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化工原理
第一章 练习
1． 湍流流动得特点就是 脉动 ,故其瞬时速度等于 时均速度 与 脉动速度 之与。
2.雷诺准数得物理意义就是 黏性力与惯性力之比 。
3.当地大气压为755mmHg,现测得一容器内得绝对压力为350mmHg,则其真空度为405 mmHg。
4.以单位体积计得不可压缩流体得机械能衡算方程形式为。
5.实际流体在管道内流动时产生阻力得主要原因就是 黏性 。
6.如图所示,水由敞口恒液位得高位槽流向压力恒定得反应器,当管道上得阀门开度减小后,管路总阻力损失(包括所有局部阻力损失)将 (1) 。
(1)不变 (2)变大 (3)变小 (4)不确定
7.如图所示得并联管路,其阻力关系就是 (C) 。
(A)(åhf)A1B>(åhf)A2B
(B)(åhf)AB=(åhf)A1B+(åhf)A2B
(C)(åhf)AB=(åhf)A1B=(åhf)A2B
(D)(åhf)AB>(åhf)A1B=(åhf)A2B
8.孔板流量计与转子流量计得最主要区别在于:前者就是恒 截面 、变 压头 ,而后者就是恒 压头 、变 截面 。
9.如图所示,水从槽底部沿内径为100mm得水平管子流出,阀门前、后得管长见图。槽中水位恒定。今测得阀门全闭时,压力表读数p=59、3kPa。现将阀门全开,试求此时管内流量。
已知阀门(全开)得阻力系数为6、4,管内摩擦因数l=0、018。
答:槽面水位高度
在槽面与管子出口间列机械能衡算式,得:

解得:

1.水以70m3/h得流量流过倾斜得异径管通。如图。已知小管内径dA=100mm,大管内径dB=150mm,B、A截面中心点高度差h=0、3m,U形压差计得指示液为汞。若不计AB段得流体流动阻力,试问:U形压差计哪一支管内得指使液液面较高？R为多少？

2.如附图所示,水泵抽水打进B、C水槽。已知各管内径相等,且A—B段、A—C段与OA段(不包括泵内阻力)得管道长与局部阻力当量管长之与 相等。设摩擦系数λ值皆相同,过程定态。求 。

3。水以6、4×104m3/s得流量流经由小至大得管段内。如图。小管内径d1=20mm,大管内径d2=46mm。欲测1、2两截面处水得压差,为取得较大得读数R,采用倒U形压差计。已知压差计内水面上空就是ρ=2、5kg/m3得空气,读数R=100mm。求水由1至2截面得流动阻力∑hf。

第二章
基本概念:
1、 区分离心泵得气缚与气蚀现象、扬程与升扬高度、工作点与设计点等概念。
2、 离心泵得工作点就是怎么确定得？离心泵流量调节方法有哪些？各种方法得实质及优缺点。
3、 离心泵得压头受哪些因素影响？
4、 后弯叶片有什么优点？
5、 为什么启动离心泵前要关闭出口阀门？
6、 离心泵得主要部件有哪些？各有什么作用？
1、区分离心泵得气缚与气蚀现象、扬程与升扬高度、工作点与设计点等概念。
离心泵在启动过程中若泵壳内混有空气或未灌满泵,则泵壳内得流体在随电机作离心运动产生负压不足以吸入液体至泵壳内,泵像被“气体”缚住一样,称离心泵得气缚现象;危害就是使电机空转,容易烧坏电机;避免或消除得方法就是启动前灌泵并使泵壳内充满待输送得液体,启动时关闭出口阀。
“汽蚀现象”则就是由于泵内某处得绝对压力低于操作温度下液体得饱与蒸汽压,也就就是说当泵壳内吸入得液体在泵得吸入口处因压强减小恰好汽化时,给泵壳内壁带来巨大得水力冲击,使壳壁像被“气体”腐蚀一样,该现象称为汽蚀现象;汽蚀得危害就是损坏泵壳,同时也会使泵在工作中产生振动,损坏电机;降低泵高度能避免汽蚀现象得产生。
可见二者产生得原因不同,现象不同,后果亦不同。但都就是离心泵正常操作所不允许得现象。
离心泵得扬程就是指泵给以单位重量液体得有效能量, 液体获得能量后,可将液体升扬到一定高度△z,而且还要用于静压头得增量△p/ρg与动压头得增量△u2/2g及克服输送管路得损失压头,而升扬高度就是指将液体从低处送到高处得垂直距离△z,可见,升扬高度仅为扬程得一部分,泵工作时,其扬程大于升扬高度。
离心泵得特性曲线He－Qe与管路得特性曲线H－Q二者得交点称为泵在该管路上得工作点。意味着它所对应得流量与压头,既能满足管路系统得要求,又能为离心泵所提供。换言之,工作点反映了某离心泵与某一特定管路相连接时得运转情况,离心泵只能在这一点工作。
离心泵得设计点存在于离心泵得效率与流量得特性曲线中,就是指离心泵在一定转速下得最高效率点。泵在与最高效率相对应得流量及压头下工作最为经济,在与最高效率点对应得Q、H、N值被称为最佳工况参数。
2离心泵得工作点就是怎么确定得？离心泵流量调节方法有哪些？各种方法得实质及优缺点。
答:离心泵得特性曲线He－Qe与管路得特性曲线H－Q二者得交点称为泵在该管路上得工作点。
流量调节方法:
(1)改变阀门开度调节流量
优点:方法简便,应用广泛。对于调节幅度不大而经常需要改变流量得场合,此法尤为适用。
缺点:关小阀门会使阻力加大,因而需多消耗一部分能量以克服附加得阻力,经济上不合理。
(2)改变转速调节流量
优点:可保持管路特性曲线不变,流量随转速下降而减小,动力消耗也相应降低,因此节能效果显著。
缺点: 但需要变速装置,难以做到流量连续调节,因此一般只有在调节幅度大、时间又长得季节性调节中才使用。
(3)改变叶轮直径
可改变泵得特性曲线,但可调节流量范围不大,且直径减小不当还会降低泵得效率。
3 离心泵得压头受哪些因素影响？
答:它与泵自身得结构(如叶片弯曲情况、叶轮直径等)、尺寸、转速及流量有关。(P92)

4 后弯叶片有什么优点？
答:前弯叶片得绝对速度c2虽大(动压头虽大),但流体动压头经蜗壳部分转化为静压头过程中,液体在泵壳内产生得冲击剧烈得多,转化时得能量损失大为增加,效率低。因此,为获得较高得能量利用率,采用后弯叶片。
5 为什么启动离心泵前要关闭出口阀门？
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,不至于超负荷而受到损失,同时也避免出口管线得水力冲击。
6 离心泵得主要部件有哪些？各有什么作用？
离心泵得主要部件有叶轮、泵壳、轴封装置。
叶轮得作用就是将原动机得机械能传给液体、使液体得动能与静压能均得到提高(供能装置)。泵壳具有汇集液体与将部分动能转为静压能得作用(集液及转能装置)。轴封装置得作用就是防止泵内高压液体外漏及外界大气漏入泵内。
叶轮:按结构分闭式、半闭式与开式;按吸液方式分单吸式(轴向推力及平衡孔)与双吸式。按叶片形状分为后弯、径向与前弯。
例题
1、离心泵得工作点:如图1所示,用某一离心泵将一贮罐里得料液送至某高位槽 ,现由于某种原因,贮罐中料液液面升高,若其它管路特性不变,则此时流量将_______。
(A) 增大 (B) 减少 (C) 不变 (D)不确定

2、离心泵在两敞口容器间输液,以下说法就是正确得:当ρ变化时,离心泵得 ____。
(A)Ｈe－Q特性曲线发生变化,N－Q线也发生变化
(B)Ｈe－Q特性曲线不发生变化,但N－Q特性曲线要发生变化
(C)Ｈe－Q特性曲线发生变化,N－Q线特性曲线不发生变化
（D） Ｈe－Q特性曲线与Pa－Q特性曲线都不发生变化
3、离心泵铭牌上标明得流量就是指_______。
(A)效率最高时得流量 (B)泵得最大流量
（C） 扬程最大时得流量 (D)最小扬程时得流量
4、离心泵叶轮形状不同,流体阻力损失也不同,阻力损失最大得为_____。
（A） 后弯叶轮 (B)径向叶轮 (C)前弯叶轮 (D)β＝90°得叶轮
2、如图1所示,在管路系统中装有离心泵。吸入管路为φ89×4、5 mm,压出管路为φ68×4 mm,吸入管直管长度为6 m,压出管直管长度为13 m,两段管路得摩擦系数均为λ=0、03,吸入管路中装有90℃标准弯头1个(ζ=0、75),压出管路装有阀门1个(ζ=6、4),90℃标准弯头2个,管路两端水面高度差为10 m,泵进口高于水面2 m,管内流量为0、012 m3/s。试求:(1)泵得扬程;(2)泵进口处断面得压力为多少？(3)如果高位槽中得水沿同样管路流回,不计泵内阻力,就是否可流过同样得流量？
图1
解:(1) 泵得扬程
在11与22截面间列柏努利方程

由于1、2截面很大,u1=0, u2=0; p1=p2, 所以

(2) 由液面11至进口处33列柏努利方程

(3) 当水从高位槽沿原路返回时,在高位槽液面22与水面11之间列柏努利方程

解得 qV = 9、85×103 m3/s < 0、012 m3/s
所以 当水从高位槽沿原路返回时,其流量比原来小。
3、在一管路系统中,用一台离心泵将密度为1000 kg/m3得清水从敞口地面水池输送到高位密封贮槽(表压为1 kgf/cm2),两端液面得位差Δz= 10m,管路总长l=50 m(包括所有局部阻力得当量长度),管内径均为40 mm,摩擦系数λ=0、02。试求:
（1） 该管路得特性曲线方程;
（2） 若离心泵得特性曲线方程为H=40200 Q2 (H为压头,m ;Q为流量,m3/min),则该管路得输送量为多少m3/min？扬程为多少m? 若此时泵得效率为0、6,泵得轴功率为多少W？
解:(1)u=(Q/60)/0、785d2=13、27Q Q:m3/min u: m/s
在敞口地面水池与高位密封贮槽间列BE、 得管路得特性曲线方程 :

(2) 联立管路特性曲线方程与泵得特性曲线方程:H=40200 Q2,解出:
Q=0、217 m3/min, H=30、58m

第五章 练习
1、棉花保温性能好,主要就是因为 (C) 。
(A)棉纤维素导热系数小;
(B)棉花中含有相当数量得油脂;
(C)棉花中含有大量空气,而空气得运动又受到极为严重得阻碍;
(D)棉花白色,因而黑度小。
2、在房间中利用火炉进行取暖时,其传热方式为 (C) ;
(A) 传导与对流
(B) 传导与辐射
(C) 传导、对流与辐射,但对流与辐射就是主要得。
3、一定流量得液体在一f25×2、5mm得直管内作湍流流动,其对流传热系数a＝1000w/m2、℃。如流量与物性都不变,改用一f19×2mm得直管,则其a
值将变为 (D) w/m2、℃。
(A) 1059 (B)1496
(C) 1585 (D)1678
4、有一列管换热器,由38根f25×2、5无缝钢管组成,某有机蒸汽在管外冷凝,管内通冷却水,水流速0、5m/s,相应得Re>104及对流传热膜系数为a,当水流量减为一半时,对流传热膜系数改变为a¢＝ (B) 。
(A) a¢=(1/2)a (B) a¢>(1/2)a
(C) a¢<(1/2)a (D) 不一定
5、蒸汽冷凝时得热阻 (B) 。
(A) 决定于汽膜厚度 (B) 决定于液膜厚度
(C) 决定于汽膜与液膜厚度 (D) 主要决定于液膜厚度,但汽膜厚度也有影响
6、沸腾传热得得过热度增大,其传热系数 (C) 。
(A) 增大 (B) 减小
(C) 只在某范围变大 (D) 沸腾传热系数与过热度无关
7、在一列管式换热器中,用冷却水冷凝酒精蒸汽,冷却水应走 (A) 。
(A) 管程 (B) 壳程
(C) 易于清洗侧 (D) 抗压性大得一侧
8、红砖得黑度为0、93,若温度为300℃,则红砖得发射能力为 (B) W/m2。
(A) 6112、3 (B) 5684 (C) 916、8 (D) 1000
9、已知当温度为T时,耐火砖得辐射能力大于铝板得辐射能力,则铝得黑度 (D) 耐火砖得黑度。
(A) 大于 (B) 等于 (C) 不能确定就是否大于 (D) 小于
10、某平壁炉得炉壁由耐火砖、绝热砖与钢板组成,其导热系数λ与厚度ｂ数据如下:
耐火砖:λ1=1、05ｗ／ｍ·℃,b1=200ｍｍ;
绝热砖:λ2=0、151ｗ／ｍ·℃,b2=100ｍｍ;
钢 板:λ3=45ｗ／ｍ·℃,b3=6ｍｍ。
耐火砖内侧温度t1=1150℃,钢板得外侧温度t0=30℃。试求:
(１)单位面积得热损失ｑ;
(２)绝热砖与钢板得界面温度。 假设各层间接触良好、
解:(1) W／ｍ2·℃
(２)

11、有一列管式换热器, 装有f25×2、5mm钢管300 根, 管长为2m。 要求将质量流量为8000kg/h得常压空气于管程由20℃加热到85℃, 选用108℃ 饱与蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽得冷凝传热系数为1×104W/m2、K,管壁及两侧污垢得热阻均忽略不计, 而且不计热损失。
已知空气在平均温度下得物性常数为
cp=1kJ/kg×K λ=2、85×102W/m、K μ=1、98×105Pa×s Pr=0、7
试求:(1)求换热器得总传热系数(以管子外表面为基准);
(2)通过计算说明该换器能否满足需要？
解:(1)

(以外表面积为基准)
(以外表面积为基准)
(2)

(管子外表面)

故该换器能满足需要。
第六章 练习
1、在精馏塔得任意一块理论板上,其离开塔板得液相泡点温度与离开塔板得气相露点温度得大小相比就是 相等 。
2、精馏塔塔顶某理论板上汽相得露点温度为t1、液相得泡点温度为t2,塔底某理论板上汽相得露点温度为t3、液相得泡点温度为t4,试按从大到小顺序将以上4个温度排列如下: =>= 。
3、某二元混合物,其中A为易挥发组分。液相组成xA=0、4,相应得泡点为t1;汽相组成,相应得露点为t2。则t1与t2大小关系为。
4、简单蒸馏得主要特点就是 间歇、不稳定、分离程度不高 。
5、当塔板上 离开得汽相与液相之间达到平衡 时,称该塔板为理论塔板。
6、已测得在精馏塔操作中,离开某块理论板得气、液两股物流得组成分别为0、82与0、70,则其中 0、82 就是汽相组成。
7、“蒸馏操作依据就是组分间沸点差异”此话错在何处？ 错在“沸点差异”上 。
8、某精馏塔塔顶上升蒸汽组成y1,经全凝器恰好冷凝到泡点,部分回流入塔,组成为x0,则y1 = x0
9、当进料为气液混合物且气液摩尔比为2比3时,则进料热状况参数q值为 0、6 。
10、直接水蒸汽加热得精馏塔适用于 难挥发组分为水,且要求釜液中易挥发组分浓度很低得场合 。
11、对一定组成得二元体系得精馏过程,压力越大,则相对挥发度越 小 ,对分离越 不利 。
12、简单蒸馏过程中,釜内易挥发组分浓度逐渐 降低 ,其沸点则逐渐 升高 。
13、某连续精馏塔中,若精馏段操作线方程得截距等于零,则回流比等于 ∞ ,馏出液
量等于 0 ;
14、全回流时,精馏段操作线方程为,提馏段操作线方程为。
15、间歇精馏与连续精馏不同点在于: 前者为非稳态,而后者为稳态 与 前者只有精馏段,没有提馏段 。
16、恒沸精馏与萃取精馏主要针对 沸点相差很小 与 具有恒沸物 ,采取加入第三组分得办法以改变原物系得 相对挥发度 得物系。
17、已知q=1、1,则加料中液体量与总加料量之比就是 1:1 。
18、在连续精馏塔中,进行全回流操作,已测得相邻实际塔板上液相组成分别为、(均为易挥发组份摩尔分率)。已知操作条件下相对挥发度为3,则 0、7 ,以液相组成表示得第n板得单板效率 76、2% 。
全回流时,

19、精馏塔得塔顶温度总低于塔底温度,其原因之一 塔顶处易挥发组份浓度大 ;原因之二塔顶处压力低 。
20、用连续精馏塔分离理想溶液,饱与液体进料。已知进料液中含易挥发组分55%(摩尔百分数,下同),与此相平衡得汽相组成为75%,要求塔顶产品含易挥发组分95%。求:
（1） 最小回流比;
（2） 若加料板上液体组成与进料组成相同,回流比为1、5,求进料板上一板流下得液体组成。
解:(1)
(2)设加料板上一板流下得液体组成为xm,离开加料板得汽相组成为ym+1(如图所示)。则

21、在常压连续精馏塔中分离理想二元混合物,进料为饱与蒸汽,其中易挥发组分得含量为0、54(摩尔分率),回流比R=3、6,塔釜间接蒸汽加热,塔顶全凝,泡点回流,提馏段操作线得斜率为1、25,截距为0、0187,求馏出液组成xD。
解:q线方程: (1)
提馏段操作线方程: (2)
联立式1、2得交点坐标为:
精馏段方程为:
将xd=0、447 , yd=0、54代入得: xD=0、875
22、 一精馏塔,塔顶设全凝器,在常压下分离苯一甲苯物系,采用回流比R=3。今测得塔顶馏出液浓度xD=0、985与第一块塔板下流液体浓度x1=0、970(均为摩尔分率);已知物系得相对挥发度,试计算第一块塔板得板效率EmV。
解:精馏段操作线方程为:

又

23、 在连续精馏塔中,进行全回流操作。已测得相邻两板上液相组成分别为xn1=0、8,xn=0、7,(均为易挥发组分摩尔分率)。已知操作条件下相对挥发度,则以液相组成表示得第n板得单板效率EmL为多少？
解:全回流时操作线方程为: \
又 即

24、用一连续精馏塔分离二元理想溶液,进料量为100kmol/h,进料组成为0、4(摩尔分率,下同),馏出液组成为0、9,残液组成为0、1,相对挥发度为2、5,饱与液体进料。塔顶冷凝器为全凝器,塔釜间接蒸汽加热。操作回流比为3。试求:
(1)馏出液及残液量;
(2)塔釜每小时产生得蒸汽量为多少kmol？
(3)离开塔釜上一块理论板液相组成为多少？
解:(1)
即
解之得:

(2)
(3) 提馏段操作线方程为:

设离开塔釜上一块理论板液相组成为xN,则

吸收
1、若某气体在水中得亨利系数E很大,说明该气体为 难 溶气体。
2、计算填料层得高度可以用传质单元数乘以填料得等板高度,此说就是 错误 得。
填料层高度=传质单元高度×传质单元数
3、如图所示为同一温度下A、B、C三种气体在水中得溶解度曲线。由图可知,它们溶解度大小得次序就是 C>B>A ;因为当气体组分不变时,在相同得压力下,浓度越大,溶解度越大。

4、解吸时溶质由 液相 向 气相 传递。
5、对低浓溶质得气液平衡系统,当系统温度增加时,其溶解度系数E将 增大 。而
气相分压不变,当系统中液相总浓度增加时,其平衡常数m将 不变 。
6、在设计吸收塔时,增加吸收剂用量,将使操作线得斜率 增大 与吸收过程得推动力(Δym)增大 。
7、设计中采用液气比时,△ym = 0 ,塔高H＝ ∞ 。
8、某低浓度气体吸收过程,已知:相平衡常数m=1,气膜与液膜体积吸收系数分别为kya=2×104Kmol/(m3 s),kxa=0、4kmol/(m3、s)。则该吸收过程为 气 膜阻力控制。气膜阻力占总阻力得百分数为 99、95% ;该气体为 易 溶气体。
9、吸收过程物料衡算时得基本假定就是:
⑴ 惰性气体不溶解 。
⑵ 吸收剂不挥发 。
10. 对某吸收系统,如果1/ky>> 1/kx,则为气膜控制;1/ky<< 1/kx,则为液膜控制。此说法就是 错 得。(对或错)
11、对易溶气体吸收,欲提高其总传质系数,主要可采取得措施就是 减少气膜阻力 ,理由就是就是由气膜控制得 。
1、 在常压逆流操作得填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质A,进塔气体中溶质A得含量为8%(体积 %),吸收率为98%,操作条件下得平衡关系为y = 2、5x,取吸收剂用量为最小用量得1、2倍,试求:
(1)水溶液得出塔浓度;
(2)若气相总传质单元高度为0、6m ,现有一填料层高度为6m得塔,问该塔就是否合用？
2、 在101、3 kPa及25 ℃得条件下,用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中得二氧化硫。已知混合气进塔与出塔得组成分别为y1=0、04、y2=0、002。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律,亨利系数为4、13×103 kPa,吸收剂用量为最小用量得1、45倍。
(1) 试计算吸收液得组成;
(2) 若操作压力提高到1013 kPa而其她条件不变,再求吸收液得组成。
解:(1)

吸收剂为清水,所以

所以操作时得液气比为

吸收液得组成为

(2)

3、 在一直径为0、8 m得填料塔内,用清水吸收某工业废气中所含得二氧化硫气体。已知混合气得流量为45 kmol/h,二氧化硫得体积分数为0、032。操作条件下气液平衡关系为,气相总体积吸收系数为0、056 2 kmol/(m3·s)。若吸收液中二氧化硫得摩尔比为饱与摩尔比得76%,要求回收率为98%。求水得用量(kg/h)及所需得填料层高度。
解:

惰性气体得流量为

水得用量为

求填料层高度

4.在常压逆流吸收塔中,用纯溶剂回收混合气中得A组份,入塔气体流量为1120m3/h(标准状态),入塔y1=5%(v%),吸收率为90%,吸收因数L/mG=2,亨利系数E=1、5atm,该塔塔径为0、8m,体积吸收系数Kya=100kmol/m3、h。试求:
(1) 出塔液体组成x1;
(2) 填料层高度H;
若操作中入塔浓度y′1=10%(体积),其它条件不变,则出塔液体浓度x′1为多少？
解:(1) m=E/P=1、5/1=1、5 吸收因数A=L/mG=2 ∴L/G=3
据全塔物料衡算: L(x1x2)=G(y1y2) ,x2=0 , y1=0、05
∴x1=(G/L)×(y1y2)=(G/L)×y1η=1/3×0、05×0、9 =0、015
(2)HOG=G/Kya=(1120/22、4)/(100×0、785×0、82)=0、995m
S=1/A=1/2=0、5 y1/y2=1/(1 η )=10
代入得NOG=3、41 H= HOG ×NOG=3、4 m
(3)∵x2=0 HOG不变,H不变,∴NOG不变
由N OG计算公式知,NOG不变,S=1/A不变, ∴ η不变
∴y2′= y1′×(1 η)=0、1×(10、9)=0、01
x1′=(G/L)×y1′η =1/3×0、1×0、9=0、03
5、 在101、3 kPa及20 ℃得条件下,用清水在填料塔内逆流吸收混于空气中得氨气。已知混合气得质量流速G为600 kg/(m2·h),气相进、出塔得摩尔分数分别为0、05、0、000526,水得质量流速W为800 kg/(m2·h),填料层高度为3 m。已知操作条件下平衡关系为Y= 0、9 X,KGa正比于G 0、8而于W无关。若(1)操作压力提高一倍;(2)气体流速增加一倍;(3) 液体流速增加一倍,试分别计算填料层高度应如何变化,才能保持尾气组成不变。
解:首先计算操作条件变化前得传质单元高度与传质单元数

操作条件下,混合气得平均摩尔质量为

m
(1)

若气相出塔组成不变,则液相出塔组成也不变。所以

m
m
m
即所需填料层高度比原来减少1、801m。
(2)

若保持气相出塔组成不变,则液相出塔组成要加倍,即

故

m
m
m
即所需填料层高度要比原来增加4、910 m。
(3)

W对KGa无影响,即对KGa无影响,所以传质单元高度不变,即
m

即所需填料层高度比原来减少0、609 m。