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1、化学工程基础辅导,参考书:陈敏恒主编 化工原理 上下册 第二版 1999 张浩勤 教授,考试范围,动量传递:流体流动和流体输送机械热量传递:传热质量传递:吸收和精馏题型:填空16 单项选择16 计算68,流体流动复习要点,流体流动的三个基本方程连续性方程 柏努力方程(静力学基本方程)两个需要用到方程阻力计算方程 阻力系数计算(层流、湍流)以串联管路计算为主,流体输送机械复习要点,重点 离心泵如何求管路特性曲线方程(柏努力方程)泵特性曲线方程管路特性曲线方程和泵特性曲线方程的交点为泵的工作点。安装高度计算,动量传递,1 用离心泵将水打到高位槽,泵入口处真空表读数为P1,泵出口阀门后压强表读数为P
2、2,当流量增大时,P1,P2_。2 为直管阻力损失计算式中摩擦系数。随Re增大,在层流时,在完全湍流时。3 理论上往复泵的流量_有关;压头_有关。,4质量流量一定的气体在管内作定常流动,温度升高,雷诺数。5流体通过离心泵所获得的能量主要表现为。6液体粘度增大时,离心泵的流量,扬程,功率,效率;7液体密度增大时,离心泵的流量,扬程,功率,效率。,1某定常输水系统,供水储槽通大气,受水容器内的表压为30kPa,两槽液面高差为10m。已知管内径为100mm,,输送系统的管路当量长度为100m。压出管路总长80m。设摩擦系数为0.02。输水量为40m3/h,泵的效率为0.8求:泵轴功率N为多少?泵出口
3、压力表的读数为多少?,解题要点,1题小结,所用知识:连续性方程 柏努力方程阻力计算方程关键:根据题目要求选好截面,确定高度、压力基准 灵活运用 注意 单位一致,思考题,在上题中,泵入口压强表读数为多少?解题关键:在0-0 截面 和1-1截面之间列柏努力方程。,2某定常输水系统,供水储槽通大气,受水容器内的表压为30kPa,两槽液面高差为10m。已知管内径为100mm,,输送系统的管路当量长度为100m。设摩擦系数为0.02。管路中装有一台离心泵,泵特性曲线为 H=23.0-6.0104qv2,式中H为泵的扬程m,qv为泵的流量m3/s。求:(1)管路特性曲线方程和管路的流量。(2)若关小阀门,
4、使流量减小为原来的一半,求此时输送系统的管路当量长度?(3)泵的有效功率为原来的多少倍?,流量减小为原来的一半由(3)式求流速;由(5)式求工作点的H;由(1)式求Hf;由(2)式求管路当量长度l;,(3)功率计算,泵的有效功率 Pe=gqvHe(6)泵的(总)效率:=Pe/Pa(7)有效功率/轴功率,2题总结,如何求管路特性曲线方程?连续性方程 柏努力方程 阻力计算方程(阻力系数给出)题给 泵特性曲线方程管路特性曲线方程和泵特性曲线方程的交点为泵的工作点。关小阀门,使流量减小为原来的一半,管路特性曲线方程发生变化 所用基本方程次序发生变化,3粘度为30cP、密度为900kg/m3的某油品自容
5、器A流过内径50mm的管路进入容器B。两容器均为,敞口,液面视为不变。管路中有一阀门,阀前管长50m,阀后管长20m(均包括所有局部阻力的当量长度)。当阀门全关时,阀前后的压力表读数分别为88.3kPa和44.2kPa。现将阀门打开至1/4开度,阀门阻力的当量长度为40m。试求:(1)管路中油品的流量。,传热复习要点,间壁式换热器计算 热量恒算方程(两个)传热速率方程 平均温差计算 传热系数计算 传热面积计算 管内流体对流传热系数计算方程(重点了解流量的影响规律),热量传递,1沸腾传热可分为三个区域,它们是、,工业上一般应在 区域操作。2 在三层平壁厚度相等的定常导热过程中,温差最大的一层,其
6、热阻,该层的导热系数。3列管式换热器,壳程为饱和水蒸气加热,其给热系数0。管程为空气被加热,其给热系数为i,有。Ai0;B i0;C i0;D 不能确定相对大小,4 耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力,则耐火砖的黑度_铝的黑度。5某套管换热器,管内流体流量增大一倍,管内流体 的对流给热系数为原来的 倍。6为了使房间内形成充分自然对流,使温度一致,(1)空调应放在房间的 部;(2)暖气片应放在房间的 部。7.水蒸气冷凝加热气体,K值;壁温取决于。,1工艺要求将有机蒸汽冷凝,该蒸气以30000kg/h的流量,在110下冷凝,其冷凝潜热为300kJ/kg,冷凝对流给热系数o=10000W/m2K。拟
7、选用列管式换热器,用水做冷却介质,水的流量为50000kg/h,初温为20,水走管程流动状态为湍流,对流给热系数i=1000W/m2K,Cpi=4.18kJ/kgK。水侧污垢热阻为0.58 m2K/kw,忽略管壁及蒸气侧垢阻,不计热损失,求:(1)换热器的面积;(2)在夏季,冷却水进口温度升至32,在水量不变情况下,水的出口温度为多少?该冷凝器的蒸汽冷凝量为多少(忽略水温度变化对物性影响)。,讨论,如果该题第二问修改如下:由于某种原因,加热蒸汽的温度降为100,冷却水的出口温度将变为多少?,讨论,如果该题第二问修改如下:由于某种原因,加热蒸汽的温度降为100,冷却水的出口温度将变为多少?解题要
8、点:同上一题,但必须注意到 新工况下加热蒸汽的温度 T 发生变化。,2工艺要求将有机蒸汽冷凝,该蒸气以30000kg/h的流量,在110下冷凝,其冷凝潜热为300kJ/kg。拟选用列管式换热器,用水做冷却介质,水的流量为50000kg/h,初温为20,水走管程流动状态为湍流,对流给热系数i=1000W/m2K,Cpi=4.18kJ/kgK。,忽略管壁及垢阻,设总传热系数约等于水的对流给热系数,不计热损失,求:(1)换热器的面积;(2)如果水量增大一倍,水的出口温度为多少?该冷凝器的蒸汽冷凝量为多少(忽略水温度变化对物性影响)。,传热小结,设计型计算为基础计算操作性计算为较高要求(1)冷却水温度
9、变化 K 不变(题1)(2)蒸汽温度变化 K 不变(题1讨论)(3)流量变化 关注 K 变化,如何计算(题2),吸收复习要点,单组分低浓度物理吸收 物料恒算方程 平衡线方程 填料高度计算方程 相关:最小液气比计算方程 传质单元高度计算 传质单元数计算 平均推动力法,吸收因数法,概念题,1.低浓度气体吸收中,已知平衡关系y=100 x,kxa=kya=0.1 kmol/m3s,则此体系属于 控制,总传质系数Kxa近似等于 _。2 拟设计一座用清水吸收NH3的吸收塔,已规定出塔气体中的NH3浓度不得大于给定值,若进塔气体中 NH3 含量增大,则最小液气比将。3在填料塔中用清水吸收混合气中的氨气,当
10、水泵发生故障使水量减少,则吸收率,塔出口水中氨的浓度x1,塔出口气中氨的浓度y2,4吸收中,温度不变,压强增大,可使相平衡常数,亨利常数。5 在25,100Kpa下定常操作的吸收塔某截面上,y=0.06,x=0.01,已知E=500Kpa,该截面上进行的 过程,传质推动力为。若将系统压强增加一倍,该截面上为 过程,传质推动力为 6低浓度难溶气体逆流吸收操作系统,若液量加大,则此塔的NOG将,气体出口浓度将。A 增大;B 不变;C 减小;D 无法确定,1.用填料塔从一混合气体中吸收苯。进塔混合气体含苯5%(体积百分数),其余为惰性气体。回收率为95%。操作压强为120kPa,温度为25,进塔的混
11、合气体量为1200m3/h。吸收剂为不含苯的煤油,煤油的耗用量为最小用量的1.5倍,气液逆流流动。已知该系统的平衡关系为y0.10 x(式中y、x均为摩尔分数),气相总体积传质系数Kya=150kmol/(m3 h),煤油的平均分子量为170,塔径为0.6m。试求:(1)煤油的耗用量,kg/h;(2)煤油的出塔浓度x1(摩尔分率);(3)填料层高度。,2用清水吸收混合气中的氨。塔的填料层高度为8m,已知水量150kmol/h,气量为100kmol/h,操作条件下,平衡关系为y=1.2x。塔入口气体中含氨8%,要求塔出口气中含氨不超过1%(均为mol分率)。求:(1)求塔出口液中氨的浓度(2)求
12、填料层的气相总传质单元高度;(3)若供水量减小为120 kmol/h,设气相总传质单元高度不变,求此时塔出口水中氨的浓度和塔出口气中氨的浓度.,吸收小结,设计型计算为基础计算 1题操作性计算为较高要求(1)吸收剂进口浓度变化 Kya 不变(题3)(2)流量变化(题2)Kya 可能变化,但我们假定不变化(气膜控制),精馏,1一操作中的精馏塔,保持进料数量、组成、热状况和产品量不变,减小回流比,则塔顶产品组成XD,塔底产品组成XW。2对双组分理想物系蒸馏,在yx图上,平衡线离对角线越近,表明该物系越 分离。3 二元理想混合液用精馏塔分离,规定产品浓度xD、xW,若进料为xF1时,最小回流比为Rm1
13、;若进料为xF2时,最小回流比为Rm2,现xF1 xF2,则。A.Rm1 Rm2 D.无法判断,精馏复习要点,物料恒算方程 全塔物料恒算 理论板数计算 逐板计算方法 操作线方程2个 进料线方程 平衡线方程 回流比(最小回流比),4同一二元物系,当总压升高时,混合液泡点温度将,相对挥发度.5某精馏塔设计时,进料状况和分离要求一定,当R增大,则N。6某蒸馏过程中,进出塔物料量不变,进料状况不变,由于某种原因导致冷却水用量减少,对产品质量的影响如何。Xd,xw。,1某双组分理想溶液,在塔顶装有分凝器和全凝器各一台的连续精馏塔进行分离。饱和液体进料,已知进料量为1000kmol/h,进料组成xF=0.
14、56,(摩尔分率,下同),要求塔顶馏出液组成xD0.98,塔底残液组成xw0.02,物料平均相对挥发度为4。求:(1)馏出液和釜液产量;(2)当R=1.5Rmin时,精馏段和提馏段的操作线;(3)求离开第一块板的蒸汽和液体的组成。(4)若回流比提高,试分析塔内气、液循环量和分凝器的温度如何变化.,讨论,(1)饱和蒸汽进料?(2)分凝器相当于一块理论板(3)塔顶轻组分回收率 下题精馏操作计算需要试差,很难不会考。,2用板式塔分离某混合液,塔顶全凝器,=2.47,F=150kmol/h,xF=0.4,饱和蒸汽进料,R=1.42Rmin,塔顶轻组分回收率为0.97,Xw=0.026,求(1)xD;(2)R;(3)精馏段,提馏段操作线方程;(4)理论板数。,操作线特征,