天津大学版化工原理上册总复习.ppt

1、第二章流体输送机械,1 液体输送机械-离心泵 、离心泵工作原理、结构、类型、常用泵简介、气缚现象。 、离心泵主要性能参数：流量、扬程、功率、效率 、离心泵的理论压头与流量的关系 、离心泵实际压头对理论压头的偏移及原因分析 、离心泵特性曲线及其应用 特性曲线 ;流体性质对曲线的影响 转速、尺寸对曲线的影响,第二章流体输送机械,、离心泵吸上与安装高度 理想极限吸上高度 汽蚀现象及其原因 允许汽蚀余量和允许吸上真空度 非标定工况下工作的离心泵的参数校正，及汽蚀问题解决方法 、离心泵工作点及调节 泵特性曲线与管路特性曲线，泵的工作点 调节原理与方法 离心泵串、并联操作，等效泵概念,第二章流体输送机械,

2、、离心泵选型，安装及操作 2 其他类型液体输送泵 、往复泵工作原理、结构部件、分类、性能；运转与调节 、旋转泵与旋涡泵等 、各类泵的选用与比较,3 气体输送及压缩机械,、气体输送机械应用场所，及分类方法 、离心式通、鼓风及压缩机 离心通风机 )结构、原理、性能参数 )标定状态及选型原则 离心鼓风压缩机 旋转鼓风机(罗茨风机) )工作原理；)主要性能参数； )操作及调节 、往复式压缩机 )结构及主要部件； )工作原理与过程 ；)压缩过程的外加功及压缩功率计算： 等温压缩过程 绝热压缩过程； )余隙及其影响；)多级压缩:目的及原因、优点、功及功率计算方法，,第三章机械分离,固体颗粒：大小及其表示方

3、法；粒度及标准筛；粒度分布、粒度统计平均方法；非球形颗粒粒度表示 筛：分类及结构；生产能力；分割粒径。 2 沉 降,2 沉 降,、重力沉降 基本假定，受力分析，沉降过程速度的变化 阻力系数，备阶段沉降速度计算公式及应用 分级沉降、非球形颗粒及干扰沉降 重力沉降室：）结构与特点、应用场所 ）设计计算及结论 竖流沉降槽）结构与部件 ）特点、应用场所 ）设计计算,、离心沉降,离心沉降速度：离心力场受力分析、沉降速度，分离因子 分离设备)旋风分离器:结构与操作、特点、压降损失、临界分离粒径、分离总效率（分级效率）、选型；,3 过 滤,、概述：过滤速度与过滤速率 流体通过固定床压降计算：欧根-康采尼方程

4、 )固定床中流动特征； )简化模型； )过滤基本方程； )过滤推动力与阻力 )恒压过滤方程及其应用； )滤饼的压缩性对过滤常数的影响 )过滤常数的测定；,2、过滤计算间歇过滤计算)操作周期及其优化； )生产能力 连续过滤计算 : )过滤周期； )生产能力,第五章传热学,1 概 述 、传热在化工生产中的应用)传热三类情况； )传热在化工生产中的地位及作用 、传热的三种基本形式)热力学第二定律；)传热的基本方式:机理、特点。 2 热 传 导 、付立叶定律)概念及术语 )付立叶定律 、导热系数：固体、液体、气体导热系数 、平壁中的导热 )稳定一维单层平壁传热; )稳定一维多层平壁传热 、园筒壁中的稳

5、定传热： )单层圆筒壁传热; )多层圆筒壁传热,3 两流体间的热量传递-对流传热分析,、平壁两侧流体换热过程分析 ）概念与术语；）换热分析 ）实际简化处理；）热阻及其计算 、对流传热系数和总传热系数 、强化传热和提高传热系数的手段 、影响对流传热系数的因素 ）流动状态 ；）对流状态 ）流体性质）传热面形状,1、传导对流和辐射 2、稳态传热与不稳态传热 3、传热微分方程和管内层流温度分布 4、傅里叶定律、牛顿冷却定律及 传热基本方程 5、传热过程的平衡关系和速率关系 对数平均温差,第四章 传热,基本概念,热阻概念及传热控制步骤 换热器的校核与调节 膜状冷凝和滴状冷凝 泡状沸腾和膜状沸腾 黑体镜体

6、透热体 吸收率（黑度）反射率和折射率 强化传热和削弱传热的措施 换热器流体流动路径选择,单层平壁导热速率的工作方程式,多层平壁导热速率的工作方程式,单层圆筒壁的导热速率,多层圆筒壁的导热速率,基本公式,有一套管换热器，管内为542mm，套管为1164mm 的钢管，内管中苯被加热，苯进口温度为50，出口温度为80，流量为4000kg/h 。环隙为133.3的饱和水蒸气冷凝，其汽化热为2168.1kJ/kg，冷凝传热膜系数为11630W/m2.K 。苯在5080之间的物性参数平均值为密度=880kg/m3，比热 :Cp=1.86kJ/kg.，粘度=0.3910-3Pa.s，导热系数=0.134W/

7、m.k，管内壁垢阻为0.000265cm2/W ，管壁及管外侧热阻不计。试求： （1）加热蒸汽消耗量； （2）所需的传热面积（以内管外表面计）。,解：（1）加热蒸汽消耗量：,（2）内管中苯的流速：,湍流,则以内管外表面计的传热系数为：,.,一列管式换热器由25*2 钢管制成。 在管内流动，注量为10/s，由320K冷却到310K，的平均比热为0.86J/*K。冷却水在管外与呈逆流流动，流量为3.58/s ，进口温度为300K 。已知侧的1 为50W/K ，水侧2为500 W/K，垢 阻不计，水的比热为4.16J/*K。 试计算：（1）冷却水的出口温度。 （2）传热系数。 （3）传热面积。,问答

8、题,1.应用柏努利方程式时应注意哪些？ 2.孔板流量计与转子流量计在测量方法上有何不同？ 3.何谓离心泵的设计点及工作点？ 4.何谓“气缚”和“气蚀”？ 5.重力沉降与离心沉降？ 6.过滤开始时，为什么滤液是浑浊的？ 7.三种基本传热方式的原理各是什么？ 8.写出对流传热膜系数关联式中的四个准数名称及计算公式 9.提高传热系数 的方法有哪些？ 10.常用的加热剂（热载体）有哪些？,1.应用柏努利方程式时应注意哪些？,1根据题意绘出流程示意图，标明流体流动方向。 确定衡算范围，选取上、下游截面，选取截面的原则是：两截面均与流体流动方向相垂直；其次，两截面之间流体必须是连续的；第三，待求的物理量应

9、该在某截面上或两截面间出现；第四，截面上的已知条件最充分，且两截面上的u、p、Z两截面间的 都应相对应一致。 选取基准水平面，基准面必须与地面平行；为简化计算，常使所选的基准面通过某一衡算截面。 各物理量必须采用一致的单位制，同时，两截面上压强的表示方法要一致。,2.孔板流量计与转子流量计在测量方法上有何不同？,孔板流量计属变压差（定截面）流量计，测得的是管截面上的平均速度；采用U形管压差计读数R表示压强差，流量通式可写作 式中C为流量系数，在0.60.7之间为宜；孔板流量计的U形管压差计读数R对流量变化反应灵敏，但其缺点是流体流经孔板前后能量损失较大，该损失称为永久损失。,转子流量计属变截面

10、（恒压差）流量计，读取流量方便，直观性好，能量损失小，测量范围宽，可用于腐蚀性流体的测量，但不能用于高温高压的场合，且安装的垂直度要求较高。转子流量计的流量公式为： 式中的CR为流量系数，其值接近于1。 转子流量计的刻度与被测流体的密度有关。当被测流体的密度不同于标定介质密度时，需对原刻度加以校正。,3.何谓离心泵的设计点及工作点？,（1）离心泵铭牌上所标的流量和压头，是泵在最高效率点所对应的性能参数（Qs、Hs、Ns），称为设计点。泵应在高效区（即92%的范围内）工作。 （2）离心泵的工作点 联立求解管路特性方程式和离心泵的特性方程式所得的流量和压头即为泵的工作点。若将离心泵的特性曲线HQ与

11、其所在管路特性曲线HeQe绘于同一座标上，两交点M称为泵在该管路上的工作点。,4.为什么说调节离心泵出口阀的开度，就可以达到调节流量的目的？,调节泵的出口阀的开度便改变了管路特性曲线，从而改变了泵的工作点。此法操作简便，工程上广泛采用，其缺点是关小阀门时，额外增加了动力消耗，不够经济。 阀门关小，管路阻力增大，管路特性曲线上移，工作点由MM点，流量减小。,5.何谓“气缚”和“气蚀”？,（1）气缚现象：不灌液，则泵体内存有空气，由于 空气液，所以产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，达不到输液目的。 （2）汽蚀现象：离心泵运转时，假如：pKpv(t)，pv(t

12、)被输液温度t时的饱和蒸汽压，则液体发生汽化产生汽泡，汽泡随同液体从低压区流向高压区，在高压的作用下迅速凝聚或汽泡破裂，与此同时，汽泡周围的液体会以极高的速度冲向原汽泡所占据的空间，在冲击点处可形成高达几万kpa的压强，冲击频率可高达每秒几万次之多，若当汽泡的凝聚发生在叶片表面附近时，众多液体质点犹如细小的高频水锤撞击叶片，侵蚀叶片和叶轮，这种不正常现象称为汽蚀现象。,汽蚀发生时，会产生噪音和震动，叶轮局部地方在巨大冲击力的反复作用下，材料表面疲劳，从点蚀到形成严重的蜂窝状空洞，损坏叶片。泵的流量，压头和效率急剧下降，严重时甚至吸不上液体，所以为保证离心泵正常运转，应避免汽蚀现象的产生，即须使

13、pKpv(t)。,6.过滤开始时滤液为什么是浑浊的？,答：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，使小于孔道直径的细小颗粒也能被截拦，故过滤开始时滤液是浑浊的，但滤饼开始形成，滤液即变清。,7.三种基本传热方式的原理各是什么？,热量不依靠宏观混合运动而从物体中的高温区向低温区移动的过程叫热传导，简称导热。物体或系统内的各点间的温度差，是热传导的必要条件。有导热方式引起的热传递速率（简称导热速率）决定于物体内温度的分布情况。热传导在固体、液体和气体中都可以发生，但它们的导热机理各有不同，其中在固体中的热传导最为典型。,对流传热是指流体各部分之间发生相对

14、位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。在流体中产生对流的原因有二个：一是因流体中各处的温度不同而引起密度的差异, 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。二是因泵或搅拌等外力所致的质点强制流动, 这种对流称为强制对流。流动的原因不同, 对流传热规律也不同。应予指出, 在同一种流体中, 有可能同时发生自然对流与强制对流。 因热的原因而产生的电池磁波在空间的传递称为热辐射。热辐射与热传导和对流传热的最大区别就在于它可以在完全真空的地方传递无需任何介质。热辐射的另一个特征是不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形式

15、的转换。辐射传热是物体间相互辐射和吸收能力的结果。,9.提高传热系数 的方法有哪些？,根据QK.tm方程, 指任一个K、S、tm都能提高强化传热。 (1) 增加传热面积,如在管内外壁装上翅片，采用螺旋管或粗糙管代替光滑管； (2)增大传热温差tm可采用逆流操作，因为当T1，T2，t1，t2四个温度一定时，逆流传热温差tm最大； (3)提高传热系数K由Ki1/（1/i1/o/）提高i、o降低,都能强化传热，要提高由单层改为多层，或在壳程中增设档板，对于蛇管中，加入搅拌装置或在蛇管圈中增设杯状物（强化圈）在列管换热器中可,还可采用导热系数大的流体作载热体 （4）防止结垢和及时清除污垢。,10.常用

16、的加热剂（热载体）有哪些？,物料在换热器内被加热或冷却时，通常需要用另外一种流体供给或取走热量，此种流体称为载热体，其中起加热作用的再载热体称为加热剂（或加热介质）；起冷却（冷凝）作用的载热体称为冷却剂（或冷却介质）。 对于一定的传热过程，选择的载热体及工艺条件决定了需要提供或取出的热量，从而决定了传热过程的操作费用。选择载热体时还应考虑载热体的温度易调控；饱和蒸汽压较低，加热时不易分解；毒性小，不易燃、易爆，不腐蚀设备；价格便宜，来源容易等。,数学模型法的主要步骤是：,将过程简化成易于用数学方程描述的物理模型； 建立数学模型； 通过实验检验数学模型的合理性，并测定模型参数 。,化工原理习题讲

17、解计算题,例1-1 如图所示，槽内水位维持不变，在水槽底部用内径为100mm的水管引水至用户C点。管路上装有一个闸阀，阀的上游距管路入口端10m处安有以汞为指示液的U管压差计（Hg=13600kg.m)，压差计测压点与用户C点之间的直管长为25m。问：（1）当闸阀关闭时，若测得R=350mm，h=1.5m，则槽内液面与水管中心的垂直距离Z为多少m？ （2）当闸阀全开时（阀=0.17 , =0.02），每小时从管口流出的水为若干m3/h？,例1-2解答：,解:（1）闸阀关闭，系统内处于静止，由U管处等压面得： 水g(Z+h)=HggR Z=Hg.R/水-h =136000.35/1000-1.5

18、 =3.26m,（2）以槽液面为1-1，管出口内侧为2-2，管中心线为基准面，列柏式：,又 H1-2=(.L/d+). u22 /(2g) =(0.0235/0.1+0.5+0.17) u22 /(2g)=7.67 u22 /(2g) 则 3.26+0+0=0+u 22/(2g)+0+7.67u22/(2g) 解得 u2=2.72m/s V =.d2.u2 /4 =.(0.1)22.723600/4=76.87m3/h,化工原理习题讲解计算题,例1-2 用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油，流量为 38.4T/ h,高位槽中液面比油池中液面高20m, 管路总长(包括阀门及管件的当量长度) 4

19、30m,进出口阻力不计。管径为1084mm,若油在输送温度下的比重为0.96, 粘度为3430cp,求泵所需的实际功率,设泵的效率=50%。,20m,化工原理习题讲解计算题,对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程： He=Z+(l+le )/d(u2/2g) Z=20m l+le =430m d=108-（24）=100mm=0.1m u=Vs/0.785d =38400/36000.7850.1960 =1.415m.s Re=du/=0.11.415960/343010=39.62000 =64/Re=64/39.6=1.616 He=20+1.616(430/0.1) (1.415/29.

20、81)=729.2m N=QHeg/=38400729.29.81/(36000.51000) = 152.6kw,习题讲解之一填空题,1、 一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在水中的沉降速度将 ，在空气中的沉降速度将 。 答案：下降，增大 2、若降尘室的高度增加，则沉降时 ，气流速度 ，生产能力 。 答案：增加；下降；不变 3、在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4m,切向速度为15m/s。当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数为 答案：57,4、 助滤剂的作用是 。 A、降低滤液粘度，减少流动阻力；B、形成疏松饼层，使滤液得以畅流；C、帮助介

21、质拦截固体颗粒； D、使得滤饼密实并具有一定的刚性 答案：B 5、 下述各项不属于气体净制设备的是 。 A.惯性分离器； B.袋滤器；C.静电除尘器； D.管式高速离心机 答案：D 6、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的 。 A尺寸大，则处理量大，但压降也大； B尺寸大，则分离效率高，且压降小； C尺寸小，则处理量小，分离效率高； D尺寸小，则分离效率差，且压降大。 答案：C,7、 下述说法哪一种是错误的 。 A降尘室是分离气固混合物的设备； B.叶滤机是分离液固混合物的设备； C.沉降式离心机是分离气固混合物的设备；D.沉降槽是分离液固混合物的设备； 答案： C 8、 旋液分离器是

22、利用离心力分离 。 A气液混合物的设备； B液固混合物的设备； C. 液液混合物的设备； D.气固混合物的设备；答案：B 9、恒压过滤时， 如滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，当操作压差增加1倍，则过滤速率为原来的 。 A. 1 倍； B. 2 倍； C.倍； D.1/2倍 答案：B,10、选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是 ； ； 。 答案：气体处理量，分离效率，允许压降 11、 通常， 非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行， 悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。 答案：气固；液固 12、 沉降操作是指在某种 中利用分散相和连续相之间的 差异，使之发生相对运动而实现分离的操

23、作过程。沉降过程有 沉降和 沉降两种方式。 答案：力场；密度；重力；离心,13、 阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为沉降速度，由于这个速度是 阶段终了时颗粒相对于流体的速度 ，故又称为“终端速度”。 答案：等速；加速 14、影响沉降速度的主要因素有 ； ； ； 答案：颗粒的体积浓度；器壁效应；颗粒形状 15、降尘室通常只适合用于分离粒度大于 的粗颗粒，一般作为预除尘使用。 答案：50m 16、旋风分离器的总效率是指 ，粒级效率是指 。 答案：全部颗粒中被分离下来的质量分率；各种粒度被分离下来的质量分率,17、实现过滤操作的外力可以是 、 或 。 答案：重力；压强差；惯性离心力 18、工业上常用

24、的过滤介质主要有 ， ， 。 答案：织物介质；堆积介质；多孔固体介质 19、 在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是 而不是 。 答案：滤饼层；过滤介质,20、离心机是利用惯性离心力分离液态非均相混合物的机械。它与旋液分离器的主要区别在于离心力是由 而产生的。 答案： 设备本身旋转 21、 一降尘室长8m，宽4m，高1.5m，中间装有14块隔板，隔板间距为0.1m。现颗粒最小直径为12m，其沉降速度为0.02 m/s，欲将最小直径的颗粒全部沉降下来， 则含尘气体的最大流速不能超过 m/s。 答案：1.6 22、 当进气口气速一定时，旋风分离器的直径越大，其分离因数越 ；转速一定的离心分离机

25、随着转鼓直径的增大其分离因数越 。 答案：下降；增加,23、 用板框式过滤机进行恒压过滤操作，随着过滤时间的增加，滤液量 ，生产能力 。 答案：增加；不变 24、 在恒压操作一个周期中，已知过滤时间为，获得的滤液量为，现仅将过滤压差增加2倍，则过滤时间变为 (设滤饼不可压缩，且介质阻力不计)。 答案：,219 含尘气体在某降尘室停留时间为6s时，可使直径为80尘粒的70%得以沉降下来。现将生产能力提高1倍（气速乃在正常操作的允许范围内），则该直径颗粒可分离的百分率为 。 答案：35% 2-20已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600，沉降室长、宽、高尺寸为=5,则其沉降速度为 。 答案：0

26、.067,例：在试验装置中过滤钛白（TiO2）的水悬浮液，过滤压力为3Kgf/cm2（表压），求得过滤常数如下：K=510-5m2/s，qe=0.01m3/m2。又测出滤渣体积与滤液体积之比v=0.08m3/m3。现要用工业压滤机过滤同样的料液，过滤压力及所用滤布亦与实验时相同。压滤机型号为BMY33/810-45。机械工业部标准TH39-62规定：B代表板框式，M代表明流，Y代表采用液压压紧装置。这一型号设备滤框空处长与宽均为810mm，厚度为45mm，共有26个框，过滤面积为33，框内总容量为0.760m3。试计算： （1）过滤进行到框内全部充满滤渣所需要过滤时间； （2）过滤后用相当于滤

27、液量1/10的清水进行横穿洗涤，求洗涤时间； （3）洗涤后卸渣、清理、装合等共需要40分钟，求每台压滤机的生产能力，分别以每小时平均可得多少TiO2滤渣计。,解（1）一个操作周期可得滤液体积,虚拟滤液体积：,由过滤方程式：,可求得过滤时间为：,（2）最终过滤速率由过滤基本方程微分求得：,洗涤速率为最终过滤速率的1/4。,洗涤时间,洗涤水量为：,（3）操作周期为：,生产能力：,传热练习题-填空选择,1 、金属的导热系数大都随其纯度的增加而 ，随其温度的升高而 。 答案：增大；减小 2、对流传热的热阻主要集中在 ，因此， 是强化对流传热的重要途径。 答案：滞流内层；减薄湍流内层的厚度 3、黑体的表

28、面温度从300升至600，其辐射能力增大到原来的 倍. 答案: 5.39,传热练习题-填空选择,4、用0.1Mpa的饱和水蒸气在套管换热器中加热空气。空气走管内，由20升至60，则管内壁的温度约为 。 答案：100 5、处理量为440kg/h的有机溶液在某换热器中预热。运转一周期后，该溶液在管内生成积垢，使换热器总热阻增加了10%。若维持冷、热介质出口温度不变，则该溶剂的处理量变为 。 答案：400kg/h,传热练习题-填空选择,6、苯在内径为20mm的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数为1270W/（）。如果流量和物性不变，改用内径为30mm的圆管，其对流传热系数将变为 （）。 答案：612 7、关于传热系数K下述说法中错误的是（ ） A. 传热过程中总传热系数K实际是个平均值；B. 总传热系数K随着所取的传