华东理工化工原理考研真题及复习小结

华东理工大学《化工原理》课程研究生入学考试复习大纲

考试用教材：《化工原理（第三版）》陈敏恒、丛德滋、方图南、齐鸣斋编，化学工业出版

社2006

参考书：《化工原理详解与应用》丛德滋、丛梅、方图南编，化学工业出版社2002

复习大纲：

第一章流体流动

概述流体流动的两种考察方法；流体的作用力和机械能；牛顿粘性定律。

静力学静止流体受力平衡得研究方法；压强和势能得分布；压强的表示方法和单位换

算；静力学原理的工程应用。

守恒原理质量守恒；流量，平均流速；流动流体的机械能守恒（柏努利方程）；压头；

机械能守恒原理的应用；动量守恒原理及其应用。

流体流动的内部结构层流和湍流的基本特征；定态和稳态的概念；湍流强度和尺度的

概念；流动边界层及边界层分离现象；管流数学描述的基本方法；剪应力分布。

流体流动的机械能损失沿程阻力损失（湍流阻力）的研究方法-----“黑箱法”；当量

的概念（当量直径，当量长度，当量粗糙度）；局部阻力损失。

管路计算管路设计型计算的特点、计算方法（参数的选择和优化，常用流速）；管路操

作型计算的特点、计算方法；阻力损失对流动的影响；简单的分支管路和汇合管路的计算方

法；非定态管路计算（拟定态计算）。

流量和流速的测量毕托管、孔板流量计、转子流量计的原理和计算方法

非牛顿流体的流动非牛顿流体的基本特性。

第二章流体输送机械

管路特性被输送流体对输送机械的基本能量要求；管路特性方程；带泵管路的分析方

法过程分解法。

离心泵泵的输液原理；影响离心泵理论压头的主要因素（流量、密度及气缚现象等）；

泵的功率、效率和实际压头；离心泵的工作点和流量调节方法；离心泵的并联和串联’离心

泵的安装高度、气蚀余量；离心泵的选用。

其它泵容积式泵的工作原理、特点和流量调节方法（以往复泵为主）。

气体输送机械气体输送的特点及全风压的概念；气体输送机械的主要特性；风机的选

择；压缩机和真空泵的工作原理，获得真空的方法。

第三章液体搅拌

典型的工业搅拌问题；搅拌的目的和方法；搅拌装置，常用搅拌浆的型式，挡板及其它

构件；混合效果的度量（均匀性的标准偏差、分割尺度和分割强度）；混合机理；搅拌功率;

搅拌器经验放大时需要解决的问题。

其它混合设备了解。

第四章流体通过颗粒层的流动

固定床当量和平均的方法；颗粒和床层的基本特性；固定床压降的研究方法一一数学

模型法；影响压降的主要因素。

过滤过滤方法及常用过滤机的构造；过滤方程数学描述（物料衡算和过滤速率方程），

过滤速率，推动力和阻力的概念；过滤速率方程的积分应用-----间接实验的参数综合法；

洗涤时间；过滤机的生产能力；加快过滤速率的途径。

第五章颗粒的沉降和流态化

饶流基础两类流动（内部流动和外部流动）问题；表面曳力和形体曳力；球体颗粒的

曳力系数及斯托克定律。

自由沉降沉降运动一一极限处理方法；沉降速度及其计算；降尘室的流量、沉降面积

和粒径的关系；颗粒分级概念；旋风分离器的工作原理及影响性能的主要因素，粒级效率的

概念。

流态化流化床的工业应用和典型结构；流化床的主要特性；流化床的操作范围（起始

流化速度和带出速度）。

气力输送的实际应用

第六章传热

传热过程加热和冷却方法；传热速率

热传导傅立叶定律；常用工程材料的导热系数；导热问题分析方法（热量衡算和导热

速率式）；一维导热的计算。

对流给热牛顿冷却定律------变量分离法；自然对流的起因和影响因素；管内层流给

热，管内强制对流（湍流）给热系数经验式；沸腾给热和沸腾曲线；蒸汽冷凝给热。

辐射单个物体的辐射和吸收特性（StefanBoltzmann定律，Kirchhoff定律）；黑体和

灰体；两黑体间的相互辐射；两物体组成封闭系统中的辐射换热。

间壁换热过程热量衡算和传热速率式一一换热过程的数学描述方法;传热平均温度差,

热阻和传热系数一一工程处理方法；垢层热阻，壁温计算方法。

传热计算传热设计问题的参数选择和计算方法；传热操作型问题的讨论和计算方法；

非定态传热过程计算（拟定态处理）。

换热器列管式换热器的设计和选型；常用换热器的结构；换热设备的强化和其他类型。

第七章蒸发

蒸发过程及设备工业蒸发实例；蒸发过程的目的、方法及特点；常用蒸发器的结构；

管内气液两相流动形式；二次蒸汽和加热蒸汽的能位差别；沸点升高单效蒸发的计算物料

衡算、热量衡算和传热速率方程。

第八章气体吸收

概述工业吸收过程；气体吸收的目的、原理及实施方法；吸收过程的经济性与吸收剂

的选择原则。

气液相平衡亨利定律，温度、总压对平衡的影响；相平衡与吸收过程的关系。

扩散与单相传质分子扩散与费克定律，扩散系数；等分子反向扩散、单向扩散的概念;

对流传质与传质分系数；传质与动量、热量传递的类比；对流传质与有效膜模型（双膜理论）。

相际传质相际传质速率方程，传质分系数和总系数的关系；推动力与传质系数的关系

一传质速率的工程处理方法；溶解度对两相传质阻力分配的影响。

吸收过程数学描述低浓度气体吸收的假定；物料衡算、传质速率一一吸收过程数学描

述方法；Ik,NOG的分解一一变量分离法；计算Noe的对数平均推动力法和吸收因数法；物料

横算和操作线的含义。

吸收过程设计吸收过程设计中参数的选择，指定分离要求下的最小液气比；返混及其

对过程的影响。

吸收操作操作型问题的命题和解法，影响吸收结果的操作因素分析。

化学吸收化学反应对吸收相平衡的影响；化学反应对吸收速率的影响，增强因子。

第九章精微

概述典型工艺过程中的精储操作、蒸储操作的目的、原理及实施方法，蒸储操作的经

济性。

双组分溶液的气液相平衡相律的应用；理想溶液的气液相平衡及泡、露点计算；相对

挥发度；非理想物系的活度系数（范拉方程，马古斯方程）；平衡蒸储与简单蒸锵

精储用传质观点分析精微原理；精镯过程数学描述一一元过程法；恒摩尔流的简化假

设，理论板和板效率一一工程简化处理方法；加料板上的过程分析；控制体物料衡算和操作

线方程。

双组分精微的设计型问题讨论精储操作型问题的命题；分离能力和物料衡算对精播过

程的制约和调节；灵敏板的概念。

间歇精馆间歇精储过程的特点及应用场合。

恒沸精镯与萃取精储的基本概念。

多组分精储基础流程方案的选择：泡露点计算；关键组分和物料衡算（清晰分割法、

全回流近似法）。

第十章气液传质设备

气液传质过程对塔设备的要求。

板式塔板上的气液接触状态；塔内非理想流动及其改善；漏夜、液泛及有效操作范围

（负荷性能图）；常用塔板型式及其主要特性；筛板塔内的传质（传质系数和HETP）。

第十一章液液萃取

概述液液萃取的工业实例；萃取的目的、原理和实施方法。

相平衡三角相图；物料衡算与杠杆定律；部分互溶物系的相平衡；分配系数与选择性

系数。

萃取过程的计算单级萃取，完全互溶物系的相平衡；分配系数与选择性系数。

萃取过程的计算单级萃取，完全不互溶物系萃取操作的计算。

萃取设备常用萃取设备的工作原理；液液传质设备的特征速度，液泛与两相极限速度;

影响传质速率的因素；液液传质设备的特点与选择，分散相的选择。

超临界萃取和液膜萃取超临界萃取的原理、实施方法及工业实例；液膜萃取的原理、

实施方法及工业实例。

第十二章其它传质分离方法

结晶结晶原理；晶习；溶解度曲线；形成过饱和度的方法；结晶速率及影响因素；结

晶设备。

吸附吸附原理；常用吸附剂；吸附相平衡；吸附机理及吸附速率；吸附设备

膜分离反渗透原理及工业应用；超滤原理及工业应用；电渗析原理及工业应用；气体

膜分离原理，膜分离设备。

第十三章热质同时传递的过程

热、质同时传递过程的工业实例；热、质同时传递过程的主要特点；过程的极限一

湿球温度与绝热饱和温度。

第十四章干燥

概述化工产品干燥实例；固体干燥的目的、原理及实施方法。

干燥静力学湿空气的状态参数及其计算；I-H图及其应用；水分在气固两相间的平衡

干燥动力学恒定气流条件下物料的干燥速率及临界含水量。

干燥过程计算间歇干燥过程的干燥时间；连续干燥过程的特点、物料衡算，热量衡算

及热效率。

常用干燥设备选型原则；常用干燥设备的主要组成部分及特性。

一些重要概念：

超临界萃取：用超临界温度，临界压力状态下的气体作为溶剂，萃取待分离混合物中的

溶质，然后采用等温变压或等压变温等方法将溶剂与溶质分离的单元操作。根据溶剂再生的

方法分①等温变压②等压变温③吸附吸收（用吸收剂/吸收剂脱除溶剂中的溶质）④添加

惰性气体的等压法

结晶：由蒸汽、溶液或熔融物中析出固态晶体的操作

结晶速率：成核速率：单位时间、单位体积溶液中产生的晶核数目

晶体成长速率：单位时间内晶体平均粒度L的增加量

影响因素：1过饱和度（T,C）2粘度3密度4位置5搅拌

吸附：利用多孔固体颗粒选择性地吸附流体的一个或几个组分，从而使流体混合物得以

分离的方法

常用吸附剂：1活性炭2硅胶3活性氧化铝4各种活性土5合成沸石和天然沸石分子筛

6吸附树脂

膜分离：利用固体膜对流体混合物中组分的选择性渗透从而分离各个组分的方法

超滤：以压差为推动力用固体多孔膜截留混合物中的微粒和大分子溶质而使溶剂透过膜

孔的分离操作

电渗析：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过特性使溶液中离子作定向移动

以达到脱除或富集电解质的膜分离操作。

流体流动——基本概念与基本原理

一、流体静力学基本方程式

%=Pi+丽Z|-Z2）

或P=Po+Pgh

注意：I、应用条件：静止的连通着的同一种连续的流体。

2、压强的表示方法：绝压一大气压=表压表压常由压强表来测量；

大气压一绝压=真空度真空度常由真空表来测量。

3、压强单位的换算：

1atm=760mmHg=10.33mH2O=101.33kPa=1.033kgf/cm2=1.033at

4、应用：水平管路上两点间压强差与U型管压差计读数R的关系：

Py-Pl=（QA—P）gR

处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须时静止、连续和同一种液体。

二、定态流动系统的连续性方程式——物料衡算式

力常数，ws=u]A]p]=u2A2p2=...=〃Ap=常数

「人=常数，V=uA=〃A=常数

vll=U2A2=......

以=常数，圆形管中流动uJu2=A/A\=d"d；

三、定态流动的柏努利方程式——能量衡算式

1kg流体:gZ|+^+/+We=gZ,+4+%+»2rIJ/kg]

p2p2

讨论点：1、流体的流动满足连续性假设。

2、理想流体，无外功输入时,机械能守恒式：

22

^+―+V=<?Z2+

p2p2

3、可压缩流体，当"制<20%,仍可用上式，且p=0m。

4、注意运用柏努利方程式解题时的一般步骤，截面与基准面选取的原则。

5、流体密度0的计算：

xx

理想气体p=pM/RT混合气体Pm=P\X、，1+P2v2+…+Pnvn

混合液体-L=ZL+%L+…+也”

PmPmPlPn

上式中：x,„.——体积分率；无值——质量分率。

6、gz,砂/2,pip三项表示流体本身具有的能量，即位能、动能和静压能。2加为流经

系统的能量损失。We为流体在两截面间所获得的有效功，是决定流体输送设备重要参数。

输送设备有效功率Ne=We-Ws，轴功率N=Ne/〃（W）

7、IN流体"e=AZ+包+•+”/[ml（压头）

Pg2g

In?流体=Azpg+△〃+[pa]而△〃/.=卢/小

四、柏努利式中的2加

I.流动类型：

1、雷诺准数Re及流型Re=dupl/.i,"为动力粘度，单位为[Pa-s]；

层流:/?e<2000,温遮：7?e>4000；2000<Re<4000为不稳定过渡区。

2、牛顿粘性定律r=〃（d〃/dy）

气体的粘度随温度升高而增加,液体的粘度随温度升高而降低.

3、流型的比较：①质点的运动方式；

②速度分布，层流：抛物线型，平均速度为最大速度的0.5倍；

湍流：碰撞和混和使速度平均化。

③阻力，层流：粘度内摩擦力，

湍流：粘度内摩擦力+湍流应力。

II.流体在管内流动时的阻力损失

£%=%+%[J/kg]

1、直管阻力损失储=/二=即-范宁公式（层流、湍流均适用）.

'd2p

层流：4=/（Re）即/1=2或〃=必丝哈根一泊稷叶公式。

Refpd2

湍流区（非阻力平方区）：f（Re昌;高度湍流区（阻力平方区）：2=

d

具体的定性关系参见摩擦因数图，并定量分析加与〃之间的关系。

Wfer-M“回延J“4X流通截面积

推广到非圆型管d=内=4%=—^——7^2—

润湿周边长

注：不能用以来计算截面积、流速等物理量。

2

2、局部阻力损失加①阻力系数法，%=4事么=1。C=0.5

②当量长度法，后=入"

d2

注意：截面取管出口内外侧，对动能项及出口阻力损失项的计算有所不同。

当管径不变时，%=（/"+♦）+=）£

'd2

流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能减小。流体在等径管中作稳定

流动流体由于流动而有摩擦阻力损失，流体的流速沿管长不变。流体流动时的摩擦阻力损失

加所损失的是机械能中的艇熊项。完全湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数数值只

取决于相对粗糙度。

水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小

时，水流量将减小,摩擦系数增大,管道总阻力丕变。

五、管路计算

I.并联管路：1、v=v,+v2+v3

2、叫=叫\=%2=叫3各支路阻力损失相等。

即并联管路的特点是：（1）并联管段的压强降相等;

（2）主管流量等于并联的各管段流量之和;

（3）并联各管段中管子长、直径小的管段通过的遮量小。

II.分支管路：1、v=v,+v2+v3

2、分支点处至各支管终了时的总机械能和能量损失之和相等。

六、柏式在流量测量中的运用

1、毕托管用来测量管道中流体的点速度。

2、孔板流量计为定截面变压差流量计,用来测量管道中流体的流量。随着及增大其孔

流系数Co先减小，后保持为定值。

3、转子流量计为定压差变截面流量计。注意：转子流量计的校正。

测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将增加，若改用转子流量计，随流量

增加转子两侧压差值将丕变。

离心泵—基本概念与基本原理

一、工作原理

基本部件：峥(6~12片后弯叶片);泵壳(蜗壳)(集液和能量转换装置)；轴封装置

(填料函、机械端面密封)。

原理：借助高速旋转的叶轮不断吸入、排出液体。

注意：离心泵无自吸能力，因此在启动前必须先灌至，且吸入管路必须有底阀，否则将

发生“气缚”现象。

某离心泵运行一年后如发现有气缚现象，则应检查进口管路是否有泄漏现象。

二、性能参数及特性曲线

1、压头H,又称扬程H=\Z+^-+H.

__________P8

2、有效功率Ne=Wews=HgQp轴功率V=及出

.〃

3、离心泵的特性曲线通常包括H-Q,N-Q,Q曲线，这些曲线表示在一定转速下

输送某种特定的液体时泵的性能。由N-Q线上可看出：Q=0时，N=N2“,所以启动

泵和停泵都应关闭泵的出口阀。

离心泵特性曲线测定实验，泵启动后出水管不出水，而泵进口处真空表指示真空度很高，

可能出现的故障原因是吸入管路堵塞。

若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头减小,流量减小,效率减小,轴功率增大。

三、离心泵的工作点

1、泵在管路中的工作点为离心泵特性曲线("—Q)与管路特性曲线(—Q,)的

交点。管路特性曲线为：HU、

2、工作点的调节：既可改变H-Q来实现，又可通过改变来实现。具体措施

有改变阀门的开度，改变泵的转速，叶轮的直径及泵的串、并联操作。

离心泵的流量调节阀安装在离心泵的出且管路上，开大该阀门后，真空表读数增大，压

力表读数减小,泵的扬程将减小,轴功率将增大。

两台同样的离心泵典压头不变而流量加倍，串联则流量不变压头加倍。

四、离心泵的安装高度Hg

为避免气蚀现象的发生，离心泵的安装高度注意气蚀现象产生的原因。

1.为操作条件下的允许吸上真空度，m

H/OT为吸入管路的压头损失，m。

2.“二4-Pv-(NPSH)r-H"-I(NPSH)r允许气蚀余量，m

Pg

p“液面上方压强，Pa；P,,操作温度下的液体饱和蒸汽压，Pa。

离心泵的安装高度超过允许安装高度时会发生气蚀现象。

传热——基本概念和基本理论

传热是由于温度差引起的能量转移,又称热传递。由热力学第二定律可知，凡是有温度

差存在时，就必然发生热从高温处传递到低温处。

根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式：热传导（导热）、热对流（对流）和热

辐射。热传导是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；热对流是流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程（包

括由流体中各处的温度不同引起的自然对流和由外力所致的质点的强制运动引起的强制对

通），流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程称为对流传热（给热）;

热辐射是因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。任何物体只要在绝对零度以上，都能发

射辐射能，只是在高温时，热辐射才能成为主要的传热方式。传热可依靠其中的一种方式或

几种方式同时进行.

传热速率。是指单位时间通过传热面的热量（W）;热通量〃是指每单位面积的传热速

率（W/m2）o

一、热传导

1.导热基本方程——傅立叶定律

dQ^-AdS—

dn

X——导热系数，表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，单位为W/（m「C）。

纯金属的导热系数一般随温度升高而降低，气体的导热系数随温度升高而增大。

式中负号表示热流方向总是和温度剃度的方向相反。

2.平壁的稳定热传导

单层平壁：

R

多层（n层）平壁：

0

Q=$:

f=l

公式表明导热速率与导热推动力（温度差）成正比，与导热热阻（R）成反比。

由多层等厚平壁构成的导热壁面中所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈小，其

两侧的温差愈小,但导热速率相同。

3.圆筒壁的稳定热传导

单层圆筒壁：

仁幺=包或2M4—2)

Q=---------------

hRIn殳

r\

当S2/SI>2时，用对数平均值，即：

s）小

当S2/SW2时，用算术平均值，即：Sm=(S1+S2)/2

多层(n层)圆筒壁：>

一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应降低,主要原因是因

水的导热系数大于保温材料的导热系数,受潮后，使保温层材料导热系数增大，保温效果降

低。

在包有两层相同厚度保温材料的圆形管道上，应该将导热系数小的材料包在内层,其原

因是为了减少热损失,降低壁面温度。

二、对流传热

1.对流传热基本方程一牛顿冷却定律

Q=aS\t

a——对流传热系数，单位为：W/(m2/C),在换热器中与传热面积和温度差相对应。

2.与对流传热有关的无因次数群(或准数)

表1准数的符号和意义

准数名称符号意义

aL

努塞尔特准数

Nu=含有特定的传热膜系数a,表示对流传热的强度

z

Lup

雷诺准数Re=反映流体的流动状态

4

CpN

普兰特准数Pr-反映流体物性对传热的影响

A

吃小L3P2

格拉斯霍夫准数Gr=反映因密度差而引起自然对流状态

3.流体在圆形直管中作强制湍流流动时的传热膜系数

对气体或低粘度的液体

M/=O.O23Rc0-8Pr”

a=0.023—(^)08(^)n

流体被加热时，n=0.4；液体被冷却时，n=0.3»

定型几何尺寸为管子内径4。

定性温度取流体进、出口温度的算术平均值。

应用范围为Re>10000,Px0.7~160,(〃力>60。

对流过程是流体和壁面之间的传热过程，定性温度是指确定准数中各物性参数的温度。

沸腾传热可分为三个区域,它们是自然对流区、泡状沸腾区和膜状沸腾区,生产中的沸

腾传热过程应维持在泡状沸腾区操作。

无相变的对流传热过程中，热阻主耍集中在传热边界层或滞流层内,减少热阻的最有效

的措施是提高流体湍动程度。

引起自然对流传热的原因是系统内部的温度差，使各部分流体密度不同而引起上升、下

降的流动。

用无因次准数方程形式表示下列各种传热情况下诸有关参数的关系：

(1)无相变对流传热Nu-f(Re,Pr,Gr)

(2)自然对流传热Nit=f(Gr,Pr)

(3)强制对流传热Nu=f(Re,Pr)

在两流体的间壁换热过程中，计算式0=KSAt,式中加表示为两流体温度差的平均值;

S表示为泛指传热面，与K相对应。

在两流体的间壁换热过程中，计算式。=«5加，式中加=储加或Tm-Tw；S表示为一侧

的传热壁面。

滴状冷凝的膜系数大于膜状冷凝膜系数。

水在管内作湍流流动时，若使流速提高至原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的

2°8倍。若管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的4°以2°2倍。(设

条件改变后，仍在湍流范围)

三、间壁两侧流体的热交换

间壁两侧流体热交换的传热速率方程式

Q=KSMm

式中K为总传热系数，单位为：W/(m2/C)：Afm为两流体的平均温度差，对两流体作

并流或逆流时的换热器而言，

Z=加匚*2

ln(Ar,/Ar)

当A“/Af2<2时,Atm可取算术平均值,即:Afm=(Afi+A/2)/2

基于管外表面积5„的总传热系数Ko

—=—+/?„++.^-4-^-

K°aoASmSja,S,

四、换热器

间壁式换热器有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式、螺旋板式、板翅式等。提高

间壁式换热器传热系数的主要途径是提高流体流速、增强人工扰动;防止结垢，及时清除污

蚯。消除列管换热器温差应力常用的方法有三种,即在壳体上加膨胀节，采用浮头式结构或

采用U型管式结构。翅片式换热器安装翅片的目的是增加传热面积：增强流体的湍动程度

以提高呢为提高冷凝器的冷凝效果,操作时要及时排除不凝气和冷凝水。

间壁换热器管壁温度fw接近a大的一侧的流体温度;总传热系数K的数值接近热阻大

的一侧的a值。如在传热实验中用饱和水蒸气加热空气，总传热系数接近于空气侧的对流传

热膜系数，而壁温接近于水蒸气侧的温度。

对于间壁换热器WhCph（TL4）=WcCpc（f2T）=KSA/m等式成立的条件是稳定传热、无热损

失、无相变化。

列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，

提高a值，支撑管子。

在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管外；易结垢的流体走管内；

高压流体走管内；有腐蚀性的流体走管内；粘度大或流量小的流体走管外。

蒸镭——基本概念和基本原理

利用各组分捶卷度丕圆将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作称为蒸镯。这

种分离操作是通过液相和气相之间的质量传递过程来实现的。

对于均相物系，必须造成一个两相物系才能将均相混合物分离。蒸储操作采用改变状态

参数的办法（如加热和冷却）使混合物系内部产生出第二个物相（气相）；吸收操作中则采

用从外界引入另一相物质（吸收剂）的办法形成两相系统。

一、两组分溶液的气液平衡

1.拉乌尔定律

理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律:

PA=PA°XA〃B=PB°XB=PB°（1-XA）

根据道尔顿分压定律：PA=P〉A而P=PA+PB

则两组分理想物系的气液相平衡关系：

.P-PH°------泡点方程

蛇------露点方程

人P

对于任一理想溶液，利用一定温度下纯组分饱和蒸汽压数据可求得平衡的气液相组成；

反之，已知一相组成，可求得与之平衡的另一相组成和温度（试差法）。

2.用相对挥发度表示气液平衡关系

溶液中各组分的挥发度v可用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率来表

示，即fA=­b>B=—

溶液中易挥发组分的挥发度对难挥发组分的挥发度之比为相对挥发度。其表达式有：

a=―四/丝=海

%"A/“B^B-^A

对于理想溶液:a=A

PS

气液平衡方程：y、一-ax

l+(a-l)x

色值的大小可用来判断蒸储分离的难易程度。出愈大，挥发度差异愈大，分离愈易；a=l

时不能用普通精馄方法分离。

3.气液平衡相图

(1)温度一组成Ct-x-y)图

该图由饱和蒸汽线(露点线)、饱和液体线(泡点线)组成，饱和液体线以下区域为液

相区,饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区,两曲线之间区域为气液共存区。

气液两相呈平衡状态时,气液两相温度相同,但气相组成大于液相组成:若气液两相组

成相同,则气相露点温度大土液相泡点温度。

(2)x-y图

x-y图表示液相组成x与之平衡的气相组成)，之间的关系曲线图，平衡线位于对角线的

上方。平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。总压对平衡曲线影响不大。

二、精储原理

精饿过程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理进行的，精储操作的依据是混合物

中各组分挥发度的差异,实现精储操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底产生上升蒸汽。

精储塔中各级易挥发组分浓度由上至下逐级降低;精储塔的塔顶温度总是低王塔底温度，原

因之一是：塔顶易挥发组分浓度高于塔底，相应沸点较低;原因之二是：存在压降使塔底压

力高于塔顶，塔底沸点较高。

当塔板中离开的气相与液相之间达到相平衡时,该塔板称为理论板。

精储过程中，再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流,冷凝器的作用是提供塔顶液相

产品及保证由适宜的液相回流。

三、两组分连续精储的计算

1.全塔物料衡算

总物料衡算：F=D+W

易挥发组分：=Dxn+Wrw

塔顶易挥发组分回收率：%=当

DFXF

塔底难挥发组分回收率:_W(17w)

VW—~T~,-

尸(1一4)

精储段物料衡算和操作线方程

总物料衡算：V=L+D

易挥发组分：Vyn+i=Lxn4-DXD

操作线方程：=—xn+工

其中：R=UD——回流比

上式表示在一定操作条件下，精储段内自任意第n层板下降的液相组成为与其相邻的下

一层板（第n+1层板）上升蒸汽相组成用+i之间的关系。在x—v坐标上为直线，斜率为R/R+1,

截距为Xy）!R+\o

2.提储段物料衡算和操作线方程

总物料衡算：L'^V'+W

易挥发组分：L'x'm=丫乂田+皿/w

J'W

操作线方程：y'm+i--x'm-^xw

上式表示在一定操作条件下，提馈段内自任意第m层板下降的液相组成上卜与其相邻的

下一层板（第m+1层板）上升蒸汽相组成小田之间的关系,〃除与L有关外，还受进料量

和进料热状况的影响。

四、进料热状况参数

实际操作中，加入精储塔的原料液可能有五种热状况：（1）温度低于泡点的冷液体；（2）

泡点下的饱和液体；（3）温度介于泡点和露点的气液混合物；（4）露点下的饱和蒸汽；（5）

温度高于露点的过热蒸汽。

上£将出“播料变为饱和蒸汽所釉热量

qIy-IL原料液的千摩尔汽化酒四

不同进料热状况下的q值

进料热状况冷液体饱和液体气液混合物饱和蒸汽过热蒸汽

q值>110~10<0

对于饱和液体、气液混合物和饱和蒸汽进料而言,q值等于进料中的液相分率。

L'=L+qFV=V'+（1-"

q线方程（进料方程）为：y=，_x-上

q-\q-\

上式表示两操作线交点的轨迹方程。

塔底再沸器相当于一层理论板（气液两相平衡），塔顶采用分凝器时，分凝器相当于一层

理论板。由于冷液进料时提储段内循环量增大，分离程度提高，冷液进料较气液混合物进料

所需理论板数为少。

五、回流比及其选择

（1）全回流

R=L/D=8,操作线与对角线重合，操作线方程y后加一I，达到给定分离程度所需理论板层

数最少为Nmin。

（2）最小回流比

当回流比逐渐减小时，精微段操作线截距随之逐渐增大,两操作线位置将向平衡线靠近，

为达到相同分离程度所需理论板层数亦逐渐埴多。达到恒浓区（夹紧区）回流比最小,所需

理论板无穷多。

I.正常平衡线

KinXD-力

Knin+1X「Xq

饱和液体进料时：Xq=XF

饱和蒸汽进料时：为=）午

II.不正常平衡线

由a（3，冲）或C（XW，XW）点向平衡线作切线，由切线斜率或截距求Rmin。

（3）适宜回流比

R=（1.1-2）Rmin

精储设计中，当回流比增大时所需理论板数减少，同时蒸储釜中所需加热蒸汽消耗量增

加，塔顶冷凝器中冷却介质消耗量增加，操作费用相应增加,所需塔径增大。

精镭操作时，若F、D、冲、q、R、加料板位置都不变，将塔顶泡点回流改为冷回流，

则塔顶产品组成必变大。

精储设计中，回流比愈大,操作能耗愈大,随着回流比逐渐增大，操作费和设备费的总

和将呈现先减小后增大的过程。

六、板效率和实际塔板数

1.单板效率（默弗里效率）

2.全塔效率

月=丛

精馆塔中第块理论板,Jn+l<yn>tn.\<tn，yn>Xn-l»

精储塔中第块实际板，Xn*<Xn，升*>）%。

如板式塔设计不合理或操作不当，可能产生液泛、漏液、及雾沫夹带等不正常现象,使

塔无法正常工作。

负荷性能图有五条线，分别是雾沫夹带、液泛、漏液、液相负荷上限和液相负荷下限。

吸收——基本概念和基本原理

利用各组分圈解度不同而分离气体混合物的单元操作称为吸收。混合气体中能够溶解

的组分称为吸收质或溶质（A）;不被吸收的组分称为惰性组分或载体（B）;吸收操作所用

的溶剂称为吸收剂（S）：吸收所得溶液为吸收液（S+A）；吸收塔排出的气体为吸收尾气。

当气相中溶质的的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质从气相向液相转移,

发生吸收过程；反之当气相中溶质的的实际分压低壬与液相成平衡的溶质分压时，溶质从液

相向气相转移，发生脱吸（解吸）过程。

一、气-液相平衡-------传质方向与传质极限

平衡状态下气相中溶质分压称为平衡分压或饱和分压，液相中的溶质浓度称为平衡浓

度或饱和浓度------溶解度。

对于同一种溶质，溶解度随温度的升高而减小,加压和降温对吸收操作有利,升温和

减压有利于脱吸操作。

亨利定律：p*=Ex——E为亨利系数，单位为压强单位，随温度升高而增大，难溶气体

(稀溶液)E很大，易溶气体E很小。对理想溶液E为吸收质的饱和蒸气压。

p*=c/H—H为溶解度系数，单位：kmol/(kN-m),H=p/(EMS),随温度升高

而减小，难溶气体H很小，易溶气体H很大。

y*=mx------m相平衡常数，无因次，m=E/尸，m值愈大，气体溶解度愈小：

m随温度升高而增加，随压力增加而减小。

y*=mX——当溶液浓度很低时大多采用该式计算。

X=x/(l-x);y=y/(l-y);——摩尔分率，X,Y-——摩尔比浓度

二、传质理论——传质速率

分子扩散——凭借流体分子无规则热运动传递物质的现象。推动力为浓度差，由菲克定

律描述：JA=—2B也

dZ

JA—扩散通量，kmol/(m2s)DAB—扩散系数

涡流扩散一凭借流体质点的湍动和旋涡传递物质的现象。

等分子反向扩散传质速率：气相内NJSN'-P。

ARTZ

液相内NA=",)一%)

单相扩散传质速率：

气相内=

cRTZptim

液相内7VA(cAi-cA)=*,(cAi-cA)

Zc

其中P/pBm>l为漂流因数，反映总体流动对传质速率的影响。

一般而言，双组分等分子反向扩散体现在精向单元操作中,而一组分通过另一组分的单

相扩散体现在吸收单元操作中。

气相中，温度升高物质的扩散系数增大,压强升高则扩散系数降低;液相中粘度增加扩

散系数降低。

在传质理论中有代表性的三个模型分别为双膜理论、溶质渗透理论和表面更新理论。

传质速率方程——传质速率=传质推动力/传质阻力

N=ka(p-pi)=kL(ci-c')=ky(Y-Yi)=kx(Xi-X)

N=KG(P-P*)=KL(C*-C)=KY(Y-Y*)=KX(X*-X)

注意传质系数与推动力相对应，即传质系数与推动力的邈二M，传质系数的单位与推

动力的单位一致。

吸收系数之间的关系:

11111H

---=----1-----—=---1---

KG%限KL左L%G

11m111

---=----1------=----1-----

KY%Y%XKxkxinky

k、—P/CQkx=Ck]

气膜控制与液膜控制的概念

对于易溶气体,H很大，传质阻力绝大部分存在于气膜之中，液膜阻力可以忽略，此时

KGMG，这种情况称为“气膜控制”:反之，对于难溶气体,H很小，传质阻力绝大部分存在

于液膜之中，气膜阻力可以忽略，此时凡攻，这种情况称为“液膜控制”。

三、物料衡算——操作线方程与液气比

全塔物料衡算:逆流操作

V(Yl-Y2)=L(X,-X2)

吸收操作线方程:1一塔底，2-塔顶

丫++『8

吸收操作时塔内任一截面上溶质在气相中的实际分压总是直王与其接触的液相平衡分

压，所以吸收操作线总是位于平衡线的上方。

最小液气比：机L号液气比即操作线的斜率

若平衡关系符合亨利定律，则

溶剂改性

改变平衡关系卜〉降低温度

增加传质推动力HL提高压力

提高吸收效率的途径T僧加液气比

械小传质阻力卜采用新型填料

增加吸收剂用量，操作线斜率增大,操作线向远离平衡线的方向偏移，吸收过程推动力

增大,设备费用减少。

四、填料层高度计算

气液相平衡、传质速率和物料衡算相结合取微元物料衡算求得填料层高度。

填料层高度=传质单元高度X传质单元数

即Z=〃0GxN0G="OLxNOL=HGXNG=HLXNL

NOG气相总传质单元数（气体流经一段填料后其组成变化等于该段填料的总的平均

推动力则为一个传质单元）

HOG气相总传质单元高度（一个传质单元所对应的填料高度）

VYY2

1.平均推动力法（适合平衡线为直线）：Z=HncxNac='~

000°A?

对数平均推动力Ay二河-M

2.脱吸因数法（平衡线为直线）:

)Y-Y

心=丁”(7)十寸+5]

1d‘2一’2

5一脱吸因数，平衡线与操作线斜率之比（mV/L）,反映吸收推动力的大小。S增大,

液气比减小，吸收推动力变小，NOG增大

气体吸收中，表示设备（填料）效能高低的一个量是传质单元高度,表示传质任务难易

程度的一个量是传质单元数。

华东理工大学2010年化工原理部分考研真题

一、简答题（10道题的顺序可能和真题不一样，但是内容一致）：

I.等板高度HETP的含义是什么？

答：分离效果相当于一块理论板的填料塔高度。

2.常用的吸附剂有哪些？

答：活性炭，硅胶，活性氧化铝，活性土，沸石分子筛，吸附树脂等。

3.萃取溶剂的必要条件是什么？

答：1.与物料中B组分不互溶；2.对组分A具有选择性溶解。

4.何谓载点，泛点？

答：载点：气液两相流动的交互作用开始变得比较显著的操作状态；

泛点：气速进一步增大至压降陡增，在压降■■气速曲线图表现为曲线斜率趋于垂直的转折点。

5.搅拌器应具备哪两种功能？强化搅拌的工程措施有哪些？

答：功能：1.产生总体流动；2.产生湍动或剪切力场。

措施：1.提高转速；2.阻止液体圆周运动，如加档板，搅拌器离心或者倾斜安装；3.安装导流筒，消除短路，死

区。

6.非牛顿型流体中，塑性流体的特点？

答：只有施加的剪应力超过某一临界值时才开始流动，流动后多数具有剪切稀化特性，少数也具有剪切增稠特性。

7.临界含水量受哪些因素影响？

答：1.物质本身性质，结构，分散程度；2.干燥介质条件：气速，温度，湿度。

8.液体沸腾的另个必要条件？

答：1.过热度：2.汽化核心。

9.什么是自由沉降速度？

答：重力作用下，沉降速度的增大，颗粒受阻力增大，当阻力等于其重力时的速度。

10.数学模型法的主要步骤有哪些？

答：1.简化物理模型；2.建立数学模型；3.参数测定，模型检验。

二、带泵管路

如图，用离心泵把水从A输送到E点，各段管路管径均为106mmx3mm,入=0.03,AB段，DE段长度均为20m,

CD段埋地下，长度为3000m。离心泵的特性曲线为He=10+5xl05qv。

（1）管路液体流量、离心泵的有效功率。

（2）管路正常时，DE上的孔板流量计高度差为R=200mm,现在CD段漏液，漏液量为0.004m3/s,此时孔板流

量计高度差为R=160mm,（孔板流量计CO为常数）求此时离心泵出口压强为多少。

三吸收

有一吸收塔，吸收剂为清水（x2=0）,采用液气比L/G=1.25,相平衡方程为y=1.25x,气体进口浓度y1=0.05,

气体出口浓度为y2=0.01。现用两个这样的吸收塔联立操作，如下图a、b、c情况。求：

（Da.b、c三种情况的回收率n各是多少？

（2）比较a、b、c三种情况，并说明原因。

（3）定性画出三种情况的操作线。

四、精微

有一精微塔，塔釜采用间接蒸汽加热，饱和蒸汽进料，F=150kmol/h,相对挥发度a=2.47,回流比为4,进料浓

度为0.4（mol分数，下同），釜液浓度为0.03,要求轻组分回收率为0.97。求：

（I）塔顶溜出液浓度XD,D以及W。

（2）精锵操作线和提留操作线方程。

（3）实际回流比是最小回流比的多少倍？

（4）第二块理论板上升的气相浓度以及下降的液相浓度。

（5）全回流时，若第一板下降液相浓度为0.97,求第二块板的弗默里效率。

五、非定态传热

有一个钢球，直径为Dp,密度为pp,比热容为Cp,同空气接触，空气温度为I,且保持不变，设t时刻，钢球

的温度为T,且温度均匀，初始时刻钢球温度为T0,钢球给热系数为a,求：

（1）钢球温度T与t的关系式T=f（T）o

（2）若T0=150℃,30s后T=135℃,空气温度为25℃,Cp=460J/（kg℃）,pp=7850kg/m3,Dp=25mm。求a.

华东理工大学2009年化工原理部分考研真题

一。简答题（30分）

1.什么是离心泵的气缚及汽蚀现象？在工业应用中分别如何预防？

2.列举三种常用的搅拌器，并简要说明其特点。

3.简述数学模型法的主要步骤。

4.简述辐射传热中黑体及灰体的概念。

5.什么是传质单元数和传质单元高度？两者分别与哪些因素有关？

6.列举气液传质设备中常用的三种除沫器。

7.简述（三元物系）萃取过程中的临界混溶点，分配系数及选择系数。

8.结晶操作中，晶核的成核机理有哪几种？一般工业结晶操作采用哪种机理？

9.简述吸附操作中的负荷曲线，浓度波及透过曲线的概念。

10.什么是不饱和湿空气的露点，湿球温度及绝热饱和温度。

09

一。简答题（30分）

I.什么是离心泵的气缚及汽蚀现象？在工业应用中分别如何预防？

2.列举三种常用的搅拌器，并简要说明其特点。

3.简述数学模型法的主要步骤。

4.简述辐射传热中黑体及灰体的概念。

5.什么是传质单元数和传质单元高度？两者分别与哪些因素有关？

6.列举气液传质设备中常用的三种除沫器。

7.简述（三元物系）萃取过程中的临界混溶点，分配系数及选择系数。

8.结晶操作中，晶核的成核机理有哪儿种？一般工业结晶操作采用哪种机理？

9.简述吸附操作中的负荷曲线，浓度波及透过曲线的概念。

10.什么是不饱和湿空气的露点，湿球温度及绝热饱和温度。

2m3的罐子，298K,?=2.5X10-6（pa-p）,然后算什么进出的。

华东理工大学二O0七年硕士研究生入学考试试题

（答案必须写在答题纸上，写在试题上无效）

考试科目代码及名称：401化」原理