化原复习资料 8页

《化工原理》复习资料一、基本概念部分（题型有填空、选择、判断题）1．化工单元操作可根据其原理不同分为动量传递、质量传递和热量传递三大类，如吸收就属于质量传递过程，流体流动属于动量传递过程。2．物理量是由大小和单位两部分构成，物理量的基本量纲为其本身，SI制中有7个基本量，如密度的量纲为ML-3。3．物系的平衡态是指在一定条件下体系所能达到的最大限度，其平衡关系能判断过程能否进行及进行的方向和能达到的程度。4．过程的速率总可以用过程的推动力与过程的阻力之比来表示，如传热速率就可写成传热推动力与热阻之比。6．流体的密度受温度和压力的影响，一般来说温度降低液体的密度增大，气体的也增大；而液体受压力的影响较小，因此认为液体为不可压缩流体。A1234B56P大气P大气7．压力的基准有两个，即以绝对真空和大气压为基准，以绝对真空为基准的称为绝对压力，以大气压为基准的称为表压或真空度；一般来说，表压越大，绝对压力也越大，真空度正好相反。8．静止液体内部压力变化规律应遵循流体静力学基本方程，如右图所示设备中压力相等的各点分别为1与2，3与4，5与6点压力分别相等。d1u1T1p1u2T2p2d29．质量守恒：连续性方程：某气体在如右图所示的系统中流动，则可得出以下结论：u1/u2=(d2/d1)2。（T1≠T2，p1≠p2）10.理想流体是指流体没有粘性,在流动中不产生阻力损失；而实际流体在流动中产生阻力损失的大小与流体的粘性（什么是黏度，如何表示）、流动形态、管路情况等等因素有关。11.流体的流动型态有两种，即层流和湍流，而过渡流是一种不稳定状态。如何判断圆形直管内流体的流动形态？（雷诺数）流体在圆管内作层流流动时，流体质点仅在流动方向上发生位移，在管中心处质点的流速最大，管壁处最小为零，速度分布呈标准的抛物线，管内平均流速为最大流速的1/2（湍流时平均流速与最大流速关系如何？）。12.在居民用水的管路系统中，水流动时产生的阻力损失由直管阻力和局部阻力两部分构成，此时局部阻力应大于直管阻力，如何计算阻力损失（计算公式）。13.伯努力方程（如何选取研究截面）。14.测速管工作原理，所测得速度的意义。孔板流量计（文丘里流量计原理同）是依据机械能守衡和转换原理而测量流量的，由于其结构的原因，测量时流体阻力损失大，因而生产中常采用转子流量计计量流量，转子流量计也称为恒压差流量计，掌握转子流量计的工作原理。15.离心泵是工业上常用的一种流体输送机械，它由叶轮、泵壳等几个部分构成，泵壳的作用为将流体的部分动能转换为静压能，其目的是减少流体在流动时产生的阻力损失。16.离心泵在启动时应关闭其出路阀门，这是为了减小启动电流保护电机；而停车时应先关闭出路阀门，这是为了保护叶轮，避免高压流体倒灌损坏叶轮。\n17.离心泵的主要性能参数（功率及效率计算公式）及特性曲线。离心泵输送高粘度液体时，其流量、扬程要减小，轴功率增加；而输送高密度液体时，其流量、扬程不会改变，但轴功率增大。18.离心泵的流量调节可通过泵出口阀门、叶轮直径、叶轮转速来调节。其中改变泵出口阀门是改变了管路特性曲线，而叶轮转速的变化引起泵性能改变时应遵循比例定律。19.离心泵的串联常用于扬程要求较大的场合，而流量比单台泵工作时增加不是很多。（即H串≠2H单大于还是小于？为什么？）;离心泵并联时又如何？20.气缚现象,汽蚀现象，有效汽蚀余量，必需汽蚀余量，离心泵的安装高度。为了避免离心泵发生汽蚀现象，泵的安装高度不能太高，同时应尽量避免吸入管路过多安装局部管件和阀件。21.离心泵低于贮槽液面时，启动时不灌泵，也不会发生气缚现象。22.往复泵是一种正位移泵，它的流量调节不能用其出口阀门调节，否则会引起泵缸压力过高而发生事故（为什么？），采用旁路调节流量。往复泵的流量不均匀，因而在使用时多采用多动泵，以使其流量均匀。31.不论在什么条件下进行换热，热量的传递方式不外乎传导、对流和辐射三种。如用烟道气加热锅炉内的水，其传热的方式就包括了导热、对流和辐射三种方式，其中以辐射传热为主（高温）。32.导热系数是物质的一种属性，物质的导热系数越大，则其导热能力越强，固体的最大，气体的最小；且随温度的变化而改变，对液体而言，导热系数随温度的升高而减小。平壁和圆筒壁稳态热传导公式。对定（稳）态平壁导热，其温度分布为直线，而圆筒壁则为曲线。平壁和圆筒壁导热速率与温度差成正比，与壁厚成反比，这一规律称为傅立叶定律。.导热时，温差与热阻成正比，因此在保温材料的选择上尽可能选择导热系数小的物质。33.流体与固体壁面间的对流传热过程也称为对流给热，整个过程的热阻主要集中在壁面附近作层流流动的层流内层中，因而要提高对流传热速率，应尽可能提高流体的湍动程度，以降低层流膜层的厚度，减小热阻。无相变时低黏度流体在圆形直管内做强制湍流时的对流传热系数计算公式。P143公式4-19影响对流传热系数α的因素。（了解不同传热类型的α值范围P154表4-5）自然对流流体的流速小，传热膜系数α较小，因此工业生产中通常采用强制对流传热，以提高传热效果，如在加热釜中采用搅拌器即为目的；同一液体有相变的α大于无相变状态时的α。34.有相变时的对流传热A、蒸汽冷凝有滴状和膜状冷凝两种形式，滴状冷凝时由于在固体壁面上凝液不能形成一层液膜，而膜状冷凝则相反，因此滴状冷凝的对流传热系数比较大，传热效果好。影响冷凝传热的因素P151B、大容器饱和沸腾的三个过程（自然对流区、核状沸腾区、膜状沸腾区）。影响沸腾传热的因素。P15335.两流体间传热过程的计算P154.例题4-11、12、14～１7，综合计算（例题4-18～21）传热系数K（计算公式）和传热温度差Δtm（计算公式，何种状态下最大\n，逆流，并流or错流,折流）。强化传热的基本方法P195.可从提高换热器单位体积传热面积、提高传热系数K和传热温度差Δtm几方面着手。在某铝质套管式换换器中分别通入水蒸汽（对流传热系数α1）和空气（对流传热系数α2），则该换热器的总传热系数K≈α2。为什么？管壁温度会接近哪个的温度（水蒸气or空气）？为什么？36.物质以电磁波的方式向外界发射或吸收外界辐射的热辐射线，实现热量传递的方式称为热辐射。辐射传热不需任何介质，真空中也能进行，并且高温时主要以这种方式传热。投射到物体表面的辐射能如果能被物体全部吸收，这种物质称为黑体。实际中并不存在黑体，只是有些物质的吸收能力接近黑体。为描述实际物质对辐射能的吸收能力，可用黑度来表示。若某物质的黑度为0，且不允许热辐射线通过，则这种物体称为白体或镜体。如平滑的玻璃、磨光的铜镜等。实际物体大多为灰体，灰体的吸收率不随辐射线的波长而变，并且是不透热体，即其吸收率α和反射率ρ之和为1。两固体间质辐射传热不仅与它们的温度有关，还取决于它们的相对位置、表面情况、形状、距离、材料等有关。要强化的辐射散热可采取在表面涂上一层黑度较大的油漆，增大其表面黑度。37.换热器流经管程、壳程的选择原则P188、流速的选择.在列管式换热器中，通入水蒸汽时必须排除管内的不凝性气体，这是由于不凝性气体的对流传热系数α远比蒸汽的要小很多，排放不凝性气体以减小传热的热阻。工业生产中用得较多的换热器是间壁式换热器，如套管式、列管式、蛇管式等等。为避免热应力破坏固定管板式列管换热器的结构，可采用U型补偿圈、浮头式或U型列管等热补偿措施，以消除热应力的影响。41.吸收是单向传质过程，它是利用了混合气体中不同组分在吸收剂中的溶解度不同而实现气体各组分分离的操作。它在化工生产中常用于回收混合气体中有用组分、除去气体中有害组分和实现环境保护等。42.吸收可分为物理吸收、化学吸收、单组分和多组分吸收等等。如水吸收CO2、洗油吸收焦炉气中的苯及甲苯等为物理吸收、而用H2SO4吸收NH3气、碱液吸收酸性气体等为化学吸收。43亨利定律的三种表示方式。了解吸收传质速率方程，溶质以分子扩散或对流扩散的方式从气相主体转移到液相主体的过程可用双膜理论来解释。该理论假设全部的传质阻力集中在两个层流膜内，气液相主体没有阻力等。44.理解气、液相总传质系数，对易溶气体的吸收过程中，属于气膜控制吸收，此时液相界面浓度Xi≈X，Y-Yi(气膜推动力)≈Y-Y*(气相总推动力)。什么是液膜控制？45.体系的压力越大，温度越低越有利于溶质的吸收，而解吸则相反。因此工业上常见的解吸方法有向体系通入热流体、或隋性气体、或减压操作等。46.P226吸收塔的计算：\n吸收过程的物料衡算与吸收操作线方程，最小液气比，适宜液气比。填料塔高度的计算：NOG、HOG传质单元高度HOG反映了填料塔的性能对传质的影响，也即传质阻力的大小，而传质单元数NOG的大小则反映了传质过程的难易程度，它主要受制于体系的平衡关系。例题5-6～1147.填料塔的核心是填料，填料的性能直接影响吸收的效果，一般尽可能选择比表面积较大的填料，且充装填料时也往往采用乱堆方式。填料塔操作时气液相的流速、流量不能过大或过小，否则会出现液泛、干塔等不正常现象。51.干燥过程的实质是被除去的湿分从固相转移到气相中，固相为被干燥的物料,气相为干燥介质。工业干燥操作多半是用热空气或其他高温气体作为干燥介质。52.对流干燥时干燥介质热空气与湿物料直接接触时，气固两相间发生的是热质同时传递的过程。干燥介质热空气既是热量的载体又是质量的载体。53.φ反映出湿空气吸收水分的能力，只有当φ<100﹪的不饱和空气才能作为干燥介质。φ值越小，表示该空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大（即吸水能力越大）。因此进入干燥器的空气必须预热，以使φ减小，提高空气吸收水分的能力。二、基本计算部分1．用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×103Pa，蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa（真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面15m，进料量为20m3/h，溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率。管路直径为60mm。解：取贮槽液面为1―1截面，管路出口内侧为2―2截面，并以1―1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。式中Z1=0Z2=15mp1=0（表压）p2=-26670Pa（表压）u1=0=120J/kg将上述各项数值代入，则泵的有效功率Ne(或Pe)为：Ne=We×ws(或Pe=We×qm)式中Pe=246.9×6.67=1647W=1.65kW\n实际上泵所作的功并不是全部有效的，故要考虑泵的效率η，实际上泵所消耗的功率（称轴功率）N(或P)为设本题泵的效率为0.65，则泵的轴功率为：2．离心泵特性曲线的测定附图为测定离心泵特性曲线的实验装置，实验中已测出如下一组数据：泵进口处真空表读数p1=2.67×104Pa(真空度)泵出口处压强表读数p2=2.55×105Pa(表压)泵的流量(qv)Q=12.5×10－3m3/s功率表测得电动机所消耗功率为6.2kW吸入管直径d1=80mm压出管直径d2=60mm两测压点间垂直距离Z2-Z1=0.5m泵由电动机直接带动，传动效率可视为1，电动机的效率为0.93实验介质为20℃的清水试计算在此流量下泵的压头H、轴功率N(或P)和效率η。解：（1）泵的压头在真空表及压强表所在截面1－1与2－2间列柏努利方程：2211式中Z2-Z1=0.5mp1=-2.67×104Pa（表压）p2=2.55×105Pa（表压）u1=u2=两测压口间的管路很短，其间阻力损失可忽略不计，故H=0.5+=29.88mH2O（2）泵的轴功率功率表测得功率为电动机的输入功率，电动机本身消耗一部分功率,其效率为0.93，于是电动机的输出功率（等于泵的轴功率P）为：P=6.2×0.93=5.77kW（3）泵的效率\n=13.在一逆流操作的填料塔中，用循环溶剂吸收气体混合物中溶质。气体入塔组成为0.025（摩尔比，下同），液气比为1.6，操作条件下气液平衡关系为Y=1.2X。若循环溶剂组成为0.001，则出塔气体组成为0.0025，现因脱吸不良，循环溶剂组成变为0.01，试求此时出塔气体组成。解：两种工况下，仅吸收剂初始组成不同，但因填料层高度一定，HOG不变，故NOG也相同。由原工况下求得NOG后，即可求算出新工况下出塔气体组成。原工况（即脱吸塔正常操作）下：吸收液出口组成由物料衡算求得：吸收过程平均推动力和NOG为：ΔY1=Y1－mX1=0.025－1.2×0.0151=0.00688ΔY2=Y2－mX2=0.0025－1.2×0.001=0.0013新工况（即脱吸塔不正常）下；设此时出塔气相组成为Y2′，出塔液相组成为X1′，入塔液相组成为X2′，则吸收塔物料衡算可得：（a）NOG=NOG¢由下式求得即Y2¢=0.0127（b）联立式（a）和式（b），解得：\n吸收平均推动力为：讨论：计算结果表明，当吸收－脱吸联合操作时，脱吸操作不正常，使吸收剂初始浓度升高，导致吸收塔平均推动力下降，分离效果变差，出塔气体浓度升高。14.在逆流操作的填料塔中，用稀硫酸吸收空气中所含的氨（低浓度），溶液上方氨的分压为零（近似为物理吸收过程，即平衡常数m=0）。在下列两种情况下，气体与液体流率以及其他操作条件大致相同，传质单元高度HOG都可取为0.5m，试比较所需的填料层高度有何不同？（1）要求回收率为90%；（2）要求回收率为95%。解：填料层高度Z=HOG×NOG∵m=0∴①当回收率η=90%∴Z=HOG×NOG=0.5×2.303=1.15m②当回收率η=95%∴Z=HOG×NOG=0.5×2.996=1.54m结论：当气体与液体流率以及其他操作条件大致相同时,回收率,填料层高度。1、某吸收塔填料层高度为3m，操作压强为101.33kPa，温度为20℃，用清水等温逆流吸收空气中的氨。混合气质量流量G＝580kg/(m3·h)，含氨6％（体积），吸收率为99％；水的质量流量W＝770kg/(m3·h)。该塔在操作条件下的平衡关系为Y*＝0.9X。已知吸收塔的气相总体积吸收系数KGα为气相质量流量的0.8次方成正比，而与液体流量无关。试计算当操作条件分别作如下改变时，填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率（塔径不变）：（1）操作总压增加一倍；（2）液体流量增加一倍；；（3）气体流量增加一倍。\n解：由全塔物料衡算：1）当P’=2P时，，∴，原工况∴2）L’=2L，∴X1’＝0.5X1=0.0139，求得，3）V’=2V，∴X1’＝2X1=0.0556，求得，