化工原理复习 .doc

绪论1、任何一种化工产品的生产过程都是由若干单元操作和化学反应过程组合而成；2、流体力学、传热和传质的基本原理是各单元操作的理论基础；3、混合物含量的表示方法4、溶液浓度越是远离平衡浓度，其溶解速率就越大，溶液浓度与平衡浓度之差值，可以看作是溶解过程的推动力第一章 流体流动1、绝对压力、表压、真空度的概念及三者之间的关系： 表压=绝对压力-大气压 真空度=大气压-绝对压力2、密度、相对密度、比体积及其关系： 密度： 相对密度= 比体积：3、流体静力学基本方程式：p = p0 +gh4、平均流速、质量流速之间的差别及关系 平均流速： 质量流速：5、连续性方程式伯努利方程及其应用P20 连续性方程式：伯努利方程：6、牛顿黏性定律的表达式，式中各符号的意义及单位 P25 牛顿黏性定律：m即为黏度 运动黏度： 黏度的物理意义：当时，单位面积所产生的内摩擦力大小。 单位：Pa·s7、通常液体黏度随温度增加而减小，气体黏度随温度上升而增大8、流体在圆形直管中作层流流动时，其速度分布是 抛物线 型曲线。其管中心最大流速为平均流速的 2 倍，摩擦系数与Re关系为=64/Re。9、量纲分析法的依据或基础 P34量纲分析法的基础：量纲的一致性量纲分析法的基本原理：p定理 （N=n-m ；某现象涉及物理量数为n个，这些物理量的基本量纲数为m个，则该物理现象有N个独立的量纲为一的量）10、雷诺数的表达式及物理意义 P35雷诺数：物理意义：雷诺数表示惯性力和黏性力之比，反映流体流动状态和湍动程度。 11、在SI单位制中，通用气体常数R的单位为( B )。 Aatm·cm3/mol·K BPa·m3/mol·K Ckgf·kmol·K DIbf·ft/Ibmol·K12、流体在圆形直管中流动时，若其已进入阻力平方区，则摩擦系数与雷诺数Re的关系为( C )。 ARe增加，增大 BRe增加，减小 CRe增加，基本上不变 DRe增加，先增加大后减小13、滞流和湍流的本质区别是( D )。 A湍流流速大于滞流流速 B滞流时Re数小于湍流时Re数 C流道截面大时为湍流，截面小的为滞流 D滞流无径向脉动，而湍流有径向脉动14、因次分析法目的在于( B )。A得到各变量间的确切定量关系.B用无因次数群代替变量,使实验与关联简化.C得到无因次数群间定量关系.D无需进行实验，即可得到关联式.习题1-9附图【1-9】如习题1-9附图所示的测压差装置，其U形压差计的指示液为水银，其他管中皆为水。若指示液读数为，试求A、B两点的压力差。解 等压面由以上三式，得已知， 【1-13】如习题1-13附图所示的套管式换热器，其内管为，外管为。内管中有密度为、流量为的冷冻盐水流动。内、外管之间的环隙有绝对压力为，进、出口平均温度为，流量为的气体流动。在标准状态下，气体的密度为。试求气体和盐水的流速。解 液体 内管内径 液体质量流量 ，体积流量 流速 气体质量流量 密度 体积流量 流速 习题1-13附图 习题1-14附图【1-17】如习题1-17附图所示的常温下操作的水槽，下面的出水管直径为。当出水阀全关闭时，压力表读数为30.4kPa。而阀门开启后，压力表读数降至20.3kPa。设压力表之前管路中的压头损失为0.5m水柱，试求水的流量为多少?解 出水阀全关闭时，压力表读数30. 4kPa（表压）能反映出水槽的水面距出水管的高度h阀门开启后，压力表读数（表压）从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速水的流量【1-23】 (1)温度为20、流量为的水，在的直管中流动，试判断流动类型；(2)在相同的条件下，水改为运动黏度为的油，试判断流动类型。解 (1) 流速 雷诺数 (2) 雷诺数 第二章 流体输送机械1、液体输送机械根据工作原理不同通常分为四类：离心式、往复式、旋转式、流体动力作用式 2、离心泵的主要部件有如下三部分：泵壳、叶轮、泵轴3、离心泵的主要参数有：流量、扬程、功率、效率 4、离心泵的特性曲线有：、5、离心泵的最大安装高度不会大于10米。6、某输水的水泵系统, 经管路计算得需泵提供的压头为He=19m水柱，输水量为0.0079m3/s，则泵的有效功率为 1472W 。7、离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生 汽蚀 现象。8、 离心泵的扬程是 ( D )A. 实际的升扬高度 B. 泵的吸液高度C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值9、离心泵开动前必须充满液体是为了防止发生( A )A. 气缚现象 B. 汽蚀现象 C. 汽化现象 D. 气浮现象11、离心泵起泵时，为什么要把出口阀关闭？ 答：离心泵工作时，其轴功率Ne随着流量增大而增大，所以泵起动时，应把出口阀关闭，以降低起动功率，保护电机，不致于超负荷而受到损失。12、何谓离心泵的“气缚”和“气蚀”现象，对泵的操作有何危害？应如何防止？气缚：由于泵内存气，启动泵后吸不上液的现象。危害：该现象发生后，泵无液体排出，且产生噪音，振动。预防措施：为防止“气缚”现象发生，启动前应灌满液体。汽蚀：由于泵的吸上高度过高，使泵内压力等于或低于输送液体在该温度下的饱和蒸汽压时，液体气化，气泡形成，破裂等过程中引起的剥蚀现象。危害：该现象发生时液体因冲击而产生噪音、振动、使流量减少，甚者无液体排出。预防措施：为防止“气蚀”现象发生；泵的实际安装高度应不高于允许吸上高度。13、大题【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min时，水的流量为18m3/h，扬程为20m(H2O)。试求：(1)泵的有效功率，水的密度为1000kg/m3; (2)若将泵的转速调节到1250r/min时，泵的流量与扬程将变为多少？解 (1)已知有效功率 (2) 转速 时流量，扬程柱转速 流量 扬程 柱【2-9】 用离心泵将密闭容器中的有机液体送出，容器内液面上方的绝压为85kPa。在操作温度下液体的密度为850kg/m3，饱和蒸汽压为72.12kPa。吸入管路的压头损失为1.5m，所选泵的允许汽蚀余量为3.0m。现拟将泵安装在液面以下2.5m处，问该泵能否正常操作？解 泵的最大允许安装高度而实际安装高度Hg实，说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生汽蚀现象。为保证泵的正常操作，泵应至少安装在液面下方3.5m或更低。第三章 沉降与过滤1、非均相物系分离的目的： 回收分散物质； 净制分散介质； 劳动保护和环境卫生等。2、固体粒子沉降过程分 加速 阶段和 匀速 阶段。沉降速度是指 匀速 阶段颗粒相对于流体的速度。3、在重力场中，固粒的自由沉降速度与下列因素无关（ A ）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4、在斯托克斯区，颗粒沉降速度与其直径的_2_次方成正比，在牛顿区，与其直径 1/2 次方成正比。5、根据操作方式不同，离心机可分为 间歇式 和 连续式 两大类。6、悬浮液过滤的两种方式：深层过滤和滤饼过滤。7、离心分离因数及其提高途径： 离心分离因数：第四章 传热1、根据热量传递机理的不同，基本传热方式有： 传导 、 对流 、 辐射 。2、传热过程的三要素：K、A、tm： Q传热速率,K总传热系数3、傅里叶定律及表达式 傅里叶定律：在质地均匀的物体内，若等温面上各点的温度梯度相同，则单位时间内传导的热量Q与温度梯度及垂直于热流方向的导热面积A成正比。表达式：4、非金属绝热材料的热导率为什么与密度有关？ 这种材料呈纤维状或多孔结构，其空隙中含有l值小的空气密度较小，则所含空气就越多，但如果密度太小，孔隙尺寸太大，其中空气的自然对流传热与辐射传热作用增强，反而使l增大。5、单层及多层平壁稳态热传导速率方程： 单层： 多层：6、单层及多层圆筒壁稳态热传导速率方程 单层： 多层：7、牛顿冷却公式也即对流传热速率方程 牛顿冷却公式：9、蒸气在壁面上冷凝的两种方式：膜状冷凝和滴状冷凝10、液体沸腾的两个基本条件：液体的过热度和气化核心存在11、两流体可作严格逆流的换热器是( D) A 板翅式换热器 B U型管式列管换热器 C 浮头式列管换热器 D 套管式换热器12、管壁及污垢热阻可略,对薄管壁来说,当两流体对流体热系数相差悬殊时(如i 0), 为有效提高K值，关键在于（B ） A 提高i B 提高0 C 减小垢层热阻 D 提高管内流体流量13、换热器为何应定期清洗？ 换热器运行一段时间后，传热壁面常有污垢积存，对传热产生附加热阻，使K值下降。通常污垢热阻较壁面热阻要大，因此在设计中必须考虑其影响，运行中的换热器应定期清洗。14、传热过程的强化措施：增大传热过程平均温度差；增大单位体积的传热面积；增大总传热系数。15、双层平壁定态热传导，两层壁厚、面积均相等，各层的导热系数分别为1和2，其对应的温度差为t1和t2，若t1t2，则1和2的关系为（B） A 12 B 12 C 1= 2 D 无法确定16、在管长为1m的冷却器中，用水冷却油。已知两流体作并流流动，油由420K冷却到370K，冷却水由285K加热到310K。欲用加长冷却管的办法，使油出口温度降至350K。若在两种情况下油、水的流量、物性、进口温度均不变，冷却器除管长外，其他尺寸也不变。试求加长后的管长。已知：，；，；， 求:解：由 ，得 所以 ， 又由 ，得，又由 ，得 所以 得 l2 = 1.8548l1 = 1.8548 m 17、例题4-2、4-5、4-11、【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为0.16W/(m·)、厚度为300mm的绝热材料。已测得绝热层外表面温度为30，另测得距加热器平壁外表面250mm处的温度为75，如习题4-1附图所示。试求加热器平壁外表面温度。解 计算加热器平壁外表面温度，习题4-1附图 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率=1.05W/(m·)，厚度；绝热砖层，热导率=0.151W/(m·)；普通砖层，热导率=0.93W/(m·)。耐火砖层内侧壁面温度为1000，绝热砖的耐热温度为940，普通砖的耐热温度为130。(1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。若每块绝热砖厚度为230mm，试确定绝热砖层的厚度。(2) 若普通砖层厚度为240mm，试计算普通砖层外表面温度。解 (1)确定绝热层的厚度温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q。 习题4-4附图绝热砖层厚度的计算每块绝热砖的厚度为，取两块绝热砖的厚度为。(2) 计算普通砖层的外侧壁温先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度小于130，符合要求。通过普通砖层的热传导，计算普通砖层的外侧壁温。【4-7】水蒸气管路外径为108mm，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度的变化关系为。水蒸气管路外表面温度为150，希望保温层外表面温度不超过50，且每米管路的热量损失不超过。试确定所需保温层厚度。解 保温层厚度以b表示已知解得保温层厚度为保温层厚度应不小于13.3mm第五章 吸收1、吸收操作的分类： 物理吸收与化学吸收； 单组份吸收与多组分吸收； 非等温吸收与等温吸收2、选择吸收剂时应注意的事项 吸收剂对溶质应具有较大的溶解度； 吸收剂应对溶质具有良好的选择性； 混合气中溶质的含量不同，应选用不同的吸收剂； 吸收剂的挥发度要小； 若吸收液不是产品，则其中的吸收剂应容易解吸而再生，循环使用。 吸收剂的黏度要小，有利于气液两相接触良好，提高传质速率； 吸收剂应具有化学稳定性好、不易燃、无腐蚀性、无毒、易得、廉价等特点。3、欲得到一定浓度的溶液，易溶气体所需的分压低，难溶气体所需的分压高4、亨利定律及各系数之间的关系 亨利定律：在一定温度下，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与液相中溶质的摩尔分数成正比。 表达式：5、吸收过程中，组分从气相传入液相的三个步骤 该组分从气相主体传递到气液两相界面的气相一侧； 在相界面上的溶解，从相界面的气相一侧进入液相一侧； 再从液相一侧界面向液相主体传递。6、组分在气相中的扩散系数与温度T（K）的1.5次方成正比，与总压力p成反比；组分在液相中的扩散系数与温度T（K）成正比，与黏度成反比7、当溶质的溶解度很大时，属于气膜阻力控制；当溶质的溶解度很小时，属于液膜阻力控制8、在逆流操作的吸收塔，当进塔气体组成Y1与进塔液体组成X2已定，最小液气比(L/G)min与溶质的吸收率有何关系？ 9、计算填料层的高度有传质单元数法和等板高度法两种，计算中如何选用？主要根据已知的数据确定，若已知吸收系数数据，采用传质单元数法；若已知等板高度数据，则采用等板高度法。10、 吸收操作费用包括哪些因素？ 设备费用、操作费用【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH3的组成，以摩尔比Y和摩尔分数y表示。吸收率的定义为解 原料气中NH3的摩尔分数摩尔比 吸收器出口混合气中NH3的摩尔比为摩尔分数 【5-8】用清水吸收混合气中的NH3，进入吸收塔的混合气中，含NH3体积分数为6%，吸收后混合气中含NH3的体积分数为0.4%，出口溶液的摩尔比为水。此物系的平衡关系为。气液逆流流动，试求塔顶、塔底的气相传质推动力各为多少？解 已知，则已知，则已知，则已知，则塔顶气相推动力 塔底气相推动力 【5-13】根据及，试将传质速率方程变换成的形式。有何关系。解 式中 式中 第六章 蒸馏1、蒸馏是分离 均相液体混合物 的一种方法，其分离依据是混合物中各组分的 挥发性差异 ，分离的条件是 造成气液两相系统 。蒸馏操作是通过气化、冷凝达到提浓目的。因此，加热和冷却费用是蒸馏过程的主要操作费用。2、在t-x-y图中的气液共存区内，气液两相温度 相等 ，但气相组成 大于 液相组成，而两相的量可根据 杠杆规则 来确定。3、精馏过程回流比R的定义式为 R = L/D 4、若进料量、进料组成、进料热状况都不变，要提高xD，可采用（ C ）A、减小回流比 B、增加提馏段理论板数C、增加精馏段理论板数 D、塔釜保温良好5、在精馏操作中，若进料位置过高，会造成（ C ）A、釜残液中易挥发组分含量增高 B、实际板数减少C、馏出液中难挥发组分含量增高 D、各组分含量没有变化6、简述精馏原理，实现精馏定态操作的必要条件是什么？精馏原理：精馏是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分气化和多次部分冷凝的过程。上升蒸气流和液体回流是造成气、液两相以实现精馏定态操作的必要条件。7、理想溶液的微观特征在宏观上的表现为各组分混合成溶液时不产生热效应和体积变化。8、相对挥发度的定义、理想溶液汽液相平衡方程 P241 相对挥发度：溶液中两组分挥发度之比。 理想溶液汽液相平衡方程：9、精馏段及提馏段操作性方程 P253 q线方程 P256 精馏段操作性方程： 提馏段操作性方程： q线方程：10、什么是适宜回流比？通常是最小回流比的多少倍？适宜回流比(R)：设备费用与操作费用之和为最低的回流比。 R=(1.12.0)Rmin11、间歇精馏的两种操作方式： 保持回流比恒定，而馏出液组成逐渐减小； 保持馏出液组成恒定，而逐渐增大回流比。12、通常什么情况下采用恒沸精馏或萃取精馏？ 当混合物中两组分的相对挥发度接近于1时，若采用普通精馏方法分离，所需理论板数很多，而且回流比也很大，使设备费与操作费都增多，经济上不合算。 具有恒沸点的非理想溶液，其恒沸物中两组分的相对挥发度等于1，用普通精馏方法不能分离。13、萃取剂应具备的条件 原液中加入少量的萃取剂，就能使原液中两组分的相对挥发度有很大的提高； 萃取剂的挥发度应比原液中两组分的挥发度足够小，即沸点要足够大； 萃取剂应与原液中各组分互溶，以保证液相中萃取剂的浓度，充分发挥萃取剂的分离作用； 萃取剂不与原液中任一组分起化学反应，对设备不腐蚀，黏度小，来源易，价格低廉；14、评价塔板优劣的标准有哪些？ P288 生产能力大、操作弹性大、汽相通过塔板的压力降较小、塔板效率高、结构简单、造价简单等13、【6-7】 甲醇和丙醇在80时的饱和蒸气压分别为和50.93kPa。甲醇一丙醇溶液为理想溶液。试求：(1) 80时甲醇与丙醇的相对挥发度；(2)在80下汽液两相平衡时的液相组成为0.5，试求汽相组成；(3)计算此时的汽相总压。解 (1)甲醇和丙醇在80时的相对挥发度(2) (3) 总压