《化工单元操作(上)》复习资料.docx

化工单元操作（上）复习资料一、填空题1、管子规格为67×3.5mm，表示管子的外径是67mm，壁厚是3.5mm。2、某设备上，真空度的读数为80mmHg，其绝压=_640 mmHg。该地区的大气压为720mmHg。3、流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为 0 ，邻近管壁处存在_层流内层 层， 且 Re 值越大，则该层厚度越 薄 。4、流体在管中流动时，任何局部阻力的增加，都将导致其上游压强 增大，下游压强减小。5、往复泵的流量调节常用的方法是采用调节旁路阀的开启度。6、离心泵输送液体的密度减小，则泵的扬程 不变，出口压力减小。7、用 20冷却水冷却 90油品，冷、热流体的出口温度分别为 40和 70。若为并流换热， 其平均温差为 47.21 ；若为逆流换热，则其平均温差为 50 。8、牛顿冷却定律中的温度差指的是 流体和壁面之间的温度差。9、保温材料一般都是结构疏松、导热系数较小的固体材料。10、用饱和蒸汽冷凝放出的热量去加热空气时，换热管的壁面温度总是接近于饱和蒸汽的温度，而要提高传热系数 K，关键在于提高空气一侧的给热系数。11、化工单元操作按其理论基础可以分为三类：动量传递、 热量传递、质量传递。12、已知某设备内表压为 100kPa，则其绝对压强为 201.325kPa，其真空度为-100kPa（当地大气压为 101.33kPa）。13、在定态流动系统中，水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的 2 倍。则细管内水的流速为粗管内流速的 4 倍。14、往复泵启动前不须灌液，因为往复泵有 自吸能力。15、圆筒壁与平壁导热的不同点是其导热面积随 半径而变化。16、对流给热热阻主要集中在靠近传热壁面处的 层流内层内，因此减薄它的厚度是强化传热的重要途径。17、两种玻璃棉，一种密度为 300kg/m3，一种密度为 500kg/m3，同用为保温材料，密度为300kg/m3 的玻璃棉保温性能好。4t18、两层平壁导热，当 tw1- w2大于 tw2-tw3时，说明第一层导热热阻大于第二层的导1热热阻，若两层的壁厚相同，则必然有l小于。l219、列管换热器采用热补偿措施是为了 消除或减小热应力。20、标准式蒸发器内溶液的循环路线是从中央循环管向下，而从其它加热管 向上。21、1atm=101.32522、流体流动有层流kPa= 10.33和湍流mH2O两种类型，可用雷诺数来判定。二、选择题1、对离心泵错误的安装或操作方法是B。A、吸入管直径大于泵的吸入口直径；B、停车时先停电机，再关闭出口阀； C、启动时先将出口阀关闭；D、启动前先向泵内灌满液体。2、流体通过离心泵所获得的能量主要表现为B。A、动能增加；B、静压能增加；C、位能增加；D、流量增大。2213、水在圆管内做定态流动，已知d1=2d ，u =4m/s，u 等于A。A、1 m/s；B、0.5 m/s；C、2 m/s；D、4m/s。1234、穿过三层平壁的稳定导热过程，已知各层温差为 t 40，t 35，t 5，则第一层的热阻R1 与第二、三层热阻R2 、R3 的关系为B。123123123A、R （R R ）；B、R （R R ）；C、R （R R ）；D、无法比较。5、加大气体加热器内的空气流量，可以使加热剂水蒸汽的冷凝量增加，此时传热速率的提高主要是传热速率方程式中的A增大了。A、传热系数；B、冷热流体平均温度差；C、传热面积；D、热负荷。6、空气强制对流给热系数C水蒸气冷凝给热系数。A、等于；B、大于；C、小于；D、无法判断。7、泵将液体由低处送到高处的高度差叫做泵的D。A、安装高度；B、扬程；C、吸上高度；D、升扬高度。8、选离心泵是根据泵的 A。A、扬程和流量选择；B、轴功率和流量选择； C、扬程和轴功率选择；D、转速和轴功率选择。9、流体在圆形管内作层流流动时，管中心处的流体质点流速为管内平均流速的C倍。A、0.5； B、1； C、2； D、2.5。10、流体在直管内的流动阻力产生的根本原因是 B。A、流体与管壁之间的摩擦； B、流体内部的内摩擦； C、流体的温度变化；D、流体的浓度变化。11、在套管换热器中，用热流体加热冷流体。操作条件不变，经过一段时间后管壁结垢，则传热系数KC。A、变大；B、不变；C、变小；D、不确定。12、下述措施中对提高换热器壳程对流传热系数有效的A。A、设置折流板； B、增大板间距；C、换热器采用三角形排列；D、增加管程数三、简答题1、离心泵主要部件有哪些？其作用是什么?答：离心泵主要部件有：（1） 叶轮有 612 片弯曲叶片构成，安装在固定的泵壳内，并紧固于泵轴上。其作用是将原动机的机械能传递给流体 。（2） 泵壳汇集从各叶片间被抛出的液体，这些液体在壳内顺着蜗壳形通道逐渐扩大的方向流动，使流体的动能转化为静压能，减小能量损失。（3） 轴封装置位于泵壳和泵轴之间，主要有填料密封和机械密封两种形式。其作用是防止高压流体外泄及外界空气渗入。2、用冷却水作载热体的冷却器为了提高传热速率，为什么在设计时要采用多管程，而在工厂实际操作中则相反要减少管程数？答：在流量一定时，管程数增多，流体进入管程时，经过的管子数（N）减少流通面积变小， 管程流体的流速（u）增大，管程的雷诺数变大，层流内层变薄，热阻减小，传热系数增大，起到强化传热的效果。若换热器管程过多，冷却水流经换热器的流程 l 增大。在换热器进出口压差恒定时，冷却水流程 l 增大，流速u 就会减小，则流量减小，传热效果下降。在换热器的设计中，增加管程数是否有利于传热的进行，关键要看前提条件，如果冷却水量一定，增加程数则有利于传热；反之，如果压差一定，增加管程数会导致冷却水量减小， 则不利于传热。3、蒸发器的组成主要有哪些？根据引起循环运动的原因不同，循环型蒸发器可分为哪两类？ 中央循环管式蒸发器中，溶液循环运动的原因及运动路线分别是什么？答：蒸发既是一个传热过程，同时又是一个溶剂汽化，产生大量蒸汽的传质过程。因此，蒸发器主要由加热室和分离室组成。溶液在蒸发器中作有规律的循环流动，可以增强管内流体与管壁的对流给热，因而可以提高传热效果。根据引起循环运动的原因不同，分为自然循环型和强制循环型两类。自然循环型蒸发器：由于溶液各处受热程度不同，产生密度差引起溶液流动。在中央循环管式蒸发器中，周围细管内的液体与中央粗管内的液体由于密度不同形成溶液从细管内向上， 粗管内向下的有规律的自然循环运动。4、何为“离心泵的工作点”？离心泵流量调节的方法有哪些？答：泵的 HQ 曲线与管路的 HQ 曲线的交点称为泵的工作点。在工作点工作时，安装在管路中的泵，其输液量即为管路的流量；在该流量下泵提供的扬程也就是管路所需要的外加压头。因此，泵的工作点对应的泵压头既是泵提供的，也是管路需要的，反映了一台泵的实际工作状态。（2 分）改变泵的特性和管路特性均能改变工作点，从而达到调节流量的目的。（1） 改变出口阀的开度改变管路特性出口阀开度与管路局部阻力当量长度有关，后者与管路的特性有关。所以改变出口阀的开度实际上是改变管路的特性。（2） 改变叶轮转速叶轮转速增加，泵的特性曲线向上移，流量和压头均能增加。（3） 车削叶轮直径叶轮视镜减小，泵的特性曲线下移。这种调节方法实施起来不方便，且调节范围也不大。5、强化传热速率的途径有哪些？其主要途径和采取措施是什么？ 答：原因：提高传热速率的途径有：提高传热温度差。当两流体无相变时，传热平均温度差与两流体的进出口温度和流体的流向有关。当两流体中只要有一种流体有相变，传热平均温度差只与两流体的进出口温度有关， 当加热剂是蒸汽时，可提高加热蒸汽的压强，即增加加热剂温度，可以提高传热温度差。增加单位体积的传热面积。从改造设备的结构出发，提高单位体积的传热面积，以达到换热设备高效紧凑的目的。如用小直径换热管或翅片管代替光管，采用螺旋板式、板式、翅片式换热器等换热器。提高传热系数K。其主要途径是提高传热系数K，可采取提高那个小的对流传热膜系数，即增大其流速和防止结垢，来达到及时除垢的目的。6、多效蒸发的作用是什么？它的流程有哪几种？答：为提高加热蒸汽的利用率，应利用二次蒸汽的潜热，采用多效蒸发。常用的流程有：（1） 并流。溶液与蒸汽的流向相同，都是从第一效流至最后一效。优点： 由于前效的压强较后效高，料液可借此压强差自动地流向后一效而无须泵送；因为溶液前一效的温度高于后一效的温度，所以溶液自前一效流入后一效时，处于过热状态，形成自蒸发。（2） 逆流。溶液流向与蒸汽流向相反。优点是溶液的浓度逐级升高，温度也随之升高，浓度 w 、温度t 对粘度m 的影响大致抵消。（3） 错流。溶液与蒸汽在各效间有些采用并流，有些采用逆流。（4） 平流。各效分别进料并分别出料，二次蒸汽多次利用。这种加料法适用于在蒸发过程中有晶体析出，不便于效间输送的场合。7 离心泵操作中出现的汽蚀产生原因、其危害以及如何防止？答：汽蚀产生的原因：当叶轮内缘叶片入口处压强等于或低于输送温度下液体的饱和蒸气压， 引起部分液体汽化。含有气泡的液体进入叶轮后，因压强升高而迅速凝聚，气泡消失产生了局部真空，周围液体高速冲向气泡中心，造成冲击和震动。汽蚀的危害：汽蚀发生时，泵的流量、压头下降，泵体震动有噪音，严重时由于将导致叶轮损坏。以至泵不能正常工作。汽蚀的防止：减小离心泵进口管路的阻力，确定适当的安装高度，合适的流体输送温度。四、计算题（！请自备计算器参加考试）1、有一100´4mm 的蒸汽管，管外壁温度为 462.5K，外敷以两层不同材质的保温层，内层厚度为 50mm，l1=0.06 W/m×K，外层保温层的l2=0.075 W/m×K。要求保温层外表面温度不高于 273K，每米管长的热损失不大于 69W/m。试求：外层保温层的厚度 mm。2p(t - t )2p(462.5 - 273)解： q =13= ? W/mL1r1r11001rl ln2 +ln 3lrr12ln0.0650 + l ln3100r = ? mm3d = r - r32= ?-100 = ? mm2、有一套管换热器，外管直径为116´4mm，内管直径为54´2mm。苯在内管中由 40oC 被加热到 80oC，流量为 4500kg/h，平均比热为 1.86kJ/kg×K，给热系数为 1030 W/m2×K。套管环隙内有 120 oC 的饱和水蒸气冷凝，冷凝潜热为2206kJ/kg，给热系数为 10000 W/m2×K。苯侧垢层热阻为 4´10-4m2×K/W，水蒸气一侧的垢层热阻及管壁热阻均可忽略。试求：（1） 若不计热损失，其加热所需水蒸汽的消耗量为多少kg/h？（2） 套管换热器的有效长度为多少m？ 解：（1）加热蒸气消耗量4500Q = qcm,c(tp,c 2- t ) =13600´1.86 ´103 ´ (80 - 40) = ?Wq= Q =93000= 0.0422kg / s = ? kg / hm,hr2206 ´103h（2）套管换热器的有效长度KO = d1=1d154541= ?W /(m2 × K )d aoi i+R0 +adSiio+ 4 ´10-4+50 ´10305010000Dt =(T - t ) - (T - t12) = (120 - 40) - (120 - 80) = ? Km(T - t )120 - 40ln (T - t12ln)120 - 80S=Q= pd L ,OKD toOmL =Q=93000= ? mKD t pdOmo632 .51 ´ 57 .7 ´ p ´ 54 ´ 10 - 33、用泵将流量为 2.5´104kg/h，密度为 890kg/m3 的溶液自反应器送到常压高位槽内。反应器液面压强为-0.02MP（a表）管路直径为f89´4mm，直管长度为 72m，高位槽液面比反应器液面高 25m。管路上装有一个全开的闸阀，一个 1/2 开的截止阀，3 个 90o 的标准弯头。若泵的效率为 63.5%，求泵的轴功率W。已知：全开闸阀 z=0.171/2 开截止阀 z=9.590o 标准弯头 le=2.8m 若为湍流，管路摩擦系数取l=0.01544解：= rqum,s´ A=890 ´2.5´104p ´ 0.0812 ´ 3600 4m / s = ? m / sSh =h +h ¢ = l l + le × u2 + Sz × u2fffd22= 0.01544´ 72 + 3´ 2.8 × 1.512 + (0.17 + 9.5 + 0.5 +1.0) × 1.512 J / kg0.08122= ? J / kg1122以反应器液面为 1-1，高位槽液面为 2-2，以反应器液面为基准水平面，则 Z =0，u =0， u =0，p （表）=0。列伯努利方程式：- 0.02 ´106 + w= 9.81´ 25 + 30.21890ew = ? J / kgeN = Ne =hq´ wehm,s=2.5´104 ´ 297.933600´ 0.635W = ?W4、用 100的饱和水蒸气将常压空气由 10加热到 90，空气流量为7200kg/h。现有一台单程列管式换热器，内有f25´2.5mm 的钢管 36 根，管长 2m。已知管外水蒸气侧的对流传5热系数为 10000W/m2×K，管内空气侧的对热传热系数为1100W/m2×K。污垢热阻及管壁热阻均可忽略，试计算此换热器能否满足工艺要求。（已知空气的平均比热容为 1.005kJ/kg×K）解：热负荷Q1= mc (t空 气 p 2- t ) = 7200 ´1.005(90 -10) / 3600 = ? kW1t1=100-10=90K；t2=100-90=10KDt = Dtln Dt121 Dt2m- Dt= ? K总传热系数 K =1od=11251= ?W / m 2 × K请计算：d ao + ai io20 ´1100+10000现有换热器的传热面积： So= np dl = 36 ´ 3.14 ´ 0.025 ´ 2 = ? m 2o现有换热器的传热速率Q2= K S Dto om比较Q 、Q 的大小，判断换热器能否满足工艺要求。216