化工原理复习.
第一章：流体流动
1、何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？
2、何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？
3、流体静力学方程式有几种表达形式/他们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？
4、如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得测结果是否相同？
5、如何判断管路系统中流体流动的方向？
6、何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？
7、一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，Re 将如何变化？ 8、何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？ 9、何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？
10、摩擦系数λ与雷诺数Re 及相对粗糙度ε/d 的关联图分为4个区域。每个区域中，λ与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失h f 与流速u 的一次方成正比？哪个区域的h f 与u 2成正比？光滑管流动时的摩擦损失h f 与u 的几次方成正比？
11、管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？
12、在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？
例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。已知贮槽直径D 为3m ，油品密度为900kg/m 3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h 1。已测得当压差计上指示剂读数为R 1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H 1。试计算当右侧支管内油面向下移动30mm 后，贮槽中排放出油品的质量。
解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm 时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出排放
量。
首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移
高度间的关系。
设压差计中油面下移h 高度，槽内油
面相应下移H 高
度。不管槽内油面如何变化，压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。故当压差计中油面下移h 后，油柱高度没有变化，仍为h 1，但因右侧水银面也随之下移h ，而左侧水银面必上升h ，故压差计中指示剂读数变为（R-2h ），槽内液面与左侧水银面间的垂直距离变为（H 1-H-h ）。
1-1附图
当压差计中油面下移h 后，选左侧支管油与水银交界面为参考面m ，再在右侧支管上找出等压面n （图中未画出m 及n 面），该两面上的表压强分别为：
g h H H p m 01)(ρ--= （0ρ为油品密度） g h R g h p H g n ρρ)2(101-+= 因n m p p =，由上二式得：
g h H H 01)(ρ--= g h R g h H g ρρ)2(101-+ （1） 上式中第一项g R g h g H H g ρρρ10101+= （2） 将式（2）代入（1），并整理得： 0
0)
2(ρρρ-=
Hg h H
取3/13600m kg H g =ρ，将已知值代入上式：
m H 8767.0900
)900136002(03.0=-?=
即压差计右侧支管油面下移30mm ，槽内液面下降0.8767m ，油品排放量为：
kg H D 55749008767.0344202=???=π
ρπ
例1-2 阻力损失与势能的消耗
高位槽水面距管路出口的垂直距离保持为5m 不变，水面上方的压强为4.095×104Pa （表压），管路直径为20mm ，长度为24m （包括管件的当量长度），阻力系数为0.02，管路中装球心阀一个，试求：
（1）当阀门全开（4.6=ξ）时，管路的阻力损失为多少？阻力损失为出口动能的多少倍？ （2）假定λ数值不变，当阀门关小（20=ξ）时，管路的出口动能和阻力损失有何变化？ 解：（1）在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式 解：（1）在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式
f h u p gz u p gz ∑+++=++222
222211
1ρρ
)()(2
21
1ρ
ρ
ρψ
p gz p gz +
-+
=?
f h u u ∑+-=2
2
1
2
2
若取大气压强和管出口高度为基准，并忽略容器内的流速（即01=u ），则
2
)(22
2220
u d l u p gH ξλρρ++=+=?ψ
kg J d l p gH u /1.34
.602
.02402.01100010905.4581.912
4
2
2=+?+???=+++=ξλρ Kg J u d l
h f /951.3)4.624(2
)(2
2=?+=+=∑ξλ
或 kg J u h f /951.3)81.951000
10905.4(24
2
2=-?+?=-?ψ
=∑ρ
4.304.602
.02402.02
2
2
=+?=+=∑ξλ
d l u h f （倍） 此结果表明，实际流体在管内流动时，阻力损失和动能的增加是造成流体势能减少的两个原因。但对于通常管路，动能增加是一个可以忽略的小量，而阻力损失是使势能减小的主要原因。换言之，阻力损失所消耗的能量是由势能提供的。
（2）当20'=ξ时
kg J d l p gH u /2.220
02
.02402.01100010905.4581.9'12
'4
2
2+?+?+?=+++=ξλρ kg J u h f /9.952.2)1000
10905.4581.9(2''4
2
2=-?+?=-?ψ
=∑ρ
与（1）比较，当阀门关小时，出口动能减少而阻力损失略有增加，但是，绝不可因此而误解为阻力所消耗的能量是由动能提供的。实际上，动能的增加和阻力损失皆由势能提供，当阀门关小时，由于损失的能量增加使得动能减少了。 例1-3 虹吸管顶部的最大安装高度
利用虹吸管将池中温度为90℃热水引出，两容器水面的垂直距离为2m ，管段AB 长5m ，管段BC 长10m （皆包括局部阻力的当量长度），管路直径为20mm ，直管阻力系数为0.02。若要保证管路不发生汽化现象，管路顶点的最大安装高度为多少？（已知90℃热水饱和蒸汽压为7.01×104Pa ）
解：在断面1-1和2-2
s m d l gH u /62.102
.01502.02
81.922=?
??==
λ 设顶点压强V B p p =，在断面1-1和断面B-B 之间列机械能横算式，可求出B 点最大安装高 度为
2
g
u d l g p g p h AB V a 2)
1(2
max
λρρ+--= m 38.26
.1962.1)02.0502.01(100081.91001.733.102
4=??+-??-
= 虹吸管是实际工作中经常碰到的管道，为使吸液管正常工作，安装时必须注意两点：（1）虹吸管顶部的安装高度不宜过大；（2）在入口侧管路（图中AB 段）的阻力应尽可能小。 例1-4 使用同一水源各用户间的相互影响
从自来水总管引一支路AB 向居民楼供水，在端点B 分成两路各通向一楼和二楼。已知管段AB 、BC 和BD 的长度（包括管件的当量长度）各为100m 、10m 和20m ，管径皆为30mm ，直管阻力系数皆为0.03，两支路出口各安装 球心阀。假设总管压力为3.43×105Pa （表压）试求：
（1）当一楼阀门全开（4.6=ξ），高度为5m 的二楼能否有水供应？此时管路AB 内的流量为多少？
（2）若将一楼阀门关小，使其流量减半，二楼最
大流量为多少？
解：（1）首先判断二楼是否有水供应，为此，可假定支路BD 流量为零，并在断面A 和1-1之间列机械能
横算式
2
)(22
12
1u
d l l u p BC AB A
ξλρ+++=
s m d l l p u BC AB A /42.214.603.010
10003.01000
/1043.321
/251=+++???=+++=ξλρ
在断面A 与B 之间列机械能横算式，得
8.481.9242.2)103.010003.0(81.910001043.32)1(2
52
1=??+?-??=+-=g u d l g p g p AB A B λρρm ＜5m 此结果表明二楼无水供应。此时管路AB 内的流量为
s m u d q V /1071.142.203.0785.04
33212-?=??==π
（2）设一楼流量减半时，二楼流量为2V q 此时管段AB 内的流速为
21.110414.124)2(42
22312
2+?=+=+
=
V V V
V q u d q
d q q u ππ
管段BD 内的流速为 22
2
32
2
210414.103.044V V V q q d q u ?=?=
=
ππ
C
1-5附图
总
管
在断面A 与2-2之间列机械能横算式
2
)(222
2222u
d l u d l u gz p BD AB A
ξλλρ∑++++=
2
)
21.110414.1(03.010003.0581.910001043.32352+??
?+?=?V q +2)10414.1()
14.603.020
03.0(2
232
V q ?++? 02.4421042.31055.22252
8=-?+?V V q q
s m q V /1007.81055.222
.4421055.24)1042.3(1042.3348
82552-?=?????+?+?-=
对于通常的分支管路，总管阻力既不可忽略也不占主导地位，此时，改变支路的数目或阻力，对总流量及各支路间流量的分配皆有影响。 例1-5 提高流量分配均匀性的代价
在相同的容器1、2内，各填充高度为1m 和8m 的固体颗粒，并以相同的管路并联组合，两支路的管长皆为5m ，管径皆为200mm ，直管阻力系数为0.02，每支管安装一闸门阀，容器1和2的局部阻力系数各为10和8。
已知管路的总流量为0.3m 3/s ，试求： （1）当两阀门全开时，两支路的流量比和并联管路的阻
力损失。
（2）当两阀门同时关小至20==D C ξξ时，两
支路的流量比及并联管路的阻力损失有何
变化？
解：由物料守恒关系求得
V q u d u d =+22124
4π
π
55.92
.01416.33.0442
221=??==
+d q u u V π （1） 因并联管路阻力损失相等，有机械能
横算式得
C D d l d l
u u
ξξλξξλ++++=1222
2
1
（1）当两阀门全开
9.017
.0102.0/502.017.082.0/502.021=++?++?=u u （2） 由式（1）、式（2）得 s m u /03.59
.0155
.92=+=
1-5 附图
2
s m u /52.403.555.91=-= 并联管路的阻力损失为
kg J h f /5.1092
03.5)17.082.0502.0(2
=++?=∑ （2）当两阀门同时关小
97.020
102.0/502.02082.0/502.021=++?++?=u u （3） 由式（1）、式（3）得 s m u /85.497
.0155
.92=+=
s m u /7.485.455.91=-= 并联管路的阻力损失为
kg J h f /2.3352
85.4)2082.0502.0(2
=++?=∑ 从此例可以看出，在不均匀并联管路中串联大阻力元件，可提高流量分配的均匀性，其代价仍然是能量的消耗。 例1-6 倒U 形管压差计
水从倾斜直管中流过，在断面A 和B 之间接一空气压差计，其读数R=10mm ，两测压点垂直距离m z 3.0=?，试求：
（1）A 、B 两点的压差等于多少？ （2）若采用密度为830kg/m 3
的煤油 作指示液，压差计读数为多少？
（3）管路水平放置而流量不变，压差 计读数及两点的压差有何变化？
解：首先推倒计算公式。因空气是静止的，故21p p =即 gR R h g p gh p B B A 1)(ρρρ---=- )(1ρρρρ-+-=-gR gh p gh p B B A A 在等式两边皆加以gH ρ
)()()(1ρρρρ-+-+=-+gR h H g p h H g p B B A A )()()(1ρρρρ-=+-+gR gz p gz p B B A A )(''1ρρ-=-gR p p B A （1）若忽略空气柱的重量，则
Pa gR p p B A 1.98100001.081.9)(''1=??=-=-ρρ
Pa z z g p p p p B A B A B A 31004.33.081.910001.98)(''?=??+=---=-ρ
1-6附图
(2) 若采用煤油作指示液，压差计读数为 mm m g p p R B A 8.581088.5)
8301000(81.91
.98)(''21=?=-?=--=
-ρρ
（3） 若管路流量不变，''B A p p -不变，则压差计读数R 亦不变。又因管路水平放置，0=-B A z z ，故
Pa p p p p B A B A 1.98''=-=-
普通U 形管压差计所用的指示液的密度大于被测流体的密度，若指示液的密度小于被测流体的密度，则必须采用倒U 形管压差计。最常用的倒U 形管压差计是以空气作为指示剂，称为空气压差计。 例1-7 管内流量与所需势能差的关系
（1）用压缩空气将密闭容器中的苯沿直径为50mm 的钢管送至某容器内，在某势能差下，10分钟可将容器内1.8m 3的苯排空。问欲将输送时间缩短一半，管路两端的势能差须增加多少倍？（已知苯的温度为20℃，管壁粗糙度为0.5mm ）。
（2）用压缩空气将容器中的甘油沿直径为10mm 的管道送至高位槽，甘油温度为60℃，管内流量为0.05×10-3m 3/s 。若将流量提高一倍，管道两端的势能差须增加多少倍？
解：（1）温度为20℃时苯的密度3/884m kg =ρ，粘度s Pa ??=-31067.0μ，管内流速为 s m d V u /53.1600
05.014.38
.1460042
2=???=?=
π 则 531001.110
67.053
.105.0884Re ?=???==-μρdu
01.050
5
.0==
d
ε
由直管阻力系数线图可以确认管内流动已进入充分湍流区。输送时间减半，流速'u 增加一倍，直管阻力系数不变，故
4'2
)(2')('2222==∑+∑+=??u
u u d l u d l p p ρξλρξλ（倍） （2）温度为60℃时的甘油的密度3/1260m kg =ρ，粘度s Pa ?=1.0μ，管内流速为
s m d q u V /64.001.014.3105442
5
2=???=
=-π 则 20002.801
.064
.001.01260Re <=??==
μρdu 流量增加一倍，流速'u 增加一倍，但流动形态仍为层流，故
2'
'==??u
u p p （倍）
显然，在层流条件下，所需势能差与管内流速（或流量）成正比；而在湍流条件下，所需势能与流速（或流量）的平方成正比。
例1-8 无外加功简单输送管路计算问题的自由度
在附图所示的管路中，管长m l 20=，管径mm d 53=， 管壁粗糙度mm 5.0=ε，高位槽液面距管路出口的垂 直距离H=4m ，管路中有一个标准直角弯头，一个1/2 开的闸门阀。已知水温为20℃，管内流速为0.5m/s ， 高位槽液面上方压强为大气压，求流体在该管路中的 阻力损失为多少？ 解：方法一：
20℃水的粘度 s Pa ??=-3101μ
4
3
1065.21015.0053.01000Re ?=???=
-
00943.053
5
.0==
d ε 查得 038.0=λ
75.55.475.05.0=++=++=∑C B A ξξξξ
kg J u d l h f /5.22
5.0)75.5053.020038.0(2)
(2
2=?+?=∑+=∑ξλ 方法二：若取管路出口高度及大气压为基准，槽内每千克水的总机械能为
kg J gz p /2.39481.9'
=?==?ρ
此能量除极小部分转化为动能外，其余皆损失掉，即
kg J u p h f /1.392
5.02.392'
2
2-=-?=∑ρ
显然，两种方法所求出的结果是矛盾的。
对于无外加功简单输送管路的计算问题，只有以下三式可用：
物料衡算式 u d q V 24π
=
机械能衡算式
2
)1(2
2
21
1u d l p gz p gz +∑+++=+ξλρρ
直管阻力系数计算式 ),(μ
ρελdu
d f = 三个方程只能联立求解三个未知数，其余变量必须给定。若给定独立变量数目少于方程式组的自由度（即方程式组所含变量数与方程式之差），问题无确定解；若给定独立变量数多于方程式自由
1-8附图
度，必导致相互矛盾的计算结果。本例即属于后一种情况。按题目给定管路情况，管内流速必不为0.5m/s ，而由管路自身决定，应为1.95 m/s （参见例1-11） 例1-9 在一定势能差下管路输送能力的计算
在例1-10所示管路中输送温度为20℃的水，闸门阀1/2开（5.4=C ξ），管内流量为多少？若将阀门全开（17.0=C ξ），管内流量为多少？
解：当阀门1/2开时，假设管内流动已进入充分湍流区，由00943.053
5
.0==
d
ε
查得037.0=λ
在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式（参见例1-10附图），可得
s m d l gH u /95.15
.475.05.0053
.020037.014
81.9212=+++?+??=∑++=
ξλ
管内雷诺数为 5
31003.110
195.1053.01000Re ?=???==-μρdu 根据阻力系数线图，由Re 和d /ε可知管内流动已进入充分湍流区，以上计算结果有效。 此时管内流量为
s m u d q V /103.495.1053.04
43322-?=??==π
π
当阀门全开时，流速增加，管内流动必处于充分湍流区，037.0=λ，管内流速为 s m d l gH u /19.217
.075.05.0053
.020037.014
81.9212'=+++?+??=∑++=
ξλ
管内流量为 s m u d q V /1083.419.2053.04
'4
'3322-?=??=
=
π
π
本例管路情况已知，属操作型为体，须联立求解关于简单输送管路方程式组。由于阻力系数计算式一个非常复杂的非线性函数关系式，当管内流量与流速为待求变量时，必须用试差法或迭代法来计算。手算时，可按以下步骤进行试差：
（1） 假定管内流动已进入充分湍流区，由d /ε查出λ； （2） 根据λ值，由机械能衡算式计算流速u ；
（3） 据此u 值算出Re ，由Re 和d /ε查出新的λ值，以检验是否需要再次计算。
由于大多数化工管路的流动是处于或接近于充分湍流区，故经一、二次试差便可得到足够准确的结果。 选择题、填空题
1.1当不可压缩理想流体在水平放置的变径管路中作稳定的连续流动时,在管子直径缩小的地方，其静压力( )。
（A ）不变 （B ）增大 （C ）减小 （D ）不确定
1.2水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量流量保持恒定，当水温升高时，Re 值将（ ）。 （A ）不变 （B ）增大 （C ）减小 （D ）不确定 1.3层流与湍流的本质区别是：（ ）。
（A ）湍流流速大于层流流速；（B ）流动阻力大的为湍流（C ）层流的雷诺数小于湍流的雷诺数；（D ）层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。
1.4如图所示，水流过一段等径水平管子，在A 、B 两处 放置相同压差计（测压点等高），其读数分别为R1，R2， 则（ ）。
（A ）R 1>R 2 (B) R 1=R 2 (C) R 1 R 1+2 r 1 1.5如图所示的并联管路，各支管及其总管阻力间的关系为（ ）。 （A ） B A f B A f h h ----∑∑>21)()(； （B ）B A f B A f B A f h h h -----∑∑∑=>21)()()(； （C ）B A f B A f B A f h h h -----∑∑∑+=21)()()(； （D ）B A f B A f B A f h h h -----∑∑∑==21)()()(； 1.6在皮托管工作时，测压孔正对流体流动方向所测压力代表该处的（ ）。此时侧壁小孔所测压 力代表该处的（ ）。 （A ）动压，静压； （B ）动压，动压与静压之和； （C ）动压与静压之和，静压； （D ）静压，动压与静压之和。 1.7某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是（ ）曲线，其管中心最大流速为平均流速的（ ）倍，摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系为（ ）。 1.8在湍流摩擦系数的实验研究中，采用因次分析法的目的是（ ）。在阻力平方区，摩擦系数λ只与（ ）有关。 1.9流速增加一倍后流体在圆管内仍作层流流动，则流动阻力损失为原来的（ ）倍。 1.10 如图所示容器内盛有油、水两种液体，点A 位于油水分界的油侧，点B 位于水侧，试判断A 、B 两流体质 点的总势能差 )(A B ψ-ψ=?ψ ＞ 0 （＞，＝， ＜）。 Z=0 油 水 A B ● ● 题1.10 附图 题1.11附图 题4 附图 题5 附图 1.11 如图所示，水从内径为1d 的管段流向内径为2d 管段，已知122d d =，1d 管段流体流动的速度头为0.8m 水柱，m h 7.01=，忽略流经AB 段的能量损失，则=2h 1.3m ，=3h 1.5m 。 1.12 图示管路装有A 、B 两个阀门，试判断： （1）A 阀门关小，B 阀门不变 p 1变大，p 2变小，p 3变小，p 4变小，(p 2-p 3) 变小 (变大， 变小，不变)； （2）A 阀门不变，B 阀门开大 p 1变小，p 2变小，p 3变小，p 4变大，(p 2-p 3) 变大(变大， 变小，不变)； （3）A 阀门开大，B 阀门不变 p 1变小，p 2变大，p 3变大，p 4变大，(p 1-p 2) 变小， (p 2-p 3) 变大(变大，变小，不变)； （4）A 阀门不变，B 阀门关小 p 1变大，p 2变大，p 3变大，p 4变小，(p 2-p 3) 变小(变大，变小，不变)。 1.13 图示管路两端连接两个水槽，管路中装有 调节阀门一个。试讨论将阀门开大或关小时，管内流量V q ，管内总阻力损失f h ∑，直管阻力损失1f h 和局部阻力损失2f h 有何变化，并以箭头或适当文字在下表中予以 表达（设水槽液位差H 恒定）。 总阻力损失 直管阻力损失 局部阻力损失 流量 V q 1.14 粘性是流体的物性之一，无论是静止的还是流动的流体都具有粘性。（ ） 1.15 尽管粘性是流体的物性之一，但只有流动的流体才考虑粘性的影响，对静止的流体可不考虑粘性的影响。（ ） 1.16 U 型压差计测量的是两截面间静压强之间的差值。（ ） 1.17转子流量计工作时转子受到两个力的作用，一个是重力，另一个的浮力。（ ） 1.18 孔板流量计工作时，流体在流过孔板前后的静压强差不变。（ ） 1.19 转子流量计工作时，流体作用在转子上下两截面的静压强差不变。（ ） 1.20 降低温度液体的粘度增加。（ ） 题 1.12附图 题 1.13附图 1.21 升高温度气体的粘度增加。（ ） 第二章：流体输送机械 思考题 1、离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口的压力处于什么状态？ 2、离心泵的特性曲线有几条？其曲线形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？ 3、在测定离心泵的扬程与流量的关系时，当离心泵出口管路上的阀门开度增大后，泵出口压力及进口处的液体压力将如何变化？ 4、离心泵操作系统的管路特性方程是怎样推导的？它表示什么与什么之间的关系？ 5、离心泵的工作点是怎样确定的？流量的调节有哪几种常用的方法？ 6、何谓离心泵的气蚀现象？如何防止发生气蚀？ 7、影响离心泵最大允许安装高度的因素有哪些？ 8、什么是液体输送机械的扬程（或压头）？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、泵的转速、液体的黏度对扬程有何影响？ 9、管路特性方程2 0V kq H H +=中的0H 与k 的大小，受哪些因素的影响？ 例题 例2-1 某油田通过φ300×15mm 的水平钢管将原由输送至炼油厂。管路总长为1.6×105m ，输油量要求为250×103kg/h ，现已知油在输送温度下的粘度为0.187Pa·s，密度为890kg/m 3。该油管的局部阻力可忽略，现决定采用一种双吸五级油泵，此泵在适宜工作范围内的性能列于本例附表1中。 附表1 Q/（m 3/h ） 200 240 280 320 H/m 500 490 470 425 注：表中数据已作粘度校正。 试求在整个输油管路上共需几个泵站？实际输送量为若干kg/h 。 解：油的体积流量Q=890 102503?=280.9m 3/h 管内流速u=2 27.0785.036009 .280??=1.363m/s Re= 3 10 187890 363.127.0-???= μ ρ du =1751＜2000为滞流 因原油在直管内作滞流流动，故： 管路压头损失H f =81.989027.0363 .1101601018732322332???????= =?-g d ul g p f ρμρ =2050m 由附表1单台泵的特性数据查出：当Q=280.9m 3/h 时，H=467.5m 初估泵系数 n=5 .4672050 =4.385 故应采用5个泵站。根据串联原理，用同规格5台泵串联的压头为单台泵的5倍，计算出数据列于本题附表2中。 附表2 Q/（m 3/h ） 200 240 280 320 H/m 2500 2450 2350 2125 将以上数据标绘在本题附图中， 得泵的串联合成特性曲线。 因输送管路为水平直管，故管路 特性曲线方程为： H e =H f =3600 4 3232222??=d Q g d l g d l e πρμρμ =3600785.081.989027.01016010187324 33????????-e Q =7.302Q e 2 将此管路特性曲线方程标绘在本题附图中，得泵的串联合成特性曲线。 管路特性曲线与泵合成特性曲线的交点，即为工作点，其对应的流量、压头分别为： Q M =305m 3/h H M =2230m 故实际输油量为 W h =305×890=271×103kg/h 例2-2 某水泵性能参数列于本题附表1中。现有两个管路系统，他们的管路特性方程分别为： H e =15+0.077Q e 2 2-1 附图 m 3/h ） 及 H e =15+0.88 Q e 2 为提高管路系统的供水量，每条管路系统均用二台相同的泵进行组合操作，试比较各个管路系统泵的最佳组合方式及最大流量为若干。 附表1 Q/（L/s ） 0 1 3 5 7 9 11 H/m 33.8 34.7 34.6 31.7 27.4 21.8 15 解：先按题给已知数据画出单台泵的特性曲线M 1M 2，按压头不变流量加倍的原则，画出二台泵并联时的合成特性曲线AC ，又按流量不变压头加倍的原则，画出二台泵串联时的合成特性曲线DB 。 对于第一种管路系统，按H e =15+0.077Q e 2计算出不同Q e 下对应H e ，计算结果列于本题附表2中，然后在本题附图中画出管路特性曲线ABM 1。 附表2 Q/（L/s ） 1 3 5 7 9 11 H e /m 15.077 15.69 16.93 18.77 21.24 24.32 由图可读出泵并联时的工作点A Q A =13.1L/s 泵串联时的工作点B Q B =11.6 L/s 单台泵工作点M 1 Q M =9.2 L/s 由此可见，对于第种管路系统，即管路特性曲线较平坦的低阻管路，用两台泵并联组合，可获得高的流量，最大流量为13.1 L/s 。 对于第二种管路系统，按H e =15+0.88 Q e 2计算出不同Q e 下对应的H e ，计算结果列于本题附表3，然后在本题附图中画出管路特性曲线DCM 2。 附表3 Q/（L/s ） 1 3 5 7 9 H e /m 15.88 22.92 37.0 58.12 86.28 由图读出泵并联时的工作点C 的流量Q C =4.7 L/s 泵串联时的工作点D 的流量Q D =6.8 L/s 单台泵操作时其工作点M 2的流量Q M2=4.45 L/s 由此可见，对于管路特性曲线较陡的高阻管路，用二台泵串联可获得较大的流量，最大 流量为68 L/s 。 H e =15+0.077Q e 2 H e =15+0.88Q e 2 串 单台泵 M 2 C M 1 A B D 70 60 50 40 30 20 10 1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2-2附图 例2-3 在图示管路中装有一台离心泵，离心泵的特性曲线方程为2 4102.740V e q H ?-=（式中V q 的单位用m 3/s 表示，He 的单位用m 表示），管路两端的位差m z 10=?，压差Pa p 41051.9?=?。用此管路输送清水时，供水量为10×10-3m 3/s ，且管内流动已进入阻力平方区。若用此管路输送密度为1200kg/m 3的碱液，阀门开度及管路两端条件皆维持不变，试求碱液的流量和离心泵的有效功率为多少？ 解：联立管路两端之间的机械能衡酸式与泵特性方程可得 242102.740V V q Kq g z He ?-=+?+?=ρρ 据题意，当供水量为10×10-3m 3/s 时，泵的压头为 m He 8.3201.0102.74024=??-= 故 524 2 1028.101.081.910001081.9108.32/?=??- -=?-?-=V q g p z He K ρ 因流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，用此管路输送碱液K 值不变，此时的管路特性方程可由 两端面之间的机械能衡算式求得： 2 52542' 1028.13.181028.181 .912001081.910'V V V q q Kq g z He ?+=?+??+=+?+?=ρρ 而泵特性方程与流体密度无关，由泵和管路特性方程联立 2 42 5102.7401028.13.18V V q q ?-=?+ 得 s m q V /104.1033-?= m He 2.32)104.10(1028.13.18235'=???+=- 离心泵的有效功率为 W q gH P V e e 3942104.102.3281.91200''3' =????==-ρ 当此管路输送水时， s m q V /101033-?=，m H e 8.32)1010(102.740234=???-=- W q gH P V e e 321810108.3281.910003=????==-ρ 从本例计算结果可以看出，用同样的管路和离心泵输送密度较大的液体，流量不会降低（如管路两端压强相同0=?p ，压头、流量与流体密度无关）。但离心泵的功率与密度成正比，需注意防止电机过载。 例2-4 某工艺过程需要使用温度为294K 、压强为101.33kPa 、流量为1700m 3/h 的空气。现用一台离心通风机，从温度为366.3K 、压强为98.9kPa 的静止空间吸入空气，由风机排出的空气温度不变，压 2 2-3附图 强为102.6kPa ，气体速度为46m/s ，风机的效率为60%，试计算风机的轴功率。 解：风机前后压强变化与吸入压强之比为： 1 12p p p -= %20%74.39.989 .986.102<=- 空气虽为可压缩气体，但由上式计算结果知，可将空气当作不可压缩流体处理。用平均压强计算空气的平均密度： 8.1002 10)9.986.102(2321=?+=+= p p p m kPa 96.03 .36627333.1018.1004.2229=??= m ρkg/m 3 要求输送空气的摩尔流量为： 45.70273 2944.221700 =? kmol/h 以上流量换算成吸入状态下的体积流量为： 21692733 .3669.9833.1014.2245.70=?? ?m 3/h 风机操作条件下的风压 2)(2 12u P P H T ρ+-=2 4696.010)9.986.102(2 3 ?+?-= =4715Pa 风机的轴功率 73.460 .010003600216947151000???== ηQ H N T kW 例2-6 根据输送任务确定管径与相应的离心泵 欲将池水以s m /101033-?的流量送至高位槽， 高位槽水面比水池液面高13米，管长为50米， 管路内有90°弯头2个，全开闸门阀一个，入 口底阀一个（8=ξ），试在常用流速范围内选择 两个流速，分别计算管径并选用适当的泵。 解：本例属设计型问题。在设计型问题中泵尚未 确定，泵的特性曲线方程未知，故只有以下三式可用： 物料衡算式 u d q V 24 π = 能量衡算式 2-6附图 g u d l g p z H g p z e 2) (2 2211ξλρρ∑+++=++ 直管阻力系数计算式 )7 .182log( 742.11 λ μ ρελ du d +-= 在以上三式中，含有V q 、u 、e H 、λ、1z 、2z 、1p 、2p 、l 、d 、ε和ξ∑共12个变量，其中已知V q 、l 、1z 、2z 、1p 、2p 、ξ∑和ε（随管材的选择而定），但问题仍没有确定的解。设计者选择不同的流速u ，计算管径d 和所需压头e H ，然后根据流量和压头选用相应的泵，并从中选出最优的方案。 根据水在管内的常用流速（1~3m/s ）范围，选择以下两种流速进行计算： （1）选择s m u /2'=，则 m u q d V 08.02 01 .04'4'=??== ππ 根据产品规格，采用5.389?Φ热轧钢管，d =82mm ，管壁粗糙度取ε=0.2mm ，管内流速为 s m d q u V /9.1082 .001.0442 2=??==ππ 531056.11019 .1082.01000Re ?=???== -μρdu 、 0024.082 2 .0== d ε 查得026.0=λ。管路所需压头为 g u d l g p He 2) ('2 ξλρ∑++?= m 9.1781 .929.1)117.075.028082.050026.0(132 =??++?++? += 根据s m q V /101033-?=，m H e 9.17=，可选用IS80-65-125型水泵。 （2）选择s m u /3'=，则 m d 065.03 01 .04'=??= π 采用370?Φ热轧钢管，mm d 64=，mm 2.0=ε，则 s m u /1.3064.001 .042 =??= π 5 3 1098.1101.3064.01000Re ?=??= - 0031.064 2 .0== d ε ， 026.0=λ m H e 1.286 .191.3)117.075.028064.050026.0(132 =?++?++? += 根据s m q V /101033-?=，m H e 1.28=，可选用IS80-65-160型水泵。 两种管径所需压头之比为28.1/17.9=1.57，显然，采用较大管径可减小能耗。但究竟选择哪一个方案，还应按使用年限计算管路和离心泵的折旧费，综合考虑操作费和折旧费后，以总费用较小者为佳。 例2-7 输送管路对外加功的需求 在图示管路中装有离心泵，吸入管直径mm d 801=，长m l 61=，阻力系数02.01=λ，压出管直径 mm d 602=，长m l 132=，阻力系数03.02=λ4.6=E ξ， 管路两 端水面高度差H=10m ，泵进口高于水面2m ，管内 流量为s m /101233-?。试求： （1）每千克流体需从离心泵获得多少机械能？ （2）泵进、出口断面的压强C p 和D p 各为多少？（3）如果是高位槽中的水沿同样管路向下流出，管内流量不变，问是否需要安装离心泵？ 解：（1）泵吸入管内的流速为 s m d q u V /39.208 .01012442 3 21=???==-ππ吸 泵压出管内的流速为 s m u d d u /24.439.206.008.022 22221=?==压 在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式，并移项整理得 21,2122122 ' '-∑+-+-=f e h u u p p h ρ kg J gH p p /1.981081.9' '12=?==-ρ 02 2 122 ≈-u u 2)(2)(2 2222 11121,压吸u d l u d l h G F E B A f ξξξλξξλ++++++=∑- 2 24.4)175.04.606.01303.0(239.2)75.05.008.0602.0(2 2?+++?+?++?= kg J /5.139= kg J h e /6.2375.1391.98=+= 从以上计算结果可以看出，流体所获得的外加功主要用于克服管路阻力和增加流体的势能。对于通常管路，动能增加项很小，可以忽略不计。 （2）以断面1-1为基准，在断面1-1和C-C 之间列机械能衡算式可得 A 2-7 附图 --?-?=---=-2 39.2281.9100010013.122 51,2 c f c a C h u gz p p 吸ρρ kg J /712 39.2)75.05.008.0602.0(2 =?++? Pa p C 4101.7?= 在断面D-D 和2-2之间列机械能衡算式可得 +?+?=-++ -=-1000 10013.1881.92)(5 2 2 ,2压u h p z z g p D f a D D ρ ρ kg J /5.3022 24.4)1175.04.606.01303.0(2 =?-+++? Pa p D 510025.3?= 在断面C-C 和D-D 之间机械能衡算式得 kg J p p u u p p h C D C D e /5.231715.3022 2 2=-=-≈ -+ -= ρ ρ 吸 压 此结果表明，输送机械能对流体做功的最终结果主要是增加了流体的压强能。因此，对管流而言，即使有外加机械能输入，克服阻力损失所需能量f h ∑仍然是由势能直接提供的。 （3）在断面2-2和1-1之间列机械能衡算式，可求出沿同一管路（无泵）输送同样流量所需要的势能差为 1,2,' --∑+∑=?C f D f h h p ρ 2 )(2)(2 1112 222吸压u d l u d l A B E F G ξξλξξξλ++++++= 2 39.2)175.008.0602.0(224.4)4.675.05.006.01303.0(2 2 ?++?+?+++?= kg J /5.136= 管路两端流体的实际势能差为 kg J gH p /1.981081.9' =?==?ρ 因ρρ/'/'需p p ? 1．用离心泵从水池抽水到水塔中，设水池和塔液面维持恒定，若离心泵在正常操作范围内工作，开大出口阀将导致（ ）。 （A ） 送水量增加，泵的压头下降； （B ）送水量增加，泵的压头增大； （B ） 送水量增加，泵的轴功率不变； （D ）送水量增加，泵的轴功率下降。 2．某离心泵在运行半年后，发现有气缚现象，应（ ）。 （A ）降低泵的安装高度； （B ）停泵，向泵内灌液； （C ）检查出口管路阻力是否过大； （D ）检查进口管路是否泄漏。 3．从低位槽向高位槽输水，单台泵可在高效区工作。若输送管路较长，且输送管路布置不变，再并联一台相同泵，则（ ）。 （A ）两泵均在高效区工作； （B ）仅新装泵在高效区工作； （C ）仅原装泵在高效区工作； （D ）两泵均不在原高效区工作。 4．开大离心泵的出口阀，离心泵的出口压力表读数将（ ）。 （A ）增大； （B ）减小； （C ）先增大后减小； （D ）先减小后增大。 5．若离心泵启动后却抽不上水来，可能的原因是：（ ）。 （A ）开泵时出口阀未关闭； （B ）离心泵发生了气缚现象； （C ）未灌好泵； （D ） 进口阀未开 6．输送系统的管路特性方程可表示为H=A+BQ 2，则（ ）。 （A ）A 只包括单位质量流体需增加的位能；（B ）A 包括单位质量流体需增加的位能和静压能；（C ）BQ 2代表管路系统的局部阻力损失；（D ）BQ 2代表单位质量流体需增加的动能。 7．在测量离心泵特性曲线实验中，管路特性曲线可写为H=A+BQ 2，当管路循环且出口端插入循环水槽液面下，则A 值（ ）。 （A ）大于零； （B ）小于零； （C ）等于零； （D ）不确定。 8．由离心泵和某一管路组成的输送系统，其工作点（ ）。 （A ）由泵铭牌上的流量和扬程所决定； （B ）由泵的特性曲线所决定； （C ）即泵的最大效率所对应的点； （D ）是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点。 9．在测定离心泵特性曲线的实验中，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空表指示真空度很高，某同学正确地找到原因并排除了故障。你认为可能的原因是（ ）。 （A ）水温太高； （B ）真空表损坏； （C ）吸入管堵塞； （D ）排出管堵塞。 10．测定离心泵特性曲线实验管路中，压强最低的是（ ） （A ）吸入口处；（B ）泵壳靠近吸入口一侧；（C ）叶轮入口处；（D ）泵壳出口端。 11.离心泵与往复泵的启动与流量调节不同之处是离心泵（ ），往复泵（ ）。 12.用离心泵将水池中水送至常压水塔，若在离心泵正常操作范围内，将出口阀开大，则流量V q 变大，扬程e H 变小，管路总阻力损失f H ∑变小，轴功率a P 变大 （变大、变小、不变、不确定）。 13.如图示操作中的离心泵输液管路，已知容器上方真空表读数为p ，现在p 增大，其他管路条件不变，则管路总阻力损失f H ∑变大 （变大、变小、不变、不确定）。 14.图示管路用泵将江中水送上敞口容器。若在送水过程中江面水位上升，流量 （变大、变小）。 《化工原理》(下) 复习提纲 程昌敬 2013.12.5 第八章 传质过程导论 1.相组成的表示法 2.传质的两种方式 3.菲克定律的几种表达形式 4.气、液、固扩散系数的数量级 5.温度、压力、粘度如何影响气液的扩散系数？ 6.双组份、一维稳态分子扩散的两种模型及其特点？ 7.双模理论的基本论点注：本章无计算大题 第九章 吸 收 1.吸收操作的目的 2.吸收操作的分类 3.如何选择吸收剂 4.气体溶解度随气体分压如何变化？随温度如何变化？ 5.亨利定律的四种表达形式 6.Ｅ、Ｈ、m之间的关系？Ｐ、Ｔ如何影响上述三个常数？ 7.气液浓度得表示方法？ 8.如何判断传质的方向和传质的限度？（是发生吸收还是发生解析） 9.会正确写出吸收传质速率方程中的传质推动力（或传质系数）？ 10.如何判断吸收过程是气膜控制还是液膜控制？ 11.吸收塔的计算包括： 1)吸收操作线方程 2)操作液气比和最小液气比 3)填料层填料层高度 4)气液相出塔的浓度 5)ＮOG的求取方法：准确计算法（脱吸因素法和对数平均推动力法），近似 求取法（图解法和梯级法）注：本章有一道计算大题 第十章 蒸馏 1.蒸馏的定义 2.蒸馏的分类 3.拉乌尔定律 4.泡点方程和露点方程的应用（计算平衡的气液相组成） 5.Ｔ-x(或者T-y图)理解，里面有几条线，物质处于什么状态？ 6.气液相平衡关系的表示方法（相平衡常数表示法Ｋi和相对挥发度表示法α），如何计算？ 7.简单蒸馏和平衡蒸馏的定义，各自的特点 8.气液两相相平衡方程 9.平衡级的定义、精馏的原理？ 10.精馏与简单蒸馏的区别？ 11.板式塔内相邻几块板的温度、组成的关系？ 12.全塔物料衡算、易挥发组分和难挥发组分的回收率？ 13.何为恒摩尔流假定？ 14.精、提馏段的操作线方程？ 15.回流比的概念 16.进料的五种热状况？精提溜段的Ｌ、Ｌ’;V、V’有什么关系？ 17.何为理论版，为什么为什么说一个三角形梯级代表一块理论板？ 18.加料线（q线）方程，以及其对精提馏段操作线方程的影响？ 19.理论塔板数的计算（逐板法和梯级法） 20.操作回流比和最小回流比求取 本章计算题计算内容包括： 1)塔顶、塔底产品Ｄ、Ｗ的计算，塔顶塔顶产品的组成ＸD、Ｘw？ 2)精馏段操作线方程、提馏段操作线方程的求取？ 3)会使用逐板法计算离开指定板气液相浓度？ 注：本章有一道计算大题 总复习 流体流动 重点：柏努利方程 ∑+++=+++f e E P u gz W P u gz ρρ22 22121122 Kg J / ∑+++=+++f e h g P g u z h g P g u z ρρ22 2212 1122 m N J =/ 压强降)(2222 2212 11f f e p E P u gz W P u gz ?+++ =+++ ∑ρρρρρρ Pa m J =3 / 一、位能z/gz/ρgz z 是相对值，是相对于所取水平面的垂直高度。 二、动能（两个知识点：连续性方程，流量计） 1、连续性方程 定态流动与非定态流动 定态流动时对所有流体有：常数====n n n A u A u A u ρρρ 322111 对不可压缩流体有：常数====n n A u A u A u 2211 对圆管有：2 12 2212 21 22 14 4d d d d A A u u == =ππ 2、流量计 孔板、文丘里、转子三种，利用V=uA 来测量。 孔板、文丘里：A 一定，Δu 与ΔP 根据柏努利方程成一定关系，而ΔP 由压差计测得。故该两种流量计由孔板或文氏管与压差计相连组成。 V S 增大，Δu 增大，ΔP 增大，A 不变。 转子：f f f f A gV gV P ρρ-= ? V S 增大，转子上移，A 增大，Δu 不变，ΔP 不变。 三、静压能（两个知识点：静力学基本方程，密度ρ） 1、静力学基本方程 ①压强单位及换算： O mH mmHg at Pa atm 2533.10760033.110013.11===?= ②压强表示法 表压强=绝对压强-大气压强 真空度=大气压强-绝对压强 真空度= -表压强 ③表达式：gh P P ρ+=0或)(2112z z g P P -+=ρ ④等压面：等高、静止、连通、同一流体（分液器） 化工原理教案（下册） 第一章蒸馏（下册） 1. 教学目的 通过本章的学习，掌握蒸馏的基本概念和蒸馏过程的基本计算方法。 2. 教学重点 （1）两组分理想物系的汽液平衡关系 （2）蒸馏过程的原理 （3）两组分连续精馏过程的计算（物料衡算与进料热状况的影响、理论板层数的计算与回流比的影响、塔板效率） 3. 教学难点 进料热状况参数及对精馏的影响；多侧线的精馏塔理论板层数的求解；间歇精馏的计算。 4. 本章学习应注意的问题 （1）汽液平衡关系是精馏过程计算的基础，要理解平衡常数、相对挥发度等基本概念，熟练地运用汽液平衡关系进行有关计算。 （2）两组分连续精馏过程计算的主要内容是物料衡算、理论板层数的计算及塔高和塔径的计算，涉及到进料热状况、最小回流比和回流比、塔板效率等诸多概念，要理解上述概念，熟练地掌握各计算公式之间的联系。 （3）两组分连续精馏过程计算所涉及的公式较多，学习时不要机械地记忆，应注意掌握其推导过程。 （4）塔板效率计算通常需联立操作线方程、汽液平衡方程及塔板效率定义式，应注意给出有关组成可计算塔板效率；给出塔板效率亦可计算有关组成。计算时应注意所求塔板的位置和类型（是理论板还是实际板）。 5. 教学方法 以课堂讲授为主，辅之以课堂讨论和习题课进行巩固和强化训练。 6. 本章学习资料 (1)夏清等.化工原理,下册. 天津: 天津大学出版社, 2005 (2)姚玉英等. 化工原理,下册. 天津: 天津大学出版社, 1999 (3)大连理工大学. 化工原理,下册. 大连: 大连理工大学出版社, 1992 (4) 贾绍义，柴诚敬.化工传质与分离过程.北京：化学工业出版社，2001 (5) 蒋维钧，雷良恒，刘茂林.化工原理,下册.北京：清华大学出版社， 1993 1-1 蒸馏过程概述与汽液平衡关系 化工原理知识点总结复习重点完美版 标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N] 第一章、流体流动 一、 流体静力学 二、 流体动力学 三、 流体流动现象 四、 流动阻力、复杂管路、流量计 一、流体静力学： 压力的表征：静止流体中，在某一点单位面积上所受的压力，称为静压力，简称压力，俗称压强。 表压强（力）＝绝对压强（力）-大气压强（力） 真空度＝大气压强-绝对压 大气压力、绝对压力、表压力（或真空度）之间的关系 流体静力学方程式及应用： 压力形式 )(2112z z g p p -+=ρ 备注：1)在静止的、连续的同一液体内，处于同一 能量形式 g z p g z p 22 11 += +ρ ρ 水平面上各点压力都相等。 此方程式只适用于静止的连通着的同一种连续的流体。 应用： U 型压差计 gR p p )(021ρρ-=- 倾斜液柱压差计 微差压差计 二、流体动力学 流量 质量流量 m S kg/s m S =V S ρ 体积流量 V S m 3/s 质量流速 G kg/m 2s (平均)流速 u m/s G=u ρ 连续性方程及重要引论： 一实际流体的柏努利方程及应用（例题作业题） 以单位质量流体为基准：f e W p u g z W p u g z ∑+++=+++ρ ρ2222121121 21 J/kg 以单位重量流体为基准：f e h g p u g z H g p u g z ∑+++=+++ ρρ222212112121 J/N=m 输送机械的有效功率： e s e W m N = 输送机械的轴功率： η e N N = （运算效率进行简单数学变换） m S =GA=π/4d 2 G V S =uA=π/4d 2 u 一、填空题(25分，每空1分): 1、空气在内径一定的圆管中稳定流动，若气体质量流速一定，当气体温度升高时，Re值将___________。 2、流体在等径水平直管的流动系统中，层流区：压强降与速度的______次方成正比；完全湍流区：压强降与速度的_________次方成正比。 3、恒密度流体在水平等径直管中流动时的摩擦阻力损失Σh f所损失的是机械能中的_________项；恒密度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_________。 4、离心泵的工作点是曲线与曲线的交点。 5、离心泵常采用调节流量，往复泵常采用调节流量。 6、含尘气体通过长为4m，宽为3m，总高为1m内置4层隔板的除尘室，已知颗粒的沉降速度为0.03m/s，则该除尘室的生产能力为_________m3/s。 7、水与苯进行换热，水由20℃升到35℃，苯由80℃降至40℃。若苯的热容量流率比水的热容量流率小，此换热器的传热效率ε= _____，热容量流率比C R =____ 。 8、离心泵采用并联操作的目的是，采用串联操作的目的是。 9、在传热实验中，用饱和水蒸气加热空气，总传热系数Ｋ接近于_______侧的对流传热系数，而壁温接近于_______侧流体的温度。 10、当计算流体由粗管进入细管的局部阻力损失时，公式中的流速应该用_____管中的速度。流体在管内湍流流动时(不是阻力平方区)，其摩擦系数λ随_____和_____而变。 11、某悬浮液在离心机内进行离心分离时，若微粒的离心加速度达到9807m/s2，则离心机的分离因数等于。 12、在一套板框过滤机中，滤框厚度为16mm，板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间，设框刚充满，则在每一框中滤液穿过厚度为______的滤饼，而洗涤时，洗涤液则穿过厚度为______的滤饼，洗涤液穿过的滤布面积等于过滤面积的______。 13、两流体通过间壁换热，冷流体从20℃被加热到60℃, 热流体从100℃ 被冷却到70℃，则逆流时的 Δt m=____℃；并流时的Δt m=_____℃。 三、简答题（共20分，每题5分） 1、什么是牛顿粘性定律？根据牛顿粘性定律写出黏度的物理意义。 2、简述离心泵的主要部件及工作原理。 3、恒压过滤时，如滤饼不可压缩，则加大操作压力或提高滤浆温度，过滤速率会发生什么变化？为什么？ 4、一列管式换热器，用饱和水蒸气加热某易结垢的悬浮液，此换热器在流程安排上应使悬浮液走管程还是 第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为×103 Pa。 解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到： 设备内的绝对压强P绝= ×103 Pa ×103 Pa =×103 Pa 设备内的表压强 P表 = -真空度 = - ×103 Pa 2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/?的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为×106 Pa ， 问至少需要几个螺钉 分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即 P油≤σ螺 解：P螺 = ρgh×A = 960×××× ×103 N σ螺 = ×103×××n P油≤σ螺得 n ≥ 取 n min= 7 至少需要7个螺钉 3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附图所示。测得R1= 400 mm ， R2 = 50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3 = 50 mm。试求A﹑B两处的表压强。 分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a–a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。 解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示 a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即：P A = ×103×× + ×103×× = ×103 Pa b-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1 P B = ×103×× + ×103 =×103Pa 4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／?。试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。 分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1′和4－4′为等压面，2－2′和3－3′为等压面，且1－1′和2－2′的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解 解：设插入油层气管的管口距油面高Δh 在1－1′与2－2′截面之间 P1 = P2 + ρ水银gR ∵P1 = P4，P2 = P3 且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h） 联立这几个方程得到 ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即 ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据 3×103×1 - ×103× = h×103×103) ｈ= ｍ 5．用本题附图中串联Ｕ管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，Ｕ管压差计的指示液为水银，两Ｕ管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：ｈ1﹦2.3m，ｈ2=1.2m, ｈ3=2.5m,ｈ4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离ｈ5=3m。大气压强ｐa= ×103ｐａ。 试求锅炉上方水蒸气的压强Ｐ。 1.某精馏塔的设计任务为：原料为F, X f ，要求塔顶为X D，塔底为X w 。 设计时若选定的回流比R不变，加料热状态由原来的饱和蒸汽加料改为饱和液体加料，则所需理论板数N T减小，提馏段上升蒸汽量V 增加，提馏段下降液体量L' 增加，精馏段上升蒸汽量V 不变，精馏段下降 液体量L不变。（增加，不变，减少） 2.某二元理想溶液的连续精馏塔,馏出液组成为X A=0.96（摩尔分率）.精馏段操 作线方程为y=0.75x+0.24?该物系平均相对挥发度a =2.2,此时从塔顶数起的第二块理论板上升蒸气组成为y 2= ______________ . 3.某精馏塔操作时，F，X f ，q，V保持不变，增加回流比R,贝吐匕时X D增 加_，X w减小，D减小，L/V 增加。（增加，不变，减少） 6.静止、连续、—同种_的流体中，处在—同一水平面_上各点的压力均相等。 7.水在内径为? 105m M 2.5mm的直管内流动，已知水的黏度为1.005mPa?s， 密度为1000kg ? m流速为1m/s,贝U忌= _________________ ，流动类型为_______ 湍流________ 。 8.流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来 的_4_倍；如果只将管径增加一倍，流速不变，则阻力损失为原来的 __1/4_倍。 9.两个系统的流体力学相似时，雷诺数必相等。所以雷诺数又称作相似准数。 10.求取对流传热系数常常用_____ 量纲_________ 析法，将众多影响因素组合 成若干_____ 无因次数群_____ 数群，再通过实验确定各—无因次数群 ________ 间的关系，即得到各种条件下的 _______ ■关联____ 。 11.化工生产中加热和冷却的换热方法有______ 传导____ 、—对流_________ 和 ____ 辐射—。 12.在列管式换热器中，用饱和蒸气加热空气，此时传热管的壁温接近—饱和蒸 汽一侧_____ 体的温度，总传热系数K接近—空气侧—流体的对流给热系 数. 化工原理(上、下册)复习资料 一. 选择题 选择题1 1．如图1示,空气以相同的流速分别通过水平放置和垂直放置的两根等径直管。 已知d 1=d 2 ，L AB =L CD ，U 型差压计指示液相同。则( )。 A. △P AB =△P CD ； B. △P AB >△P CD ; C. h f AB =h f CD ； D. R 1>R 2 2．流体作（ ）流动时，摩擦系数（λ）只是Re 的函数，而与管壁的粗糙度无关。 A. 层流 B.湍流 C.过渡流 D.完全湍流 3．离心泵的性能曲线中的H －－Q 线是在( )情况下测定的。 A. 效率一定； B. 功率一定； C. 转速一定； D. 管路（ｌ＋∑ｌe ）一定 4．离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( ) A. 气缚现象 B. 汽蚀现象 C. 汽化现象 D. 气浮现象. 5．已知圆筒壁(外半径为r 3)上两层保温材料的温度分布曲线如图2示：A 层的导热系数 ( )B 层的导热系数；应将( )放在内层保温效果好。(A 、B 两层厚度相等)。 A. 等于 B. 大于 C. 小于 D. A 层 E. B 层 6．对一台正在工作的列管式换热器，已知α1＝116w.m -2.K -1，α2＝11600 w. m -2.K -1，要提高传热系数（K ），最简单有效的途径是（ ）。 A. 设法增大α1; B. 设法增大α2; C. 同时增大α1和α2。 7．试比较某精馏塔中第n －1，n ，n ＋1层理论板上参数的大小（理论板的序数由塔顶向 下数起），即：y n+1（ ）y n ， y n （ ）x n-1。 A. ＞， B. ＝， C. ＜ 8．用y —x 图表示精馏塔在某一回流比操作时，其操作线的位置 （ ）。 A. 在对角线之下； B. 与对角线重合； C. 在对角线与平衡线之间 9．在吸收传质过程中，它的方向和限度，将取决于吸收质在气－液两相平衡关系，若要进行吸收操作，则应控制（ ） A. p ＞ ＜ ＝ 10． 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 图1 图2 第一章、流体流动 一、 流体静力学 二、 流体动力学 三、 流体流动现象 四、 流动阻力、复杂管路、流量计 一、流体静力学： ● 压力的表征：静止流体中，在某一点单位面积上所受的压力，称为静压力，简称压力， 俗称压强。 表压强（力）＝绝对压强（力）-大气压强（力） 真空度＝大气压强-绝对压 大气压力、绝对压力、表压力（或真空度）之间的关系 ● 流体静力学方程式及应用： 压力形式 )(2112z z g p p -+=ρ 备注：1)在静止的、连续的同一液体内，处于同一 能量形式 g z p g z p 22 11 +=+ρρ 水平面上各点压力都相等。 此方程式只适用于静止的连通着的同一种连续的流体。 应用： U 型压差计 gR p p )(021ρρ-=- 倾斜液柱压差计 微差压差计 二、流体动力学 ● 流量 质量流量 m S kg/s m S =V S ρ 体积流量 V S m 3/s 质量流速 G kg/m 2s (平均)流速 u m/s G=u ρ ● 连续性方程及重要引论： ● 一实际流体的柏努利方程及应用（例题作业题） 以单位质量流体为基准：f e W p u g z W p u g z ∑+++=+++ρ ρ222212112121 J/kg 以单位重量流体为基准：f e h g p u g z H g p u g z ∑+++=+++ρρ222212112121 J/N=m 输送机械的有效功率： e s e W m N = 输送机械的轴功率： ηe N N = （运算效率进行简单数学变换） 应用解题要点： 1、 作图与确定衡算范围:指明流体流动方向，定出上、下游界面； 2、 截面的选取：两截面均应与流动方向垂直； 3、 基准水平面的选取：任意选取，必须与地面平行，用于确定流体位能的大小； 4、 两截面上的压力：单位一致、表示方法一致； 5、 单位必须一致：有关物理量的单位必须一致相匹配。 三、流体流动现象： ● 流体流动类型及雷诺准数： （1）层流区 Re<2000 （2）过渡区 2000< Re<4000 （3）湍流区 Re>4000 第二章 吸收 1. 从手册中查得 KPa 、25 ℃时，若100 g 水中含氨1 g ，则此溶液上方的氨气平衡分压为 KPa 。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H (kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。 解：（1） 求H 由33NH NH C P H * = .求算. 已知：30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出： 以100g 水为基准，因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为 31000/kg m .则： 3333 31/17 0.582/1001 1000 0.582 /0.590/() 0.987NH NH NH a C kmol m H C P kmol m kP *= =+∴===? (2). 求m .由333 333330.987 0.00974 101.33 1/17 0.0105 1/17100/18 0.00974 /0.928 0.0105 NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x m y x ** **== = ===+=== 2. kpa 、10 ℃时，氧气在水中的溶解度可用p O2=×106x 表示。式中：P O2为氧在气相中的分压，kPa 、x 为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中，每立方米溶有多少克氧。 解： 氧在空气中的摩尔分数为0.21.故： 222 26 6 101.330.2121.2821.28 6.4310 3.31106 3.3110O O a O O P Py kP P x -==?====??? 因2O x 值甚小，故可以认为X x ≈ 即：2266.4310O O X x -≈=? 化工原理复习题 一 判断题 流体流动与输送 1. 当流体在管内流动达完全湍流时，摩擦系数λ与雷诺数Re 的大小无关。（ ） 2. 文丘里流量计和转子流量计均属变压差流量计。（ ） 3. 离心泵启动时，为减小启动功率，应将出口阀门关闭，这是因为随流量的增加，功率增大。（ ） 4. 流体做层流流动时，摩擦系数λ只是Re 的函数，而与管壁的粗糙度无关。（ ） 5. 流体在圆管内流动时，管的中心处速度最大，而管壁处速度为零。（ ） 6. 离心泵启动时，为减小启动功率，应将出口阀门关闭，这是因为随流量的增加，功率增大。（ ） 7. 理想流体流动时，无流动阻力产生。（ ） 8. 设备内的真空度愈高，表明绝对压强愈大。（ ） 9. 离心泵扬程随着流体流量的增大而下降。（ ） 转子流量计可以读出任何流体的流量。 离心泵铬牌上的性能参数是指泵效率最高点下的性能参数。 离心泵流量为零时轴功率最小。 （） 孔板流量计测流量时，流量大小不仅与压差计读数R 有关，而且与孔板孔径有关。 （） 转子流量计在测流量时，转子稳定后，其上下两截面的压差随流量增大而增大。 （） 离心泵使液体的实际升扬高度总是小于泵所提供的扬程。 （ ） 传热 1. 冬天，室外温度为2℃，刮着风，潮湿的衣服晒在外面不可能会结冰。（ ） 2. 在相同条件下，采用逆流操作比采用并流操作所需的传热面积小。（ ） 3. 导热系数和给热系数都是物性常数之一。（ ） 4. 换热器的平均传热温度差，是指热流体进出口的平均温度与冷流体进出口的平均温度的差值。( ) 5. 在相同条件下，采用逆流操作比采用并流操作所需传热面积小。（ ） 给热系数也是物质的一种物理性质 冬天坐在铁板上比坐在木板上要冷些，是因为木板的温度比铁板高。 （） 使用列管式换热器时，压力高的物料走管内，这样外壳可以不承受高压。 （） 对流传热过程热阻主要集中在流体的滞流内层上。 （） 在套管式换热器中，以水蒸汽加热空气，壁温一定很接近水蒸汽的温度。（） 逆流传热时的平均温度差一定大于并流时的平均温度差（） 蒸馏 1. 当精馏塔各板的板效率相等时，其全塔效率与板效率相等。（ ） 2. 若精馏段操作线方程 3.080.0+=x y ，则这个方程是错误的。（ ） 3. 根据恒摩尔流假设，精馏塔内气、液两相的摩尔流量一定相等。（ ） 吸收 一填空 (1) 在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数k y=2kmol/m2·h，气相传质总K y=1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓度y i应为?0.01????。平衡关系y=0.5x。 (2) 逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在塔底达到平衡。 (3) 在填料塔中用清水吸收混合气中HCl，当水量减少时气相总传质单元数N OG增加。 (4) 板式塔的类型有；板式塔从总体上看汽液两相呈逆流接触，在板上汽液两相呈错流接触。 (5) 在填料塔中用清水吸收混合气中NH3，当水泵发生故障使上水量减少时，气相总传质单元数NOG (增加）（增加，减少）。 (6) 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，吸收操作中温度不变，压力增加，可使相平衡常数???减小?（增大、减小、不变），传质推动力??增大?（增大、减小、不变），亨利系数??不变（增大、减小、不变）。 (7) 易溶气体溶液上方的分压（小），难溶气体溶液上方的分压（大) ，只要组份在气相中的分压(大于）液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。 (8) 压力（减小),温度( 升高）,将有利于解吸的进行；吸收因素(A= L/mV ) ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔（顶）达到平衡。 (9) 在逆流吸收塔操作时，物系为低浓度气膜控制系统，如其它操作条件不变，而气液流量按比例同步减少,则此时气体出口组成y2将 (减小），液体出口组成将（增大），回收率将。 (10) 当塔板中（气液两相达到平衡状态)，该塔板称为理论板。 (11) 吸收过程的传质速率方程N A=K G( )=k y( )。 (12) 对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的H OG将不变，N OG将增大。 (13)吸收因数A可表示为 mV/L，它在X–Y图上的几何意义是平衡线斜率与操作线斜率之比。 (14)亨利定律的表达式为；亨利系数E的单位为 kPa 。 (15) 某低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=1 ，气膜和液膜体积吸收系数分别为k y a=2× 10-4kmol/m3.s, k x a=0.4kmol/m3.s, 则该吸收过程为（气膜阻力控制）及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 99.95% ；该气体为易溶气体。 二选择 1.根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数 B 。 A大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2.单向扩散中飘流因子 A 。 第八章课堂练习： 1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同 2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低 3、若某气体在水中的亨利系数 E 值很大，说明该气体为难溶气体。 4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。 5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。 6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数 E 不变， H 不变，相平衡常数 m 减小 1、①实验室用水吸收空气中的O2 ，过程属于（ B ） A 、气膜控制B、液膜控制C、两相扩散控制 ② 其气膜阻力（C）液膜阻力 A 、大于B、等于C、小于 ２、溶解度很大的气体，属于气膜控制 ３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m 的直线时，则 1/Ky=1/ky+ m /kx 4、若某气体在水中的亨利常数 E 值很大，则说明该气体为难溶气体 5 、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG ，当(气膜阻力 1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 1、低含量气体吸收的特点是L 、 G 、Ky 、 Kx 、T 可按常量处理 2、传质单元高度HOG 分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG 表征了（分离任务的难易）特性。 3、吸收因子 A 的定义式为 L/ （ Gm ），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比 4、当 A<1 时，塔高 H= ∞，则气液两相将于塔底达到平衡 5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。 6、液气比低于（L/G ） min 时，吸收操作能否进行？能 此时将会出现吸收效果达不到要求现象。 7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元 高度 HOG 将↑，总传质单元数NOG将↓，操作线斜率（L/G ）将不变。 8、若吸收剂入塔浓度 x2 降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率↑，出口气体浓度↓。 x2 增大，其它条件不变，则 9、在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组 成气相总传质单元高度将（ A ）。 A. 不变 B.不确定 C.减小 D. 增大 吸收小结： 1、亨利定律、费克定律表达式 及温度而异，单位与压强的 2、亨利系数与温度、压力的关系； E 值随物系的特性单 位一致； m 与物系特性、温度、压力有关（无因次） 3、 E 、 H 、 m 之间的换算关系 4、吸收塔在最小液气比以下能否正常工作。 5、操作线方程（并、逆流时）及在y~x 图上的画法 6、出塔气体有一最小值，出塔液体有一最大值，及各自的计算式 7、气膜控制、液膜控制的特点 8、最小液气比(L/G)min 、适宜液气比的计算 9、加压和降温溶解度高，有利于吸收 减压和升温溶解度低，有利于解吸 第1周绪论 1化工原理中的“三传”是指( D )。 A.动能传递、势能传递、化学能传递 B.动能传递、内能传递、物质传递 C.动量传递、能量传递、热量传递 D.动量传递、热量传递、质量传递2因次分析法的目的在于（ A ）。 A.用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化 B.得到各无因次数群间的确切定量关系 C.用无因次数群代替变量，使实验结果更可靠 D.得到各变量间的确切定量关系 3下列选项中，不是化工原理研究的内容是（ C ）。 A.单元操作 B.传递过程 C.化学反应 D.物理过程 第2周流体流动（一） 2.1 1在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是( D )。 A.同一种流体内部 B.连通着的两种流体 C.同一种连续流体 D.同一水平面上，同一种连续的流体 2被测流体的（ C ）小于外界大气压强时，所用测压仪表称为真空表。 A.大气压 B.表压强 C.绝对压强 D.相对压强 3压力表测量的是( B )。 A.大气压 B.表压 C.真空度 D.绝对压强 2.2 1在定稳流动系统中，单位时间通过任一截面的( B )流量都相等 A.体积 B.质量 C.体积和质量 D.体积和摩尔 2在列伯努利方程时，方程两边的压强项必须( C )。 A.均为表压强 B.均为绝对压强 C.同为表压强或同为绝对压强 D.一边为表压强一边为绝对压强 3伯努利方程式中的H项表示单位重量流体通过泵(或其他输送设备)所获得的能量，称为（ D ）。 A.位能 B.动能 C.静压能 D.有效功 2.3 1( A )可用来判断流体的流动型态。 A.Re B.Nu C.Pr D.Gr 2流体的流动型态有( B )种。 A.1 B.2 C.3 D.4 3滞流与湍流的本质区别是( D )。 A.流速不同 B.流通截面不同 C.雷诺准数不同 D.滞流无径向运动，湍流有径向运动 第2周测验 1装在某设备进口处的真空表读数为50kPa，出口压力表的读数为100kPa，此设备进出口之间的绝对压强差为（ A ）kPa。 A.150 B.50 C.75 D.100 2 U型压差计不可能测出的值为( D )。 1.一个被测量体系外柱按上一个U型压差计,出现如图情况,说明体系与大气压是（）关系 A. 体系＞大气压 B. 体系＜大气压 C. 体系＝大气压 （第1小题图）（第2小题图） 2.如图所示,连接A.B两截面间的压差计的读数R表示了( )的大小。 A. A.B间的压头损失H f ； B. A.B间的压强差△P C. A.B间的压头损失及动压头差之和； D. A.B间的动压头差(u A2- u B2)/2g 3.层流与湍流的本质区别是( )。 A. 湍流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 4.离心泵起动时，应把出口阀关闭，以降低起动功率，保护电机，不致超负荷工作，这是因为（） A. Q启动＝0，N启动≈0 ； B. Q启动〉0，N启动〉0； C. Q启动=0，N启动〈0 5..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( ) A. 任何情况下扬程与ρ无关； B. 只有当（Z2－Z1）＝0时扬程与ρ无关； C. 只有在阻力损失为0时扬程与ρ无关； D. 只有当P2－P1＝0时扬程与ρ无关。 6.为使离心机有较大的分离因数和保证转鼓有关足够的机械强度，应采用（）的转鼓。 A. 高转速、大直径； B. 高转速、小直径； C. 低转速、大直径； D. 低转速，小直径。 7.为提高旋风分离器的效率，当气体处理量较大时，应采用（）。 A. 几个小直径的分离器并联； B. 大直径的分离； C. 几个小直径的分离器串联； D.与并联和串联的方式无关。 8.穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层的热阻R1与第二、三层热阻R2、R3的大小( )。 A. R1>(R2+R3)； B. R1<(R2+R3)； C. R1=(R2+R3) ； D. 无法比较。 （第8小题图） 9.有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为120 ℃）将管内一定流量的氢氧化钠溶液由20℃加热到80℃，该换热器的平均传热温度差Δt m为（）。 A. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln5； D.100/ ln5. 精馏练习 一．选择题 15．操作中连续精馏塔，当V /和其它条件不变，如采用的回流比小于原回流比，则（ B ）。 A ．D x 、W x 均增加； Ｂ．D x 减小，W x 增加； Ｃ．D x 、W x 均不变； Ｄ．不能正常操作 *17． 精馏操作时，若在F 、F x 、q 、R 不变的条件下，将塔顶产品量D 增加，其结果是 （ ）。 C A ．D x 下降，W x 上升； B ．D x 下降，W x 不变； C ． D x 下降，W x 亦下降； D ．无法判断； 分析：当D 增加时，D x 减小，但因回流比R 不变，只有V 和L 同时增加，即'V 和'L 同 时增加，以1=q 为例，从提馏段操作线斜率看 1''++=R D F R V L ，当D 增大后， ''V L 变小，而T N 不变，故有W x 减小。 14. 对于不同的进料热状况，x q 、y q 与x F 的关系为 （1）冷液进料：x q x F ，y q x F ； （2）饱和液体进料：x q x F ，y q x F ； （3）气液混合物进料：x q x F ，y q x F f ； （4）饱和蒸汽进料：x q x F ，y q x F ； （5）过热蒸汽进料：x q x F ，y q x F ； A ． 大于 大于 B ． 等于 大于 C ． 小于 大于 D ． 小于 等于 E ． 小于 小于 15. 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V L （ ），馏出液组成x D ( ),釜残液组成x W ( ). A 增加 B 不变 C 不确定 D 减小A A D 16. 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N T （ ），提馏段下降液体流量L /（ ）。 A 减小 B 不变 C 增加 D 不确定 A C 19. 完成某分离任务需理论板数为N T =7（包括再沸器），若E T =50%，则塔内需实际板数（不 包括再沸器）为（ ） A 14 层 B 10层 C 12层 D 无法确定 C 二、 填空题 第一章、流体流动 一、 流体静力学 二、 流体动力学 三、 流体流动现象 四、 流动阻力、复杂管路、流量计 一、流体静力学： ● 压力得表征：静止流体中，在某一点单位面积上所受得压力，称为静压力，简称压力， 俗称压强。 表压强（力）＝绝对压强（力）-大气压强（力） 真空度＝大气压强-绝对压 大气压力、绝对压力、表压力（或真空度）之间得关系 ● 流体静力学方程式及应用： 压力形式 )(2112z z g p p -+=ρ 备注：1)在静止得、连续得同一液体内，处于同一 能量形式 g z p g z p 22 11 += +ρ ρ 水平面上各点压力都相等。 此方程式只适用于静止得连通着得同一种连续得流体。 应用： U 型压差计 gR p p )(021ρρ-=- 倾斜液柱压差计 微差压差计 二、流体动力学 ● 流量 质量流量 m S kg/s m S =V S ρ 体积流量 V S m 3/s 质量流速 G kg/m 2s (平均)流速 u m/s G=u ρ ● 连续性方程及重要引论： 22 112)(d d u u = ● 一实际流体得柏努利方程及应用（例题作业题） 以单位质量流体为基准：f e W p u g z W p u g z ∑+++=+++ ρ ρ222212112121 J/kg 以单位重量流体为基准：f e h g p u g z H g p u g z ∑+++=+++ ρρ222212112121 J/N=m 输送机械得有效功率： e s e W m N = 输送机械得轴功率： η e N N = （运算效率进行简单数学变换） 应用解题要点： 1、 作图与确定衡算范围:指明流体流动方向，定出上、下游界面； 2、 截面得选取：两截面均应与流动方向垂直； 3、 基准水平面得选取：任意选取，必须与地面平行，用于确定流体位能得大小； 4、 两截面上得压力：单位一致、表示方法一致； 5、 单位必须一致：有关物理量得单位必须一致相匹配。 (1) 静力学方程 1 2 122112() p p gz gz p p g z z ρ ρ ρ+ =+ =+- 522 4 21atm 1.01310Pa 760mmHg 10.33mH O 1kgf/cm 9.8110Pa 735.6mmHg 10mH O =?===?== (2) U 形压差计 ()() A B i A B p p p Rg g z z ρρρ?=-=---(两测压口不在同一高度) () i i p Rg ρρρρ?=-3 (两测压口在同一高度) 、——分别为指示液和被测液体的密度,kg/m (3) 流体的速度u 、体积流量q v 、质量流量q m 、及质量流速G v m v q uA G u q q uA GA =====ρ ρρ (4) 牛顿粘性定律 a a 2p .s, 1p .s=10Ρ=1000c Ρm s du dy S S τμ μ μνρ =I = I 粘度制单位为运动粘度制单位为 (5) 连续性方程 111222 1122 22 1122 () (,:)(,) u A u A u A u A u d u d ρρρρ=====稳定流动稳定流动,常数如液体稳定流动,常数圆管内 (6) 机械能守恒式 均质不可压缩流体等温稳态流动的柏努利方程如下： 22 11221212 2211221212 ) 22(m) 22e f e f u p u p gz h gz h u p u p z H z H g g g g ρρρρ--+++=++++++=+++J (kg (8) 雷诺数 2000,4000,e e e e du dG du R R R R ρ μ μ ν = = = ≤≥层流湍流2000<<4000,过渡区 (9) 阻力损失 化工原理（天津大学第二版）下册部分答案 第8章 2. 在温度为25 ℃及总压为 kPa 的条件下，使含二氧化碳为%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨 利系数51066.1?=E kPa ，水溶液的密度为 kg/m 3。 解：水溶液中CO 2的浓度为 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318 c ==kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为 由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==???=kPa 气相中CO 2的分压为 t 101.30.03kPa 3.039p p y ==?=kPa < *p 故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。 以CO 2的分压表示的总传质推动力为 *(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ?=-=-=kPa 3. 在总压为 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y =、3 1.06koml/m c =。气膜吸收系数k G =×10-6 kmol/(m 2skPa)，液膜吸收系数k L =×10-4 m/s 。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝ kmol/(m 3kPa)。 （1）试计算以p ?、c ?表示的总推动力和相应的总吸收系数； （2）试分析该过程的控制因素。 解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 t 1.06*(110.50.032)kPa 2.0740.725 c p p p p y H ?=-=- =?-=kPa 其对应的总吸收系数为 6G 1097.4-?=K kmol/(m 2skPa) 以液相组成差表示的总推动力为 其对应的总吸收系数为 （2）吸收过程的控制因素 气膜阻力占总阻力的百分数为 气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。 4. 在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为 kPa ，操作温度为25 ℃。在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为 kmol/(m 3kPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为 kPa ，液相组成为 kmol/m 3，液膜吸收系数k L =×10-5 m/s ，气相总吸收系数K G ＝×10-5 kmol/(m 2skPa)。求该截面处（1）膜吸收系数k G 、k x 及k y ；（2）总吸收系数K L 、K X 及K Y ；（3）吸收速率。 解：(1) 以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25 ℃时水的密度为 0.997=ρkg/m 3 溶液的总浓度为化工原理下复习提纲
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