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28 03 2020 1 化工原理 28 03 2020 2 化工原理复习要点 1 流体流动及输送 2 传热过程 3 吸收 4 精馏 28 03 2020 3 1 流体流动及输送 1 一个前提 稳定流动 本章仅研究稳定流动的问题 2 两个物性参数 密度 粘度 本章中密度 粘度一般作常数处理 牛顿粘性定律 或 F 比例系数 即流体的粘度 单位Pa s 剪应力 单位为Pa 速度梯度 s 28 03 2020 4 粘度的物理本质 分子间的引力和分子的运动与碰撞 2 粘度的单位 SI制 Pa s或kg m s 物理制 cP 厘泊 28 03 2020 5 通常流体粘度 随温度t的变化规律为 A t升高 减小B t升高 增大C 对液体t升高 增大 对气体则相反D 对液体粘度t升高 减小 对气体则相反 D 3 压强 压强有不同的单位和表示方式 1atm 1 013 105Pa 760mmHg 10 33mH2O 101 3kPa 1 033kgf cm2 表压 绝对压力 大气压力真空度 大气压力 绝对压力压力测量 压差计 28 03 2020 6 1 某设备的表压强为100kPa 则它的绝对压强为kPa 另一设备的真空度为300mmHg 则它的绝对压强为 当地大气压为101 33kPa 答案 201 33 460mmHg 4 流体流动形态 层流 或滞流 流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动 质点无径向脉动 质点之间互不混合 湍流 或紊流 流体质点除了沿管轴方向向前流动外 还有径向脉动 各质点的速度在大小和方向上都随时变化 质点互相碰撞和混合 28 03 2020 7 判断流型Re 2000时 流动为层流 此区称为层流区 Re 4000时 一般出现湍流 此区称为湍流区 2000 Re 4000时 流动可能是层流 也可能是湍流 该区称为不稳定的过渡区 流体在圆管内的速度分布 流型判据 雷诺准数 无因次数群 28 03 2020 8 管中心流速为最大 即r 0时 umax 管截面上的平均速度 即层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1 2 即流体在圆形直管内层流流动时 其速度呈抛物线分布 28 03 2020 9 湍流速度分布的经验式 流体在圆形直管中作滞流流动时 其速度分布是型曲线 其管中心最大流速为平均流速的倍 摩擦系数 与Re关系为 而湍流时 流体管中心最大流速为平均流速的倍 28 03 2020 10 离心泵的主要部件有 和 其特征曲线有 离心泵的结构 叶轮 泵壳 泵轴 H qv Pa qv qv 计算 管路计算的基本关系式是连续性方程 柏努力方程 包括静力学方程 及能量损失计算式 含 的确定 28 03 2020 11 连续性方程 例在稳态流动系统中 水连续地从粗管流入细管 粗管内径为细管内径的两倍 求细管内水的流速是粗管的若干倍 倍 28 03 2020 12 流速与流量 理想流体的柏努利 Bermoulli 方程 B E 28 03 2020 13 实际流体存在流动磨擦阻力 则 Pa pe 分别为实际功率 轴功率 和理论功率 单位为 输送机械的效率 流体输送所需功率是指单位时间耗用的能量 可按下式求算 28 03 2020 14 流动阻力计算式 管进口及出口进口 流体自容器进入管内 进口 0 5进口阻力系数出口 流体自管子进入容器或从管子排放到管外空间 出口 1出口阻力系数 28 03 2020 15 每小时将 104kg 45 氯苯用泵从反应器A输送到高位槽B 如图所示 管出口处距反应器液面的垂直高度为15m 反应器液面上方维持26 7kPa的绝压 高位槽液面上方为大气压 管子为 76mm 4mm 长26 6m的不锈钢管 管壁绝对粗糙度为0 3mm 管线上有两个全开的闸阀 5个90 标准弯头 45 氯苯的密度为1075kg m 3 粘度为6 5 10 4Pa s 泵的效率为85 求泵的轴功率 附 各局部阻力系数全开闸阀 1 0 1790o标准弯头 2 0 75摩擦系数计算式 28 03 2020 16 1 解 如图 取1 1 2 2界面 以1 1截面为基准面 p1 26 7kPa 绝压 H1 0 u1 0p2 101 3kPa 绝压 H2 15m 28 03 2020 17 0 0188 28 03 2020 18 0 189m 0 1179m 22 41m 28 03 2020 19 Pe HeqV g 22 41 2 583 10 3 1075 9 81 0 61 103WPa 28 03 2020 20 2 传热过程 热传导基本方程 傅立叶定律 或 的意义 平壁的定态热传导 28 03 2020 21 导热系数 导热系数又是物质导热能力的标志 其物理意义为当物体两个面 等温面 间温差为1K 厚度为1m时 每秒经过1m2传热面积所能传导的热量J 其单位为J m K s 物质的导热系数用实验测定 良导热体与绝热体的导热系数值相差很大 可达一万倍 各种材料中 金属具有较大的导热系数 其中以银和铜的导热系数值最高 但金属中夹有少量杂质后 其导热系数值有显著变化 绝热材料的导热系数较小 与其孔隙度有很大的关系 这是因为不发生对流的空气有很好的绝热能力 液体的导热系数并不大 气体的导热系数最小 28 03 2020 22 质地均匀的固体的导热系数与温度间近似地存在直线关系 式中 0 0 t 固体时的导热系数 W m K a 温度系数 对大多数金属材料a0 t 液体 一般来说 纯液体的大于溶液 t 除水和甘油 气体 t 金属固体 非金属固体 液体 气体 28 03 2020 23 圆筒壁的传热传热 平壁的定态热传导 28 03 2020 24 总传热速率方程 K及 tm 28 03 2020 25 当流体被加热时 当流体被冷却时 28 03 2020 26 热量衡算式 通过三层平壁的定态传导过程 各层界面接触均匀 第一层两侧温度为120 和80 第三层外表面温度为40 则第一层热阻R1与第二 三层热阻R2 R3的大小为 A R1 R2 R3 B R1 R2 R3 C R1 R2 R3 D 无法确定 28 03 2020 27 有一套管式换热器 内管为 180 10mm的钢管 内管中有质量流量为3000Kg h的热水 从90 冷却到60 环隙中冷却水从20 升到50 总传热系数K 2000W m2 试求 1 所需冷却水用量 热水的比热容取4 191 103J kg 冷水比热容取4 174 103J kg 忽略热损失 2 并流流动时平均温度差 3 并流时所需传热面积 28 03 2020 28 解 1 热负荷 冷却水消耗量 2 3 传热面积 28 03 2020 29 3 吸收 物理吸收是一个物理化学过程 吸收的极限取决于当时条件下吸收质在吸收剂中的溶解度 吸收速率主要取决于吸收质从气相主体传递进入液相主体的扩散速率 降温加压有利于吸收 28 03 2020 30 一 亨利定律 28 03 2020 31 E大的 溶解度小 难溶气体E小的 溶解度大 易溶气体 H的讨论 1 H大 溶解度大 易溶气体 m的讨论 m大 溶解度小 难溶气体 28 03 2020 32 二 双膜理论 2 相界面处两相达平衡 无扩散阻力 3 有效膜以外主体中 充分湍动 溶质主要以涡流扩散的形式传质 1 气液两相存在一个稳定的相界面 界面两侧存在稳定的气膜和液膜 膜内为层流 A以分子扩散方式通过气膜和液膜 28 03 2020 33 如 值较大 得 kg 吸收过程的总阻力主要由气膜阻力所构成 过程称为气膜控制 同理可得 如 值较小 kl即过程为液膜控制 28 03 2020 34 物料衡算 五 填料吸收塔的计算 28 03 2020 35 液气比 最小液气比 28 03 2020 36 低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为 28 03 2020 37 若总吸收系数和吸收系数间的关系可表示为1 KL H kg 1 kl 当项可忽略时 表示该吸收为液膜控制 吸收速率主要决定于通过双膜的扩散速度 要提高气液两流体的相对运动 提高吸收效果 则要 A 增加气膜厚度和减少液膜厚度B 减少气膜和液膜厚度C 增加气膜和液膜厚度D 以上都不正确 28 03 2020 38 炼油厂用三乙醇胺的水溶液为吸收剂 吸收石油气中的H2S 进塔气中吸收质的含量为0 03mol H2S mol 惰气 吸收率要求98 气液平衡关系为Y 2 0X 吸收剂进塔时不含H2S 出塔时的含量0 013mol H2S mol 吸收剂 过程的气相体积吸收总系数KYa可取0 02kmol m 3 s 1 惰气的流速为0 012kmol m 2 s 1 试求填料塔的填料高度 P2325 17 28 03 2020 39 Y1 0 03Y2 0 03 1 0 98 6 10 4X1 0 013X2 0 根据公式H hG nG 28 03 2020 40 H 0 6 16 42 9 85m 28 03 2020 41 4 精馏 本章主要内容为理想双组分互溶体系连续精馏 常压 泡点进料q 1露点进料q 0 蒸馏 包括精馏 是利用物系在发生相变过程中组分间的挥发性的差异 将液体混合物中各组分分离的操作 28 03 2020 42 一 气液平衡关系式 PA0 PB0 28 03 2020 43 二 操作线方程与进料线方程 精馏段操作线方程 提馏段操作线方程 三 回流比R 理论塔板数NT 当D 0则 R NT NTmin 可得 冷液体进料 q 1 饱和液体进料 q 1 气液混合物进料 q 0 1 饱和蒸汽进料 q 0 过热蒸汽进料 q 0 28 03 2020 44 当精馏段操作线 提馏段操作线 泡点进料线三线交点落在平衡线上时 则 R RminNT Rmin的求法 图解法 NT的求法 逐板法 图解法 28 03 2020 45 某连续精馏塔 已知其精馏段操作线方程为y 0 80 x 0 18 则馏出液组xD 回流比 0 9 4 精馏塔中由塔顶往下的第n 1 n n 1层理论板 其气相组成关系为 A yn l yn yn 1B yn十1 yn yn 1C yn 1 yn yn 1D 不确定 B 28 03 2020 46 例在连续精馏塔中分离某理想二元混合物 已知原料液流量为100kmol h 组成为0 5 易挥发组分的摩尔分率 下同 饱和蒸汽进料 馏出液组成为