1 (王志魁)流体流动分知识点复习题期末复习用

密度 某烟道气 可视为理想气体混合物 的组成中含 CO2为 13 H2O 为 11 N2为 76 温度为 400 压强为 98 64kPa 若以上百分数为体积百分率 该混合气体的平均分子量为 密度为 若以上百分数为质量百分率 该混合气体 的平均分子量为 密度为 解 当所给条件为体积百分率时 0 13440 11 180 762828 98M 3 98 6428 98 0 511 kg m 8 314673 pM RT 当所给条件为质量百分率时 1 27 62 g mol 0 13 440 11 180 76 28 M 3 98 6427 62 0 487 kg m 8 314673 pM RT 表压 绝压及真空度 某容器内的绝对压强为 200 kPa 当地大气压为 101 3 kPa 则表压为 98 7kPa 另一容器内的绝对压强为 85 5 kPa 当地大气则表压为 14 8 kPa 真空度为 14 8 kPa 粘度 无粘性的流体 称为 流体 理想 一般情况下 温度升高 气体的粘度 液体的粘度 增大 减小 粘度的物理意义是 促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力 流体流动时产生内摩擦力的根本原因是 流体具有粘性 适宜流速计算 内径为 27mm 的处来水管其设计输水能力宜为 1 03 6 18 m3 h 解 水的适宜流流速范围为 0 5 3m s 故其流量宜为 0 785 0 0272 0 5 0 785 0 0272 3 即 1 03 6 18 m3 h 连续性方程 以下方程中哪一个方程适用于可压缩流体 B A u 常数B Au 常数C u1A1 u2A2D u1d12 u2d22 伯努利方程 柏努利方程是以 1kg 不可压缩流体为基准推导出的 若用于可压缩流体时必须符合 的条件 答案 要求式中分母 用绝压 12 1 100 20 pp p 1 p 若忽略 A B 间的阻力损失 试判断 B 玻璃管水面所处的刻度 A 位置 a B 位置 b C 位置 c a b c A B 流动型态与速度分布 当 20 的甘油 密度为 1261 kg m3 粘度为 1 499 cP 流经内径为 100 mm 的圆形直管时 其平均 流速为 1m s 其雷诺数为 流动形态为 管中心处的最大流速为 84123 湍流 1 25 流体在圆管内流动时 管中心处流速最大 若为层流流动 平均流速与管中心的最大流速的关系为 u 0 5 umax 若为湍流流动 平均流速与管中心的最大流速的关系为 u 0 8 umax 层流与湍流的本质区别是 层流无径向流动 而湍流有径向流动 边界层 在化工过程中 流动边界层分离的弊端主要是 其可能的好处则表现在 增大阻力损失 促进传热与传质 流体在管内作湍流流动时 层流内层的厚度随 Re 数的增大而减薄 层流内层越薄 流体的湍动程度越强 摩擦系数 流体在管内作湍流流动时 不是阻力平方区 其摩擦系数 随 和 而变 雷诺数 管 子的相对粗糙度 流体在管内的流动进入充分湍流区时 其摩擦系数 仅与 有关 管子的相对粗糙度 因次分析 量纲 因次 分析法的主要依据是 因次一致性或量纲一次性方程 阻力损失的计算 流体在圆管内作层流流动 如将速度增加一倍 则阻力为原来的 倍 2 流体在水平等径直管中流动时的摩擦阻力损失 hf 所损失的是机械能中的 项 压强能 水在圆形直管中作完全湍流时 当输送量 管长和管子的相对粗糙度不变 仅将其管径缩小一半 则阻力变为原来的 32 倍 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后 水流过直管的摩擦系数 管道总阻力损失 增大 不变 如右图所示 已知 R 51mm 则 p 两测压点 3 1000kg m 气 3 1 29kg m 气气 2 N m A B 间位差不计 解 10001 29 9 81 0 051499 7 Pa i pg zpgR 2 2 499 7u 2499 7 1000 11 10002 p 下图中高位槽液面保持恒定 液体以一定流量流经管路 ab与cd两段长度相等 管径与管壁粗糙度相同 则 1 U形 压差计读数 R1 R2 2 液体通过ab与cd段能量损失 hf ab hfcd 3 ab与cd两段压差 pab pcd 4 R1值表示 ab段流动能量损失 流量计 测流体流量时 随着流体流量的增大 转子流量计两端压差值 不变 孔板流量计两端压差值 增大 转子流量计的主要特点是 恒流速 恒压差 变截面 孔板流量计的主要特点是 变流速 变压差 恒截面 用皮托管来测量气体流速时 其测出来的流速是指 皮托管头部所处位置上气体的点速度 孔板流量计的孔流系数 Co 当 Re 数增大 其值 先减小 当 Re 数增大到一定值时 Co 保持为定值 在测速管中 测压孔正对水流方向的测压管液位代表 冲压头 流体流过测速管侧壁小孔的测压管液位代表 动压头 综合计算题综合计算题 用泵将 20 的水从敞口贮槽送至表压为 1 5 105 Pa 的密闭容器 两槽液面均恒定不变 各部分相对位置如附图 1 所示 输 送 1 静力学方程与伯努利方程的综合应用 如图所示 用泵将水由低位槽打到高位槽 两水槽均敞口 且液面保持不变 已知 两槽液面距离为 20 m 管路全部阻力损失为 5 m 水柱 泵出口管路内径为 50 mm 其上装有 U 型管压力计 AB 长为 6 m 压力 计读数 R 为 40 mmHg R 为 1200 mmHg H 为 1mH2O 设摩擦系数为 0 02 求 泵所需的外加功 J kg 管路中水的流速 m s A 截面的表压强 kPa 解 计算泵所需的外加功 以低位槽液面 1 1 面 为位能基准面 在低位槽液面 1 1 面 与高位槽液面 2 2 面 间列柏努利方程 22 1122 12 1 2 22 e f pupu gzhgzh 22 2121 21 1 2 2 e f ppuu hg zzh 212121 1 2 20 m 0 0 5 a f pppzzuuH 9 81 20009 81 5245 3 J kg e h 计算管路中水的流速 以 A A 面为位能基准面 在 A A 面与 B B 面间列柏努利方程 22 22 AABB AB f A B pupu gzgzh 因为 所以 12 uu AB AB f A B pp gzgzh 即 AABB f A B pgzpgz h 由压差计的原理 AABBi pgzpgzgR 所以 136001000 9 81 0 04 4 94 kJ kg 1000 i f A B gR h 又因为 22 6 0 024 94 20 052 A B f A B luu h d 解得 2 03 m su 计算 A 截面的压强 由第一个 U 形压差计 AiBBA pgRpg zz 对第二个 U 形压差计 BCBAaiBA ppg HzzpgRg Hzz BiBA pgRg Hzz 表 所以 AiiBABA pgRgRgHg zzg zz 表 ii gRgRgH 136001000 9 81 0 04136009 81 1 210009 81 1 5 1 552 10 Pa 利用位差输液 如本题附图所示 水从贮水箱 A 经异径水平管 B 及 C 流至大气中 已知水箱内液面与管子中心线间的垂直距离为 5 5m 保持 恒定 管段 B 的直径为管段 C 的两倍 水流经 B C 段的摩擦阻力分别为 由水箱至 15 kgJBhf 15 f C hJ kg 管段 B 及由管段 B 至管段 C 的突然缩小损失可以忽略 而管段 C 至外界的出口损失不能忽略 试求 1 水在管路 C 中的流速 2 水在管路 B 中的流速 3 管段 B 末端内侧的压强 1 1 5 5m 3 3 2 2 B C A 补充水 溢流 解 1 水在管路 C 中的流速 在水箱 1 1 面入管 C 出口内侧 2 2 面间列柏努利方程 以水平管中心线为位能基准面 22 1122 12 1 2 22 f pupu gzgzW 表压 表压 1 5 5 mz 1 0p 1 0u 2 0z 2 0p 2C uu 1 2 153045 J kg f W 2 9 81 5 545 2 C u 4 232 m s C u 2 水在管路 B 中的流速 22 4 232 41 058 m s BCCB uudd 3 管段 B 末端内侧的压强 在水箱 1 1 面与管 B 出口内侧 3 3 面间列柏努利方程 以水平管中心线为位能基准面 22 3311 13 1 3 22 f pupu gzgzW 表压 1 5 5 mz 1 0p 1 0u 3 0z 3 1 058 m su 1 3 15 J kg f W 2 3 1 058 9 81 5 515 10002 p 管段 B 末端内侧的压强 4 3 3 84 10 Pap 离心泵的工作原理 离心泵采用后弯叶片的原因是 后弯叶片比前弯叶 片能量利用率高 1 离心泵叶轮按有无盖板可分为 开式叶轮 闭式叶轮和半闭式叶轮 2 离心泵的泵壳制成蜗壳形 其作用有二 1 汇集液体 2 转能装置 即使部分动能转换为 静压能 离心泵的性能参数与特性曲线 产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的 下 输送 时 的性能曲线 转速 20 清水 3 离心泵的扬程 又称压头 意指 离心泵对单位重量液体所提供的有效机械能 4 离心泵铭牌上标明的流量是指 效率最高时的流量 5 离心泵的性能曲线通常包括曲线 和 曲线 产品样本上离心泵的性能曲线是 eV Hq aV Pq V q 在一定的 转速 下 输送 20 清水 时的性能曲线 6 离心泵的能量损失包括容积损失 机械损失和水力损失 7 离心泵的性能参数包括 流量 扬程 压头 效率 轴功率 汽蚀余量 8 离心泵在一定转速下的最高效率点称为 设计点 离心泵的安装高度 9 离心泵启动后不输液 其原因可能是 吸入管漏液或灌液不够 安装高度过高 堵塞和电机接线错误 10 当离心泵叶轮入口处压强等于或小于被输送液体在工作温度下的饱和蒸汽压时 液体将部分汽化 致使离 心泵不能正常操作 此种现象称为 现象 汽蚀 11 离心泵在启动之前应向泵内充满被输送的液体 目的是防止 现象 气缚 12 造成离心泵气缚的原因是 泵内流体平均密度太小 13 某泵在运行后发现有气缚现象 应采取何措施 停泵 向泵内灌液 14 离心泵的安装高度与 D A 泵的结构无关B 液体流量无关C 吸入管路的阻力无关D 被输送流体的密度有关 离心泵的工作点与流量调节 15 离心泵的工作点是 泵的特性曲线 与 管路特性曲线 的交点 16 离心泵的流量调节实际上是改变泵的 点 工作 17 离心泵采用并联操作的目的是 提高流量 离心泵采用串联操作的目的是 提高扬程 18 用离心泵把江水送至敞口高位槽 若管路条件不变 而江面下降 则泵的输液量 轴功率 减小 减小 解 管路特性方程 当江面下降时 管路特性曲线上移 工作点对应的流量 扬 2 V p HzKq g z 程 轴功率 19 用离心泵向锅炉供水 若锅炉中的压力突然升高 则泵提供的流量 扬程 解 管路特性方程 当锅炉中的压力突然升高时 管路特性曲线上移 工作点对应 2 V p HzKq g p 的流量 扬程 20 离心泵的出口流量调节阀安装在离心泵 管路上 关小出口阀门后 真空表的读数 压力表的读 数 出口减小 增大 21 在输送机械的流量调节中 旁路阀门的调节方法通常用于 类型的输送机械 正位 移泵 22 若被输送流体的粘度增大 则离心泵的扬程 流量 效率 降低 降低 降 低 23 在离心泵的选型时 除应满足系统所需之流量和扬程外 还应使该泵在 高效 区工作 24 离心泵在一定的管路系统工作 如被输送液体的密度发生变化 液体其余性质不变 则 D A 任何情况下扬程与 无关 B 只有当时扬程与 无关 0 12 zzz C 只有在阻力损失为0时扬程与 无关 D 只有当时扬程与 无关 21 0ppp 流体输送机械的的操作 往复泵及其他类型化工泵 25 启动离心泵前应关闭出口阀 以减小启动电流 保护电机 停泵前先关闭出口阀是为防止高压液体倒流入 泵损坏叶轮 26 离心泵开泵之前要先灌液 目的是防止气蚀现象发生 27 为减少吸入管路的阻力损失 一般应使吸入管径小于排出管径 28 当关小离心泵的出口阀时 泵的扬程增大了 其升扬高度提高了 29 若将同一转速的同一型号离心泵分别装在一条阻力很大 一条阻力很小的管路中进行性能测量时 其测出 泵的性能曲线就不一样 其实际供给管路的最大流量也不一样 复习题 一 填空题一 填空题 1 悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是 2 球形粒子在介质中自由沉降时 匀速沉降的条件是 滞流沉降时 其阻力 系数 3 板框压滤机每个操作循环由 五个阶段组成 4 板框压滤机主要由 三种板按 的顺序排列组成 5 板框压滤机采用横穿洗涤滤渣 此时洗液穿过 层滤布及 个滤框厚度的滤渣 流经过长度约为过 滤终了滤液流动路程的 倍 而供洗液流通的面积又仅为过滤面积的 参考答案 参考答案 1 在滤饼中形成骨架 使滤渣疏松 孔隙率加大 滤液得以畅流 2 粒子所受合力的代数和为零 24 Rep 3 装合板框 过滤 洗涤 卸渣 整理 4 滤板 滤框 主梁 或支架 压紧装置等组成 1 2 3 2 1 2 3 2 1 5 二 一 二 二分之一 二 选择题二 选择题 1 回转真空过滤机的转速越快 单位时间所获得的滤液量就越 形成的滤饼层厚度就越 过滤阻力越 A 少 薄 小 B 少 厚 大 C 多 薄 小 D 多 薄 大 2 离心沉降速度是 A 颗粒运动的绝对速度 B 径向速度 C 切向速度 D 气流速度 3 在恒压过滤操作中 忽略过滤介质的阻力 且过滤面积恒定 则所得的滤液量与过滤时间的 次 方成正比 而对一定的滤液量则需要的过滤时间与过滤面积的 次方成反比 A 1 2 2 B 2 1 2 C 1 1 2 D 1 2 1 4 助滤剂应具有以下特性 A 颗粒均匀 柔软 可压缩 B 颗粒均匀 坚硬 不可压缩 C 颗粒分布广 坚硬 不可压缩 D 颗粒均匀 可压缩 易变形 5 滤液在滤饼层中的流动属于 流动 A 层流 B 湍流 C 过渡流 D 不确定 6 降尘室的生产能力只与降尘室 和 有关 而与 无关 A 长度 宽度 高度 B 长度 高度 宽度 C 宽度 高度 长度 D 宽度 长度 面积 7 固体颗粒在流体中运动 所受的阻力是 A 表皮阻力 B 形体阻力 C 表皮阻力和形体阻力 参考答案参考答案 1 C 2 B 3 C 4 B 5 A 6 A 7 C 颗粒的自由沉降是指颗粒间不发生碰撞或接触等相互影响的情况下的沉降过程 在重力场中 微小颗粒的沉降速度与颗粒的几何形状 尺寸大小 流体与颗粒的密度有关 而与流体 的速度无关 层流区沉降速度的计算 球形粒子在介质中自由沉降时 匀速沉降的条件是 滞流沉降时 其阻力系数 答案 粒子所受合力的代数和为零 24 Rep 例 1 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降 已知玻璃球的密度为 2 500 kg m3 水的密度为 998 2 kg m3 水的粘度为 1 005 10 3 Pa s 空气的密度为 1 205 kg m3 空气的粘度为 1 81 10 5 Pa s 若在层流区重力沉降 则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 答案 9 612 解 由 2 18 pp t dg u 得 18 t p p u d g 所以 3 5 2500 1 2051 005 10 9 612 2500998 21 81 10 paw p ppwa d d w a 2 降尘室的颗粒分离的条件与生产能力 例1 降尘室内 颗粒可被分离的必要条件是 而气体的流动应控制在 流型 答案 气体在降尘室内的停留时间 颗粒的沉降时间 滞 层 流 降尘室做成多层的目的是 答案 增大沉降面积 提高生产能力 例2 含尘气体通过长4 m 宽3 m 高1 m的降尘室 已知颗粒的沉降速度为0 25 m s 则降尘室的生产能力 为 答案 3 m3 s Vt qA u 底 欲提高降尘室的生产能力 主要的措施是 C A 提高降尘宝的高度 B 延长沉降时间 C 增大沉降面积 沉降速度一定时 降尘室的生产能力与底面积有关 而与其高度无关 答案 离心过滤 离心沉降 含尘气体中尘粒直径压 75um 以上的 一般应选用 除尘 若尘粒直径在 5 m 以上 可选用 或 尘粒直径在 1 m 以下 可选用 答案 降尘室 旋风分离器 泡沫除尘器 袋滤器 1 热量衡算热量衡算 例 冷热水通过间壁换热器换热 热水进口温度为 90 出口温度为 50 冷水进口温度为 15 出口 温度为 53 冷热水的流量相同 且假定冷热水的物性相同 则热损失占传热量的 答 5 分析 由 12hmhph Qq cTT 21cmcpc Qq ctt 得 05 0 40 3840 5090 15535090 21 1221 TT ttTT Q QQ h ch 2 总传热系数总传热系数 热传导热传导例 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 减少热损失 降低壁面温度 例 平壁定态传热过程 通过三层厚度相同的不同材料 每层间温度变化为 则每层导热 132 ttt 系数的顺序为 以及每层热阻的大小顺序 132 132 RRR 例 随着温度的增加 空气的粘度 空气的导热系数 答 增大 增大 例 对流给热系数各准数的含义 努塞尔准数 Nu 对流传热与厚度为 l 的流体层的热传导之比 Nu 越大 对流传热的强度越大 它反映 了固体壁面处的无因次温度梯度的大小 雷诺准数 Re 惯性力与粘性力之比 普兰特准数 Pr 反映物性影响的准数 格拉斯霍夫准数 Gr 反映自然对流影响的准数 例 给热系数的计算给热系数的计算 一定流量的液体在一 25 mm 2 5 mm 的直管内作湍流流动 其对流传热系数 i 1 000 W m2 若流量与物性都不变 改用一 19 mm 2 mm 的直管 则其 将变为 W m2 若管子规格信 用仍为 25 mm 2 5 mm 但流量增加 1 倍 则 将变为 W m2 答 1678 例 传热过程的强化 传热过程的强化 在蒸汽 空气间壁换热过程中 为强化传热 在工程上可采用提高空气流速 不能 采用 提高蒸气流速或 提高蒸汽压强 例 壁温与总传热系数的计算 壁温与总传热系数的计算 在列管式换热器中 用饱和蒸汽加热空气 此时传热管的壁温接近 的温度 总传热系数K接近 的对流给热系数 答 蒸汽 空气 例 圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数 1 2以及间壁导热系数 的关系为 当间壁管 规格为 108 4 导热系数为45W m 1 K 1时 管内外两侧的对流传热系数分别为8 000 W m 2 K 1和1200 W m 2 K 1时 总传热系数K1 W m 2 K 1 总传热系数K2 W m 2 K 1 答 1018 943 222 21112 11 ln 2 ddd Kdd 3 传热平均温差传热平均温差 4 设计型计算设计型计算 例 用冷却水将一定量的热流体由100 冷却到40 冷却水初温为15 在设计列管式换热器时 采用两 种方案比较 方案 是令冷却水终温为30 方案 是令冷却水终温为35 则用水量W1 W2 所需传热面 积A1 A2 答 1 例 当温度升高时 溶质在气相中的分子扩散系数将 在液相中的分子扩散系数将 答 增大 增大 例 若亨利系数E值很大 依据双膜理论 则可判断过程的吸收速率为液膜液膜控制 例 当吸收质在液相中的溶解度甚大时 吸收过程主要受 控制 此时 总传质系数近似等于 y K 提高吸收速率 则应该设法减小 或增大 举例 当吸收质在液相中的溶解度甚小时 吸收过程主要受 控制 此时 总传质系数近似等于 提高吸收速率 则应该设法减小 或增 x K 大 举例 答 气膜 ky 气膜阻力 气相的湍动程度 用水吸收氨 液膜 kx 液膜阻力 液相的湍动程度 用水吸收CO2 例 低浓度气体吸收中 已知平衡关系为y 2x kxa 0 2 kmol m3 s kya 2 10 5kmol m3 s 则此体系属 控制 答 气膜或气相阻力 例 吸收系数的准数关联式中 反映物性影响的准数是 Sc 例 简述双膜理论的基本论点 答 其基本论点如下 相互接触的气 液流体间存在着稳态的相界面 界面两侧分别存在气膜和液膜 吸收质以分子扩散方式通过此两膜层吸收质以分子扩散方式通过此两膜层 在相界面处 气液两相处于平衡 膜内流体呈滞流流动滞流流动 膜外流 体呈湍流流动 全部组成变化集中在两个有效膜层内 例 根据双膜理论 吸收质从气相主体转移到液相主体整个过程的阻力可归结为气液两相滞流层 或层流层滞流层 或层流层 中 分子扩散的阻力 例 双膜理论是将整个相际传质过程简化为 经由气 液两膜层的分子扩散过程 4 4 吸收过程的数学描述吸收过程的数学描述 例 用纯溶剂吸收某气体混合物中的可溶组分 回收率为 90 mV L 1 则传质单元数 NOG 9 解 1212 222 0 9 9 110 9 OG yyyy N ymxy 例 传质单元数与设备形式无关 只与物系相平衡及进出口浓度有关与设备形式无关 只与物系相平衡及进出口浓度有关 传质单元高度取决于物系 设备 填料几何特性和气 液流率等操作条件取决于物系 设备 填料几何特性和气 液流率等操作条件 例 对数平均推动力法的适用条件是 在吸收操作所涉及的组成范围内 平衡线和操作线均为直线 5 设计型计算设计型计算 例 通常所讨论的吸收操作中 当吸收剂用量趋于最小用量时 则吸收推动力趋向零 填料层高度趋向无穷 大 例 影响最小液气比的因素为 物系的相平衡和分离要求 6 操作型计算操作型计算 例 某逆流吸收塔 用纯溶剂纯溶剂吸收混合气中易溶组分 设备高为无穷大设备高为无穷大 入塔 体积分数 平衡 1 8 y 关系 试问 1 若液气比 摩尔比 下同 为2 5 吸收率 2 若液气比为1 5 吸收率2yx 答 100 75 解 设备高为无穷大设备高为无穷大意味着塔内某一截面的气液两相达到平衡 即必有一操作点落在平衡线上 即必有一操作点落在平衡线上 时 气液两相在塔顶达到平衡 所以吸收率为100 2 5L G L Gm 222 0 e yymx 时 气液两相在塔底达到平衡 1 5L G L Gm 111 0 08 20 04 e xxym 2112 0 081 5 0 040 0 02 e L yyxx G 所以吸收率 12 1 0 080 02 0 75 0 08 yy y 例 用气体吸收方法分离某气体混合物 已知气液平衡关系符合亨利定律 塔设备为无穷高 吸收因子 A 3 2 则y1 y1e y2 y2e 若其他操作条件不变 但操作压力减小了1 3 则y1 y1e y2 y2e 答 大于 等于 等于 等于 分析 确定气液两相达到平衡的截面确定气液两相达到平衡的截面 即确定落在平衡线上的操作点 即确定落在平衡线上的操作点 因 落于平衡线的操作点必是塔顶组成点 见附图a 3 21 AL GmL Gm 当压力减小1 3时 因E仅与温度有关 所以 mE p 13 2 32 p mmmm p 因此时平衡线与操作线的斜率相等 而塔高为无穷高 只有一种可能 那就是操 32 1 23 m AA m 作线与平衡线重合 平衡线 操作线 y1e y1 y2ey2或 x2x1 附图a 例 操作条件 入塔气体流量 溶质浓度 入塔吸收剂流量 溶质浓度 温度 压强 操作中的吸收塔 若其他操作条件不变 仅降低吸收剂入塔浓度 则出塔气体浓度 吸收率将 出塔吸收液浓度 而当用清水清水作吸收剂时 若其他操作条件不变 仅降低入塔气体浓度 则吸收 率将 答案 减小 增大 减小 不变 分析 当吸收剂入塔浓度下降时 方法一 塔内传质推动力增大 传质效果提高 从而使气体出塔浓度下降 吸收率增大 方法二 原工况 新工况 因气液流量及操作温度 压力不变 所以 OGOG ZHN OGOG ZHN 传质单元高度不变 传质单元数也不变 即 1212 2222 ymxymx ymxymx 1222 222222 ymxm xx b ymxyym xx 22 222222 1 1 m xx yym xxm xx bb 因 2222 1 0 b 1 1 0 0 xxyy b 由物料衡算的近似式 有 11212 GyL xxL xx 1 x 用清水作吸收剂时用清水作吸收剂时 2 0 x 因为Z HOG不变 可知NOG也不变 由 及不变 可知 不变 12 22 111 ln 1 ln 111 OG ymxS NSSS SymxS mG S L 例 正常操作的逆流吸收塔 因故吸收剂入塔量减少 以致液气比小于原定的最小液气比 则 y2 x1 答 2 y 1 x 解 原工况 OGOG HHN 新工况 因气体处理量 填料种类及高度不变 所以 OGOG HHN OGOGOGOG HHNN 但 所以 即 mGmG SS LL 1212 2222 ymxymx ymxymx 2 y 由物料衡算的近似式 有 11212 GyL xxL xx 1 x 例 对一定操作条件下的填料吸收塔 如将塔料层增高一些 则塔的HOG将 NOG将 答 不变 增大 解 原工况 新工况 OGOG HHN OGOG HHN 因气体处理量 填料种类不变 则 所以 OGOG HH OGOG NN 例 在常压下用水逆流吸空气中的CO 若将用水量增加则出口气体中的CO含量将 气相总传质系数 Kya将 出塔液体中CO浓度将 答 减少 增加 减小 分析 当用水量 时 液膜阻力 所以总阻力 总传质系数 11 yyx m Kkk L 112 GyL xx 1 x 例 影响溶质吸收率的因素有哪些 吸收塔在操作过程中可调节的因素是什么 答 影响溶质吸收率的因素有 物系本身的性质 设备情况 结构 传质面积等 及操作条件 温度 压 强 液相流量及入口组成 因为气相入口条件不能随意改变 塔设备又固定 所以吸收塔在操作过程中可调节的因素只能改变吸收剂 的入口条件 包括流量 组成和温度流量 组成和温度三个因素 复习题 1 蒸馏概述蒸馏概述 蒸馏操作是借混合液中各组分挥发性的差异而达到分离目的 蒸馏操作是借混合液中各组分挥发性的差异而达到分离目的 轻组分 混合物中的易挥发组分 重组分 混合物中的难挥发组分 例 蒸馏是分离 的一种方法 其分离依据是混合物中各组分的 分离的条件是 答 均相液体混合物 挥发性差异 造成气液两相系统 精馏操作压力的选择 减压蒸馏 降低了液体的沸点 应用场合 分离沸点较高的热敏性混合液 混合物沸点过高的物系 避免 采用高温载热体 加压蒸馏 提高冷凝温度避免使用冷冻剂 应用场合 分离常压下呈气态的物系 馏出物的冷凝温度过低 的物系 举例 脱丙烷塔操作压力提高到 1 765kPa 时 冷凝温度约为 50 便可使用江河水或循环水进行冷却 石油气常压呈气态 必须采用加压蒸馏 2 双组分溶液的气液相平衡双组分溶液的气液相平衡 例 当混合物在t x y图中的气液共存区内时 气液两相温度 但气相组成 液相组成 而两相的量可根据 来确定 答 相等 大于 杠杆规则 例 当气液两相组成相同时 则气相露点温度 液相泡点温度 答 大于 例 双组分溶液的相对挥发度 是溶液中 的挥发度对 的挥发度之比 若 1表示 物系的 值愈大 在x y图中的平衡曲线愈 对角线 答 易挥发组分 难挥发组分 不能用普通蒸馏方法分离 远 离 理想溶液的含义理想溶液的含义 例 理想溶液满足拉乌尔定律 也满足亨利定律 非理想稀溶液满足亨利定律 但不满足拉乌尔定律 服从 亨利定律并不说明溶液的理想性 服从拉乌尔定律才表明溶液的理想性 例 精馏塔分离某二元物系 当操作压强降低时 系统的相对挥发度 溶液的泡点 塔顶蒸 汽冷凝温度 答 增大 减小 减小 例例 已知已知75 时甲醇时甲醇 A 水 水 B 的饱和蒸汽压为的饱和蒸汽压为pA0 149 6kPa pB0 38 5kPa 平衡的气液两相浓度分别为平衡的气液两相浓度分别为 y 0 729 x 0 4 则其相对挥发度之值为则其相对挥发度之值为 4 035 3 平衡蒸馏与简单蒸馏平衡蒸馏与简单蒸馏 简单蒸馏过程中 釜内易挥发组分浓度 其沸点则 答 不断降低 不断升高 4 精馏精馏 例 精馏塔的作用是 答 提供气液接触进行传热和传质的场所 例 在连续精馏塔内 加料板以上的塔段称为 其作用是 加料板以下的塔段 包括加料板 称为 其作用是 答 精馏段 提浓上升蒸汽中易挥发组分 提馏段 提浓下降液体中难挥发组分 例 离开理论板时 气液两相达到 状态 即两相 相等 互成平衡 答 平衡 温度 组成 例 精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度 其原因有 1 和 2 答 塔顶易挥发组分含量高 塔底压力高于塔顶 加料热状态参数加料热状态参数q的计算的计算 例 已知汽液混合物进料中 汽相与液相的摩尔数之比为3 2 易挥发组分的摩尔分数为0 3 则 q 答 0 4 q 2 3 2 0 4 例 精馏塔有 进料热状况 其中以 进料q值最大 进料温度 泡点温度 答 五种 冷液体 小于 对于不同的进料热状况 xq yq与xF的L与 V与的关系为LV 1 冷液进料 xq xF yq xF q 1 L F V LV 2 饱和液体进料 xq xF yq xF q 1 L F V LV 3 气液混合物进料 xq xF yq xF 0 q 1 L V LV 4 饱和蒸汽进料 xq xF yq xF q 0 L V F LV 5 过热蒸汽进料 xq xF yq xF q 0 L V F LV 操作线方程操作线方程 例 某连续精馏塔 已知其精馏段操作线方程为y 0 80 x 0 172 且塔顶产品量为100 kmol h 则馏出液组成 塔顶上升蒸汽量 答 0 86 500 kmol h D x V 例 某连续精馏塔中 若精馏段操作线方程的截距等于零 则回流比等于 馏出液流量等于 操作线方程为 答 零 yn 1 xn 例 在操作的精馏塔中 第一板及第二板气液两相组成分别为 y1 x1及 y2 x2 自塔顶开始计数 则它们的大 小顺序为 答 y1 y2 x1 x2 例 精馏的两操作线都是直线 主要是基于 恒摩尔流假设 5 双组分精馏的设计型计算双组分精馏的设计型计算 例 精馏过程回流比 R 的定义式为 对于一定的分离任务来说 当 R 时 所需理论板 数为最少 此种操作称为 而 R 时 所需理论板数为 答案 全回流 D L Rmin 例 完成某分离任务需理论板数为 NT 7 包括再沸器 若 ET 50 则塔内需实际板数 不包括再沸器 为 答 12 层 7 1 0 5 12 例 在精馏操作中 若进料位置过高 会造成釜残液中易挥发组分含量增高 例 精馏塔采用全回流时 其两操作线 与对角线重合 最优加料位置 例 精馏计算中 以下说法正确的是 A 再沸器算一块理论板B 分凝器算一块理论板C 加料板算一块理论板 答 A B 例 图解法求理论板时与下列参数 F xF q xD xW 中的哪一个量无关 F 例 设计精馏塔时 若将塔釜由原来的直接蒸汽加热改为间接蒸汽加热 而保持进料量 进料量 进料热 状况 塔顶馏出液量 馏出液浓度及回流比等不变 则提馏段操作线斜率 残液浓度 变大 变小 不变 不确定 6 双组分精馏的操作型计算双组分精馏的操作型计算 操作条件变化对产品质量的影响操作条件变化对产品质量的影响 例 操作间接蒸汽加热的连续精馏塔时 由于某种原因 再沸器中加热蒸汽压力下降而使提馏段上升蒸汽 流量下降 而进料热状况q 浓度xF及进料量F不变 同时回流量L恒定 则馏出液浓度xD及流量D 残液浓度 V xW的变化趋势为 xD D xW 变大 变小 不变 不确定 答 xD增大 D减小 xW增大 解 D F W F V LLqFL WD VLW 不变 不变 LVLV 不变 减小 1 1 LDL VLLDD L 不变 减小 假设 xD减小 则 xW减小 此时塔板数将小于实际板数 假设不成立 同理 xD不变也不成立 所以 xD增大 xW也增大 例 精馏操作时 增大回流比 R 其他操作条件不变 则精馏段液气比 L V 馏出液组成 xD 釜残液组成 xW 答 增加 增加 减小 例 精馏塔的设计中 若进料热状况由原来的饱和蒸气进料改为饱和液体进料 其他条件维持不变 则所 需的理论塔板数 NT 提馏段下降液体流量 答 减小 增加 一 选择题一 选择题 1 将充分润湿的物料置于高温气体中 气体的运动速度很小 可近似地视为静止 当物料温度达到稳定时 物料温度与湿球温度相比较 正确的是 w t A B C D w t w t w t wHww tkHHr 2 不饱和湿空气在预热过程中 湿度 相对湿度 焓 A 增大 B 减小 C 不变 D 不确定 3 在总压一定的条件下 以下参数对中不能确定空气的露点的是 A 干球温度与湿球温度 B 湿球温度与焓 C 湿度与相对湿度 D 绝热饱和温度与湿度 4 对某空气 水系统 空气的相对湿度为 50 则该空气的干球温度 t 湿球温度 绝热饱和温度及 w t as t 露点温度之间的关系为 d t A B wasd tttt wasd tttt C D wasd tttt wasd tttt 5 将不饱和空气在恒压下冷却至露点温度以下 则相对湿度 湿度 湿球温度 A 增大 B 减小 C 不变 D 不确定 6 在一定空气状态下 用对流干燥方法将某湿物料干燥至低于临界含水量 能除去的水分为 不 能除去的水分为 在恒速段除去的水分为 在降速段除去的水分为 A 平衡水分 B 结合水分 C 非结合水分 D 自由水分 7 在一定的干燥速率下 同一物料的厚度增加 物料的临界含水量 干燥所需的时间 干 燥压力 物料厚度 物料与空气的接触方式及空气的湿度不变 提高空气的温度 则恒速段的干燥速率 物料的临界含水量 物料中的平衡水分 A 增加 B 减少 C 不变 D 不确定 8 在恒定干燥条件下 将含水 25 湿基 下同 的湿物料进行干燥 开始时干燥速率恒定 当干燥至含水 8 时 干燥速率开始下降 再继续干燥至物料恒重 并测得此时物料含水量为 0 08 则物料的临界含水量为 平衡含水量为 A 25 B 8 C 0 08 D 7 92 9 用一定状态的空气 湿球温度为 露点为 干燥某物料 已知物料的临界含水量为 20 湿基 现将 W t d t 该物料从初始含水量 0 3 干基 下同 干燥至 0 23 则此时物料表面温度满足 若将物料进一步干燥至 0 05 则物料表面温度满足 A B C W t W t W t D E F d t d t d t 10 用空气作介质干燥热敏性物料 且干燥处于降速阶段 欲缩短干燥时间 则可采取的措施是 A 提高空气的温度 B 增大干燥面积 减薄物料厚度 C 提高空气的流速 D 降低空气的相对湿度 二 填空题二 填空题 1 干燥过程是 相结合的过程 传质方向为 传热方向为 2 在总压 101 33 kPa 温度 20 下 已知 20 下水的饱和蒸汽压为 2 334 kPa 某湿空气的水汽分压为 1 603 kPa 现空气温度保持不变 将总压升高到 250 kPa 则该空气的水汽分压为 3 当湿空气的总压一定时 相对湿度仅与 及 有关 4 恒速干燥阶段物料表面的温度等于 该阶段除去的物料中的水的 平衡蒸汽压等于 影响恒速阶段干燥速率的因素的有 5 已知在常压 25 下水分在某湿物料与空气之间的平衡关系为 相对湿度时 平衡含水量100 kg水 kg绝干料 相对湿度时 平衡含水量 kg水 kg绝干料 现将湿基含 100 0 025X 50 0 009X 水量为20 的该物料 与25 的空气接触 则该物料的自由含水量为 kg水 kg绝干料 非50 结合水分量为 kg水 kg绝干料 6 进干燥器的气体状态一定 干燥任务一定 若干燥器内部无补充加热 则气体离开干燥器的湿度H越大 干燥器的热效率越 传质推动力越 7 降低废气出口温度可以提高干燥器的热效率 但废气在离开设备之前的温度的限制是 原因是 8 在测量湿球温度时 空气速度需大于5 m s 这是为了 9 物料的平衡水分一定是 水分 物料的非结合水分一定是 水分 10 当某物料的干燥过程存在较长的降速阶段时 气流干燥器和流化床干燥器两者中选用 较为有利 原因是 参考答案参考答案 一 选择题 1 A 2 C B A 3 B4 B5 A B B 6 D A C CD7 A A A A B8 B C9 C A10 B 二 填空题 1 热量传递与质量传递 固相至气相 气相至固相 2 2 334 kPa 3 H t 4 干燥介质 热空气 的湿球温度 同温度下纯水的饱和蒸汽压 空气的状态 流速 空气的流向 5 自由含水量 X X 0 25 0 009 0 241 非结合水量 X X 0 25 0 025 0 225 100 6 大 小 7 气体温度不降至露点 原因是空气温度小于或等于露点时 会在分