第三章化工原理-修订版-天津大学-
《化工原理》(修订版 夏清 陈常贵)上册课后答案
解：由静力学基本原则，选取 1－1‘为等压面， 对于Ｕ管左边 ｐ表 + ρ油g(h1+R) = Ｐ1 对于Ｕ管右边 Ｐ2 = ρ水gR + ρ油gh2 ｐ表 =ρ水gR + ρ油gh2 -ρ油g(h1+R) =ρ水gR - ρ油gR +ρ油g（h2-h1） 当ｐ表= 0 时，扩大室液面平齐 即 π （D/2）2（h2-h1）= π（d/2）2R h2-h1 = 3 mm ｐ表= 2.57×102Pa
b-b′处 PB + ρggh3 = PA + ρggh2 + ρ水银gR1 PB = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa
4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测 定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两 吹气管出口的距离 H = 1m，U 管压差计的指示 液为水银，煤油的密度为 820Kg／㎥。试求当 压差计读数 R=68mm 时，相界面与油层的吹气 管出口距离ｈ。 分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中 1－1´和 4－4´ 为等压面，2－2´和 3－3´为等压面，且 1－1´和 2－2´的压强相等。根据静力学基本方程列 出一个方程组求解 解：设插入油层气管的管口距油面高Δh 在 1－1´与 2－2´截面之间 P1 = P2 + ρ水银gR ∵P1 = P4 ，P2 = P3 且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h） 联立这几个方程得到 ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即
天津大学版 化工原理 第三章 非均相分离
(2) 颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰
(3) 容器壁对颗粒沉降的阻滞作用可以忽略， 若容器直径不到颗粒直径的100倍左右，这种作 用便显出
(4) 颗粒直径不能小到受流体介质分子热运动 的影响，否则沉降速度要变小，严重时便不能 沉降
例 颗粒大小测定
已测得密度为 ρp = 1630kg/m3 的塑料珠在 20℃ 的 CCl4 液体中的沉降速度为 1.70×10-3m/s，20℃时CCl4 的密度 ρ=1590kg/m3，粘度μ=1.03×10-3Pa/s，求此塑料珠的直径
Fd
Fb
沉降速度
ut
4gd(s ) 3
Fg
注意：沉降速度ut为颗粒与 体的相对运动速度
一、 球形颗粒的自由沉降
Fg-Fb-Fd= ma
Fd
Fb
6
d 3 (s
)g
4
d
2 ( u 2
2
)
6
d 3s
du
d
恒速沉降时，du/dτ＝0，u=ut
由此可得沉降速度
Fg
ut
6
3
(s
)
uT2 R
颗粒在运动中所受的介质阻力： d 2 ur2
42
上面两力达平衡时有：ur
4d (s )uT2 3R
当颗粒与流体介质的相对运动属于层流时， 24 Rer
离心沉降速度为：ur
d
2 (s ) (uT2 18 R
)
颗粒作圆周运 动的切向速度
离心分离因数Kc
• （1）等体积当量直径:
•
de=
• （2）等比表面积当量直径
化工原理_上下册_修订版_(夏清__陈常贵_着)_天津大学出版社 绪论.ppt(改)
本课程的研究方法
1.试验研究方法 试验研究方法 2.数学模型法 数学模型法
化工过程计算的基础: 化工过程计算的基础
四川理工学院材化系 化学工程教研室
绪论
8/13
单位制与单位换算
1、单位制： 、单位制： 单位制 基本物理量及单位 cgs制 长度 制 长度(L) cm Kms 制 长度(L) 长度 m 质量(M) 质量 g 质量(M) 质量 kg 时间(θ) 时间 s 时间(θ) 时间 s 别称 绝对单 位制
四川理工学院材化系 化学工程教研室
绪论
13/13
几个基本概念
3、过程速率 、 过程速率=过程推动力 过程推动力/过程阻力 过程速率 过程推动力 过程阻力 4、平衡关系 、 过程所能进行到的极限状态的数学描述
返回
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绪论14/13四川理工院材化系 化学工程教研室绪论
9/13
单位制与单位换算
➣重力单位制：长度(L)、时间 重力单位制：长度 重力单位制 、时间(θ)、力(F) 、 的规定单位分别为m、 、 的规定单位分别为 、s、kg(f)，又称 ， 工程单位制。 工程单位制。 单位制中规定的基本物理量： ➣ SI单位制中规定的基本物理量：质量 单位制中规定的基本物理量 ）、长度 ）、时间 ）、物质 （kg）、长度（m）、时间（s）、物质 ）、长度（ ）、时间（ ）、 ）、热力学温度 ）、电流强 量（mol）、热力学温度（K）、电流强 ）、热力学温度（ ）、 ）、发光强度 度（A）、发光强度（cd） ）、发光强度（ ） 辅助量：平面角（ ）、立体角 辅助量：平面角（rad）、立体角（sr） ）、立体角（ ）
四川理工学院材化系 化学工程教研室 绪论 4/13
化工原理课件(天大版)
蒸馏分类
根据操作方式的不同，蒸馏可分为简单蒸馏 、平衡蒸馏和精馏三种类型。
二元系气液平衡关系及相图表示方法
二元系气液平衡关系
在一定温度和压力下，二元混合物中某一组分在气相 中的分压与该组分在液相中的浓度之间的关系。这种 关系可以用相平衡常数或活度系数来表示。
流动阻力与能量损失
讲解流体在管道中流动时的阻力来源和能量损失情况，以及如何降 低流动阻力和减少能量损失。
管路内流体流动阻力
沿程阻力
介绍沿程阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用沿程阻力系数计 算沿程阻力。
局部阻力
阐述局部阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用局部阻力系数计 算局部阻力。
压力
降低压力可以降低溶液的沸点，从而减少加热蒸 汽的消耗量。但是过低的压力可能导致设备泄漏 和安全问题。
设备结构
设备的结构形式、加热方式、搅拌方式等都会对 蒸发操作产生影响。合理的设备结构可以提高传 热效率和汽液分离效果，降低能耗和减少设备结 垢的风险。
基本原理
离心泵性能参数与特性曲线
性能参数
离心泵的主要性能参数包括流量、扬程、转速、功率、效率等。这些参数反映了 泵的工作能力和经济性。
特性曲线
离心泵的特性曲线是表示泵的性能参数之间关系的曲线，如Q-H曲线、Q-η曲线 等。通过分析特性曲线，可以了解泵的工作范围、最佳工况点以及不同工况下的 性能表现。
离心泵选择与操作
有流量大、压力适中的特点。
螺杆式压缩机
通过一对相互啮合的螺杆进行气 体的压缩，具有结构简单、运转
平稳、噪音低等优点。
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反应热与反应焓
反应方向与平衡常数
反应速率与活化能
反应熵与反应吉布斯能
05
化工动力学基础
反应速率方程
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
反应速率方程：描述反应速率与反应物浓度及其他因素关系的数学表达式
反应速率定义：单位时间内反应物浓度的减少量或生积成正比的比例系数
催化剂：使用催化剂可以降低反应活化能，提高反应速率
反应物浓度：反应物浓度增大，反应速率加快
06
分离过程原理及应用
分离过程分类与特点
分离过程的分类：根据不同的原理和操作方式，分离过程可以分为多种类型，如蒸馏、萃取、结晶、过滤等。
R
分离过程的特点：不同的分离过程具有不同的特点和应用范围，需要根据具体需求进行选择。
A
分离过程的原理：每种分离过程都有其特定的原理和操作方式，需要掌握其基本原理和操作方法。
C
分离过程的应用：分离过程在化工、医药、食品等领域有着广泛的应用，需要根据具体需求进行选择和应用。
I
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07
化学反应器原理及应用
化学反应器分类与特点
塔式反应器的特点：适用于气液相反应，具有较大的接触面积和适宜的停留时间
固定床反应器的特点：催化剂固定在反应器内，适用于气固相或液固相反应
流化床反应器的特点：催化剂悬浮在反应器内，适用于气固相或液固相反应
反应器分类：釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等
化学反应器的设备：介绍反应器的主要设备，如搅拌器、换热器、塔器等。
第三章化工原理-修订版-天津大学-
第三章化工原理-修订版-天津大学-第三章 机械分离和固体流态化1. 取颗粒试样500 g ，作筛分分析，所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2列，筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3列，试求颗粒群的平均直径。
习题1附表解：颗粒平均直径的计算 由11ia i G d d G=∑2204080130110(500 1.651 1.168 1.1680.8330.8330.5890.5890.4170.4170.2956030151050.2950.2080.2080.1470.1470.1040.1040.0740.0740.053=⨯+++++++++++++++++++ ）2.905=(1/mm)由此可知，颗粒群的平均直径为d a =0.345mm. 2. 密度为2650 kg/m 3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。
解：20C 时，351.205/, 1.8110kg m Pa s ρμ-==⨯⋅空气对应牛顿公式，K 的下限为69.1，斯脱克斯区K 的上限为2.62 那么，斯脱克斯区：max 57.4d m μ===min 1513d m μ==3. 在底面积为40 m 2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600 m 3/h ，固体的密度3/3000m kg =ρ，操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ，黏度为2×10-5 Pa·s 。
试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
解：同P 151.例3-3在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度u t ， 则 36000.025/4003600s t V u m s bl ===⨯ 假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。
min17.5d um ===核算沉降流型：6min 517.5100.025 1.06R 0.0231210t et d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯ 假设合理。
(完整版)化工原理课件(天大版)
返回 30 03:06:50
4. 流体的特征
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。
不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。 返回 31
13.7
QL 13.7kW
热损失：
100% 6.54%
257.3 47.8
返回 23 03:06:50
例4 非稳定热量衡算举例
罐内盛有20t重油，初温
T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热
冷 凝
器升温至恒定的100℃后又 水
W=8t/h T3=100℃
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回 11
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如：
传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。
化工原理课后习题解答 天津大学出版社
一章流体流动1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。
已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。
解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到：设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa=8.54×103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/㎥的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油≤σ螺解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要7个螺钉4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。
已知两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／㎥。
试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。
分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1´和4－4´为等压面，2－2´和3－3´为等压面，且1－1´和2－2´的压强相等。
根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高Δh在1－1´与2－2´截面之间P1 = P2 + ρ水银gR∵P1 = P4，P2 = P3且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）联立这几个方程得到ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据1.0³×10³×1 - 13.6×10³×0.068 = h(1.0×10³-0.82×10³)ｈ= 0.418ｍ6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强ｐ。
化工原理课件(天大版)
同：都须划定衡算的范围和时间基准。
异：1) 热量衡算须选择物态和温度基准，这是因为物料所含 热量（焓）是温度和物态的函数。液态物质的温度基准常取 273K。
2) 对于有化学反应的系统，须考虑反应物、生成物的差异， 因为既使同温，若浓度不同，则它们的焓值及反应热亦不同。
3)热量除随物料输入/出外，还可通过热量传递的方式输入/ 出系统。
化工原理
Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
版权所有，未经授权禁止复制或建立镜像。谢谢!
返回 1 22:56:14
4 1.5
0.06 v
0.06
83.73 ln 0.06 342.8s 0.001
返回 20 22:56:15
(2)能量衡算 能量有很多种，如机械能、热能、电能、磁能、化学
能、原子能、声能、光能等。
化工过程中主要涉及物料的温度与热量的变化，因此：
热量衡算是化工中最常用的能量衡算。
磺化器 静电除雾器
碱洗塔
（反应）
（分离）
液体磺酸
（化学吸收）
布袋除尘
大
NaOH
反应器
气
其它液、 固计量
配料缸
喷雾干燥 塔
（干燥）
旋转混 合器
包装
返回 8 22:56:14
单元操作的研究内容与方向：
研究内容 研究方向
单元操作的基本原理； 单元操作典型设备的结构； 单元操作设备选型设计计算。 设备的改进及强化； 高效率、低能耗、环保； 开发新的单元操作; 单元操作集成工艺与技术。
化工原理完整(天大版)PPT课件
Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
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0 绪论 1 流体流动
5 蒸馏 6 吸收
2 流体输送机械
3 非均相物系的分 离和固体流态化
4 传热
7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
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0 绪论
0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
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解：首先根据题意画出过程的物料流程图
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F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
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化工原理上册天津大学柴诚敬25-26学时
42
颗粒的圆周 运动速度
颗粒与流体 在径向上的 相对速度
2
一、离心沉降速度及分离因数
上述三个力达到平衡时：
6d3su R T26d3
u T2 d2 R4
u r20 2
平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速
度ur便是它在此位置上的离心沉降速度：
离心沉降速度 ur
4d(s ) uT2 3 R
第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
3.1 沉降分离原理及设备 3.1.1 颗粒相对于流体的运动 3.1.2 重力沉降 3.1.3 离心沉降
1
一、离心沉降速度及分离因数
惯性离心力作用下实现的沉降过程称为离心沉降。
颗粒受到三个力
惯性离心力
＝
6
d 3 s
u2 T R
向心力＝
d 3
u
2 T
6R
阻力 ＝ d 2 ur2
（3-49）
25
三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降
流体通过固定床的压力降主要有两方面： 一是流体与颗粒表面间的摩擦作用产生的压力降。 二是流动过程中，孔道截面积突然扩大和突然缩 小以及流体对颗粒的撞击产生的压力降。
26
三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降
采用计算床层当量直径时所用的简化模型，
n
0 xi p i i 1
7
二、离心沉降设备
粒级效率曲线
通过实测旋风分离器进、出气流中所含尘粒
的浓度及粒度分布，可得粒级效率与颗粒直径di
的对应关系曲线，该曲线称为粒级效率曲线。
分割粒径 d 5 0
粒级效率恰为50%的颗粒直径，称为分割粒
径。
d50 0.27
化工原理(天大版)---(下册)第三章 塔设备
料层所达到的分离程度； 适应能力：操作弹性，表现为对物料的适应性及对负荷波动的适应性 流动阻力低 结构简单 金属耗量少 造价低 易于控制
3.1概述
塔设备的类型 板式塔 气相为分散相，液相为连续相 填料塔 液相为分散相，气相为连续相
溶剂 溶剂
气体
气体
板式塔
填料塔
第一节 板式塔
3-3-2 填 料
三、填料类型
（2）鲍尔环（Pall ring）填料
o在拉西环的侧壁上开一排或两排长方形小孔，小孔的母材并不 脱离侧壁而是形成向内弯的叶片，上下两层长方形小孔位置交错。
o同尺寸的鲍尔环与拉西环虽有相同的比表面积和空隙率，但鲍尔 环在其侧壁上的小孔可供气液流通，使环的内壁面得以充分利用
缺点：造价很高，故多用于实验室 中难分离物系的分离。
3-3-2 填 料
三、填料类型 2）规整填料
格栅填料 脉冲填料 波纹填料 优点：空隙大，生产能力大，压降小。流 道规则，只要液体初始分布均匀， 则在全塔中分布也均匀，因此规整 填料几乎无放大效应，通常具有很高 的传质效率。 缺点：造价较高，易堵塞难清洗，因此工 业上一般用于较难分离或分离要求很 高的情况。
3-3-2 填 料
三、填料类型 2）规整填料
300脉冲规整填料
3-3-2 填 料
几种填料的相对效率
当填料的名义尺寸小于20mm时，各种填料本身的分离效率 随尺寸变化不大 当填料尺寸大于25mm时，各种填料的分离效率都明显下降， 因此，25mm的填料可认为是工业填料塔中选用的合适填料
3-3-3 填料塔的流体力学性能
3-3-2 填 料
三、填料类型
实体填料
网体填料 乱堆填料 整砌填料 金属填料 陶瓷填料
化工原理课件(天大版)
涉及多个物理过程和化学反应的复杂传质过程的计算，需要对各个过程进行分别 处理，并综合考虑各过程之间的相互影响。
分子扩散传质及传质过程的计算
分子扩散
物质分子在运动过程中，从高浓度区 域向低浓度区域的定向迁移，产生物 质传递现象。
传质过程计算
根据分子扩散定律，通过求解浓度场 和扩散系数等参数，实现对传质过程 的模拟和预测。
01
流体的密度、压强、黏度等物理 性质的定义和测量方法。
02
流体静力学基本方程的推导和应 用，包括压力、重力和惯性力对 流体平衡状态的影响。
流体流动的基本方程及流量测量仪表
流体流动的基本方程，如质量守恒、 动量守恒和能量守恒方程。
流量测量仪表的工作原理和应用，如 节流式、涡轮式、电磁式和超声波式 流量计等。
化工原理课件(天大版)
汇报人：
2023-12-10
目录
• 化工原理绪论 • 流体流动 • 传热学 • 传质学 • 化工设备 • 化学反应工程 • 化工过程的控制与优化
01
化工原理绪论
化工原理的研究对象和内容
化工原理研究对象
以化学工程中各种单元操作（动 量传递、热量传递和质量传递） 为研究对象，研究其原理、方法 和过程。
05
化工设备
化工设备的基本类型及结构特点
分离设备
用于将混合物中的不同组分分 离出来的设备，如离心机、过 滤器等。
储罐和容器
用于储存和容纳液体的设备， 如储罐、水池等。
反应设备
用于化学反应的设备，如反应 釜、反应塔等。
换热设备
用于将热能从一个物质传递到 另一个物质的设备ห้องสมุดไป่ตู้如热交换 器、蒸发器等。
输送设备
化工原理课后习题解答
化工原理课后习题解答————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理．天津大学出版社,20０5．)第一章流体流动1.某设备上真空表的读数为１3.3×1０３Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。
已知该地区大气压强为 98.7×１03 Pa。
解:由绝对压强 = 大气压强–真空度得到：设备内的绝对压强P绝= ９8．7×1０3 Pａ -13.３×１03 Pａ=８.５４×10３ Pa设备内的表压强 P表＝ -真空度 = - 13.3×103Ｐa2.在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/㎥的油品,油面高于罐底６.９m，油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底８０0 ｍm，孔盖用1４mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为39.23×1０6 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析:罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油≤σ螺解:P螺＝ρgh×A = ９60×９.81×(9.6-0.8) ×3.１4×0.7621５0．３０7×103Nσ螺 = 39.03×１03×3．14×0.0142×ｎP油≤σ螺得n ≥ 6.２3取 n miｎ= 7至少需要7个螺钉３.某流化床反应器上装有两个Ｕﻩ型管压差计，如本题附图所示。
测得R1＝ 400 mm ，R2 = 50 mm,指示液为水银。
为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R３＝ 50 mｍ。
试求A﹑Ｂ两处的表压强。
分析:根据静力学基本原则,对于右边的U管压差计，a–a′为等压面，对于左边的压差计,b–ｂ′为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。
化工原理完整(天大版)PPT课件
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返回 16 2020/5/23
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
GI=GO+GA .
返回 17 2020/5/23
KNO3 组分的物料衡算： F20% = W 0% + P (100 － 4) % 1000 20% = 0 + P 96 % 则：P = 208.3 kg/h
2．水分蒸发量W (物衡范围同1.) 总物料衡算式： F = W + P 则：W = F－P = 1000－208.3 = 791.7 kg/h
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返回 12 2020/5/23
0.3 物料衡算与能量衡算
☆ 稳定操作
以单位时间为基准， 如 ： h ， min ， s 。 参数=f(x,y,z)
非稳定操作
以每批生产周期所用 的时间为基准。参数 =f(x,y,z,)
=0
=
uA恒定
.
uB 返回 13
2020/5/23
dy
dz
三维
微分衡算(非稳态)
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返回 15 2020/5/23
例1(清华版，P6)：稳态时的总物料衡算及组分物料衡算
生产KNO3的过程中，质量分率为0.2的KNO3水溶液， 以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
化工原理 修订版 天津大学 上下册课后答案.
上册第一章流体流动习题解答1. 某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa ,试计算设备内的绝对压强与表压强。
已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。
解:真空度=大气压-绝压3(98. 713. 3 10a t m p p p P a =-=-⨯绝压真空度表压=-真空度=-13.3310Pa ⨯2. 在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为 960 kg/m3的油品,油面高于罐底9.6 m,油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm的圆孔,其中心距罐底 800 mm ,孔盖用 14 mm 的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为32.23×106 Pa,问至少需要几个螺钉 ?解:设通过圆孔中心的水平液面生的静压强为 p ,则 p 罐内液体作用于孔盖上的平均压强9609. 81(9. 60. 8 82p g z P a ρ=∆=⨯⨯-=(表压作用在孔盖外侧的是大气压 a p ,故孔盖内外所受的压强差为82874p Pa ∆= 作用在孔盖上的净压力为2282575(0.76 3.7644p p d N ππ=∆=⨯⨯=⨯410 每个螺钉能承受的最大力为:62332. 2310. 0144. 96104F N π=⨯⨯⨯=⨯钉螺钉的个数为 433.7610/4.96107.58⨯⨯=个所需的螺钉数量最少为 8个3. 某流化床反应器上装有两个 U 管压差计,如本题附图所示。
测得 R 1=400 mm , R 2=50 mm,指示液为水银。
为防止水银蒸气向空间扩散,于右侧的 U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水, 其高度 R 3=50mm。
试求A 、B 两处的表压强。
解:U 管压差计连接管中是气体。
若以2, , g H O Hg ρρρ分别表示气体、水与水银的密度,因为g Hg ρρ ,故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。
由此可以认为A C p p ≈,B D p p ≈。
天津大学化工原理上册知识点
Q' D'; QD
H ' ( D')2 ; HD
N ' ( D ')3 ND
（3）离心泵的串、并联
①泵的并联 两台离心泵并联且各自的吸入管路相同，在一定的压头下的总流量等于两单
台泵流量相加，管路特性曲线越平坦，泵的并联工作愈有利。
H H1 H2
Q Q1 Q2
Q1 和 H1 满足泵 1 的特性曲线方程， Q2 和 H2 满足泵 2 的特性曲线方程。
膜状冷凝和滴状冷凝： 冷凝传热中，不凝性气体的除去有利于提高对流传热系数。 2、液体沸腾
关小出口阀门，阻力变大，管路特性曲线变陡，工作点由 M→M1，Q 减小， H 增大。开大出口阀门，阻力变小，管路特性曲线变平坦，工作点由 M→M2，Q 增大，H 减小。 2、泵的特性曲线调节流量 （1）改变转速：若离心泵的转速变化不大（≤20%），则有比例定律：
Q ' n ' ; H ' (n ')2 ; N ' (n ')3
的饱和蒸汽压的某一最小允许值，以防气蚀现象的发生。
NPSH p1 u12 pv g 2g g
泵的允许安装高度
Hg
p0 pv g
NPSH
H f 01
NPSH 随流量的增大而增大，在确定安装高度时应取最大流量下的 NPSH 。 五、离心泵的工作点和流量调节
泵的特性曲线与管路特性曲线的交点，即为离心泵的工作点。 1、管路特性曲线调节流量
gz u2 p E 称为流体的机械能 2
单位重量流体的能量衡算方程：
z u 2 p He Hf 2g g
z ：位压头（位头）； u2 ：动压头（速度头） ； p ：静压头（压力头）
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第三章 机械分离和固体流态化1. 取颗粒试样500 g ，作筛分分析，所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2列，筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3列，试求颗粒群的平均直径。
习题1附表解：颗粒平均直径的计算 由11ia i G d d G=∑2204080130110(500 1.651 1.168 1.1680.8330.8330.5890.5890.4170.4170.2956030151050.2950.2080.2080.1470.1470.1040.1040.0740.0740.053=⨯+++++++++++++++++++ ）2.905=(1/mm)由此可知，颗粒群的平均直径为d a =0.345mm.2. 密度为2650 kg/m 3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。
解：20C 时，351.205/, 1.8110kg m Pa s ρμ-==⨯⋅空气对应牛顿公式，K 的下限为69.1，斯脱克斯区K 的上限为2.62 那么，斯脱克斯区：max 57.4d m μ===min 1513d m μ==3. 在底面积为40 m 2的除尘室回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600 m 3/h ，固体的密度3/3000m kg =ρ，操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ，黏度为2×10-5 P a·s。
试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
解：同P 151.例3-3在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度u t ， 则 36000.025/4003600s t V u m s bl ===⨯ 假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。
min17.5d um ===核算沉降流型：6min 517.5100.025 1.06R 0.0231210t et d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯假设合理。
求得的最小粒径有效。
4. 用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。
矿尘最小粒径为8m μ，密度为4000 kg/m 3。
除尘室长4.1 m 、宽1.8 m 、高4.2 m ，气体温度为427℃，黏度为3.4×10-5P a·s，密度为0.5 kg/m 3。
若每小时的炉气量为2160标准m 3，试确定降尘室隔板的间距及层数。
解：由气体的状态方程PV nRT =有''s s T V V T=则气体的流量为'342727321601.54/2733600s V m s +=⨯= 1.540.2034/1.8 4.2s t V u m s bH ===⨯ 假设沉降发生在滞流区，用斯托克斯公式求最小粒径。
min57.02d m μ===核算沉降流型：6min e 557.02100.2080.5R 0.17413.410t t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯假设合理。
求得的最小粒径有效。
由以上的计算可知。
粒径为8m μ的颗粒沉降必定发生在滞流区。
用斯托克斯公式求沉降速度26235()(810)(40000.5)9.81 4.110/1818 3.410s t d g u m s ρρμ----⨯⨯-⨯===⨯⨯⨯ 层数31.5450.91.8 4.1 4.110s t V n blu -===⨯⨯⨯取为51层。
板间距/(1) 4.2/(511)80.8h H n mm =+=+= 核算气体在多层降尘室中的流型。
/() 1.54/(1.8 4.1)0.208/s u V bl m s ==⨯=当量直径(对降尘室)4 1.80.0814/2()0.1542(1.80.081)e d bh b h m ⨯⨯=+==⨯+5e R /0.1540.2080.5/(3.410)471.06e d u ρμ-==⨯⨯⨯=气体在降尘室中的流动为层流流动。
设计合理。
5. 已知含尘气体中尘粒的密度为2300 kg/m 3,气体流量为1000 m 3/h 、黏度为3.6×10-5 P a·s、密度为0.674 kg/m 3，采用如图3-7所示的标准型旋风分离器进行除尘。
若分离器圆筒直径为0.4 m ，试估算其临界粒径、分割粒径及压强降。
解：对标准型旋风分离器，已知D =0.4m ，B =D /4=0.1m ，h =D /2=0.2m 。
气体流速为1000/1000/(3600)13.89/36000.10.2i s u V A B h m s ==⨯⨯==⨯⨯临界粒径8.04c d m μ===500.27 5.73d m μ===压强降220.674(13.89)8.052022i u p Pa ρξ⨯∆==⨯= 所以，临界粒径8.04c d m μ=，分割粒径50 5.73d m μ=，压强降520Pa6. 某旋风分离器出口气体含尘量为0.7×10-3 kg/标准m 3，气体流量为5000标准m 3/h ，每小时捕集下来的灰尘量为21.5 kg 。
出口气体中的灰尘粒度分布及捕集下来的灰尘粒度分布测定结果列于本题附表中。
习题6附表1解：(1) 除尘总效率出口气体中尘粒的质量流量为320.7105000 3.5/w kg h -=⨯⨯= 进口气体中尘粒的质量流量为1221.521.5 3.525/w w kg h =+=+= 所以0121.521.50.8625w η===，即86% (2) 粒级效率曲线1121ci ci pi ci w w w w w η==+ 根据附表的数据求得粒级效率值如本题附表所示习题6附表1根据~mi pi d η的数据绘制粒级效率曲线如附图所示7. 在实验室用一片过滤面积为0.1 m 2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验，滤叶部真空度为500 mmHg 。
过滤5 min 得滤液1 L,又过滤5 min 得滤液0.6 L 。
若再过滤5min,可再得滤液多少?解：由过滤基本方程：22e q qq K θ+=，代入数据有：23323311()2()5600.1100.1101.6 1.6()2()10600.1100.110e e q K q K ⎧+=⨯⨯⎪⎪⨯⨯⎨⎪+=⨯⨯⎪⨯⨯⎩解得：53272710/,810/e q m m K m s --=⨯=⨯ 当15min θ=时，25727108101560q q --+⨯⨯=⨯⨯⨯ 解得3220.02073/20.73/q m m L m ==，20.730.1 2.073V qA L ==⨯=2.073 1.60.473V L ∆=-=8. 以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验,测得数据列于本题附表中。
习题6附图010203040506070800.00.20.40.60.81.0粒级效率d m /微米已知过滤面积为0.093 m 2，试求：(1) 过滤压强差为103.0 kPa 时的过滤常数K 、q e 及e θ；(2) 滤饼的压缩性指数s ；(3) 若滤布阻力不变，试写出此滤浆在过滤压强差为196.2kPa 时的过滤方程式。
习题8附表解：(1) 103.0kPa 下，3321 2.2710/0.0930.0244/q m m -=⨯=，33229.1010/0.0930.0978/q m m -=⨯=52223321.57210/0.024420.0244500.097820.0978660 3.9110/e e eK m sq K q K q m m --⎧=⨯⎧+⨯=⨯⎪⇒⎨⎨+⨯=⨯=⨯⎪⎩⎩ 2325(3.9110)0.9731.57210e e q s K θ--⨯===⨯同理可以求出343.4kPa 下的过滤常数52332' 4.3610/,' 3.0910/,'0.219e e K m s q m m s θ--=⨯=⨯=(2) 由12s K k p -=∆得5115'' 4.3610343.4()()0.15261.57210103s s K p s K p ----∆⨯=⇔=⇒=∆⨯ (3) 's m e e R rL r p vq ==∆=常数，所以1/s e q p ∝∆， 以103kPa 下的数值为基准，得到510.1526522.0'' 1.57210() 2.71410/1.05K m s ---=⨯⨯=⨯310.15263322.0'' 3.9110() 3.54410/1.05e q m m ---=⨯⨯=⨯2325''(3.54410)''0.463'' 2.71410e e q s K θ--⨯===⨯于是得到1962.kPa 下的过滤方程式为225( 3.54410) 2.7410(0.463)q θ--+⨯=⨯+9. 在实验室中用一个每边长0.162 m 的小型滤框对CaCO 3颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验。
料浆温度为19℃，其中CaCO 3固体的质量分数为0.0723。
测得每1 m 3滤饼烘干后的质量为l062 kg 。
在过滤压强差为275800 Pa 时所得的数据列于本题附表中。
习题9附表试求过滤介质的当量滤液体积V e ，滤饼的比阻r ，滤饼的空隙率ε及滤饼颗粒的比表面积a 。
已知CaCO 3颗粒的密度为2930 kg/m 3，其形状可视为圆球。
解：由恒压过滤方程式22()()e e V V KA θθ+=+可得222()()()e e V V d rv V V dV KA A p θμ+==+∆，也可写作2()()e rvV V V A p θμ∆=+∆∆ 对题给的数~V θ数据进行处理，以θ∆对V 作图，据图可求得有关参数2.4 67.2 9.5 47.5 2.6 77.3 10.1 50.5 2.888.7 11.4 57由图得知：直线斜率26618.25/18.2510/s L s m ==⨯ 直线的截距335.9/ 5.910/s L s m ==⨯ 即66218.2510/()rvs m A p μ=⨯∆，332 5.910/()e rvV s m A p μ=⨯∆则334365.910/ 3.231018.2510s m V m -⨯==⨯⨯，22254(20.162) 2.75510A m -=⨯=⨯ 31.0310Pa s μ-=⨯⋅，160210.45322930ε=-= 设滤饼与滤液的体积比是v ，并以1m 3滤液为基准做固相的物料衡算，得29300.4532(100029300.453210000.5468)0.0723v v v ⨯=+⨯+⨯⨯解0.0497v = 则滤饼的比阻为255142318.2518.2510 2.75510275800 2.71101/1.03100.0497A p r m v μ--∆⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯习题9附图5.9s /LV /L680102030405060斜率=18.25s /L 231430.50.5623222.71100.4532()() 4.10810/5(1)5(10.4532)r a m m εε⨯⨯===⨯-⨯- 10. 用一台BMS5O/810-25型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固相质量分数为0.139，固相密度为2200 kg/m 3，液相为水。