自化工原理_王志魁_第四版___复习大纲及复习题解析

第一章流体流动
１流体静力学
压强的基准;
流体静力学方程及应用。

“等压面”
2 管内流体流动的基本方程式
流量与流速间的关系；
连续性方程及应用;
柏努利方程及应用要点。

3 管内流体流动现象
黏度的单位及换算、影响因素（温度)；
流体流动类型及判据；
两种基本流动类型的区别。

“质点运动方式、管内流速分布”
“理解边界层的概念及对传质传热的影响”
4管内流体流动的摩擦阻力损失
流动阻力产生的原因和条件;
摩擦系数的影响因素（P３７图１-２８);
当量直径;
直管及局部阻力计算。

５管路计算
６流量的测定
常见流量计的类型及应用。

➢流体流动问答题
1流体流动有哪两种基本流动类型,如何判断?
2 从质点运动方式和管内流速分布两方面说明层流和
湍流的区别。

3一定量的液体在圆形直管内作滞流流动。

若管长及
液体物性不变，而管径减至原有的一半，问因流动
阻力产生的能量损失为原来的多少倍？若流动处于
完全湍流区,则结果如何？简要写出推导过程。

4 期中问答题1
5P5５１-６
➢流体流动的计算
主要计算公式：
流量与流速间关系式；
连续性方程；
柏努利方程；
摩擦阻力损失计算式。

注意:截面选取、压强基准、储槽液面流速可略。

局部阻力系数与截面选取应一致
辅助计算式:
当量直径、雷诺数、功(效)率和计算
➢流体流动的计算
计算类型:
（1)求输送设备的功率(效率）；
(2)求设备间的相对位置；
(3）求输送的流量；
(4)求某截面处压强；
（5）求管径。

注意：单位的一致性。

1离心泵的工作原理
气缚现象及产生的原因、如何防止。

２离心泵的主要部件及其作用
3 离心泵的主要性能参数
4离心泵的特性曲线
一定转速下离心泵特性曲线的特点；
输送流体的密度和黏度变化对离心泵的流量、
扬程、轴功率及效率的影响。

5 离心泵的工作点和流量调节
“工作点”、“额定点（设计点)”；
离心泵常用的流量调节方法,流量调节时工
作点的变化,画图示意。

６离心泵的汽蚀现象和安装高度
汽蚀现象及产生的原因、如何防止，表示离
心泵汽蚀性能的主要参数。

“通过计算判断是否发生汽蚀”
7 离心泵的操作和选型
启动和关闭时的要点及原因；
选型主要依据。

8 正位移泵
特点、举例。

➢流体输送设备问答题
１简述离心泵的工作原理。

2 说明离心泵的主要部件及其作用。

3 气缚和汽蚀产生的原因、现象、如何
防止？
4 离心泵在启动和关闭时的操作要点有
哪些？
说明原因。

5 已知泵入口真空度和操作温度下液体
的饱和
蒸汽压,通过计算判断是否会发生汽
蚀现象?
６ 正位移泵有哪些操作特性?列举几种
常见正位移泵。

➢ 流体输送设备的计算
计算类型：
(1)离心泵安装高度的确定;
(2）工作点的确定
1 重力沉降
沉降速度的定义和计算；
降尘室的计算;
指定粒径的颗粒能够完全分离下来的
必要条件
沉降速度、临界粒径、生产能力三者
之间的关系
多层降尘室的计算要点。

“分层”
降尘室生产能力与沉降速度和底面积
有关，与高度无关。

降尘室分层后,若要求
分离的最小颗粒直径不变,则沉降速度不变、
沉降时间减少、生产能力增大。

2 过滤
工业上常见过滤方式及其特点;
过滤速率基本方程;
形式、影响因素、简化假设
恒压过滤方程及其应用。

过滤常数K 的定义式和影响因素
过滤介质阻力可以忽略的含义
——0=e q
➢ 沉降的计算
计算公式：
层流区的沉降速度计算公式;
沉降速度与生产能力、沉降面积之
间的关系；
多层降尘室的层数与总处理量(总沉
降面积）和 单层处理量（单层沉降面积）间的关系式。

➢ 沉降的计算 计算类型: (1）求能够分离下来的最小颗粒直径; （2）求沉降速度或生产能力； （3）求气流水平流速; （4)求沉降面积或多层降尘室的层数或高度。

注意计算步骤中的假设和校核！ ➢ 过滤的计算 计算公式： 恒压过滤方程式; 滤框体积（滤渣体积)的计算式; 单框过滤面积、总过滤面积及框数的关系。

辅助计算式：
υ/C V V = A V q = 注意过滤面积计算式22l n A ⋅= ➢ 过滤的计算 计算类型： (１）求过滤常数； （2)求获得某滤液(滤渣)量需要的过滤时间； (３)求某过滤时间下获得的滤液(滤渣)量； (4)求过滤面积或滤框数目及框厚。

注意恒压过滤方程中的过滤时间和滤液体积均为累积量！ 1 热量传递的三种方式 2 热传导 傅立叶定律; 热导率的含义和影响因素;固体>液体>气体 稳态传热的含义及其在多层平壁导热中的体现。

理解传热速率表示为推动力/阻力的含义 热导率大、则热阻大，该层的温降也大。

３对流传热
对流传热的机理；
间壁两侧温度分布,热阻集中在层流底层
蒸汽冷凝的两种方式(特点和影响因素）；
滴状冷凝时的对流传热系数远大于膜状冷凝
对流传热系数的影响因素；
典型流体的对流传热系数的大致范围。

有相变的流体对流传热系数远大于无相变流体的对流传热系数,间壁换热时壁面温度接近于对流传热系数大的一侧流体温度。

4两流体间传热过程的计算
5 换热器
换热器采用逆流换热的优缺点；
管壳式换热器的分类(按照热补偿方式）；
换热器设计中流体流径的选择原则、管间设
置折流挡板的原因；
强化传热的主要途径。

➢传热问答题
1画出间壁两侧流体传热时任一截面的温度分布图，并说明对流传热热阻集中在层流底层中的原因。

2 影响对流传热系数的因素有哪些?
３工业生产中为何常采用逆流换热？
4 P181 4-19
5 管壳式换热器在什么情况下要考虑采取热补偿措施，按照热补偿方式不同可分为哪几种？
➢传热问答题
6 管壳式换热器设计时,下列各流体通常走管程还
是壳程，为什么？
（１）腐蚀性的流体；（２）饱和蒸气冷凝;
（3)压力高的流体；（4)黏度大的流体。

计算公式：
热量衡算式(求流量或流体出口温度);
传热速率方程;
对数平均温差计算式；
总传热系数计算式；
换热面积计算式。

➢传热过程的计算
计算类型：
(1)计算加热介质或冷却介质的流量；
(2）计算流体的出（入）口温度;
（3）计算换热量；
（4)确定某侧流体的对流传热系数;
(５）计算（校核)换热面积或管长(管数)。

注意：相变换热情况下热量的计算；
不同流向时的对数平均温差的计算；
总传热系数与面积或直径相对应。

１吸收操作的依据
２气液相平衡关系——亨利定律
亨利定律的不同表达形式、各系数的影响因素
(物系、温度、压力）及相互关系;
传质方向的判断和传质推动力的确定。

气相中溶质分压大于与其接触的液相平衡分压时，发生吸收过程，操作线位于平衡线的上方。

３吸收过程的传质速率
两相间传质双膜理论;
稳态传质的含义；
传质速率表达式的含义、推动力和阻力
(传质系数）的对应关系；
气膜控制和液膜控制。

吸收溶解度很大的气体,传质过程速率通常受气膜控制，吸收溶解度很小的气体，传质过程速率通常受液膜控制。

４吸收塔的计算
回收率（吸收率）；
最小液气比；
吸收剂用量对设备费用和塔操作的影响。

➢吸收问答题
1 简述双膜理论的基本要点。

2 吸收剂用量对吸收操作有何影响？如
何确定适
宜液气比？
3在图上给定吸收操作线和平衡线,确定
塔顶及塔底的吸收推动力。

4 通过计算说明传质方向和推动力。

如P2３15-9
➢吸收问答题
5 通过计算说明吸收过程是液膜控制还是气膜控
制。

如P232５-12
6推导纯吸收剂吸收时,最小液气比与吸收率和
相平衡常数之间的关系。

计算公式:
摩尔比与摩尔分数的换算；
全塔物料衡算;
操作线方程;
最小液气比的计算公式；
传质单元数的计算公式;
传质单元高度的计算公式;
填料层高度的计算公式。

➢吸收塔的计算
计算类型:
（１)求吸收剂用量;
(２)求出塔吸收液组成或吸收尾气组成;
（3)求传质单元数;
（4）求传质单元高度或确定传质系数；
（５)计算(校核)填料层高度。

1 蒸馏操作的依据
2 汽液相平衡关系——拉乌尔定律
相对挥发度的定义及影响因素。

相对挥发度越大，说明两组分越易分离
３精馏原理
精馏操作基本原理（多次部分汽化和部分冷凝）;
理论板概念；
实现连续精馏操作的必要条件;
沿塔高温度和组成的变化趋势;
4 双组分连续精馏的计算与分析
采出率、回收率;
恒摩尔流假设内容及实现条件；
五种进料热状态下的q值及板上负荷的变化;
平衡线、操作线、进料线及相对位置；
根据已知的操作线和进料线确定回流比、进料状态等参数。

理论板数的确定(图解和逐板计算）；
全回流和最小回流比的特点;
适宜回流比的确定。

➢蒸馏问答题
1 实现精馏连续稳定操作的必要条件是什么？
２双组分连续精馏计算中应用的基本假设有哪两个?说明
其内容。

３精馏塔的操作线为直线的前提假设是什么，其成立条件
是什么？
４精馏塔的进料热状态有哪几种?不同进料状态下的q值
有何不同？
5 作图确定最小回流比,写出计算公式;
6 分析精馏过程中回流比大小对操作费用和设备费用的
影响,并说明适宜回流比如何确定。

➢双组分连续精馏的计算
计算公式：
全塔物料衡算(常用于求塔顶及塔底流量）；
操作线方程（常用于求理论板数及板上组成);
进料线方程;
(与平衡线联立求交点,确定最小回流比;与精馏段操作线联立，确定提馏段操作线) 平衡线方程；
(与进料线联立求交点,确定最小回流比)
最小回流比计算公式。

➢双组分连续精馏的计算
计算类型：
(１)求塔顶和塔底流量（采出率或回收率);
（2)求回流比（最小回流比);
（3）求精(提）馏段上升汽相和下降液相流量;
（4）确定精（提）馏段操作线方程； （５)求理论板数(图解和逐板计算)；
（6）求板上气相或液相组成。

1、采用如图所示的输送系统，将水池中的清水(密度为100０ｋg ／m3)输送到喷淋塔中。

塔压力表的读数为1０0kPa 。

吸入和压出管路总长为10０ｍ(包括管出入口和全部管件的当量长度)。

管内摩擦系数可取为0.03２,输送管尺寸为１08×4mm 。

泵的有效功率为４ｋW ，输水量为4０m3/h 。

确定压出管出口距水池液面的垂直距离
2、在一管路系统中,用离心泵将密度为1000ｋｇ／m3的清水从敞口地面水池输送到高位密封储槽(其表压为9.81×104P ａ），两槽液面的位差1０m 。

管路直管长为50m,管路上装有2个90０弯头、一个全开闸阀和一个底阀。

管内径均为４0m ｍ，摩擦系数为０．0２。

９00弯头 d l e 35=，全开闸阀d l e 9=,底阀d l e 285=。

试求:
(1）该管路的特性曲线方程;(2)若离心泵的特性曲线方程为279920040V q H -=（式中单位：
m;单位:ｍ3/s),泵的效率为０.7，求该管路的输送量及泵的轴功率。

3、见期中试卷流体流动计算题
或第一章作业补充题。

（摩擦系数可视为已知）
1 采用长、宽、高分别为10×6×3ｍ的降尘室处理含尘炉气，降尘室内分为5层。

含尘炉气的体积流量为10000m ３/h ，已知操作温度下的气体黏度为3．4×10－5Ｐa•s ,密度为０.5ｋｇ/m3，矿尘密度为4０００ｋｇ/m3。

试问该降尘室能否完全沉降20m μ以上的尘粒？
2 见期中试卷沉降计算题
3 用板框压滤机在恒定压差下过滤某悬浮液，已知操作条件下的过滤常数K 为７.5×１0-５m ２/ｓ,ｑｅ为０．0１2m3／m2,每获得1m ３滤液得滤饼０.0５ｍ３。

要求每一操作周期得８m ３滤液,过滤时间为0.5h 。

滤饼不可压缩。

求：
(1)过滤面积;（2）现有一台板框压滤机，每框的边长为635m ｍ,需要多少个框能满足要求？框厚是多少？
4 用板框压滤机在恒定压差下过滤某悬浮液，已知过滤方程为τ252105.754.0A V V -⨯=+
τ的单位为ｓ。

(1）如过滤0.５ｈ可获得8m3滤液，则需要内边长为６35m ｍ的正方形滤框
多少个？2)过滤常数Ｋ和q ｅ各是多少?
1、在单程列管式换热器中,用25℃流量为3300kg/h 的水将１８0℃流量为39６０ｋｇ/ｈ的油降温到72℃,已知油走管程,其比热容为２.１kJ/（kg·℃)，水走壳程，其比热容为４．１8kJ/(ｋｇ·℃)。

换热器的管长为4m ，内有φ25mm ×2mm 的列管42根。

管外水侧对流传热系数为1700Ｗ/(m2·K),水侧和油侧污垢热阻分别为１.76×10-4ｍ２·K/W 和5．８×10－4m ２·K/Ｗ。

管壁热阻可忽略，不计热损失。

计算管内油侧的对流传热系数。

２、某厂采用一套管式换热器冷凝2000ｋｇ/h 甲苯蒸汽,冷凝温度为１１0℃，甲苯的汽化潜热为363kJ/k ｇ，其冷凝传热系数为5600 W/（ｍ2·℃)。

冷却水于20℃及５0０0ｋｇ／h 的流量进入套管内管（内管尺寸为φ５7mm ×３．５ｍm ）,其比热容为4.1７4 ｋJ/(kg·℃），对流传热系数为2900W/(ｍ２·℃）。

忽略管壁及垢层热阻，且不计热损失。

求:
(1)冷却水的出口温度；2)套管的有效长度。

（补充题：在一单程管壳式换热器中,管内为某溶液呈湍流流动,流量为１500０kg ／ｈ,温度由15℃升到75℃,其平均比热容为4.18 ｋJ/(ｋg·℃),其对流传热系数为550 W/(m2·℃)。

壳程为1１0℃的饱和蒸汽冷凝,并在饱和温度下排出，其对流传热系数为1０000 W/（m2·℃）。

换热器管束由长4m 的φ２5mm ×2.5ｍm 钢管组成,管壁导热系数为２9W/(m·℃),垢层热阻与热损失可略。

求列管根数。

1、已知某填料吸收塔直径为1m,填料层高度4ｍ。

用清水逆流吸收空气混合物中某可溶组分，该组分进口浓度为8%,出口为1%（均为摩尔百分数），混合气流量为３0km ｏl/ｈ，操作条件下的相平衡关系为Y *=１．2X ，操作液气比为2.5。

试求:
（1）操作液气比为最小液气比的多少倍?
（２)出塔液体中溶质的含量？
(3）气相总体积传质系数?
2、流率为0.04ｋmo ｌ／(m ２⋅s)的空气混合气中含氨2%（体积％）,拟用一逆流操作的填料吸收塔回收其中95%的氨。

塔顶喷入浓度为0.0004（摩尔分率）的稀氨水溶液，液气比为最小液气比的 1.５倍,操作范围内的平衡关系为Y*＝1.2X ,所用填料的气相总体积传质系数αY K ＝0．052km ｏl ／(ｍ3⋅s)，试求：(1）液体离开塔底时的浓度；（2)填料层高度。

3、某逆流填料吸收塔,用纯溶剂等温吸收混合气中的可溶组分Ａ。

已知入塔混合气体流量为２240m3/ h （标态)，气体混合物中A 的初始浓度为0.02(摩尔分率，下同），操作条件下平衡关系为Ｙ＊=1．２X 。

若要求吸收率为９5％,出塔溶液中溶质A 的组成为0.014。

试求: (１）塔顶的液相喷淋量；(２）最小吸收剂用量;(3)如气相总传质单元高度为０.84m,则所需的填料层高度为多少?
1、在连续精馏塔中，精馏段操作线方程为2375.07143.0+=x y ，q 线方程式25.26-=x y ，已知进料流量为100ｋmo ｌ/ｈ，且塔顶产品和塔底产品的摩尔流量相等。

试求:
(1)回流比Ｒ、塔顶馏出液组成；(2）进料热状态参数q 值和进料组成,并说明 进料状态；（3）釜液组成及提馏段上升的蒸汽流量。

２、一连续操作的二元精馏塔,原料流量为1２0０km ｏｌ／h,其中含A(轻组分)0.５，饱和液体进料。

欲在塔顶得到组成为0.95的馏出液,且塔顶产品的采出率为０．4 。

已知Ａ、B 组分的相对挥发度为2.5,操作回流比为最小回流比的1．5倍，塔顶全凝器，泡点回流。

试求:
（1）塔顶冷凝液量；（2）精馏段操作线方程；（3）进入塔顶第一块板的汽相组成。

3、在常压连续精馏塔中分离某两组分理想溶液,进料量为200kmol ／h ，进料中易挥发组分组成为0．4 （易挥发组分摩尔分率，下同）,饱和蒸汽进料。

物系的平均相对挥发度为２.０,馏出液组成为0．９6，塔顶产量为80ｋｍｏl/ｈ。

操作回流比取为最小回流比的1.５倍。

试求:
(1）最小回流比；(2)精馏段上升蒸汽量和提馏段下降液体量；（3）提馏段操作线方程。