.436.71.961.424.467.57.929.31.169.630.758.610.724.50.974.641.439.319.319.60.779.745.826.727.514.90.684.546.524.129.47.10.592.447.520.432.10.00.499.6习题1附表2联结线数据（醋酸的质量分数%）水层庚醇-3层水层庚醇-3层6.45.338.226.813.710.642.130.519.814.844.132.626.719.248.137.933.623.747.644.9试求：（1）在直角三角形相图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配曲线。（2）确定由200kg醋酸、200kg庚醇-3和400kg水组成的混合液的物系点位置。混合液经充分混合并静置分层后，确定两共轭相的组成和质量。（3）上述两液层的分配系数及选择性系数。（4）从上述混合液中蒸出多少千克水才能成为均相溶液？解：（1）溶解度曲线如附图1中曲线SEPHRJ所示。辅助曲线如附图1曲线SNP所示。分配曲线如附图2所示。（2）和点醋酸的质量分率为水的质量分率为由此可确定和点M的位置，如附图1所示。由辅助曲线通过试差作图可确定M点的差点R和E。由杠杆规则可得由附图1可查得E相的组成为习题1附图1习题1附图2习题1附图1习题1附图2R相的组成为（3）分配系数选择性系数（4）随水分的蒸发，和点M将沿直线SM移动，当M点到达H点时，物系分层消失，即变为均相物系。由杠杆规则可得需蒸发的水分量为练习题2.在单级萃取装置中，以纯水为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸–庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的处理量为1000kg/h，要求萃余相中醋酸的质量分数不大于10%。试（1）水的用量；（2）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作条件下的平衡数据见习题1。解：（1）物系的溶解度曲线及辅助曲线如附图所示。由原料组成xF=0.3可确定原料的相点F，由萃余相的组成xA=0.1可确定萃余相的相点R。借助辅助曲线，由R可确定萃取相的相点E。联结RE、FS，则其交点M即为萃取操作的物系点。由杠杆规则可得习题2附图（2）由杠杆规则可确定萃余相的量。习题2附图由附图可读得萃取相的组成为萃取率=第十一章练习题1.已知湿空气的总压力为100kPa，温度为50℃，相对湿度为40%，试求（1）湿空气中的水汽分压；（2）湿度；（3解：（1）湿空气的水汽分压由附录查得50℃时水的饱和蒸气压，故（2）湿度（3）密度m3湿空气/kg绝干气密度练习题2．常压连续干燥器内用热空气干燥某湿物料，出干燥器的废气的温度为40℃，相对湿度为43%解：由附录查得40℃时水的饱和蒸气压，故湿空气中水汽分压为查出时的饱和温度为25.02℃，此温度即为废气露点。练习题3.在总压101.3kPa下，已知湿空气的某些参数。利用湿空气的H–I图查出附表中空格项的数值，并绘出分题4的求解过程示意图。习题3 附表序号湿度kg/kg绝干气干球温度/℃湿球温度℃相对湿度%焓kJ/kg绝干气水汽分压kPa露点℃1（0.02）86（35）51403232（0.03）793711（160）4.2303（0.04）8642（10）1936354（0.05）（60）42371927.538.5解：附表中括号内的数为已知，其余值由H-I图查得。分题4的求解过程示意图略。作业题4.将、绝干气的常压新鲜空气，与干燥器排出的、绝干气的常压废气混合，两者中绝干气的质量比为1：3。试求（1）混合气体的温度、湿度、焓和相对湿度；（2）若后面的干燥器需要相对湿度10%的空气做干燥介质，应将此混合气加热至多少摄氏度？解：（1）对混合气列湿度和焓的衡算，得 （a） （b）当℃、绝干气时，空气的焓为当℃、绝干气时，空气的焓为将以上值代入式（a）及式（b）中，即分别解得：kg/kg绝干气kJ/kg绝干气由得℃混合气体中的水汽分压解出℃时水的饱和蒸汽压为所以混合气体的相对湿度为（2）将此混合气加热至多少度可使相对湿度降为10%故查水蒸气表知此压力下的饱和温度为76.83℃。故应将此混合气加热至76.83作业题5．干球温度为20℃、湿度为0.009kg水／kg绝干气的湿空气通过预热器加热到80℃后，再送至常压干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为80%，若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求：（1）1m3原湿空气在预热过程中焓的变化；（2解：（1）1m3当℃、kg/kg绝干气时，由图11-3查出kJ/kg绝干气。当℃、kg/kg绝干气时，由图11-3查出kJ/kg绝干气。故1kg绝干空气在预热器中焓的变化为：原湿空气的比体积：故1m3（2）1m3由℃、kg/kg绝干气在H-I图上确定空气状态点，由该点沿等I线向右下方移动与线相交，交点为离开干燥器时空气的状态点，由该点读出空气离开干燥器时的湿度kg/kg绝干气。故1m3原空气获得的水分量为：作业题12．在恒定干燥条件下进行间歇干燥实验。已知物料的干燥面积为0.2m2，绝干物料质量为15kg，干燥时间无限长时物料可被干燥至15.3kg。假设在实验范围内，物料的干燥速率与含水量呈线性关系。实验测得将湿物料从30.0kg干燥至24.0kg需要0.2h。试求在相同干燥条件下，将湿物料由30.0kg干燥至17kg需要多少时间。解：设干燥速率与物料含水量之间的关系为：（a）因为时，据题意代入（a）式，得所以分离变量积分，得将，代入得所以，当时第一章、流体流动流体静力学流体动力学流体流动现象流动阻力、复杂管路、流量计一、流体静力学：压力的表征：静止流体中，在某一点单位面积上所受的压力，称为静压力，简称压力，俗称压强。表压强（力）＝绝对压强（力）-大气压强（力）真空度＝大气压强-绝对压大气压力、绝对压力、表压力（或真空度）之间的关系流体静力学方程式及应用：压力形式备注：1)在静止的、连续的同一液体内，处于同一能量形式水平面上各点压力都相等。此方程式只适用于静止的连通着的同一种连续的流体。应用：U型压差计倾斜液柱压差计微差压差计 二、流体动力学流量mS=GA=π/4d2GVS=uA=πmS=GA=π/4d2GVS=uA=π/4d2u体积流量VSm3/s质量流速Gkg/m2s(平均)流速um/sG=uρ连续性方程及重要引论：一实际流体的柏努利方程及应用（例题作业题）以单位质量流体为基准：J/kg以单位重量流体为基准：J/N=m输送机械的有效功率：输送机械的轴功率：（运算效率进行简单数学变换）应用解题要点：作图与确定衡算范围:指明流体流动方向，定出上、下游界面；截面的选取：两截面均应与流动方向垂直；基准水平面的选取：任意选取，必须与地面平行，用于确定流体位能的大小；两截面上的压力：单位一致、表示方法一致；单位必须一致：有关物理量的单位必须一致相匹配。三、流体流动现象：流体流动类型及雷诺准数：（1）层流区Re<2000（2）过渡区2000<Re<4000（3）湍流区Re>4000本质区别：（质点运动及能量损失区别）层流与端流的区分不仅在于各有不同的Re值，更重要的是两种流型的质点运动方式有本质区别。流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动并相互碰撞，产生大大小小的旋涡。由于质点碰撞而产生的附加阻力较自黏性所产生的阻力大得多，所以碰撞将使流体前进阻力急剧加大。管截面速度大小分布：无论是层流或揣流，在管道任意截面上，流体质点的速度均沿管径而变化，管壁处速度为零，离开管壁以后速度渐增，到管中心处速度最大。层流：1、呈抛物线分布；2、管中心最大速度为平均速度的2倍。湍流：1、层流内层；2、过渡区或缓冲区；3、湍流主体湍流时管壁处的速度也等于零，靠近管壁的流体仍作层流流动，这－作层流流动的流体薄层称为层流内层或层流底层。自层流内层往管中心推移，速度逐渐增大，出现了既非层流流动亦非完全端流流动的区域，这区域称为缓冲层或过渡层，再往中心才是揣流主体。层流内层的厚度随Re值的增加而减小。层流时的速度分布湍流时的速度分布四、流动阻力、复杂管路、流量计：计算管道阻力的通式：（伯努利方程损失能）范宁公式的几种形式：圆直管道非圆直管道运算时，关键是找出值，一般题目会告诉，仅用于期末考试，考研需扩充非圆管当量直径：当量直径：=4（4倍水力半径）水力半径：=（流体在通道里的流通截面积A与润湿周边长Π之比）流量计概述：（节流原理）孔板流量计是利用流体流经孔板前后产生的压力差来实现流量测量。孔板流量计的特点：恒截面、变压差，为差压式流量计。文丘里流量计的能量损失远小于孔板流量计。转子流量计的特点：恒压差、恒环隙流速而变流通面积，属截面式流量计。复杂管路：（了解）并联管路各支路的能量损失相等，主管的流量必等于各支管流量之和。第二章、流体输送机械一、离心泵的结构和工作原理二、特性参数与特性曲线三、气蚀现象与安装高度四、工作点及流量调节离心泵：电动机一、离心泵的结构和工作原理：离心泵的主要部件：离心泵的的启动流程：叶轮吸液（管泵，无自吸能力）泵壳液体的汇集与能量的转换转能泵轴排放密封填料密封机械密封（高级）叶轮其作用为将原动机的能量直接传给液体，以提高液体的静压能与动能（主要为静压能）。泵壳具有汇集液体和能量转化双重功能。轴封装置其作用是防止泵壳内高压液体沿轴漏出或外界空气吸入泵的低压区。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。气缚现象：离心泵启动前泵壳和吸入管路中没有充满液体，则泵壳内存有空气，而空气的密度又远小于液体的密度，故产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，此种现象称为气缚现象，表明离心泵无自吸能力。因此，离心泵在启动前必须灌泵。汽蚀现象：汽蚀现象是指当泵入口处压力等于或小于同温度下液体的饱和蒸汽压时，液体发生汽化，气泡在高压作用下，迅速凝聚或破裂产生压力极大、频率极高的冲击，泵体强烈振动并发出噪音，液体流量、压头（出口压力）及效率明显下降。这种现象称为离心泵的汽蚀。二、特性参数与特性曲线：流量Q：离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积。压头（扬程）H：离心泵对单位重量（1N）的液体所提供的有效能量。效率：总效率=vmh轴功率N：泵轴所需的功率-Q曲线对应的最高效率点为设计点，对应的Q、H、N值称为最佳工况参数，铭牌所标出的参数就是此点的性能参数。（会使用IS水泵特性曲线表，书P117）三、气蚀现象与安装高度:气蚀现象的危害：①离心泵的性能下降，泵的流量、压头和效率均降低。若生成大量的气泡，则可能出现气缚现象，且使离心泵停止工作。②产生噪声和振动，影响离心泵的正常运行和工作环境。③泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低了泵的使用寿命。解决方案：为避免发生气蚀，就应设法使叶片入口附近的压强高于输送温度下的液体饱和蒸气压。通常，根据泵的抗气蚀性能，合理地确定泵的安装高度，是防止发生气蚀现象的有效措施。离心泵的汽蚀余量：为防止气蚀现象发生，在离心泵人口处液体的静压头（p1/pg）与动压头（u12/2g）之和必须大于操作温度下液体的饱和蒸气压头（pv/pg）某一数值，此数值即为离心泵的气蚀余量。必须汽蚀余量：(NPSH)r离心泵的允许吸上真空度：离心泵的允许安装高度Hg（低于此高度0.5-1m）：关离心泵先关阀门，后关电机，开离心泵先关出口阀，再启动电机。四、工作点及流量调节：管路特性与离心泵的工作点：由两截面的伯努利方程所得全程化简。联解既得工作点。离心泵的流量调节：改变阀门的开度（改变管路特性曲线）；改变泵的转速（改变泵的特性曲线）；减小叶轮直径也可以改变泵的特性曲线，但一般不用。泵串联（压头大）或并联（流速大）往复泵的流量调节：旁路调节；改变活塞冲程和往复次数。第三章、非均相物系的分离（密度不同）一、重力沉降二、离心沉降三、过滤一、重力沉降：沉降过程：先加速（短），后匀速（长）沉降过程。流型及沉降速度计算：（参考作业及例题）层流区（滞流区）或斯托克斯定律区：（10-4<Ret<1）（K<2.62）过渡区或艾伦定律区：（1<Ret<103）(2.62<K<69.1)湍流区或牛顿定律区：（103<Ret<2105）(K>69.1)相应沉降速度计算式：（公式不用记，掌握运算方法）计算方法：试差法：即先假设沉降属于某一流型（譬如层流区），则可直接选用与该流型相应的沉降速度公式计算，然后按检验Ret值是否在原设的流型范围内。如果与原设一致，则求得的有效。否则，按算出的Ret值另选流型，并改用相应的公式求。摩擦数群法：书p149K值法：书p150沉降设备：为满足除尘要求，气体在降尘室内的停留时间至少等于颗粒的沉降时间，所以：单层降尘室生产能力：（与高度H无关，注意判断选择填空题）多层降尘室：（n+1为隔板数，n层水平隔板，能力为单层的（n+1）倍）二、离心沉降：离心加速度：（惯性离心力场强度）；重力加速度：g离心沉降速度ur：；重力沉降速度uT：离心分离因数KC：KC（离心沉降速度与重力沉降速度的比值，表征离心沉降是重力沉降的多少倍）离心沉降设备：旋风分离器：利用惯性离心力的作用从气流中分离出尘粒的设备性能指标：临界粒径dc：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径；分离效率：总效率η0；分效率ηp（粒级效率）；分割粒径d50：d50是粒级效率恰为50%的颗粒直径；压力降△p：气体经过旋风分离器时，由于进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力，流动时的局部阻力以及气体旋转运动所产生的动能损失等，造成气体的压力降。（标准旋风）标准旋风Ne=5，=8.0。三、过滤：过滤方式：饼层过滤：饼层过滤时，悬浮液置于过滤介质的一侧，固体物沉积于介质表面而形成滤饼层。过滤介质中微细孔道的直径可能大于悬浮液中部分颗位的直径，因而，过滤之初会有一些细小颗粒穿过介质而使滤液浑浊，但是颗粒会在孔道中迅速地发生“架桥”现象（见图），使小子孔道直径的细小颗粒也能被截拦，故当滤饼开始形成，滤液即变清，此后过滤才能有效地进行。可见，在饼层过滤中，真正发挥截拦颗粒作用的主要是滤饼层而不是过滤介质。饼层过滤适用于处理固体含量较高的悬浮液。深床过滤：在深床过滤中，固体颗粒并不形成滤饼，而是沉积于较厚的粒状过滤介质床层内部。悬浮液中的颗粒尺寸小于床层孔道直径，当颗粒随流体在床层内的曲折孔道中流过时，便附在过滤介质上。这种过滤适用于生产能力大而悬浮液中颗粒小、含量甚微的场合。自来水厂饮水的净化及从合成纤维纺丝液中除去极细固体物质等均采用这种过滤方法。助滤剂的使用及注意：为了减少可压缩滤饼的流动阻力，有时将某种质地坚硬而能形成疏松饼层的另一种固体颗粒混入悬浮液或预涂于过滤介质上，以形成疏松饼层，使滤液得以畅流。这种预混或预涂的粒状物质称为助滤剂。对助滤剂的基本要求如下：①应是能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性、较高的空隙率及较低的流动阻力；②应具有化学稳定性，不与悬浮液发生化学反应，也不溶于液相中。应予注意，－般以获得清净滤液为目的时，采用助滤剂才是适宜的。恒压过滤方程式：（理解，书P175）对于一定的悬浊液，若令，k——表征过滤物料特性的常数，；恒压过滤时，压力差△p不变，k、A、s都是常数再令过滤常数的测定：书P179,包括压缩因子板框压力机：过滤时，悬浮液在指定的压强下经滤浆通道自滤框角端的暗孔进入框内，滤液分别穿过两侧滤布，再经邻板板面流至滤液出口排走，固体则被截留于框内，如图所示，待滤饼充满滤框后，即停止过滤。若滤饼需要洗涤，可将洗水压人洗水通道，经洗涤板角端的暗孔进入板面与滤布之间。第四章传热一、热传导、对流传热二、总传热三、换热器及强化传热途径一、热传导、对流传热：传热基本方式：1、热传导（宏观无位移）：若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（又称导热）。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差，此时热量将从高温部分传向低温部分，或从高温物体传向与它接触的低温物体，直至整个物体的各部分温度相等为止。2、热对流（宏观有位移）：流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流（简称对流）。热对流仅发生在流体中。在流体中产生对流的原因有二：一是因流体中各处的温度不同而引起密度的差别，使轻者上浮，重者下沉，流体质点产生相对位移，这种对流称为自然对流；二是因泵（风机）或搅拌等外力所致的质点强制运动，这种对流称为强制对流。3、热辐射（不需要介质）：因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。所有物体（包括固体、液体和气体）都能将热能以电磁波形式发射出去，而不需要任何介质，也就是说它可以在真空中传播。4、对流传热：流体流过固体壁面（流体温度与壁面温度不同）时的传热过程称为对流传热。1）流体无相变的对流传热流体在传热过程中不发生相变化，依据流体流动原因不同，可分为两种情况。①强制对流传热，流体因外力作用而引起的流动；②自然对流传热，仅因温度差而产生流体内部密度差引起的流体对..流动。2）流体有相变的对流传热流体在传热过程中发生相变化，它分为两种情况。①蒸气冷凝，气体在传热过程中全部或部分冷凝为液体；②液体沸腾，液体在传热过程中沸腾汽化，部分液体转变为气体对流传热的温度分布情况对流传热是集热对流和热传导于一体的综合现象。对流传热的热阻主要集中在层流内层，因此，减薄层流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。传热过程中热、冷流体（接触）热交换方式：（书p211）直接接触式换热和混合式换热器；蓄热式换热和蓄热器；典型的间壁式换热器：（列管换热器，区分壳程、管程、单/多壳程、单/多管程）特定的管壳式换热器传热面积：S=S——传热面积；n——管数；d——管径，m；L——管长，m。传热速率和热通量：传热速率Q（又称热流量）指单位时间内通过传热面积的热量；传热速率=；Q=R——整个传热面的热阻，热通量q（又称传热速度）指单位面机的传热速率。q=；q=；R’——单位传热面积的热阻，热传导基本规律：傅里叶定律：傅立叶定律为热传导的基本定律，表示通过等温表面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比，即：通过平壁的稳态热传导：单层平壁的热传导：b——平壁厚度，m；△t——温度差，导热推动力，；——导热热阻，/W；——导热热阻，多层平壁的热传导：在稳态导热时，通过各层的导热速率必相等，即Q=Q1=Q2=Q3;热通量也相等：q=q1=q2=q3（三层）（n层）通过圆筒壁的热传导：单层圆筒壁的热传导：多层圆筒壁的热传导：Q1=Q2=Q3=Qn（注意判断选择填空）q1>q2>q3>qn（n层）保温层的临界直径：通常，热损失随保温层厚度的增加而减少。但是在小直径圆管外包扎性能不良的保温材料，随保泪层厚度增加，可能反而使热损失增大。（散热区、保温区，d0大于B点保温才有意义）二、总传热：（参考习题及例题）热量衡算：总传热速率方程：Q=（△t2需大于△t1）总传热系数K、总热阻总热阻=热阻之和三、换热器及强化传热途径：间壁式换热器的类型：（掌握原理书p277）管式换热器：蛇管式换热器（沉浸式蛇管换热器、喷淋式蛇管换热器）套管式换热器管壳式换热器（固定管板式换热器、U形管换热器）板式换热器：夹套式换热器板式换热器螺旋板式换热器（I、II、III形）、翅片式换热器：翅片管式换热器版翅片式换热器热管换热器间壁式换热器强化传热途径：增大平均温度差△tm增大传热面积S翅化面；2）异形表面；3）多孔物质结构；4）采用小直径传热管。增大总传热系数K提高流体的流速；2）增强流体的扰动；3）在流体中加固体颗粒；4）采用短管换热器；5）防止垢层形成和及时清除垢层。第五章、蒸发（不挥发溶质）一、概述及蒸发器二、溶液沸点升高与温度差损失三、多效蒸发及流程一、概述及蒸发器：单效蒸发与多效蒸发：单效蒸发与多效蒸发在操作中一般用冷凝方法将二次燕汽不断地移出，否则蒸汽与沸腾溶液趋于平衡，使蒸发过程无法进行。若将二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热的操作称为单效蒸发。若将二次蒸汽引到下一蒸发器作为加热蒸汽，以利用其冷凝热，这种串联蒸发操作称为多效燕发。常见蒸发器类型及原理（书P302）循环形（非膜式）蒸发器：中央循环管式（或标准式）蒸发器悬筐式蒸发器外热式蒸发器强制循环蒸发器（单程型）膜式蒸发器：升膜蒸发器降膜蒸发器升-降膜蒸发器刮板搅拌薄膜蒸发器直接加热蒸发器二、溶液沸点升高与温度差损失：溶液的沸点：溶液中含有不挥发的溶质，在相同条件下，其蒸气压比纯水的低，所以溶液的沸点就比纯水的要高，两者之差称为因溶液蒸气压下降而引起的沸点升高。例如，常压下20%（质量百分数）NaOH水溶液的沸点为108.5℃，而水的沸点为100℃，此时溶液沸点升高8.5度。由于有沸点升高现象，使同条件下蒸发溶液时的有效温度差下降8.5℃，正好与溶液沸点升高值相等，故沸点升高又称为温度差损失。温度差损失：（书P310）温度差损失不仅仅是因为溶液中含有了不挥发性溶质引起的，蒸发器内的操作压力高于冷凝嚣以克服二次蒸汽从蒸发器流到冷凝器的阻力损失、蒸发器的操作需维持一定的液面等因素都会造成温度差损失。因溶液蒸气压下降而引起的温度差损失△’因加热管内液柱静压力而引起的温度差损失△’’由于管路流动阻力而引起的温度差损失△’’’三、多效蒸发及流程:（书P322，搞清楚前后黏度、压强、温度）P1>P2>P3T1>T2>T3溶液的沸点必纯溶剂的高，冷凝液的沸点高于二次蒸汽。第六章 蒸馏（液体混合物挥发度不同）一、平衡关系二、精馏原理及流程三、精馏过程计算一：平衡关系：用饱和蒸气压和相平衡常数表示的气液平衡关系：由拉乌尔定律得出，p-溶液上方组分平衡分压，Pa。p’-在溶液温度下纯组分的饱和蒸气压，Pa。x-溶液中组分的摩尔数。下标A表示易挥发组分，B表示难挥发组分。Xb=(1-Xa)泡点方程式露点方程式道尔顿分压定律得出。挥发度对于理想溶液。VB同理表示相对挥发度：易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比相图：（t-x-y图）（x-y图）3、相平衡方程式：4、简单蒸馏流程特点：简单蒸馏是将原料液一次加入蒸馏釜中，在恒压下加热使之部分汽化，产生的蒸气进入冷凝器中冷凝，随着过程的进行，釜液中易挥发组分含量不断降低，当釜液组成达到规定值时，即停止蒸馏操作，釜液一次排出。二、精馏原理及流程：原理：液体混合物经多次部分汽化和冷凝后，便可得到几乎完全的分离。流程：原料液经预热器加热到指定温度后．送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流人塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸气互相接触，进行传热传质过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为地底产品（釜残掖），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进人冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。通常，将原料液进入的那层板称为加料板，加料板以上的塔段称为精馏段加料板以下的塔段（包括加料板）称为提馏段。三、精馏过程计算：总物料衡算F=D+W易挥发组分衡算FxF=Dy+Wx塔顶易挥发组分的回收率塔釜难挥发组分的回收率回流比:最小回流比R=(1.1~2.0)Rmin操作线远离平衡线，RL进料热状况的影响及q线方程并由此得到L，=L+qF及V'=V+(q－1)F进料热状况对q值及q线的影响：q线方程必过点e（,）操作线方程：精馏段操作线方程：总物料衡算V=L+D易挥发组分衡算Vyn+1=Lxn+DxD操作线方程必过点a（,）提馏段操作线方程：总物料衡算L‘=V’+W易挥发组分衡算L，xm，=V，ym+1，+WxW操作线方程必过点C（,）或平衡线方程：图形关系（记住）。q=1,斜率为，图像为特殊泡点进料露点q=0,斜率为0，图像为1、逐板计算法理论版层数计算：2、图解法逐板计算法：说明第n层是加料板（n-1层）。提馏段：同理（m-1层）。全塔效率与单板效率E＝或塔板上气液两相的非理想流动1.返混现象液沫夹带塔板上部分液体产生与液体主体流动方向相反的流动为液沫夹带（又称雾沫夹带）。即液滴被上升的气体夹带到上一层塔板上。气泡夹带塔板上部分气体产生与气体主体方向相反的流动为气泡夹带。即气泡被下降的液体卷入下一层塔板上。2.气体和液体的不均匀分布气体沿塔板的不均匀分布由于液面落差Δ的存在，气体通过塔板时阻力大小不等，导致塔板上气量分布不均。液体沿塔板的不均匀分布由于液体横向流过塔板时路径长短不一，使塔板的物质传递量减少。不正确操作液泛在操作过程中，塔板上液体下降受阻并逐渐在塔板上积累，这种现象称为液泛（也称淹塔）。根据引起液泛的原因不同，可以分为：（1）降液管液泛液体流量过大降液管内液体不能及时排出或气体流量过大使降液管液面升高，均会引起降液管液泛。（2）夹带液泛气速过大导致液沫夹带量过大，板上液层增厚并各板液层相连造成液泛。严重漏液当气体通过筛孔的速度较小或气体分布不均匀时，从孔道流下的液体量占液体流量的10％以上称为严重漏液。第七章吸收（溶解度差异）一、概述及平衡关系二、传质理论三、吸收塔计算一、概述及平衡关系：1、吸收依据：混合物各组分在某种溶剂中溶解度差异1）分离混合气体以回收所需的组分；吸收2）除去有害组分以净化气体；目的3）制备某种气体的溶液；4）工业废气的治理。2、吸收与解吸流程：吸收过程进行的方向与限度取决于溶质在气液两相中的平衡关系。当气相中溶质的实际分压高于与液相成平衡的溶质分应时，溶质便由气相向液相转移，即发生吸收过程。反之．如果气相中溶质的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由液相向气相转移，即发生吸收的逆过程，这种过程称为脱收（或解吸）温度与压强的影响：温度有利于吸收，反之即为解吸压强有利于吸收，反之即为解吸3、平衡关系:摩尔比：亨利定律:4、吸收剂的选择：1）溶解度高（对溶质组分）2）选择性高3）挥发度小4）黏性小5）其他（无毒、无腐蚀、经济、合理等）5、相平衡关系在吸收中的应用：1）判断传质方向：若气液相平衡关系为或，如果气相中溶质的实际组成大于与液相溶质组成相平衡的气相溶质组成，即>（或液相的实际组成小于与气相组成相平衡的液相组成，即<，说明溶液还没有达到饱和状态，此时气相中的溶质必然要继续溶解，传质的方向由气相到液相，即进行吸收；反之，传质方向则由液相到气相．即发生解吸（或脱吸）。2）确定传质推动力：传质过程的推动力通常用一相的实际组成与其平衡组成的偏离程度表示。如图，在吸收塔内某截面A-A处，溶质在气、液两相中的组成分别为、，若在操作条件下气液平衡关系为，则在-坐标上可标绘出平衡线OE和A-A截面上的操作点A，如国所示。从图中可看出，以气相组成差表示的动力为，以液相组成差表示的推动力为（只能以一相来表征）同理，若气、液组成分别以表示，并且相平衡方程为或以气相分压差表示的推动力为，以液相组成表示的推动力为a吸收塔内两相量与组成的变化b吸收过程推动力3）指明传质过程进行的极限：

二、传质理论：扩分子扩散：流体分子无规则的热运动散涡流扩散：流体质点的湍动菲克定律：当物质A在介质B中发生扩散时，任一点处物质A的扩散通量与该位置上A的浓度梯度成正比：（与傅里叶定律及牛顿黏性定律有相似处）等分子单向扩散（了解，下册书p90）双膜理论：双膜理论把两流体间的对流传质过程描述成如图所示的模式。它包含以下几点基本假设：相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层由气相主体进入液相主体；在相界面处，气、液两相达到平衡；在两个停滞膜以外的气、液两相主体中，由于流体充分湍动，物质组成均匀。吸收速率方程式：（理解及应用条件，书下册P104）吸收速率，指单位相际传质面积上单位时间内吸收的溶质量，，推动力指组成差，吸收阻力倒数为吸收系数，所以“速率=吸收系数”方程式：，=常数（一定情况下）三、吸收塔计算：1、摩尔分率、摩尔比相关关系：气相：（气体总体积=惰性体积）液相：质量分数与摩尔分率的关系为：＝摩尔比摩尔分率与摩尔比的关系为摩尔浓度与分压之间的关系为2．吸收操作线方程与操作线液气比，最小液气比的计算：B点移至水平线Y=Y1与平衡线的交点B*时，X1=X1*,此点对应有最小液气比。这是理论上吸收液所能达到的最高组成，但此时过程的推动力已变为0，因而需要无限大的相际传质面积，实际上办不到。或者当解吸平衡线为非下凹线时，操作线的极限位置为与平衡线相交，此时，对应的气液比为最小气液比。以表示。对应的气体用量为最小用量，记作Vmin。即塔高计算基本关系式（掌握方法，不用记公式X1的计算为重点，参考作业）HOG==称为气相总传质单元高度（填料层高度）=称为气相总传质单元数传质单元数的计算式中为解吸因数（脱吸因数）。值的大小反映了溶质A吸收率的高低。式中A=称为吸收因数。吸收塔塔径的计算第八章、塔设备一、概述二、板式塔及流体力学性质三、填料塔一、概述（了解）：作用：使气、液两相充分接触，适当湍动，以提供尽可能大的传质面积和传质系数，接触后两相又能及时完善分离；在塔内使气、液两相最大限度的接近逆流，以提供最大的传质推动力。性能评估指标：通量——单位塔截面的生产能力，表征塔设备的处理能力和允许空塔气速；分离效率——单位压降塔的分离效果，对板式塔以板效率表示，对填料塔以等板高度表示；适应能力——操作弹性，表现为对物料的适应性和对负荷波动的适应性；塔设备在兼顾通量大、效率高、适应性强的前提下，还应尽量满足流动阻力小、结构简单、金属耗量少、造价低、易于操作控制等要求。二、板式塔及流体力学性质（了解）：板式泡罩塔板塔的筛板了解它们工作原理种类浮阀塔板喷射形塔板塔板上鼓泡状（优良工作状态）气液两蜂窝状相的接泡沫状（为了减少雾沫夹带，大都控制在此状态）触状态：喷射状（优良工作状态）

板上压降：雾沫夹带：上升气流穿过塔板上液层时，将板上液体带入上层塔板的现象称为雾沫夹带漏液：错流型的塔板在正常操作时，液体应沿塔板流动，在板上与垂直向上流动的气体进行错流接触后由降液管流下。当上升气体流速减小，气体通过升气孔道的动压不足以阻止板上液体经孔道流下时，便会出现漏液现象。液泛：塔内若气、液两相中之一的流量增大，使降液管内液体不能顺利下流，管内液体必然积累，当管内液体增高到越过溢流堰顶部，于是两板间液体相连，该层塔板产生积液，井依次上升，