化工原理复习要点.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,盐城师范学院,化工原理,化工原理,2/4/2026,1,化工原理复习要点,1.,流体流动及输送,2.,传热过程,3.,吸收,4.,精馏,2/4/2026,2,1.,流体流动及输送,1,、一个前提：稳定流动，本章仅研究稳定流动的问题。,2,、两个物性参数：密度、,粘度,，本章中密度、粘度一般作常数处理。,牛顿粘性定律,或,F,-,比例系数，即流体的粘度，单位,Pa.s,-,剪应力，单位为,Pa,-,速度梯度，,s,2/4/2026,3,液体,:,T ,气体,:,一般,T ,超高压,p ,粘度的物理本质,：,分子间的引力和分子的运动与碰撞。,2.,粘度的单位,SI,制：,Pa,s,或,kg/(m,s),物理制：,cP,(,厘泊）,换算关系,1cP10,-3,Pa,s,2/4/2026,4,通常流体粘度,随温度,t,的变化规律为：（）,A,t,升高、,减小,B,t,升高、,增大,C,对液体,t,升高,增大，对气体则相反,D,对液体粘度,t,升高,减小，对气体则相反,.,D,3.,压强,压强有不同的单位和表示方式,1atm=1.01310,5,Pa=760mmHg=10.33mH,2,O=101.3kPa=1.033kgf.cm,2,表压,=,绝对压力,-,大气压力,真空度,=,大气压力,-,绝对压力,压力测量：,压差计,2/4/2026,5,1.,某设备的表压强为,100kPa,，则它的绝对压强为,kPa,；另一设备的真空度为,300mmHg,，则它的绝对压强为 。（当地大气压为,101.33,kPa,）。,答案：,201.33,，,460mmHg,4.,流体流动形态,层流,（或,滞流,）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合；,湍流,（或,紊流,）：流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。,2/4/2026,6,判断流型,Re2000,时，流动为层流，此区称为层流区；,Re4000,时，一般出现湍流，此区称为湍流区；,2000 Re 4000,时，流动可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定的过渡区。,.,流体在圆管内的速度分布,流型判据,雷诺准数,无因次数群,2/4/2026,7,管中心流速为最大，即,r,0,时，,u,max,管截面上的平均速度,:,即,层流流动时的平均速度为管中心最大速度的,1/2,。,即流体在圆形直管内,层流流动,时，其速度呈,抛物线分布,。,2/4/2026,8,湍流速度分布的经验式：,流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是,型曲线。其管中心最大流速为平均流速的,倍，摩擦系数,与,Re,关系为,；而湍流时，流体管中心最大流速为平均流速的,倍。,2/4/2026,9,离心泵的主要部件有,、,和,。其特征曲线有,、,、,。,.,离心泵的结构,.,叶轮，泵壳，泵轴，,H-,qv,Pa-qv,-,qv,.,计算,管路计算的基本关系式,是,连续性方程,，,柏努力方程（包括静力学方程）,及,能量损失计算式（含,的确定）。,2/4/2026,10,连续性方程,：,例,在稳态流动系统中,水连续地从粗管流入细管,.,粗管内径为细管内径的两倍,求细管内水的流速是粗管的若干倍,?,倍,2/4/2026,11,流速与流量,理想流体的柏努利（,Bermoulli,),方程,(,B.E,),2/4/2026,12,实际流体存在流动磨擦阻力，则,.,P,a,p,e,分别为实际功率（轴功率）和理论功率，单位为,-,输送机械的效率,流体输送所需功率是指单位时间耗用的能量，可按下式求算,2/4/2026,13,流动阻力计算式：,管进口及出口,进口：流体自容器进入管内。,进口,=0.5,进口阻力系数,出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外空间。,出口,=1,出口阻力系数,2/4/2026,14,每小时将,10,4,kg,、,45,氯苯用泵从反应器,A,输送到高位槽,B,（如图所示）管出口处距反应器液面的垂直高度为,15m,，反应器液面上方维持,26.7kPa,的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为,76mm4mm,、长,26.6m,的不锈钢管，管壁绝对粗糙度为,0.3mm,。管线上有两个全开的闸阀、,5,个,90,标准弯头。,45,氯苯的密度为,1075 kg,m,-3,，粘度为,6.510,-4,Pas,。泵的效率为,85%,，求泵的轴功率。附：各局部阻力系数,全开闸阀,1=0.17,90,o,标准弯头,2=0.75,摩擦系数计算式,2/4/2026,15,1.,解：如图，取,1-1,、,2-2,界面，以,1-1,截面为基准面,p,1,=26.7kPa,（绝压），,H1=0,u,1,0,p,2,=101.3kPa,（绝压）,H2=15m,2/4/2026,16,=0.0188,2/4/2026,17,=,0.189,m,=0.,1179,m,=,22.41,m,2/4/2026,18,P,e=He,q,V,g=,22.41,2.583,10,-3,1075,9.81=,0.61,10,3,W,P,a=,2/4/2026,19,2.,传热过程,、热传导基本方程：傅立叶定律,或,的意义,、平壁的定态热传导,2/4/2026,20,导热系数：,导热系数又是物质导热能力的标志，其物理意义为当物体两个面,(,等温面,),间温差为,1 K,，厚度为,1 m,时，每秒经过,1 m,2,传热面积所能传导的热量,J,；其单位为,J(mK,s),-,。物质的导热系数用实验测定。良导热体与绝热体的导热系数值相差很大,(,可达一万倍,),各种材料中，,金属,具有较大的导热系数，其中以,银和铜,的导热系数值最高，但金属中夹有少量杂质后，其导热系数值有显著变化。绝热材料的导热系数较小，与其孔隙度有很大的关系，这是因为不发生对流的空气有很好的绝热能力。液体的导热系数并不大，,气体的导热系数最小,2/4/2026,21,质地均匀的固体的导热系数与温度间近似地存在直线关系：,式中,0,0,t,固体时的导热系数，,W/(mK),；,a,温度系数。,对大多数金属材料,a 0,，,t,液体,一般来说，纯液体的大于溶液,t,（,除水和甘油）,气体,t,金属固体,非金属固体,液体,气体,2/4/2026,22,、圆筒壁的传热传热,、平壁的定态热传导,2/4/2026,23,、总传热速率方程,、,、,K,及,tm,2/4/2026,24,当流体被加热时：,当流体被冷却时：,2/4/2026,25,、热量衡算式,通过三层平壁的定态传导过程，各层界面接触均匀，第一层两侧温度为,120,和,80,，第三层外表面温度为,40,，则第一层热阻,R1,与第二、三层热阻,R2,，,R3,的大小为：（）,A.R1,（,R2+R3,）,B.R1,（,R2+R3,）,C.R1=,（,R2+R3,）,D.,无法确定,2/4/2026,26,有一套管式换热器，内管为,18010mm,的钢管，内管中有质量流量为,3000Kg/h,的热水，从,90,冷却到,60,，环隙中冷却水从,20,升到,50,，总传热系数,K=2000W/,（,m,2,）。试求：,（,1,）所需冷却水用量,热水的比热容取,4.191103J/(kg),，冷水比热容取,4.174103J/(kg),，忽略热损失,；,（,2,）并流流动时平均温度差；,（,3,）并流时所需传热面积。,2/4/2026,27,解,(1),热负荷,冷却水消耗量,（,2,）,（,3,）传热面积,2/4/2026,28,3.,吸收,物理吸收是一个物理化学过程，吸收的极限取决于当时条件下吸收质在,吸收剂中的溶解度,，吸收速率主要取决于吸收质从气相主体传递进入液相主体的,扩散速率。,降温加压有利于吸收,。,2/4/2026,29,一、亨利定律,2/4/2026,30,）,E,大的，溶解度小，难溶气体,E,小的，溶解度大，易溶气体,）,H,的讨论：,1,）,H,大，溶解度大，易溶气体，,）,m,的讨论：,m,大，溶解度小,，,难溶气体,2/4/2026,31,二、双膜理论,（,2,）,相界面,处两相达平衡，,无扩散阻力,。,（,3,）有效,膜以外,主体中，充分湍动，溶质主要以,涡流扩散,的形式传质。,（,1,）气液两相存在一个,稳定的相界面,，界面两侧存,在稳定的,气膜和液膜,。膜内为,层流,，,A,以,分子扩,散,方式通过气膜和液膜。,2/4/2026,32,如值较大，得,k,g,吸收过程的总阻力主要由气膜阻力所构成，过程称为,气膜控制,同理可得：,如值较小,k,l,即过程为,液膜控制,2/4/2026,33,物料衡算,逆流吸收塔物料衡算,五、填料吸收塔的计算,2/4/2026,34,液气比,Y,1,L/V,B,B*,最小,液气比,2/4/2026,35,低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为,2/4/2026,36,若总吸收系数和吸收系数间的关系可表示为,1/KL=H/kg+1/kl,当,项可忽略时，表示该吸收为液膜控制。,吸收速率主要决定于通过双膜的扩散速度，要提高气液两流体的相对运动，提高吸收效果，则要 （）,A.,增加气膜厚度和减少液膜厚度,B.,减少气膜和液膜厚度,C.,增加气膜和液膜厚度,D.,以上都不正确,2/4/2026,37,炼油厂用三乙醇胺的水溶液为吸收剂，吸收石油气中的,H,2,S,，进塔气中吸收质的含量为,0.03mol(H,2,S)/mol(,惰气,),，吸收率要求,98%,，气液平衡关系为,Y,=2.0,X,吸收剂进塔时不含,H,2,S,，出塔时的含量,0.013mol(H,2,S)/mol(,吸收剂,),过程的气相体积吸收总系数,K,Y,a,可取,0.02kmolm,-3,s,-1,惰气的流速为,0.012 kmolm,-2,s,-1,，试求填料塔的填料高度,.,P232 5-17,2/4/2026,38,Y1,=0.03,Y2,=0.03(1-0.98)=610,-4,X1,=0.013,X2,=0,根据公式,H,=,hGnG,2/4/2026,39,H,=0.616.42=9.85m,2/4/2026,40,4.,精馏,本章主要内容为理想双组分互溶体系连续精馏，,常压，,泡点进料,q=1,露点进料,q=0,。,蒸馏,(,包括精馏,),是利用物系在发生相变过程中,组分间的挥发性的差异,，将液体混合物中各组分分离的操作。,2/4/2026,41,一、气液平衡关系式,=P,A,0,/P,B,0,2/4/2026,42,二、操作线方程与进料线方程,精馏段操作线方程,：,提馏段操作线方程：,三、回流比,R,、理论塔板数,N,T,当,D=0,则：,R=N,T,=,N,Tmin,可得,：,冷液体进料,q1;,饱和液体进料,q=1;,气液混合物进料,q=01;,饱和蒸汽进料,q=0;,过热蒸汽进料,q,y,n,y,n-1,B,y,n,十,1,y,n,y,n-1,C,y,n+1,=,y,n,=y,n-1,D,不确定,B,2/4/2026,45,例,在连续精馏塔中分离某理想二元混合物。已知原料液流量为,100kmol/h,，组成为,0.5,（易挥发组分的摩尔分率，下同），饱和蒸汽进料，馏出液组成为,0.98,，回流比为,2.6,。若要求易挥发组分回收率为,96%,，试计算：,(1),釜残液的摩尔流量；,(2),提馏段操作线方程。,解：,(1),釜残液的摩尔流量,由,2/4/2026,46,解得,kmol/h,由,解得,W=51.02,kmol/h,(2),提馏段操作线方程,kmol/h,2/4/2026,47,kmol/h,饱和蒸汽进料，,q,=0,kmol/h,kmol/h,由,得,2/4/2026,48,由,2/4/2026,49,