化工分离 化工原理作业解答

第一章

2.假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量表示在所附简图中。求： 1) 总变更量数Nv;

2) 有关变更量的独立方程数Nc ； 3) 设计变量数Ni;

4) 固定和可调设计变量数Nx ,

Na ；

5) 对典型的绝热闪蒸过程，你将

推荐规定哪些变量？

思路1：

3股物流均视为单相物流， 总变量数Nv=3(C+2)=3c+6 独立方程数Nc 物料衡算式 C 个 热量衡算式1个 相平衡组成关系式C 个 1个平衡温度等式

1个平衡压力等式 共2C+3个 故设计变量Ni

=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3

固定设计变量Nx ＝C+2,加上节流后的压力，共C+3个 可调设计变量Na ＝0 解：

1) Nv = 3 ( c+2 )

2) Nc 物 c 能 1 相 c 内在(P ，T) 2 Nc = 2c+3 3) Ni = Nv – Nc = c+3 4) Nxu = ( c+2 )+1 = c+3 5) Nau = c+3 – ( c+3 ) = 0 思路2：

输出的两股物流看成是相平衡物流，所以总变量数Nv=2(C+2)

F zi T F P F

V , yi ,Tv , Pv

L , x i , T L , P L

习题5附图

独立方程数Nc ：物料衡算式 C 个 ，热量衡算式1个 ,共 C+1个 设计变量数 Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3

固定设计变量Nx:有 C+2个加上节流后的压力共C+3个 可调设计变量Na ：有0 第二章

1.计算在0.1013MPa 和378.47K 下苯(1)-甲苯(2)-对二甲苯(3)三元系，当x 1=0.3125，x 2=0.2978，x 3=0.3897时的K 值。汽相为理想气体，液相为非理想溶液。并与完全理想系的K 值比较。已知三个二元系的Wilson 方程参数。

83.977;33.1035

22121112=--=-λλλλ 15.4422223=-λλ ;05.4603323-=-λλ

14.15101113=-λλ ; 81.16423313-=-λλ (单位：J/mol) 在T=378.47K 时液相摩尔体积为：

k m o l m v L 3311091.100-?= ；321055.117-?=L v ；331069.136-?=L

v

安托尼公式为：

苯：)36.5251.2788

7936.20ln 1--=T P s ； 甲苯：()67.5352.30969065.20ln 2--=T P s ；

对二甲苯：()84.5765.33469891.20ln 3--=T P s ；(K T Pa P s :;:) 解：由Wilson 参数方程()[]

RT v

v ii ij L

i

L j ij λλ--=

Λexp

()[]RT v v L L 11121

2

12exp λλ--=Λ

()()[]47.378314.833.1035exp 10

91.1001055.1173

3

?--??=-- =1.619 ()[]RT v v L L

22212

121

exp λλ--=Λ ()()[]47.378314.883.977exp 10

55.1171091.1003

3

?-??=-- =0.629

同理：838.013=Λ ；244.131=Λ 010.123=Λ ；995.032=Λ

由Wilson 方程∑∑∑ΛΛ-???? ??Λ-=k j

j

kj k ki j j ij i x x x ln 1ln γ： 9184.01=γ ；9718.02=γ ；9930.03=γ 根据安托尼方程：

M P a P s

2075

.01= ；Pa P s 4210693.8?= ；Pa P s 4310823.3?= 由式(2-38)计算得：

88.11=K ；834.02=K ；375.03=K 如视为完全理想系，根据式(2-36)计算得： 048.21=K ；858.02=K ；377.03=K

3.一液体混合物的组成为：苯0.50；甲苯0.25；对二甲苯0.25(摩尔分率)。分别用平衡常数法和相对挥发度法计算该物系在100kPa 式的平衡温度和汽相组成。假设为完全理想系。

解1：

(1)平衡常数法： 设T=368K 用安托尼公式得：

kPa P s 24.156

1= ；kPa P s 28.632= ；kPa P s 88.263= 由式(2-36)得：

562.11=K ；633.02=K ；269.03=K

781.01=y ；158.02=y ；067.03=y ；006.1=∑i y 由于∑i y >1.001，表明所设温度偏高。

由题意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得：

553.11

'1==∑i y K K 可得K T 78.367'=

重复上述步骤：

553.1'1=K ；6284.0'2=K ；2667.0'

3=K

7765.0'1=y ；1511.0'2=y ；066675

.0'3=y ；0003.1=∑i y 在温度为367.78K 时，存在与之平衡的汽相，组成为：苯0.7765、

甲苯0.1511、对二甲苯0.066675。

(2)用相对挥发度法：

设温度为368K ，取对二甲苯为相对组分。计算相对挥发度的：

13α

解2：

(1)平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95℃

苯： 96.11)36.5215.27395/(5.27887936.20ln 1=-+-=s P ；

∴ Pa P s 51

10569.1?= 甲苯： 06.11)67.5315.27395/(52.30969065.20ln 2=-+-=s P ；

∴Pa P s 4210358.6?=

对二甲苯：204.10)84.5715.27395/(65.33469891.20ln 3=-+-=s P ；

∴Pa P s 4310702.2?=

569.11010

569.15

5

1

1=?==P P K s ；6358.022==

P

P K s

2702

.033==

P

P K s

∴011.125.06358.025.02702.05.0596.1=?+?+?=∑i i x K

选苯为参考组分：552.1011

.1569

.112==K ；解得T 2=94.61℃ ∴05.11ln 2=s P ； Pa P s 4210281.6?= 19.10ln 3=s P ；

Pa P s 43106654.2?=

∴2K =0.6281

3K =0.2665

∴19997.025.02665.025.06281.05.0552.1≈=?+?+?=∑i i x K

故泡点温度为94.61℃，且776.05.0552.11=?=y ；

157.025.06281.02=?=y ；067.025.02665.03=?=y

(2)相对挥发度法

设t=95℃，同上求得1K =1.569，2K =0.6358，3K =0.2702

∴807.513=α，353.223=α，133=α

∴∑=?+?+?=74.325.0125.0353.25.0807.5i i x α

.174.325

.0174.325.0353.274.35.0807.5=?+∑∑

?+?=∑=i

i i i i x x y αα

故泡点温度为95℃，且776.074

.35

.0807.51=?=

y ；

157

.074.325

.0353.22=?=

y ；

5、一烃类混合物含甲烷5%(mol)，乙烷10%，丙烷30%及异丁烷55%，试求混合物在25℃时的泡点压力和露点压力。

解1：因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可以看成理想溶液，i K 值只取决于温度和压力。可使用烃类的P-T-K 图。 ⑴泡点压力的计算：75348

∑i

i x

K =1.005≈1，故泡点压力为1.8MPa 。

⑵露点压力的计算：

解2：(1)设P 1=1000KPa ，由25℃，1000KPa ，查P-T-K 列线图得i K

1K =16.5 2K =3.2

3K =1.0 4K =0.43

所以168.143.055.00.13.02.31.05.1605.0>=?+?+?+?=∑i y

选异丁烷为参考组分

282.0907.0256.042

43===∑i

y K K ，查得P=1771KPa

在此条件下求得∑i y =1.02≠1，继续调整

279.002.1282.043

44===

∑i

y K K ，查得P=1800KPa 求得：

(2)求露点压力

设P 1=1000KPa ，由25℃，1000KPa ，查P-T-K 列线图得i K

1K =16.5 2K =3.2 3K =1.0 4K =0.43

所以∑∑=++==614.143.055.02.310.05.1605.0i

i i K y

x

选异丁烷为参考组分

694.0614.143.04142=?=?=∑i x K K

由25℃，42K =0.694查得P=560KPa ，查得各组分的i K 值 求得∑i x

6、含有80%(mol)醋酸乙酯(A)和20%乙醇(E)的二元物系，液相活度系数用Van

Laar 方程计算，AE A =0.144，EA A =0.170。试计算在101.3kPa 压力下的泡点温度和露点温度。

安托尼方程为：

醋酸乙酯：()15.5750.2790

0444.21ln --=T P S

A

乙醇：()

68.4198.3803

8047.23ln --=T P S

E (P S ：Pa ；T ：K)

解1：⑴泡点温度

此时8.0=A x ，2.0=E x 0075

.02.0170.08.0144.01144.01ln 2

2

=?

?? ???

?

+=

????

?

?+=

E EA A AE AE

A x A x A A γ 0075.1=A γ 1013

.08.0144.02.0170.01170.01ln 2

2

=?

?? ???

?

+=

???

?

??+=

A AE E EA EA

E x A x A A γ 1067.1=E γ 设T=350K

()Pa

P T P S

A S

A 100271516.1115.5750.2790

0444.21ln ==--=

()Pa

P T P S

E S

E 955054669.1168.4198.3803

8047.23ln ==--=

9972

.0==

P

P K S

A A A γ 0434.1==

P

P K S

E E E γ

∑=?+?=+=0064.12.00434.18.09972.0E E A A i

i x K x K x

K ∑≈1i

i x

K

所以泡点温度为350K 。 ⑵露点温度

此时8.0=A y ，2.0=E y

设T=350K ，

()Pa

P T P S

A S

A 100271516.1115.5750.2790

0444.21ln ==--=

()Pa

P T P S

E S

E 955054669.1168.4198.3803

8047.23ln ==--=

设1=A γ，1=E γ 9898

4.0==

P

P K S

A A A γ 94279.0==P

P K S

E E E γ

8082.0==

A

A

A K y x 2121.0==

E

E

E K y x 00806.02121.0170.08082.0144.01144

.01ln 2

2

'

=?

??

?

???+=

???? ?

?+=

E EA A AE AE

A x A x A A γ

0081.1'=A γ

09908

.08082.0144.02121.0170.01170

.01ln 2

2

'

=?

?? ???

?

+=

???

?

??+=

A AE E EA EA

E x A x A A γ 1042.1'=E γ 99785.0101300100271

0081.1''

=?=

=

P

P K S

A A A γ

0410

3.1101300

95505

1042.1''

=?=

=P

P K S

E E E γ

9938

.01921.08017.0'

'

'=+=+

=

∑E

E A

A i

i

K y K y K

y

∑≈1i

i

K y

所以露点温度为350K 。 解2：(1)计算活度系数：

0075.0)2.017.08.0144.01(144

.0}1(ln 22=??+=+=

E

EA A AE AE A x A x A A r

A r =1.0075 10137.0}

8.0144.02.017.01(17

.0}1(ln 2

2=??+=+=

A

AE E EA EA E x A x A A r

E r =1.107

(2)计算泡点温度 设T=353.15K(80℃)

617

.1115

.5715.35350.2790

0444.21ln =--=s A P

∴Pa P s A 5

101097.1?=

5917

.1168

.4115.35398.3808

8047.23ln =--=s E P

∴Pa P s E

5

10082.1?= ∴1037.110013.1101097.10075.15

5

=???==P P r K S A A A 1821.110013.110082.1107.15

5

=???==P P r K S E E E

∴1194.12.01821.18.01037.1=?+?=∑i i x K

调整98597.01194

.11037

.12==A K )15

.575.27900444.21exp(0075.110013.198597.0522

--=??==T r P K P A A S

A

解得T 2=349.65，即T 2=76.50℃

∴s

A P ln =11.504

Pa P s A 41091.9?=

s E P ln =11.453

Pa P s E 4104175.9?=

∴A K =0.9857

E K =1.0288

1

9943.02.00288.18.09857.0≈=?+?=∑i

i x

K

故泡点温度为76.5℃

(3)计算露点温度 设T=353.15K(80℃)

∴9867.0894.01037.12=?=A K

)

15.575.27900444.21exp(0075.110013.19867.0522

--=??==T r P K P A A S

A

解得T 2=349.67K(76.52℃)

∴s

A P ln =11.505

Pa P s A 41092.9?=

s E P ln =11.454

Pa P s E 410425.9?=

9866

.0013.1992

.00075.1=?=

A K 03

.1013.19425.0107.1=?=E K

1005.103.12.09866.08

.0≈=+=∑i

x

故露点温度为76.52℃

7.在101.3kPa 下，对组成为45%(摩尔)正己烷，25%正庚烷及30%正辛烷的混合物。

⑴求泡点和露点温度

⑵将此混合物在101.3kPa 下进行闪蒸，使进料的50%汽化。求闪蒸温度，

两相的组成。

解：⑴因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可看成理想溶液，K I 只取决于温

度和压力，可使用烃类的P-T-K 图。 泡点温度计算得：T B =86℃。 露点温度计算得：T D =100℃。

⑵由式(2-76)

()()∑≈=-ψ+-00006.0111i

i

i K z K

所以闪蒸温度为93℃。

由式(2-77)、(2-68)计算得：

x C6=0.308，x C7=0.266，x C8=0.426 y C6=0.591，y C7=0.234，y C8=0.175

所以液相中含正己烷30.8%，正庚烷26.6%，正辛烷42.6%； 汽相中含正己烷59.1%，正庚烷23.4%，正辛烷17.5%。

第四章

2的类型题：

某原料气组成如下：

组分 CH 4 C 2H 6 C 3H 8 i-C 4H 10 n-C 4H 10 i-C 5H 12 n-C 5H 12 n-C 6H 14 y 0(摩尔分率) 0.765 0.045 0.035

0.025

0.045 0.015

0.025

0.045

先拟用不挥发的烃类液体为吸收剂在板式塔吸收塔中进行吸收，平均吸收温度为38℃，压力为1.013Mpa ，如果要求将i-C 4H 10回收90%。试求： (1) 为完成此吸收任务所需的最小液气比。

(2) 操作液气比为组小液气比的1.1倍时，为完成此吸收任务所需理论板数。

(3) 各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。 (4)

求塔底的吸收液量

解：(1)最小液气比的计算：

在最小液气比下 N=∞，A 关=?关=0.0.85

关关）（A K V L ?=min =0.56 ?0.85=0.476

(2)理论板数的计算：

操作液气比min 2.1）（V L V L ==1.2?0.476=0.5712 02.156

.05712

.0===关关关V K L A

32.5102

.1log 85.0185.002.1log 1log 1log =---=---=

）（）（A A N ?? (3)尾气的数量和组成计算： 非关键组分的

i i VK L

A =

吸收率

11

1--=++N i N i i

A A A ?

被吸收的量为i N v ??+1，塔顶尾气数量i i N v v =-?+)1(1?

塔顶组成

V v y i

i =

1

(4)塔底的吸收量N L 塔内气体平均流率：

185.90237

.80100=+=

v Kmol/h

塔内液体平均流率：

514.51185.905712.020=?=?=+=

均均）（V V L

L L L N

而N N L V L V +=++101，即100+0L =80.37+N L 联立求解得N L =61.33Kmol/h. 0L =41.70Kmol/h 解2：由题意知，i-C 4H 10为关键组分

由P=1.013Mpa ，t 平=38℃ 查得K 关=0.56 (P-T-K 图) (1)在最小液气比下 N=∞，A 关=中关=0.9

关关）（A K V L ?=min =0.56 ?0.9=0.504

(2)min 1.1）（V L V L ==1.1?0.504=0.5544

99.056

.05544

.0===关关关

V K L A 所以 理论板数为

48.9199

.0log 9

.019

.099.0log 1log 1log =---=---=

）

（）（A A N ??

(3)它组分吸收率公式 i i

VK L

A =，1

1

1

--=++N i N i i A A A ?

以CH4为例：

i A =032

.04.175544

.0==i

VK L

i

φ=32.01032.099

.0032.0148.91

48.9=--++

V1(CH4)=(1-

i

φ)VN+1=(1-0.032)?76.5=74.05

923

.05.7605

.741

1144==

=

V V y CH CH ）（）（

（3） 塔内气体平均流率：10.902

190

.80100=+=

v Kmol/h

塔内液体平均流率：L=905.92

81.19000+=++L L L ）

（

由v l =0.5544

∴0L =40.05Kmol/h

2.KC 2==0.56 (L/V)min=k i φA =0.56*0.99=0.5544

L/V=1.5(L/V)min=0.8316

由Ai=(L/V)/Ki 的得Ai

代入C 2=数据得N=8.87 取N=9

1

1

1--=++N i N i i

A A

A ? v1=vn+1(1-Φi)

L/V=(L0+LN)/(V N+1+V 1)=(L0+L0+V N+1-V 1) V1=∑v 1i 联解得V1=40.325 L0=28.51

3、

V1+L0=V N+1+LN

第六章

2、分离苯(B)、甲苯(T)和异丙苯(C)的精馏塔，塔顶采用全凝器。分析釜液组成

为：x B = 0.1(mol)，x T = 0.3，x C = 0.6。蒸发比V’/W =1.0。假设为恒摩尔流。

相对挥发度αBT =2.5，αTT =1.0，αCT =0.21，求再沸器以上一板的上升蒸汽组成。

解：根据提馏段物料衡算得：

L’=W+V’

由V’/W =1.0

L’/V’ =2.0； L’/W =2.0。 由式∑=

j

i ir j

i ir j i x x y ,,,αα得：

y B =0.3698；y T =0.4438；y C =0.1864。 由提馏段操作线方程：

x B =0.2349；x T =0.3719；x C =0.3932。 再沸器以上一板的上升蒸汽组成：

∑=

j

i ir j

i ir j

i x x y ,,,αα y B =0.5637；y T =0.3570；y C =0.0793。

3、精流塔及相对挥发度与习题2相同。进料板上升蒸汽组成y B =0.35(mol)，y T =0.20，y C =0.45。回流比L/D =1.7，饱和液体回流。进料板上一级下流液体组成为x B =0.24(mol)，x T =0.18，x C =0.58。求进料板以上第2板的上升蒸汽组成。

解：根据精馏段物料衡算得：

V = L+D ；

由L/D =1.7

V/L =2.7/1.7 =1.588；D/L =1/1.7 =0.588。 根据精馏段操作线方程得：

x D,B =0.537；x D,T =0.234；x D,C =0.229。 进料板上1板上升蒸汽组成为： y B =0.6653；y T =0.1996；y C =0.1351。

根据精馏段操作线方程得进料板上2板下流液体组成为： x B =0.74；x T =0.18；x C =0.08。 进料板上2板上升蒸汽组成为： y B =0.904；y T =0.088；y C =0.008。

4、分离苯(B)、甲苯(T)和异丙苯(C)的精馏塔，操作压力为101.3kPa 。饱和液体进料，其组成为25%(mol)苯，35%甲苯和40%异丙苯。进料量100kmol/h 。塔顶采用全凝器，饱和液体回流，回流比L/D =2.0。假设恒摩尔流。相对挥发度为常数αBT =2.5，αTT =1.0，αCT =0.21。规定馏出液中甲苯的回收率为95%，釜液中异丙烷的回收率为96%。试求：

（1）按适宜进料位置进料，确定总平衡级数； （2）若在第5级进料(自上而下)，确定总平衡级数。 解：①全塔物料衡算和计算起点的确定： 按清晰分割：Fz B =Dx B,D =2.5；

Dx T,D =0.95(Fz T ) =33.25；

Dx C,D =(1-0.96)(Fz C ) =1.6；

②操作线方程

精馏段 D i j i j i x V D

x V L y ,,1,+=

+ 式中 32122=+=+=D L L V L ；31

=V D 提馏段 W i j i j i x V W

x V L y ,,1,'

''-=+

式中 L’=2D+F=219.7；

V’=V=L+D =3D =179.55

L’/V’=1.224；W/V’ =0.224。

③逐级计算

核实第2级是否为进料级： 按精馏段操作线计算y i,3得：

y B,3= 0.1953；y T,3 =0.5163；y C,3 =0.2883 按提馏段操作线计算y i,3得：

y B,3= 0.1028；y T,3 =0.5985；y C,3 =0.2987

则 7908.13,3,=????????R C T y y ＜0037.23,3,=????????S

C T y y

所以第2级不是进料级。

所以：y B,3= 0.1953；y T =0.5163；y C =0.2883 核实第3级是否为进料级： 按精馏段操作线计算y i,4得： y B,4= 0.166；y T,4 =0.360；y C,4 =0.474 按提馏段操作线计算y i,4得：

y B,4= 0.049；y T,4 =0.311；y C,4 =0.640

则 759.04,4,=????????R C T y y ＜486.04,4,=????

????S

C T y y

因x C,5 > x C,W 和x T,5 < x T,W

所以第5级(包括再沸器)为最后一级。 ④估计值的校核 W 值应调整为： 0.10006.04

.3875.1=++W

W 解得： W =40.174；

D =59.826。

5558.0826.5925

.33,==D T x

0267.0826

.596.1,==D C x

x B,D =0.4175； ()()()000124175

.04175.0418.0,,,=-=-计算计算估计D B D B D B x x x ＜0.01

满足准确度，不再重复逐级计算。

5、某精馏塔共有三个平衡级，一个全凝器和一个再沸器。用于分离由60%(mol)的甲醇，20%乙醇和20%正丙醇所组成的饱和液体混合物。在中间一级上进料，进料量为1000kmol/h 。此塔的操作压力为101.3kPa 。馏出液量为600kmol/h 。回流量为2000kmol/h 。饱和液体回流。假设恒摩尔流。用泡点法计算一个迭代循环，直到得出一组新的T i 值。 安托尼方程：

甲醇：()29.345.3626

4803.23ln 1--=T P S

乙醇：()68.4198.38038047.23ln 2--=T P S

正丙醇：()15.8038.31664367.22ln 3--=T P S (T ：K ；P S ：Pa)

提示：为开始迭代，假定馏出液温度等于甲醇的正常沸点，而塔釜温度等于其它

两个醇的正常沸点的算术平均值，其它级温按线性内插。

解：馏出液量D = U 1= 600kmol/h ，L 1= 2000kmol/h ，由围绕全凝器的总物料衡算

得V 2=L 1+U 1=2600kmol/h 。 由安托尼方程算出物料的沸点得：

T 甲醇 =337.65K ，T 乙醇 =351.48K ，T 正丙醇 =370.35K 。

假定馏出液温度等于甲醇的正常沸点，而塔釜温度等于其它两个醇的正常沸点的算术平均值，其它级温按线性内插。

K 值为：

第1个组分甲醇的矩阵方程推导如下

当V 1 = 0，G j = 0(j =1，…5)时，从式(4-19)可得

()

∑-+=-=1

1j m m m j j U F V A

所以，A 5 =V 5+F 3 – U 1 =2600+1000 －600=3000 类似得，A 4 =3000，A 3 =2000和A 2 =2000 当V 1=0和G j =0时，由式(4-20)可得

()??

???

??

?

=+++∑-+-=ij j j

j

m m m j j K V U

U F V B 1

1

因此，B5 = －[F3－U1+V5K1,5]=－[1000 – 600+2600×2.33]= －6458 同理，B4 = －7966，B3 = －7030，B2= －5250和B1= －2600 由式(4-21)得：D3 = －1000×0.60= －600kmol/h 相类似 D1 = D2 = D4 = D5 = 0 将以上数值代入式(4-23)，得到：

???

??????

???????-=????????????????????????????????-----0060000645830000006058796630000004966703020000004030525020000003250

26005,14,13,12,11,1x x x x x 用式(4-26)和(4-27)计算p j 和q j

25.126003250

111-=-==

B C p 026000111=-==

B D q

()465

.125.1200052504030

12222-=---=-=

p A B C p

按同样方法计算，得消元后的方程

显然，由式(4-28b)得 x1,5 = 0.134

依次用式(4-28a)计算，得

x 1,4 =0.288，x 1,3 =0.494，x 1,3 =0.723，x 1,1 =0.904

在这些组成归一化以后，用式(4-3)迭代计算101.3kPa 压力下的泡点温度并和

初值比较。

???

??????

???????=????????????????????????????????----134.0101.0146.00010000397.110000210.110000465.11000025

.115,14,13,12,11,1x x x x x

化工原理非均相物系分离习题库.

非均相物系分离 一、填空题 1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u1,在空气中为u2，则u12；若在热空气中的沉降速度为u3，冷空气中为u4，则u34。(＞，＜，＝) dg(ρs-ρ) 18μ2答：ut=，因为水的粘度大于空气的粘度，所以u1

化工原理课后答案

3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？ 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378 .081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～

(完整版)化工原理概念汇总

化工原理知识 绪论 1、单元操作：（Unit Operations）： 用来为化学反应过程创造适宜的条件或将反应物分离制成纯净品，在化工生产中共有的过程称为单元操作（12）。 单元操作特点： ①所有的单元操作都是物理性操作，不改变化学性质。②单元操作是化工生产过程中共有的操作。③单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用设备也是通用的。单元操作理论基础：（11、12） 质量守恒定律：输入=输出+积存 能量守恒定律：对于稳定的过，程输入=输出 动量守恒定律：动量的输入=动量的输出+动量的积存 2、研究方法： 实验研究方法（经验法）：用量纲分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通常用无量纲数群(或称准数)构成的关系来表达。 数学模型法（半经验半理论方法）：通过分析，在抓住过程本质的前提下，对过程做出合理的简化，得出能基本反映过程机理的物理模型。（04） 3、因次分析法与数学模型法的区别：（08B） 数学模型法（半经验半理论）因次论指导下的实验研究法 实验：寻找函数形式，决定参数

第二章：流体输送机械 一、概念题 1、离心泵的压头（或扬程）： 离心泵的压头（或扬程）：泵向单位重量的液体提供的机械能。以H 表示，单位为m 。 2、离心泵的理论压头： 理论压头：离心泵的叶轮叶片无限多，液体完全沿着叶片弯曲的表面流动而无任何其他的流动，液体为粘性等于零的理想流体，泵在这种理想状态下产生的压头称为理论压头。 实际压头：离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括：1）叶片间的环流，2）流体的阻力损失，3）冲击损失。 3、气缚现象及其防止： 气缚现象：离心泵开动时如果泵壳内和吸入管内没有充满液体，它便没有抽吸液体的能力，这是因为气体的密度比液体的密度小的多，随叶轮旋转产生的离心力不足以造成吸上液体所需要的真空度。像这种泵壳内因为存在气体而导致吸不上液的现象称为气缚。 防止：在吸入管底部装上止逆阀，使启动前泵内充满液体。 4、轴功率、有效功率、效率 有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne 表示。 效率： 轴功率：电机输入离心泵的功率,用N 表示，单位为J/S,W 或kW 。 二、简述题 1、离心泵的工作点的确定及流量调节 工作点：管路特性曲线与离心泵的特性曲线的交点，就是将液体送过管路所需的压头与泵对液体所提供的压头正好相对等时的流量，该交点称为泵在管路上的工作点。 流量调节： 1）改变出口阀开度——改变管路特性曲线； 2）改变泵的转速——改变泵的特性曲线。 2、离心泵的工作原理、过程： 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向 g QH N e ρ=η/e N N =η ρ/g QH N =

化工原理作业详细答案

化工原理作业详细答案

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa，在甲 地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数 为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度=()kPa 3. 65 Pa 10 20 10 3. 853 3= ? - ? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=()kPa 03 . 36 Pa 10 3. 65 10 33 . 1013 3= ? - ? 5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为R1=500 mm， R2=80 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃 管内灌入一段水，其高度R3=100 mm。试求A、B两点的表压力。 解：（1）A点的压力 ()（表） Pa 10 1.165 Pa 08 .0 81 .9 13600 1.0 81 .9 10004 2 汞 3 水 A ? = ? ? + ? ? = + =gR gR pρ ρ （2）B点的压力 ()（表） Pa 10 7.836 Pa 5.0 81 .9 13600 10 165 .14 4 1 汞 A B ? = ? ? + ? = + =gR p pρ 13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至 精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压 力为1.0133?105 Pa。流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔 内压力为1.21?105 Pa，进料口高于储罐内的液面8 m，输送管道 直径为φ68 mm ?4 mm，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道 的能量损失为70 J/kg，求泵的有效功率。 解：在截面-A A'和截面- B B'之间列柏努利方程式，得 22 1122 1e2f 22 p u p u gZ W gZ h ρρ +++=+++∑ () s m 966 .1 s m 004 .0 2 068 .0 4 14 .3 3600 20 4 π kg J 70 m 0.8 Pa 10 21 .1 Pa 10 0133 .1 2 2 2 f 1 1 2 5 2 5 1 = ? - ? = = = = ≈ = - ? = ? = ∑ d V A V u h u Z Z p p ； ； ； ；

化工分离工程复习题及答案..

化工分离过程试题库(复习重点) 第一部分填空题 1、分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程）的逆过程。 2、分离因子是根据（气液相平衡）来计算的。它与实际分离因子的差别用（板效率）来表示。 3、汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。 4、精馏塔计算中每块板由于（组成）改变而引起的温度变化，可用（泡露点方程）确定。 5、多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（设计）型计算和（操作）型计算。 6、在塔顶和塔釜同时出现的组分为（分配组分）。 7、吸收有（轻）关键组分，这是因为（单向传质）的缘故。 8、对多组分吸收，当吸收气体中关键组分为重组分时，可采用（吸收蒸出塔）的流程。 9、对宽沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（进料热焓）决定，故可由（热量衡算）计算各板的温度。 10、对窄沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（组成的改变）决定，故可由（相平衡方程）计算各板的温度。 11、为表示塔传质效率的大小，可用（级效率）表示。 12、对多组分物系的分离，应将（分离要求高）或（最困难）的组分最后分离。 13、泡沫分离技术是根据（表面吸附）原理来实现的，而膜分离是根据（膜的选择渗透作用）原理来实现的。 14、新型的节能分离过程有（膜分离）、（吸附分离）。 15、传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。 16、分离剂可以是（能量）和（物质）。 17、Lewis 提出了等价于化学位的物理量（逸度）。 18、设计变量与独立量之间的关系可用下式来表示( Ni=Nv-Nc即设计变量数=独立变量数-约束关系 ) 19、设计变量分为（固定设计变量）与（可调设计变量）。 20、温度越高对吸收越（不利） 21、萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（萃取剂回收段）。 22、用于吸收过程的相平衡关系可表示为（V = SL）。 23、精馏有（两个）个关键组分，这是由于（双向传质）的缘故。 24、精馏过程的不可逆性表现在三个方面，即（通过一定压力梯度的动量传递），（通过一定温度梯度的热量传递或不同温度物流的直接混合）和（通过一定浓度梯度的质量传递或者不同化学位物流的直接混合）。 25、通过精馏多级平衡过程的计算，可以决定完成一定分离任务所需的（理论板数），为表示塔实际传质效率的大小，则用（级效率）加以考虑。 27、常用吸附剂有（硅胶），（活性氧化铝），（活性炭）。 28、恒沸剂与组分形成最低温度的恒沸物时，恒沸剂从塔（顶）出来。

化工原理非均相分离试题及答案

化工原理考试题及答案 第三章非均相分离 姓名____________班级____________学号_____________成绩______________ 一、填空题： 1.（2分）悬浮液属液态非均相物系，其中分散内相是指_____________；分散外相是指______________________________。 ***答案*** 固体微粒，包围在微粒周围的液体 2.（3分）悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_____________三个力的作用。当此三个力的______________时，微粒即作匀速沉降运动。此时微粒相对于流体的运动速度，称为____________ 。 ***答案*** 重力、阻力、浮力代数和为零沉降速度 3.（2分）自由沉降是___________________________________ 。 ***答案*** 沉降过程颗粒互不干扰的沉降 4.（2分）当微粒在介质中作自由沉降时，若粒子沉降的Rep相同时，球形度越大的微粒，介质阻力系数越________ 。球形粒子的球形度为_________ 。 ***答案*** 小1 5.（2分）沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在_________力或__________力的作用下，沿受力方向发生运动而___________ ，从而与流体分离的过程。 ***答案*** 重离心沉积 6.（3分）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 7.（2分）降尘宝做成多层的目的是____________________________________ 。 ***答案*** 增大沉降面积，提高生产能力。 8.（3分）气体的净制按操作原理可分为_____________________________________ ___________________.旋风分离器属_________________ 。 ***答案*** 重力沉降、离心沉降、过滤离心沉降 9.（2分）过滤是一种分离悬浮在____________________的操作。 ***答案*** 液体或气体中固体微粒 10.（2分）过滤速率是指___________________________ 。在恒压过滤时，过滤速率将随操作的进行而逐渐__________ 。 ***答案*** 单位时间内通过单位面积的滤液体积变慢 11.（2分）悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是___________________________ ___________________________________________________。 ***答案*** 在滤饼中形成骨架，使滤渣疏松，孔隙率加大，滤液得以畅流 12.（2分）过滤阻力由两方面因素决定：一方面是滤液本身的性质，即其_________；另一方面是滤渣层本身的性质，即_______ 。 ***答案*** μ γL 13.（2分）板框压滤机每个操作循环由______________________________________五个阶段组成。 ***答案*** 装合板框、过滤、洗涤、卸渣、整理 14.（4分）板框压滤机主要由____________________________________________，三种板按________________的顺序排列组成。 ***答案*** 滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成

化工原理作业答案

化工原理作业答案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

Pa ，乙地区的平均大气压力为 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地 区 操 作 时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解：（1）A 点的压力 ()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ （2）B 点的压力 13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为? Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为? Pa ，进料口高于储罐内的液面8 m ，输送管道直径为φ68 mm ?4 mm ，进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ，求泵的有效功率。 解：在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式，得 19．用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持×103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为φ76 mm ×4 mm 的钢管， 总长 为35 m ，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m 。若泵的效率 为，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m 3，黏度为? Pa ?s 。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm 。） 解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2，间列机械能衡算方程，以截面1-1，为基准水平面，得 22b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h ρρ +++=+++∑ （1） 式中 z 1=0，z 2=17 m ，u b1≈0 p 1=×103 Pa (表)，p 2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得

化工原理作业

第一部分 概念题示例与分析 一、 填空题 4—1 精馏过程是利用 和 的原理进行完成的。答案：多次部分气化；多次部分冷凝 4—2 最小回流比是指 。答案：塔板数为无穷时的回流比的极限值 4—3 当分离要求和回流比一定时， 进料的q 值最小，此时分离所需的理论板数 。答案：过热蒸气；最多 分析：5种进料状况中的q 值是依过冷液体、饱和液体、气液混合、饱和蒸气和过热蒸气顺序由大变小的，这是由热状况参数q 定义所确定的。 L V F V I I I I mol mol q --==原料液的气化潜热所需热量的原料变成饱和蒸气态11由定义可见，在V I 、L I 为定值的情况下, 原料的原状态焓值越低，q 值越大。q 值的改变使提馏段操作线与平衡曲线间的距离发生变化，当q 值减小时，两线靠近，故所需理论板数增多。 4-4 简单蒸馏的主要特征是________和______。答案：不稳定操作或过程不连续；无回流 4-5 若原料组成、料液量、操作压力和最终温度都相同，二元理想溶液的简单蒸馏和平衡蒸馏相比较的结果有：①所得馏出物平均浓度______；②所______;③馏出物总量______。答案：①简单蒸馏的馏出物平均浓度大于平衡蒸馏的馏出物平均浓度；②两种情况的残液浓度相同；③平衡蒸馏的馏出物总量大于简单蒸馏的馏出物总量。 4-6 恒沸精馏和萃取精馏主要针对_____和 ______物系，这两种特殊精馏均采取加入第三组分的办法以改变原物系的_______。答案：沸点差很小；具有恒沸物体系；相对挥发度 4-7 精馏操作的依据是 ______ 。精馏操作得以实现的必要条件包括______和 ______。 答案：混合液中各组分的挥发度的差异；自塔顶向下的液流和自塔底向上的气流 分析：精馏操作的依据只能是各组分间挥发度的差异或者说相对挥发度不等于1，而不可认为是各组分间沸点的不同。对纯组分，当压力一定时，沸点低者挥发性大。但对混合溶液，由于一个组分的挥发性受其他组分的影响，故不能仅从沸点或蒸气压大小来判断其挥发性能，为此，组分的挥发度是以蒸气压与液相摩尔分数的比值来表示的。有些物系，各组分沸点虽存在差异，但在恒沸组成处，相对挥发度为1，不能用普通的精馏方法分离。 塔内始终有逆向流动的液、气两股物流是实现精馏的必要条件，但并不意味塔顶必须有液相回流，塔底必须有产生回流蒸气的再沸器。例如将液态原料自塔顶加入，将气态原料自塔底加入或将饱和蒸气直接加入塔底等情况，均可替代回流作用。 4-8 恒沸精馏和萃取精馏的主要区别是① ______； ②______ 。答案：恒沸精馏添加剂应与被分离组分形成新的恒沸物；萃取精馏中的萃取剂则应具有沸点比原料中组分的沸点高得多的特性 4-9 等板高度)(HETP 的意义是 ____。若某填料塔的填料层高度为m 10，完成分离要求共需22块理论塔板（包括塔顶的部分冷凝器和塔底的再沸器），则等板高度=HETP 。 答案：与一块理论塔板传质作用相当的填料层高度；m HETP 5.0)222/(10=-= 分析：由于塔顶分凝器和塔釜均起理论板的分离作用，故塔内的理论板数不应包括此2块，即全部填料层只起了20块塔内理论板的分离作用。 4-10相对挥发度α=1，表示不能用 普通精馏分离 分离，但能用 萃取精馏或恒沸精馏分离 分离。 4—11 当增大操作压强时，精馏过程中物系的相对挥发度 ，塔顶温度 ， 塔釜温度 。答案：减小；增加；增加 分析：同一物系，总压越高，物系中各组分的沸点及混合物的泡点越高。物系中各组分的饱和蒸气压亦随总压升高而升高，由于轻组分的饱和蒸气压上升的速率低于重组分的饱和蒸气压上升的速率，故各组分的挥发度差异变小。 4-12连续精馏操作时，操作压力越大，对分离越 ，若进料气液比为4:1（摩尔）时，则进料热状况参数q 为 。答案：不利；0.2

化工原理 第一章 习题及答案

化工原理第一章习题及答案

第一章流体流动 问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件? 答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。 质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点? 答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。 问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降? 答3．分子间的引力和分子的热运动。 通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。 问题4. 静压强有什么特性? 答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面

上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。 问题 5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。 (1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)； (2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？ 题5附图题6附图 答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下

大。 2）内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa ； 外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强4.91kPa 。 因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。 问题 6. 图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U 形压差计，读数分别为R 1、R 2，两压差计间 用一橡皮管相连接，现将容器A 连同U 形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R 1与R 2有何变化？(说明理由) 答6．容器A 的液体势能下降，使它与容器B 的液体势能差减小，从而R 2减小。R 1不变，因为该 U 形管两边同时降低，势能差不变。 问题7. 为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好? 答7．由静力学方程可以导出Δp=H(ρ冷-ρ热)g ，所以H 增加，压差增加，拔风量大。 问题8. 什么叫均匀分布? 什么叫均匀流段? 答8．前者指速度分布大小均匀；后者指速度方向平行、无迁移加速度。 问题9. 伯努利方程的应用条件有哪些?

化工原理作业答案解析

3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=() kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?- ?5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解：（1）A 点的压力 ()表表表 Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042水3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ（2）B 点的压力 ()表表表 Pa 107.836Pa 5.081.91360010165.1441 水A B ?=??+?=+=gR p p ρ13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至 精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压 力为1.0133105 Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔 ?内压力为1.21105 Pa ，进料口高于储罐内的液面8 m ，输送管道 ?直径为φ68 mm 4 mm ，进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的 ?能量损失为70 J/kg ，求泵的有效功率。 解：在截面和截面之间列柏努利方程式，得 -A A '-B B '221 1221e 2f 22 p u p u gZ W gZ h ρρ+++=+++∑()s m 966.1m 004.02068.04 14.33600204πkg J 700m 0.8Pa 1021.1Pa 100133.1222f 1125251=?-?====≈=-?=?=∑d V A V u h u Z Z p p 表 表 表表

化工原理非均相物系分离习题库.doc

一、填空题 1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u 1,在空气中为u 2，则u 1 u 2；若在热空气中的沉降速度为u 3，冷空气中为u 4，则u 3 u 4。(＞，＜，＝) 答：μρρ18) (2-= s t g d u ，因为水的粘度大于空气的粘度，所以21u u < 热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以43u u < 2．用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将 （上升、下降、不变），导致此变化的原因是1） ；2） 。 答：上升， 原因：粘度上升，尘降速度下降； 体积流量上升，停留时间减少。 3．含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变时，颗粒的沉降速度 ，气体的体积流量 ，气体停留时间 ，可100%除去的最小粒径min d 。（增大、减小、不变） 答：减小、减小、增大，减小。 ρξρρ3)(4-= s t dg u ，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小， 压强增加， p nRT V = ，所以气体的体积流量减小， 气体的停留时间 A V L u L t s /= = ，气体体积流量减小，故停留时间变大。

最小粒径在斯托克斯区 )(18min ρρμ-= s t g u d ，沉降速度下降，故最小粒径减小。 4．一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为P 1，总效率为1η，通过细长型旋风分离器时压降为P 2，总效率为2η，则：P 1 P 2， 1η 2η。 答：小于，小于 5．某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为τ，试推算下列情况下的过滤时间τ'为原来过滤时间τ的倍数： 1）0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 2）5.0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 3）1=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 1）0. 5；2）0.707；3）1 s p -?∝1)/(1τ，可得上述结果。 6．某旋风分离器的分离因数k=100，旋转半径R=0.3m ，则切向速度u t = m/s 。 答：17.1m/s 7．对板框式过滤机，洗涤面积W A 和过滤面积A 的定量关系为 ，洗水走过的 距离w L 和滤液在过滤终了时走过的距离L 的定量关系为 ，洗涤速率（W d dV )θ和终了时的过滤速率E d dV )( θ的定量关系为 。 答案： A A w 21= ；L L w 2=; (W d dV )θ=E d dV )(41θ 8．转筒真空过滤机，转速越大，则生产能力就越 ，每转一周所获得的滤

化工原理典型习题解答

化工原理典型习题解答 王国庆陈兰英 广东工业大学化工原理教研室 2003

上 册 一、选择题 1、 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则 (1) 层流时，流动阻力变为原来的 C 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 (2) 完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 解：(1) 由 2 22322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ= ??=??= 得 1624 4 212 212 212212121 2==??? ? ??=???? ??????? ??==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2222u d l d f u d l h f ? ??? ? ??=??=ελ 得 322 55 2121421 2211221 2==??? ? ??=????? ??==d d d d d d d u d u h h f f 2． 水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩 短25%，而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。 A ．1.155倍 B ．1.165倍 C ．1.175倍 D ．1.185倍 解：由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2 22 2 22211 1ρρ 得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2 222222 11 1u d l l u d l l e e ?+?=?+? λλ 又由完全湍流流动 得 ?? ? ??=d f ελ

化工原理作业问题详解

3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa，在 甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa。若改在乙地区操作，真空表的 读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备绝对压力 绝压=大气压-真空度=()kPa 3. 65 Pa 10 20 10 3. 853 3= ? - ? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=()kPa 03 . 36 Pa 10 3. 65 10 33 . 1013 3= ? - ? 5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为R1=500 mm，R2=80 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管灌入一 段水，其高度R3=100 mm。试求A、B两点的表压力。 解：（1）A点的压力 ()（表） Pa 10 1.165 Pa 08 .0 81 .9 13600 1.0 81 .9 10004 2 汞 3 水 A ? = ? ? + ? ? = + =gR gR pρ ρ （2）B点的压力 ()（表） Pa 10 7.836 Pa 5.0 81 .9 13600 10 165 .14 4 1 汞 A B ? = ? ? + ? = + =gR p pρ 13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至 精馏塔3的中部进行分离。已知储罐液面维持恒定，其上方压力 为1.0133?105 Pa。流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔压 力为1.21?105 Pa，进料口高于储罐的液面8 m，输送管道直径 为φ68 mm ?4 mm，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能 量损失为70 J/kg，求泵的有效功率。 解：在截面-A A'和截面- B B'之间列柏努利方程式，得 22 1122 1e2f 22 p u p u gZ W gZ h ρρ +++=+++∑ () s m 966 .1 s m 004 .0 2 068 .0 4 14 .3 3600 20 4 π kg J 70 m 0.8 Pa 10 21 .1 Pa 10 0133 .1 2 2 2 f 1 1 2 5 2 5 1 = ? - ? = = = = ≈ = - ? = ? = ∑ d V A V u h u Z Z p p ； ； ； ；

最新化工原理非均相分离

化工原理非均相分离

第3章非均相物系的分离和固体流态化 3．1 概述 本章介绍利用流体力学原理(颗粒与流体之间相对运动)实现非均相物系的分离流态化及固体颗粒的气力输送等工业过程。 1．混合物的分类 自然界的大多数物质是混合物。若物系内部各处组成均匀且不存在相界面，则称为均相混合物或均相物系，溶液及混合气体都是均相混合物。由具有不同物理性质(如密度差别)的分散物质和连续介质所组成的物系称为非均相混合物或非均相物系。在非均相物系中，处于分散状态的物质，如分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡，称为分散物质或分散相；包围分散物质且处于连续状态的物质称为分散介质或连续相。根据连续相的状态，非均相物系分为两种类型： ①气态非均相物系，如含尘气体、含雾气体等； ②液态非均相物系，如悬浮液、乳浊液及泡沫液等。 2．非均相混合物的分离方法 由于非均相物系中分散相和连续相具有不同的物理性质，故工业上一般都采用机械方法将两相进行分离。要实现这种分离，必须使分散相与连续相之间发生相对运动。根据两相运动方式的不同，机械分离可按下面两种操作方式进行。 ①颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现悬浮物系分离的过程称为沉降分离。实现沉降操作的作用力可以是重力，也可以是惯性离心力，因此，沉降过程有重力沉降与离心沉降之分。

②流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称为过滤。实现过滤操作的外力可以是重力、压强差或惯性离心力。因此，过滤操作又可分为重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤。 气态非均相混合物的分离，工业上主要采用重力沉降和离心沉降方法。在某些场合，根据颗粒的粒径和分离程度要求，也可采用惯性分离器、袋滤器、静电除尘器或湿法除尘设备 等，如表3—1所示。 ┘ 此外，还可采用其他措施．预先增大微细粒子的有效尺寸而后加以机械分离。例如，使含尘或含雾气体与过饱和蒸汽接触，发生以粒子为核心的冷凝；又如，将气体引入超声场内，使细粒碰撞并凝聚。这样，可使微细颗粒附聚成较大颗粒，然后在旋风分离器中除去。 对于液态非均相物系，根据工艺过程要求可采用不同的分离操作。若要求悬浮液在一定程度上增浓，可采用重力增稠器或离心沉降设备；若要求固液较彻底地分离，则要通过过滤操作达到目的；乳浊液的分离可在离心分离机中进行。 3．非均相混合物分离的目的 (1)收集分散物质例如收取从气流干燥器或喷雾干燥器出来的气体以及从结晶器出来的晶浆中带有的固体颗粒，这些悬浮的颗粒作为产品必须回收；又如回收从催化反应器出来的气体中夹带的催化剂颗粒以循环使用。 (2)净化分散介质某些催化反应，原料气中夹带有杂质会影响触媒的效能，必须在气体进反应器之前清除催化反应原料气中的杂质，以保证触媒的活性。

化工原理作业答案 (1)

Pa ，乙地区的平均大气压力为 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ， R 2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃 管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解：（1）A 点的压力 ()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ

（2）B 点的压力 13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为? Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为? Pa ，进料口高于储罐内的液面8 m ，输送管道直径为φ68 mm ?4 mm ，进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ，求泵的有效功率。 解：在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式，得 19．用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持×103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为φ76 mm ×4 mm 的钢管，总长为35 m ，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m 。若泵的效率为，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m 3，黏度为? Pa ?s 。管壁绝对粗糙度可取为 mm 。） 解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2，间列机械能衡算方程，以截面1-1，为基准水平面，得 22b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h ρρ +++=+++∑ （1） 式中 z 1=0，z 2=17 m ，u b1≈0 p 1=×103 Pa (表)，p 2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得 =×17+24312.+1073109.253?+f h ∑=+f h ∑

化工原理非均相分离典型习题

非均相分离 （1）重力沉降 滞流区的沉降公式、降尘室的沉降条件、在降尘室中设置水平隔板（例3－3）、流型校核、降尘室的生产能力 （2）离心沉降 旋风分离器的压强降、旋风分离器的临界粒径、沉降流型校核（离心沉降速度、层流）、多个旋风分离器的并联（例3－5） 旋风分离器的操作原理 三、简答题（10分） 含尘气体通过降尘室后，固体颗粒浓度降低。若其它条件不变，且颗粒沉降处在层流区，试分析气体的温度升高时出口气体的含尘量如何变化 颗粒在层流区的沉降速度计算式为μ ρρ18)(2g d u s t -= 而气体的黏度随温度的升高而增大，所以t u 会减小。 （5分） 含尘气体通过沉降室，颗粒得到分离的必需条件为 t u H u l ≥ 对于临界最小沉降速度，由于气体黏度的增大，最小捕集颗粒直径增大，使得出口气体的含尘量增大（5分） 2． 临界粒径 3、分析颗粒的自由沉降过程 3、（10分）一种测定粘度的仪器由一钢球及玻璃筒组成。测试时筒内充被测液体，记录钢球下落一定距离的时间，球的直径为6mm ，下落距离为20cm ，测试一种糖浆时记下的时间间隔为秒，此糖浆的密度为1300 kg/m 3，钢球的密度为7900 kg/m 3，求此糖浆的粘度。 七、计算题（10分）拟采用降尘室除去常压炉气中的球形尘粒。降尘室的宽和长分别为2m 和6m ,气体处理量为1标m 3/s ，炉气温度为427℃，相应的密度ρ=0.5kg/m 3，粘度μ=×，固体密度ρS =400kg/m 3操作条件下，规定气体速度不大于0.5m/s ，试求： 1．降尘室的总高度H ，m ； 2．理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸。 七、（10分） 解：1）降尘室的总高度H

化工原理分离工程知识点

说明分离过程与分离工程的区别? 答:分离过程:是生产过程中将混合物转变组成不同的两种或多种相对纯净的物质的操作;分离工程:是研究化工及其它相关过程中物质的分离和纯化方法的一门技术科学,研究分离过程中分离设备的共性规律，是化学工程学科的重要组成部分。 实际分离因子与固有分离因子的主要不同点是什么? 答:前者是根据实际产品组成而计算，后者是根据平衡组成而计算。两者之间的差别用级效率来表示。错误:固有分离因子与分离操作过程无关 怎样用分离因子判断分离过程进行的难易程度? 答:分离因子的大小与1相差越远，越容易分离;反之越难分离。 按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程可分为哪两类? 答:平衡分离过程:采用平衡级(理论板)作为处理手段，利用两相平衡组成不相等的原理，即达到相平衡时,原料中各组分在两个相中的不同分配，并将其它影响参数均归纳于级效率之中，如蒸发、结晶、精馏和萃取过程等。大多数扩散分离过程是不互溶的两相趋于平衡的过程。速率分离过程:通过某种介质，在压力、温度、组成、电势或其它梯度所造成的强制力的推动下，依靠传递速率的差别来操作，而把其它影响参数都归纳于阻力之中。如超滤、反渗透和电渗析等。通常,速率控制过程所得到的产品，如果令其互相混合，就会完全互溶。 分离过程常借助分离剂将均相混合物变成两相系统，举例说明分离剂的类型。 答:分离过程的原料可以是一股或几股物料，至少必须有两股不同组成的产品，这是由分离过程的基本性质决定的。分离作用是由于加入(媒介)而引起的，分离剂可以是能量(ESA)或物质(MSA),分离剂有时也可两种同时应用。例如，要把糖水分为纯净的糖和水需要供给热量，使水分蒸发，水蒸气冷凝为纯水,糖在变浓的溶液中结晶成纯糖。或供给?令量，使纯水凝固出来，然后在较高剃温度下使其隔出化;这里所加入的分离剂为ESA。也可将糖水加压，通过特殊的固体膜将水与糖分离。这里所加入的分NEW口e录制小视频离剂为MSA。此外，ESA还可以是输入或输出的功，以驱动泵、压缩机;在吸收、萃取、吸附、离子交换、液膜固膜分离中，均须加入相应的MSA。

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Pa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ， R 2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃 管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解：（1）A 点的压力 ()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ （2）B 点的压力 13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混 合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持 恒定，其上方压力为1.0133?105 Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21?105 Pa ，进料 口 高于储罐内的液面8 m ，输送管道直径为φ68 mm ?4 mm ，进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ，求泵的有效功率。