化工原理(下)复习各章知识点及复习题
第1章蒸馏 内容小结
复习题
1 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。
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
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α是溶液中的挥发度对的挥发度之比，若α=1表示。物系的α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
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
3 平衡蒸馏与简单蒸馏
4 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q 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，x q 、y q 与x F 的L 与L , V 与V 的关系为
（1）冷液进料：x q ＞x F ，y q ＞x F ，q>1,L ＞L+F, V ＜V ；
（2）饱和液体进料：x q ＝x F ，y q ＞x F ； q ＝1, L ＝L+F, V=V ；
（3）气液混合物进料：x q ＜x F ，y q ＞x F 0 （4）饱和蒸汽进料：x q ＜x F ，y q ＝x F ； q=0, L =L, V=V +F ； （5）过热蒸汽进料：x q ＜x F ，y q ＜x F ； q<0, L ＜L, V ＞V +F ； 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=0.80x+0.172，且塔顶产品量为100 kmol/h ，则馏出液组成=D x _________, 塔顶上升蒸汽量=V _________。答：0.86， 500 kmol/h 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 y n+1=x n 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y 1,x 1及y 2,x 2（自塔顶开始计数), 则它们的大小顺序为 。答: y 1 ＞y 2＞x 1＞x 2 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 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， 化工原理实验模拟试 题4 流体流动阻力实验 一、在本实验中必须保证高位水槽中始终有溢流，其原因是： A、只有这样才能保证有充足的供水量。 B、只有这样才能保证位压头的恒定。 C、只要如此，就可以保证流体流动的连续性。 二、本实验中首先排除管路系统中的空气，是因为： A、空气的存在，使管路中的水成为不连续的水。 B、测压管中存有空气，使空气数据不准确。 C、管路中存有空气，则其中水的流动不在是单相的流动。 三、在不同条件下测定的直管摩擦阻力系数…雷诺数的数据能否关联在同一条曲线上？ A、一定能。 B、一定不能。 C、只要温度相同就能。 D、只有管壁的相对粗糙度相等就能。 E、必须温度与管壁的相对粗糙度都相等才能。 四、以水作工作流体所测得的直管阻力系数与雷诺数的关系能否适用于其它流体？ A、无论什么流体都能直接应用。 B、除水外什么流体都不能适用。 C、适用于牛顿型流体。 五、当管子放置角度或水流方向改变而流速不变时，其能量的损失是否相同。 A、相同。 B、只有放置角度相同，才相同。 C、放置角度虽然相同，流动方向不同，能量损失也不同。 D、放置角度不同，能量损失就不同。 六、本实验中测直管摩擦阻力系数时，倒U型压差计所测出的是： A、两测压点之间静压头的差。 B、两测压点之间位压头的差。 C、两测压点之间静压头与位压头之和的差。 D、两测压点之间总压头的差。 E、两测压点之间速度头的差。 七、什么是光滑管？ A、光滑管是绝对粗糙度为零的管子。 B、光滑管是摩擦阻力系数为零的管子。 C、光滑管是水力学光滑的管子（即如果进一步减小粗糙度，则摩擦阻力 不再减小的管子）。 八、本实验中当水流过测突然扩大管时，其各项能量的变化情况是： A、水流过突然扩大处后静压头增大了。 B、水流过突然扩大处后静压头与位压头的和增大了。 C、水流过突然扩大处后总压头增大了。 D、水流过突然扩大处后速度头增大了。 E、水流过突然扩大处后位压头增大了 BCECAAAA 模拟试题一 1当地大气压为 745mmHg 测得一容器内的绝对压强为 350mmHg 则真空度为395 mmH?测得另一容器内的表压 强为1360 mmHg 则其绝对压强为 2105mmHg _____ 。 2、 流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为 _0 _______，临近管壁处存在层流底层，若 Re 值越大，则该层厚度 越薄 3、 离心泵开始工作之前要先灌满输送液体，目的是为了防止 气缚 现象发生；而且离心泵的安装高度也不能 够太高，目的是避免 汽蚀 现象发生。 4 、离心泵的气蚀余量越小，则其抗气蚀性能 越强 。 5、 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数 K 接近于 空气 侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽 侧流体的温度值。 6、 热传导的基本定律是 傅立叶定律。间壁换热器中总传热系数K 的数值接近于热阻 大 （大、小）一侧的：?值。 间壁换热器管壁温度t w 接近于：.值 大 （大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的 导热系数愈小，则该壁面的热阻愈 大 （大、小），其两侧的温差愈 大 （大、小）。 7、 Z= （V/K v a. Q ） .（y 1 -丫2 ）/ △ Y m 式中：△ Y m 称 气相传质平均推动力 ，单位是kmol 吸 收质/kmol 惰气;（Y i — Y 2） / △ Y m 称 气相总传质单元数。 8、 吸收总推动力用气相浓度差表示时，应等于 气相主体摩尔浓度 和同液相主体浓度相平衡的气相浓度之 差。 9、 按照溶液在加热室中运动的情况，可将蒸发器分为循环型和非循环型两大类。 10、 蒸发过程中引起温度差损失的原因有：溶液蒸汽压下降、加热管内液柱静压强、管路阻力。 11、工业上精馏装置，由精馏^_塔、冷凝器、再沸器等构成。 12、分配系数k A 是指y A /X A ，其值愈大，萃取效果 量传递相结合的过程。 1、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，则各截面上的（ 6、某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动） 13、萃取过程是利用溶液中各组分在某种溶剂中 溶解度的差异 而达到混合液中组分分离的操作。 14、在实际的干燥操作中，常用 干湿球温度计来测量空气的湿度。 15、对流干燥操作的必要条件是 湿物料表面的水汽分压大于干燥介质中的水分分压 ;干燥过程是热量传递和质 越好。 A. 速度不等 B.体积流量相等 C. 速度逐渐减小 D.质量流速相等 2、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. 50 B . 150 C . 75 D .无法确定 3、离心泵的阀门开大时，则（ B ）。A ?吸入管路的阻力损失减小 .泵出口的压力减小 C .泵入口处真空度减小 .泵工作点的扬程升高 4、下列（A ）不能实现对往复泵流量的调节。 A .调节泵出口阀的开度 ?旁路调节装置 C .改变活塞冲程 ?改变活塞往复频率 5、已知当温度为 T 时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度（ ）耐火砖的黑度。 A.大于 .等于 C .不能确定 D .小于 ，使空气温度由20 C 升至80 C, 化工原理（上）各章主要知识点 绪论「 三个传递：动量传递、热量传递和质量传递 三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算 第一节流体静止的基本方程 、密度 1. 气体密度： m pM V RT 2. 液体均相混合物密度: 1 a 1 a 2 a n -（m —混合液体的密度， a —各组分质量分数， n — 各组 分密度） m 1 2 n 3. 气体混合物密度： m 1 1 2 2 n n （ m —混合气体的密度， —各组分体积分数） 4. 压力或温度改变时， 密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体 （液体）；若有显著的改变则称为可压缩流体 （气体）。 、.压力表示方法 1、常见压力单位及其换算关系： 1atm 101300 Pa 101.3kPa 0.1013MPa 10.33mH 2O 760mmHg 2 、压力的两种基准表示：绝压（以绝对真空为基准） 、表压（真空度）（以当地大气压为基准，由压力表或真空表测岀） 表压=绝压一当地大气厂 真空度=当地大气 三、流体静力学方程 1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： （1） 从各方向作用于某点上的静压力相等； （2） 静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面； （3） 在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。 2 、流体静力学方程（适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体） P 1 g （z 1 Z 2） d （Z 1 Z 2） g z p （容器内盛液体，上部与大气相通， p/ g —静压头，"头"一液位高度，z p —位压头 或位头） 上式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。 四、流体静力学方程的应用 1 、 U 形管压差计 指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。 测量液体：P 1 p 2 （ 0 ）gR g （z 2乙） 测量气体：p 1 p 2 0gR 2、双液体U 形管压差计 p 1 p 2 （ 2 第二节流体流动的基本方程 一、基本概念 3 1 1 、体积流量（流量 V s ）:流体单位时间内流过管路任意流量截面（管路横截面）的体积。单位为 m s 2 、质量流量（ m s ）：单位时间内流过任意流通截面积的质量。单位为 kg s 1 m s V s P 2 P 1 g p g 1 )gR 离心泵特性曲线的测定 1.泵壳的作用是：汇集液体 2.轴封的作用是：减少高压液体漏出泵外 3.密封环的作用是：减免高压液体漏回吸入口 4.叶轮的作用是：传递机械能 5.离心泵是由：_叶轮、泵壳、密封环、轴封装置_、和_平衡盘装置五个主要部件所组 成的。 6.离心泵的流量又称为：送液能力 7.泵能给予（1牛顿）_液体的能量称为泵的扬程。 8.每秒钟泵对（输送液体）所作的功，称为有效功率。 9.泵若需自配电机，为防止电机超负荷，常按实际工作的最大流量计算轴功率N，取 （1.1-1.2）N作为选电机的依据。 10.离心泵性能的标定条件是：20℃，101.3kPa的清水 11.为了防止电机烧坏现象发生，启动离心泵时必须先关闭泵的出口阀。 12.由离心泵的特性曲线可知：流量增大则扬程_减少 13.对应于离心泵特性曲线_____的各种工况下数据值，一般都标注在铭牌上。效率最大。 14.根据生产任务选用离心泵时，一般以泵效率不低于最高____的90%为合理，以降低能 量消耗。效率 15.根据生产任务选用离心泵时，应尽可能使泵在____点附近工作。效率最大 孔板流量计校验实验 1.孔板流量计前后压力: 前>后 2.孔板流量计的孔流系数与流动形态的关系:随Re的减小而减小 3.下列关于孔板流量计的说法正确的是: 构造简单、制造安装方便 流体阻力实验 1.流体流过管件的局部阻力系数主要与下列哪些条件有关：管件的几何形状、流体的Re 数 2.同一直管分别按下列位置摆放 (1)垂直 (2)水平 (3)倾斜同样的流体流动状 态下摩擦阻力关系是：倾斜=水平=垂直 3.在本实验中必须保证高位水槽始终有溢流，其原因是：只有这样才能保证位压头的恒 定 4.本实验中首先需排除管路系统中的空气，是因为：空气的存在，使管路中的水成为不 连续的流体、测压管中存有空气，使测量数据不准确、管路中有空气则其中水的流动不再是单相的流动 化工原理试题库 试题一 一：填空题（18分） 1、 某设备上，真空度的读数为80mmHg ，其绝压=________02mH =__________Pa. 该地区的大气压为 720mmHg 。 2、 常温下水的密度为1000 3m Kg ，粘度为1cp ，在mm d 100=内的管内以s m 3 速度流动，其流动类 型为 ______________。 3、 流体在管内作湍流流动时，从中心到壁可以__________.___________._ _________________. 4、 气体的粘度随温度的升高而_________，水的粘度随温度的升高_______。 5、 水在管路中流动时，常用流速范围为_______________s m ,低压气体在管路中流动时，常用流速范 围为_______________________s m 。 6、 离心泵与往复泵的启动与调节的不同之处是：离心泵_________________. __________________.往复泵___________________.__________________. 7、在非均相物糸中，处于____________状态的物质，称为分散物质，处于 __________状态的物质，称为分散介质。 8、 间竭过滤操作包括______._______.________._________.__________。 9、 传热的基本方式为___________.______________.__________________。 10、工业上的换热方法有_________.__________.__________.____________。 11、α称为_______________，其物理意义为____________________________. __________________________，提高管内α值的有效方法____________. 提高管外α值的有效方法______________________________________。 12、 蒸汽冷凝有二种方式，即_____________和________________ 。其中， 由于_________________________________________，其传热效果好。 K Kg Kj C C .187.4==冷水热水 试题一答案： 一、 填充题 1、8.7m 02H ,pa 41053.8?. 2、53 10310.11000.3.1.0?== = -μ ρ du R e 湍流。 1、 层流、过渡流和湍流。 2、 增加、降低。 3、 3-8s m 、8-15s m 。 4、 启动前应灌满液体，关出口阀门、用调节阀调节流量；往复泵启动前不需灌液，开旁路阀、用旁 路阀来调节流量的。 5、 分散、连续。 6、 过滤、洗涤、卸渣、清洗滤布、重整。 7、 热传导、对流传热、热辐射。 10、间壁式、混合式、蓄热式、热管。 11、称为对流传热膜糸数。当流体与壁面温度差为1K 时，通过单位面积单位时间内所传递热量的多少。增加流程、加拆流挡板。 12、滴状冷凝和膜状冷凝。滴状冷凝成小液滴沿壁面直接落下。 试题二 化工原理（上）各章主要知识点 三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算 第一节 流体静止的基本方程 一、密度 1. 气体密度：RT pM V m = = ρ 2. 液体均相混合物密度： n m a a a ρρρρn 22111+++=Λ （m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组 分密度） 3. 气体混合物密度：n n m ρ?ρ?ρ?ρ+++=Λ2211（m ρ—混合气体的密度，?—各组分体积分数） 4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体（液体）；若有显著的改变则称为可压缩流体（气体）。 二、.压力表示方法 1、常见压力单位及其换算关系： mmHg O mH MPa kPa Pa atm 76033.101013.03.10110130012===== 2、压力的两种基准表示：绝压（以绝对真空为基准）、表压（真空度）（以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出） 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压 三、流体静力学方程 1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： （1）从各方向作用于某点上的静压力相等； （2）静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面； （3）在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。 2、流体静力学方程（适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体） )(2112z z g p p -+=ρ )(2121z z g p g p -+=ρρ p z g p =ρ（容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头”—液位高度，p z —位压头 或位头） 上式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。 四、流体静力学方程的应用 1、U 形管压差计 指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。 测量液体：)()(12021z z g gR p p -+-=-ρρρ 测量气体： gR p p 021ρ=- 2、双液体U 形管压差计 gR p p )(1221ρρ-=- 第二节 流体流动的基本方程 一、基本概念 1、体积流量（流量s V ）：流体单位时间内流过管路任意流量截面（管路横截面）的体积。单位为13 -?s m 2、质量流量（s m ）：单位时间内流过任意流通截面积的质量。单位为1 -?s kg s s V m ρ= 《化工原理》（上册）模拟试卷 一、判断题（对的打√，错的打×，每题1分，共15分） 1. 因次分析的目的在于用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化。 2. 边长为0.5m的正方形通风管道，其当量直径为0.5m。 3. 根据流体力学原理设计的流量计中，孔板流量计是恒压差流量计。 4. 当计算流体由粗管进入细管的局部阻力损失时，公式中的流速应该取粗管中 的流速。 5. 离心泵的轴功率随流量的增大而增大。 6. 当离心泵的安装高度超过允许安装高度时，将可能发生气缚现象。 7. 对于低阻输送管路，并联优于串联组合。 8. 为了获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片。 9. 间歇过滤机一个操作周期的时间就是指过滤时间。 10. 过滤介质应具备的一个特性是多孔性。 11. 过滤常数K与过滤压力无关。 12. 滴状冷凝的给热系数比膜状冷凝的给热系数大，所以工业冷凝器的设计都按 滴状冷凝考虑。 13. 多层平壁定态导热中，若某层的热阻最小，则该层两侧的温差也最小。 14. 对于温度不宜超过某一值的热敏性流体，在与其他流体换热过程中宜采用逆 流操作。 15. 实际物体的辐射能力总是小于黑体的辐射能力。 二、选择题（每题1个正确答案，每题2分，共20分） 1. 当不可压缩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 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，当水温度升高 时，Re值将（）。 A.变小 B.变大 C.不变 D.不确定 3. 如左图安装的压差计，当拷克缓慢打开时，压差计中 的汞面将（）。 A. 左低右高 B. 等高 C. 左高右低 D. 无法确定 4. 离心泵铭牌上标出的流量和压头数值是（）。 A. 最高效率点对应值 B. 操作点对应值 C. 最大流量下对应值 D. 计算值 5. 操作中的离心泵，将水由水池送往敞口高位槽。若管路条件不变，水面下降（泵能正常工作）时，泵的压头、泵出口处压力表读数和泵入口处真空表读数将分别（）。 A. 变大，变小，变大 B. 变小，变大，变小 C. 不变，变大，变小 D. 不变，变小，变大 6. 在重力场中，固粒的自由沉降速度与下列因素无关（） A.粒子几何形状 B.粒子几何尺寸 C.粒子及流体密度 D.流体的流速 7. 当其他条件都保持不变时，提高回转真空过滤机的转速，则过滤机的生产能 力（）。 A.提高 B.降低 C.不变 D.不一定 8. 当间壁两侧流体的对流传热系数存在下列关系α1＜＜α2，则要提高总传热系 数K应采取的有效措施为（）。 A.提高α1 B.提高α2 C.提高α1，降低α2 D.不确定 9. 根据因次分析法，对于强制对流传热，其准数关联式可简化为（） A. Nu＝f（Re，Pr，Gr） B. Nu＝f（Re，Gr） C. Nu＝f（Pr，Re） D. Nu=f（Pr，Gr） 化工原理模拟试题（一） 一、选择题(20分，每小题2分) 1 离心泵的调节阀开大时， A吸入管路阻力损失不变 B 泵出口的压力减小 C 泵入口的真空度减小 D 泵工作点的扬程升高 2在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数λ数值 A与光滑管一样 B 只取决于Re C 取决于相对粗糙度 D 与粗 3已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.00625atm，则??? A t1 《化工原理》试题库答案 一、选择题 1．当流体在密闭管路中稳定流动时，通过管路任意两截面不变的物理量是（A）。 A.质量流量 B.体积流量 C.流速 D.静压能 2. 孔板流量计是( C )。 A. 变压差流量计，垂直安装。 B. 变截面流量计，垂直安装。 C. 变压差流量计，水平安装。 D. 变截面流量计，水平安装。 3. 下列几种流体输送机械中，宜采用改变出口阀门的开度调节流量的是（C）。 A．齿轮泵 B. 旋涡泵 C. 离心泵 D. 往复泵 4．下列操作中，容易使离心泵产生气蚀现象的是（B）。 A．增加离心泵的排液高度。 B. 增加离心泵的吸液高度。 C. 启动前，泵内没有充满被输送的液体。 D. 启动前，没有关闭出口阀门。 5．水在规格为Ф38×2.5mm的圆管中以0.1m/s的流速流动，已知水的粘度为1mPa·s则其流动的型态为（C）。 A.层流 B. 湍流 C. 可能是层流也可能是湍流 D. 既不是层流也不是湍流 6．下列流体所具有的能量中，不属于流体流动的机械能的是（D）。 A. 位能 B. 动能 C. 静压能 D. 热能 7．在相同进、出口温度条件下，换热器采用（A）操作，其对数平均温度差最大。 A. 逆流 B. 并流 C. 错流 D. 折流 8．当离心泵输送液体密度增加时，离心泵的（C）也增大。 A．流量 B.扬程 C.轴功率 D.效率 9．下列换热器中，需要热补偿装置的是（A）。 A．固定板式换热器 B.浮头式换热器 C.U型管换热器 D.填料函式换热器 10. 流体将热量传递给固体壁面或者由壁面将热量传递给流体的过程称为（D）。 A. 热传导 B. 对流 C. 热辐射 D.对流传热 11.流体在管内呈湍流流动时B。 A.Re≥2000 B. Re>4000 C. 2000 第一章 流体流动 一、压强 1、单位之间的换算关系： 221101.3310330/10.33760atm kPa kgf m mH O mmHg ==== 2、压力的表示 （1）绝压：以绝对真空为基准的压力实际数值称为绝对压强（简称绝压），是流体的真实压强。 （2）表压：从压力表上测得的压力，反映表内压力比表外大气压高出的值。 表压=绝压-大气压 （3）真空度：从真空表上测得的压力，反映表内压力比表外大气压低多少 真空度=大气压-绝压 3、流体静力学方程式 0p p gh ρ=+ 二、牛顿粘性定律 F du A dy τμ= = τ为剪应力； du dy 为速度梯度；μ为流体的粘度； 粘度是流体的运动属性，单位为Pa ·s ；物理单位制单位为g/(cm·s)，称为P （泊），其百分之一为厘泊cp 111Pa s P cP ==g 液体的粘度随温度升高而减小，气体粘度随温度升高而增大。 三、连续性方程 若无质量积累，通过截面1的质量流量与通过截面2的质量流量相等。 111222u A u A ρρ= 对不可压缩流体 1122u A u A = 即体积流量为常数。 四、柏努利方程式 单位质量流体的柏努利方程式： 22u p g z We hf ρ???++=-∑ 22u p gz E ρ ++=称为流体的机械能 单位重量流体的能量衡算方程： Hf He g p g u z -=?+?+?ρ22 z ：位压头（位头）；22u g ：动压头（速度头） ；p g ρ：静压头（压力头） 有效功率：Ne WeWs = 轴功率：Ne N η = 五、流动类型 雷诺数：Re du ρ μ = Re 是一无因次的纯数，反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系。 （1）层流： Re 2000≤：层流（滞流） ，流体质点间不发生互混，流体成层的向前流动。圆管内层流时的速度分布方程： 2 max 2(1)r r u u R =- 层流时速度分布侧型为抛物线型 （2）湍流 Re 4000≥：湍流（紊流） ，流体质点间发生互混，特点为存在横向脉动。 即，由几个物理量组成的这种数称为准数。 六、流动阻力 1、直管阻力——范宁公式 2 2 f l u h d λ= f f f p h H g g ρ?== （1）层流时的磨擦系数：64 Re λ=，层流时阻力损失与速度的一次方成正比，层流区又称为阻力一次方区。 （2）湍流时的摩擦系数 ①(Re,)f d ελ=（莫狄图虚线以下）:给定Re ，λ随d ε增大而增大；给定d ε ，λ 随Re 增大而减小。（2f p u λ?∝,虽然u 增大时, Re 增大, λ减小，但总的f p ?是增大的） ②()f d ελ=（莫狄图虚线以上），λ仅与d ε 有关，2f p u ?∝,这一区域称为阻力 平方区或完全湍流区。 2、局部阻力 （1）阻力系数法 一、化工原理传热部分模拟试题及答案 一、填空题 (1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K 接近于 空气 侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽 侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是 傅立叶定律 , 其表达式为???dQ= -ds λn t ?????。 (3) 间壁换热器中总传热系数K 的数值接近于热阻 大 （大、小）一侧的α值。间壁换热器管壁温度t W 接近于α值 大 （大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈 大 （大、小），其两侧的温差愈 大 （大、小）。 (4)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 小 ，其两侧的温差愈 小 。 (5)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 滞流层内（或热边界层内） ，减少热阻的最有效措施是 提高流体湍动程度 。 (6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b 1>b 2>b 3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻R 1 > R 2 > R 3，各层导热速率Q 1 = Q 2 = Q 3。 (7) 传热的基本方式有 传导 、 对流 和 辐射 三种。 (8) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 1.74 倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的 3.48 倍。（设条件改变后仍在湍流范围） (9) 导热系数的单位为 W/（m ·℃） ，对流传热系数的单位为 W/（m 2 ·℃） ，总传热系数的单位为 W/（m 2 ·℃） 。 二、选择 1 某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的 A 倍。 A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定 2 一定流量的液体在一φ25×2.5mm 的直管内作湍流流动，其对流传热系数αi =1000W/m 2 ·℃；如流量与物性都不变，改用一φ19×2mm 的直管，则其α将变为 D 。 A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 3 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示 C 的准数。 A 对流传热 B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响 1、填料吸收实验思考题 （1）本实验中，为什么塔底要有液封液封高度如何计算 答：保证塔内液面，防止气体漏出,保持塔内压力. 设置液封装置时，必须正确地确定液封所需高度，才能达到液封的目的。 U形管液封所需高度是由系统内压力(P1 塔顶气相压力)、冷凝器气相的压力(P2)及管道压力降(h,)等参数计算确定的。可按式(4.0.1-1)计算: H =(P1一P2)Y一h- 式中 H.,- —最小液封高度，m; P1,—系统内压力; P2—受液槽内压力; Y—液体相对密度; h-—管道压力降(液体回流道塔内的管线) 一般情况下，管道压力降(h-)值较小，可忽略不计，因此可简化为 H=(P1一P2)Y 为保证液封效果，液封高度一般选取比计算所需高度加0. 3m-0. 5m余量为宜。 （2）测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义 答：是确定最适宜操作气速的依据 （3）测定Kxa 有什么工程意义 答：传质系数Kxa是气液吸收过程重要的研究的内容，是吸收剂和催化剂等性能评定、吸收设备设计、放大的关键参数之一 （4）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制 答：易溶气体的吸收过程是气膜控制，如HCl，NH3，吸收时的阻力主要在气相，反之就是液膜控制。对于CO2的溶解度和HCl比起来差远了，应该属于液膜控制 （5）当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数 答：液体温度。因为是液膜控制，液体影响比较大。 2对流给热系数测定 1. 答：冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。 2.答：不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。并且不凝性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压力升高，从而制冷量会降低。而且由于冷凝压力的升高致使排气压力升高，还会减少压缩机的使用寿命。应把握好空气的进入，和空气的质量。 3.答：冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了热阻，降低传热速率。 在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.答：靠近蒸气温度因为蒸气冷凝传热膜系数远大于空气膜系数。 5. 答：基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t均增加，其它参数不变，故(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强对α关联式无影响。 3、离心泵特性曲线测定 1、关闭阀门的原因从试验数据上分析：开阀门意味着扬程极小，这意味着电机功率极大，会烧坏电机。 2、离心泵不灌水很难排掉泵内的空气，导致泵空转而不能排水；泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏，即使电机的三相电接反了，泵也会启动的。 3、用出口阀门调解流量而不用崩前阀门调解流量保证泵内始终充满水，用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压，使叶轮氧化，腐蚀泵。还有的调节方式就是增加变频装置，很好用的。 4、当泵不被损坏时，真空表和压力表读数会恒定不变，水泵不排水空转不受外网特性曲线影响造成的。 5、不合理，安装阀门会增大摩擦阻力，影响流量的准确性 6、本题是研究密度对离心泵有关性能参数的影响。由离心泵的基本方程简化式可以看出离心泵的压头，流量、效率均与液体的密度无关，但泵的轴功率随流体密度增大而增大即：密度增大N增大，又因为其它因素不变的情况下Hg↓而安装高度减小。 4、流体流动阻力的测定 1、是的，因为由离心泵特性曲线知，流量为零时，轴功率最小，电动机负荷最小，不会过载烧毁线圈。 2、在流动测定中气体在管路中，对流动的压力测量产生偏差，在实验中一定要排出气体，让流体在管路中流动，这样流体的流动测定才能准确。当流出的液体无气泡是就可以证明空气已经排干净了。 化工原理蒸馏部分模拟试题及答案 一、填空 1精馏过程是利用部分冷凝和部分汽化的原理而进行的。精馏设计中，回流比越 大，所需理论板越少，操作能耗增加，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总 和将呈现先降后升的变化过程。 2精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数减小（增大、减小）,同时蒸馏釜中所需加热 蒸汽消耗量增大（增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量减小（增大、减小），所需塔径增大（增大、减小）。 3分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中,冷液体进料的q值最 大，提馏段操作线与平衡线之间的距离最远，分离所需的总理论板数—最 少____ 。 4相对挥发度a =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。 5某二元混合物，进料量为100kmol/h , X F=0.6，要求得到塔顶X D不小于0.9，则塔顶最大 产量为 66.7 kmol/h 。 6精馏操作的依据是混合液中各组分的挥发度差异，实现精馏操作的必要条件包括 塔顶液相回流和塔底上升蒸气。 7负荷性能图有五条线，分别是液相上限线、液相上限线、_雾 沫夹带线、漏液线_____ 和_____ 。 二、选择 1已知q=1.1，则加料中液体量与总加料量之比为_C ___ 。 A 1.1:1 B 1:1.1 C 1:1 D 0.1:1 2精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是_D _________________ 。 A 液相中易挥发组分进入汽相； B 汽相中难挥发组分进入液相； C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多； D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。 3某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成X A=0.6，相应的泡点为t1,与之相平衡的 汽相组成y A=0.7，相应的露点为t2,贝y A A t 1=t 2 B t 1 流体流动阻力实验 一、在本实验中必须保证高位水槽中始终有溢流，其原因是： A、只有这样才能保证有充足的供水量。 B、只有这样才能保证位压头的恒定。 C、只要如此，就可以保证流体流动的连续性。 二、本实验中首先排除管路系统中的空气，是因为： A、空气的存在，使管路中的水成为不连续的水。 B、测压管中存有空气，使空气数据不准确。 C、管路中存有空气，则其中水的流动不在是单相的流动。 三、在不同条件下测定的直管摩擦阻力系数…雷诺数的数据能否关联在同一条曲线上？ A、一定能。 B、一定不能。 C、只要温度相同就能。 D、只有管壁的相对粗糙度相等就能。 E、必须温度与管壁的相对粗糙度都相等才能。 四、以水作工作流体所测得的直管阻力系数与雷诺数的关系能否适用于其它流体？ A、无论什么流体都能直接应用。 B、除水外什么流体都不能适用。 C、适用于牛顿型流体。 五、当管子放置角度或水流方向改变而流速不变时，其能量的损失是否相同。 A、相同。 B、只有放置角度相同，才相同。 C、放置角度虽然相同，流动方向不同，能量损失也不同。 D、放置角度不同，能量损失就不同。 六、本实验中测直管摩擦阻力系数时，倒U型压差计所测出的是： A、两测压点之间静压头的差。 B、两测压点之间位压头的差。 C、两测压点之间静压头与位压头之和的差。 D、两测压点之间总压头的差。 E、两测压点之间速度头的差。 七、什么是光滑管？ A、光滑管是绝对粗糙度为零的管子。 B、光滑管是摩擦阻力系数为零的管子。 C、光滑管是水力学光滑的管子（即如果进一步减小粗糙度，则摩擦阻力不再减小的管 子）。 八、本实验中当水流过测突然扩大管时，其各项能量的变化情况是： A、水流过突然扩大处后静压头增大了。 B、水流过突然扩大处后静压头与位压头的和增大了。 C、水流过突然扩大处后总压头增大了。 D、水流过突然扩大处后速度头增大了。 E、水流过突然扩大处后位压头增大了 BCECAAAA 1.在层流流动中，若流体的总流率不变，则规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的（ C ）倍。 A. 2； B. 6； C. 4； D. 1。 2.流体在圆形直管内作强制湍流时，其对流传热系数α与雷诺准数的n 次方成正比，其中的n 值为（ B ） A . 0.5 B. 0.8 C. 1 D. 0.2 3.计算管路系统突然扩大和突然缩小的局部阻力时，速度值应取为（ C ） A. 上游截面处流速 B 下游截面处流速 C 小管中流速 D 大管中流速 4.阻力系数法将局部阻力表示成局部阻力系数与动压头的乘积，管出口入容器的阻力系数为( A ) A.1.0 B.0.5 C.0.35 D.0.75 5.有两种关于粘性的说法：( A ) ①无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。 ②粘性只有在流体运动时才表现出来。 A.这两种说法都对； B.这两种说法都不对； C.第一种说法对，第二种说法不对； D.第二种说法对，第一种说法不对。 第二章流体输送机械 1.往复泵在操作中( A ) 。 A.不开旁路阀时，流量与出口阀的开度无关 B.允许的安装高度与流量无关 C.流量与转速无关 D.开启旁路阀后，输入的液体流量与出口阀的开度无关 2.一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出 口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( D ) A. 忘了灌水 B. 吸入管路堵塞 C. 压出管路堵塞 D. 吸入管路漏气 3.离心泵吸入管路底阀的作用是（ B ）。 A.阻拦液体中的固体颗粒 B.防止启动前充入的液体从泵内漏出 C.避免出现气蚀现象 D.维持最低的允许吸上高度 4.为了安全起见，离心泵的实际安装高度应比理论安装高度（ B ）。 A.高 B.低 C.相等 C.不确定 5.齿轮泵的流量调节采用（ C ）。 A.出口阀 B.进口阀 C.回流装置 D.以上三种均可 6.离心泵启动时，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 ）。 0≈0 B. >0>0 C. <0<0 7.离心泵的调节阀开大时，则（ B ）。 A.吸入管路的阻力损失不变 B.泵出口的压力减小 一、流体力学及其输送 1.单元操作：物理化学变化的单个操作过程，如过滤、蒸馏、萃取。 2.四个基本概念：物料衡算、能量衡算、平衡关系、过程速率。 3.牛顿粘性定律：F=±τA=±μAdu/dy ，(F ：剪应力；A ：面积；μ：粘度；du/dy ：速度梯度)。 4.两种流动形态：层流和湍流。流动形态的判据雷诺数Re=duρ/μ；层流—2000—过渡—4000—湍流。当流体层流时，其平均速度是最大流速的1/2。 5.连续性方程：A1u1=A2u2；伯努力方程：gz+p/ρ+1/2u2=C 。 6.流体阻力=沿程阻力+局部阻力；范宁公式：沿程压降：Δpf=λlρu2/2d ，沿程阻力：Hf=Δpf/ρg=λl u2/2dg(λ：摩擦系数)；层流时λ=64/Re ，湍流时λ=F(Re ，ε/d)，(ε：管壁粗糙度)；局部阻力hf=ξu2/2g ，(ξ：局部阻力系数，情况不同计算方法不同) 7.流量计：变压头流量计(测速管、孔板流量计、文丘里流量计)；变截面流量计。孔板流量计的特点；结构简单，制造容易，安装方便，得到广泛的使用。其不足之处在于局部阻力较大，孔口边缘容易被流体腐蚀或磨损，因此要定期进行校正，同时流量较小时难以测定。 转子流量计的特点——恒压差、变截面。 8.离心泵主要参数：流量、压头、效率（容积效率?v ：考虑流量泄漏所造成的能量损失；水力效率?H ：考虑流动阻力所造成的能量损失；机械效率?m ：考虑轴承、密封填料和轮盘的摩擦损失。）、轴功率；工作点(提供与所需水头一致)；安装高度(气蚀现象，气蚀余量)；泵的型号(泵口直径和扬程)；气体输送机械：通风机、鼓风机、压缩机、真空泵。 9. 常温下水的密度1000kg/m3,标准状态下空气密度1.29 kg/m3 1atm =101325Pa=101.3kPa=0.1013MPa=10.33mH2O=760mmHg （1）被测流体的压力 > 大气压 表压 = 绝压－大气压 （2）被测流体的压力 < 大气压 真空度 = 大气压－绝压= －表压 10. 管路总阻力损失的计算 11. 离心泵的构件: 叶轮、泵壳（蜗壳形）和 轴封装置 离心泵的叶轮闭式效率最高，适用于输送洁净的液体。半闭式和开式效率较低，常用于输送浆料或悬浮液。 气缚现象：贮槽内的液体没有吸入泵内。汽蚀现象：泵的安装位置太高，叶轮中各处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压。原因（①安装高度太高②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；③吸入管路阻力或压头损失太高）各种泵：耐腐蚀泵:输送酸、碱及浓氨水等腐蚀性液体 12. 往复泵的流量调节 （1）正位移泵 流量只与泵的几何尺寸和转速有关，与管路特性无关，压头与流量无关，受管路的承压能力所限制，这种特性称为正位移性，这种泵称为正位移泵。 往复泵是正位移泵之一。正位移泵不能采用出口阀门来调节流量，否则流量急剧上升，导致示损坏。 （2）往复泵的流量调节 第一，旁路调节，如图2-28所示，采用旁路阀调节主管流量，但泵的流量是不变的。 第二，改变曲柄转速和活塞行程。使用变速电机或变速装置改变曲柄转速，达到调 节流量，使用蒸汽机则更为方便。改变活塞行程则不方便。 13.流体输送机械分类 14.离心泵特性曲线： 222'2e 2e 2u d l l u d l l u d l h h h f f f ??? ? ??++=???? ??+=??? ??+=+=∑∑∑∑∑∑ζλλζλ 化工原理吸收部分模拟试题及答案 一、填空 1 气体吸收计算中，表示设备（填料）效能高低的一个量是 务难易程度的一个量是 传质单元数 。 2 在传质理论中有代表性的三个模型分别为 双膜理论 传质单元高度 、 溶质渗透理论 ，而表示传质 任、表面更新理 论。 3 如果板式塔设计不合理或操作不当，可能产生 严重漏液 、 严重泡沫夹带及 液泛 等不正常现象，使塔无法工作。 4 在吸收塔某处，气相主体浓度 y=0.02 5 ，液相主体浓度 x=0.01 ，气相传质分系数 k y =2kmol/m 2·h ， 2 y 应为 0.01 。平衡关系 y=0.5x 。 气相传质总 K =1.5kmol/m ·h ，则该处气液界面上气相浓度 y i 5 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 塔低 达到平衡。 6 单向扩散中飘流因子 A>1 。漂流因数可表示为 P ，它反映 由于总体流 P BM 动使传质速率比单纯分子扩散增加的比率。 7 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 。 8 一般来说， 两组份的等分子反相扩散体现在 精流 单元操作中，而 A 组份通过 B 组份的单 相扩散体现在 吸收 操作中。 9 板式塔的类型有 泡罩塔 、 浮阀塔 、 筛板塔 （说出三种）；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。 10 分子扩散中菲克定律的表达式为 dC A ，气相中的分子扩散系数 D 随温度 J A D AB dz 升高而 增大 （增大、减小），随压力增加而 减小 （增大、减小）。 12 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。 13 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。 14 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 ya =2× 10-4 kmol/m 3.s, k xa =0.4 kmol/m 3.s, 则该吸收过程及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 气膜 控制，约 100% ；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 。 A >1 B <1 C =1 D 不一定 3 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/m 2·h ，气相传质总 K y =1.5kmol/m 2·h ，则该处气液界面上气相浓度 y i 应为 B 。 平衡关系 y=0.5x 。 A 0.02 B 0.01 C 0.015 D 0.005 4 已知 SO 2 水溶液在三种温度 E 3=0.00625atm ，则 A t 1、 t 2、t 3 下的亨利系数分别为 E 1=0.0035atm 、E 2=0.011atm 、化工原理实验模拟试题4教学内容
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