化工原理简答
流体流动
1.层流与湍流的本质区别
答：是否存在流速u，压强P的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
2.什么是流体流动的边界层？边界层分离的条件是什么？
答：流速降为未受边壁影响流速的99%以内的区域为边界层，即边界影响未及的区域。
流道扩大造成逆压强梯度，逆压强梯度容易造成边界层的分离
3.动量守恒和机械能守恒应用于流体流动时，二者关系如何？
答：机械能守恒定律应用于实际流体时，由于流体的粘性导致机械能的耗损，在机械能恒算式中将出现Hf项，但动量守恒只是将力和动量变化率联系起来，未涉及能量和消耗问题。
4.何谓轨线？何谓流线？为什么流线互不相交？
答：轨线是某一流体质点的运动轨迹，描述的是同一质点在不同时刻的位置（拉格朗日）
流线上各点的切线表示同一时刻各点的速度方向，描述的是同一瞬间不同质点的速度方向（欧拉）
同一点在指定某一时刻只有一个速度。
5.什么是连续性假设？质点的涵义是什么？
答：假定流体是由大量质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质
质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比分子自由程却要大得多
6.粘性的物理本质是什么？为什么温度上升，气体粘度上升，而液体粘度下降？
答：分子间的引力和分子的热运动
气体分子间距较大，以分子的热运动为主，温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体分子间距较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。
7.物体因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。
答：Ⅰ假塑性流体Ⅱ涨塑性流体Ⅲ宾汉塑性流体Ⅳ触变性流体Ⅴ粘弹性流体
8.为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好？
答：由静力学方程可以导出△P=H（ρ冷-ρ热）g，所以H增加，压强增加，拔风量大
9.均匀流段有何特点？流体均匀流过等直径弯管的流动能否视为均匀流段？为什么？
答：特点：各流线都是平行的直线并与截面垂直，固定态流动条件下的流体没有加速度，势能分布服从静力学定理。流段截面上各点的总势能总是相等。不能视为均匀流动，因为在其流段截面上各点的总势能不相等。
10.化工厂那些计算要应用流体静力学基本方程式？适用的条件是什么？
答：压强与压强差的测量、液位的测量、液封高度的计算，
条件：静止、连续、同一流体。
11.在化工厂中柏努利方程主要应用于那些方面？应用条件有哪些？
答：确定管道中流体的流量、确定设备间的相对位置、确定输送设备的有效功率、确定管路中流体的压强、非稳态流动系统的计算。
条件：重力场下，不可压缩，理想流体做定态流动，流体微元与其他微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系12.何谓水力光滑管？何谓完全湍流粗糙管？
答：当壁面凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻力损失的影响时，称为水力光滑管。在R e很大，λ与R e无关的区域，称为完全湍流粗糙管。
14.伯努利方程的物理意义
答：在流体流动中，位能，压强能，动能可相互转换，但其和保持不变。
15.转子流量计的特点是什么？孔板流量计的缺点是什么？设孔板流量计的中心问题是什么？
答：转子流量计的特点：恒流速、恒压差，孔板流量计的缺点：阻力损失大，中心问题是选择合适的面积比以期兼顾适宜的读数和阻力损失。
16.转子流量计的构造及测量原理。
答：构造：倒锥形玻璃管，转子，外壳。
原理：当流体自下而上流过垂直的锥形管时，转子受到两个力的作用：一是垂直向上的推动力，二是垂直向下的净重力。当流量加大，使压力差大于转子的净重力时，转子就上升；当流量减少，使压力差小于转子的净重力时，转子就下沉；当压力差与转子净重力相等时，转子处于平衡状态，即停留在一定位置上。在玻璃管外表面上刻有读数，根据转子停留位置，即可读出被测流体的流量。
17.什么时候摩擦因素不受雷诺常数影响，只与粗糙度有关？
答：在湍流区，入随粗糙度增加而上升，随R e增加而下降，有一个转折点，超过此转折点后入与R e无关，只与粗糙度有关。
18.量纲分析法的步骤。
答：1.列出影响过程的主要因素。
2.通过无量纲化减少变量数目。
3.通过实验值确定无量纲得出函数关系。
19.Z1＋p1/ρｇ＝Z2＋p2/ρｇ（1），ｐ＝ｐa＋ρｇh（2）；这两个静力学方程式说明些什么？答：（1）静止的连续的同一流体，同一水平面上的各点，深度相同，它的压强亦相同。（2）液体内部任一点的压强是液面深度的函数，距离液面越深，则压强越大，当液面压强变化，必将引起液体内部各点发生同样大小的变化。
20.什么是液体连续稳定流动？流体流动的连续性方程的意义如何？
答：流体在流动时，流体质点连续的充满其所在空间，流体在任一截面上的流动的流速、压强、密度等物理量不随时间而变化。
意义：流体流动过程的基本规律，它是根据质量守恒定律建立起的，连续性方程可以解决流体的流速、管径的计算选择及其控制。
21.什么是牛顿粘性定律？何为黏度？温度对流体黏度有何影响？
答：单位面积上的内摩擦力称剪应力z=F/S，此关系式即为牛顿粘性定律；促使流体流动的产生单位速度梯度的剪应力；液体的黏度随温度的升高而降低，气体的黏度随温度的升高而增大。
22.应用柏努利方程的注意事项
答：1.作图并确定衡算范围2）截面的截取3）基准水平面的选取4）单位必须一致
流体输送机械
1.简述往复泵的水锤现象。往复泵的流量调节方法有几种？
答：流量的不均匀使往复泵不能用于某些对流量均匀性要求较高的场所，也使整个管路内的液体处于变速运动状态，不但增加了能量损失，且易产生冲击，造成水锤现象，并降低泵的吸入能力。
提高管路流量均匀方法：（1）采用多缸往复泵（2）装置空气室
流量调节方法：（1）旁路调节（2）改变活塞冲程和往复次数
2.离心泵的压头受哪些因素影响？
答：与流量，转速，叶片形状及直径大小有关
3.后弯叶片有什么优点？有什么缺点？
答：优点：后弯叶片的叶轮使流体势能提高大于动能提高，动能在蜗壳中转换成势能时损失小，泵的效率高
缺点：产生同样理论压头所需泵体体积比前弯叶片的大
4.何谓“气缚”现象？产生此现象的原因是什么？对泵的操作有何危害？如何防止气缚？
答：因泵内流体密度小而产生的压差小，无法吸上液体的现象
原因：离心泵产生的压差与密度成正比，密度小，压差小，吸不上液体。危害：离心泵在产生气缚时启动离心泵也不能完成输送任务。措施：灌泵，排气
5.离心泵特性曲线影响，离心泵性能的主要因素有哪些？
答：特性曲线指H e~q v，η~q v，P a~q v，主要因素：液体密度，粘度，转速，叶轮形状及直径大小。
6.离心泵的工作点是如何确定的？有哪些调节流量的方法？
答：工作点是由管路特性方程和泵的特性方程共同决定的。
方法：调节出口阀开度，改变泵的转速，离心泵的串并联操作。7.何谓泵的汽蚀？对泵的操作有何危害？如何避免汽蚀？
答：泵的气蚀是指液体在泵的最低压强处气化形成气泡，又在叶轮中因压强升高而破碎，造成液体对泵设备的冲击，引起振动和腐蚀的现象。
危害：离心泵在产生气蚀时将发出高频噪音，泵体振动，流量不能再增大，压头和效率都明显下降，以致无法继续工作。
措施：使叶片入口附近的压强高于输送温度下液体的饱和蒸汽压；使泵的实际安装高度低于允许安装高度。
8.什么是正位移特性，列举2种？往复泵有无汽蚀现象？
答：流量由泵决定，与管路特性无关，压头则受管路承受能力限制，往复泵、旋转泵。
有，这是由液体气化压强所决定的。
9.为什么离心泵启动前应关闭出口阀，而漩涡泵启动前应打开出口阀？
答：这与功率曲线的走向有关，离心泵在零流量时功率最小，所以在启动时关闭出口阀，使电机负荷最小；而漩涡泵在大流量时功率负荷最小，所以启动时要开启出口阀，使电机负荷最小，同时也避免出口管线的水力冲击。
10.通风机的全压，动风压各有什么含义？为什么离心泵的H与ρ无关，而风机的全压p T与ρ有关？
答：通风机给每立方米气体加入的能量为全压，其中动能部分为动风压。
因单位不同，压头为m，全风压为N/m2，按△P=ρg h可知h与ρ无关时，△P与ρ成正比。
11.某离心通风机用于锅炉通风，通风机放在炉子前与放在炉子后比较，在实际通风的质量流量，电机所需功率上有何不同？为什么？
答：风机在前，气体密度大，质量流量大，电机功率负荷也大
风机在后，气体密度小，质量流量小，电机功率负荷也小
13.真空泵的主要特性
答：极限真空（残余压强），抽气速率（抽率）14.现想测定一离心泵特性的性能曲线，将此泵装在不同的管路上，进行测试时，所得的性能曲线是否一样？为什么？
答：一样，特性曲线是泵设计制造完成后，扬程与流量的关系曲线，不随管路特性改变，装在不同的管路上只是改变了管路特性，实验过程改变管路流量自然发生变化，但性能曲线没有发生变化，工作点发生变化，工作点就是管路特性曲线与性能曲线的交点，实验所测出来的是工作点，工作点在性能曲线上。
15.在化工生产和设计中，对流体输送机械的基本要求是什么？
答：（1）能适应被输送流体的特性
（2）能满足工艺上对流量和能量的要求
（3）结构简单，操作可靠和高效，投资和操作费用低。
16.说明离心泵叶轮的构造和作用。
答：构造：有若干弯曲的叶片组成，
作用：将原动机的机械能直接输送给液体，使液体的静压能和动能均有所提高。
17.影响离心泵性能的因素有哪些？
答：密度、粘度、转速、叶轮直径
18离心泵的主要性能参数有哪些？
答：流量、压头、轴功率、效率、气蚀余量.
19.何为轴封？有何作用？常用的轴封装置有哪些？
答：泵轴和泵壳之间的密封称轴封。
作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气进入泵内。常用轴封：填料密封和机械密封
20.离心泵内能量损失包括哪几项？离心泵的效率与哪些因素有关？
答：（1）容积损失、机械损失、水力损失。
（2）与泵的类型、尺寸、制造精确度、液体的流量及性质等因素有关。
22.简述选用离心泵的一般步骤。
答：（1）根据输送液体的性质和操作条件，确定离心泵的类型
（2）确定输送系统的流量Q e和压头H e
（3）选择泵的型号，要求Q》=Q e，H》=H e，且效率较高
（4）核算泵的轴功率
23.简述离心通风机的选择步骤。
答：（1）根据管路布置和工艺条件，计算输送系统所需风压，并换算为风机实验条件下的风压
（2）根据输送气体的种类和风压范围，确定风机类型
（3）根据以风机进口状态计算的实际风量Q和实验条件下的风压
H r，从风机样本中查出适宜的型号。
24.为什么离心泵可用出口阀来调节流量？往复泵是否可采用同样方法调节流量？为什么？
答：有离心泵的工作点知，改变泵出口阀的开度，使局部阻力改变，而管路特性曲线改变，流量随之改变，而往复泵属容积式泵，压头与流量基本无关，若关闭出口阀门，则因泵内压力急剧增大，造成泵体、管路和电机的损坏，故不宜用出口阀来调节流量。
25.离心泵的扬程和升扬高度有什么不同？
答：扬程指泵给以单位重量液体的有效能量，液体获得能量后，可将液体升扬到一定高度，而且还要用于静压头的增量和动压头的增量及克服输送管路的压头损失。而升扬高度指将液体从地处送到高处的垂直距离，可见升扬高度仅为扬程的一部分，泵工作时扬程大于升扬高度。
26.离心泵的主要部件有哪些？各有什么作用？及离心泵的工作原理。
答：叶轮、泵壳、轴封装置。叶轮作用：将原动机的机械能直接输送给液体，使液体的静压能和动能均有所提高。泵壳有汇聚液体和
将部分动能转化为静压能的作用。轴封作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气进入泵内。原理：依靠高速旋转的叶轮，泵内液体在惯性离心力的作用下，自叶轮中心被甩向外界并获得能量，最终体现为液体静压能的增加。
27.离心泵的压头H与离心通风机的全风压H T有何异同？它们与流体密度有关吗？
答：（1）离心泵的压头是指离心泵对单位重量的液体所能提供的有效能量，单位为M，与泵的结构、尺寸、转速以及流量有关；其测定通常用特定转速下200C清水为介质获得。
通风机的全风压指单位体积的气体通过风机时所获得的能量，单位为J/m3,风机性能表上的风压，一般都是在200C、1.013*105P a的条件下测得的。
（2）离心泵的压头与流体的密度无关，而通风机的全风压则与流体的密度有关。
28.不同类型的离心泵，其Q-H曲线的形状不同，有的较平（如图A线），有的较陡（图中B线），问：（1）当用离心泵来输送含有泥浆的液体，其部分泥浆会在管道内沉积，在此种情况下，宜选哪一类型Q-H线的离心泵才能避免流量发生过大的波动？（2）若用出口阀调节流量，对于哪一种形状的Q一H线离心泵较为理想？
答：（1）选用Q～H线较陡的泵（即图中的B线），设曲线I为原来的管路特性曲线；曲线II为后来（阻力增大）的管路特性曲线，从图中可看出对A泵来说，工作点由
M1变为M2对应的流量由Q m1到Q m2；对B泵来说
工作点由C1变到C2对应的流量由Q c1到
Q c2两泵流量变化（皆变小）的幅度B泵 Q c2)（2）对调节流量来说，A泵较好，而调节流量较为灵敏（变化幅度较大）， 由图中工作点变化可知。 29.离心泵的优点. 答：（1）结构简单，操作容易，便于调节和自控（2）流量均匀，效率较高（3） 流量和压头适用范围广（4）适于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体 30.采用多级压缩的理由？ 答：（1）避免排出气体温度过高（2）减少功耗，提高压缩机的经济性（3）提高气缸容积利用率（4）压缩机结构更为合理 非均相物系的分离和流态化 1.因某种原因使进入降尘室的含尘气体温度升高，若气体质量及含尘情况不变，降尘室出口气体的含尘量将有何变化？原因何在？答：处于斯托克斯区时，含尘量升高；牛顿定律区时，含尘量降低斯托克斯区时，温度改变主要通过粘度的变化而影响沉降速度。因为气体年度随温度升高而增加，所以温度升高时沉降速度减小；牛顿定律区时，沉降速度与粘度无关，与ρ有一定关系，温度升高，气体ρ降低，沉降速度增大。 2.什么是自由沉降速度，颗粒的自由沉降速度是否仅是颗粒与流体的特性? 答：重力作用下，沉降速度的增大，颗粒受阻力增大，当阻力等于其重力时的速度。 不仅与颗粒和流体的特性有关，还与其它特性有关：干扰沉降、端效应、分子运动、非球形、液滴或气泡的运动。 3.在考虑流体通过固定床流动的压降时，颗粒群的平均直径是按什么原则定义的？ 答：以比表面积相等作为准则 流动阻力主要由颗粒层内固体表面积的大小决定，而颗粒的形状并不重要 4.重力降尘室的气体处理量与哪些因素有关？降尘室的高度是否影响气体处理量？ 答：沉降室底面积和沉降速度 不影响。高度小会使停留时间短，但沉降距离也短了 5.为什么旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的？锥底为何须有良好的密封？评价旋风分离器的性能指标有哪些？ 答：低负荷时，没有足够的离心力 锥底往往负压，若不密封会漏入气体且将颗粒带起 临界直径、分离效率、压强降 6.旋风分离器的工作原理 答：上部为圆筒形，下部锥形。含尘气体由圆筒上部的进气管切向进入，受器壁的约束向下作螺旋运动。在惯性离心力作用下，颗粒被抛向器壁而与气流分离，再沿壁面落至锥底的排灰口，净化后的气体在中心轴附近由下而上作螺旋运动，最后由顶部排气管排出。 7.流化床的特点 答：优点：很易获得均匀的温度；恒定的压降 缺点：不均匀的接触，对实际过程不利，可能导致腾涌或节涌，和沟流。 8.在表面过滤方式中，何谓架桥现象？ 答：在过滤操作开始阶段，会有部分颗粒浸入过滤介质网孔中，称为架桥现象 9.简述数学模型实验研究方法的主要步骤 答：（1）简化物理模型 （2）建立数学模型 （3）模型检验，试验定模型参数 10.过滤常数有哪两个？各与哪些因素有关？什么条件下才为常数？ 答：K 、e q ；K 与压差，悬浮液浓度，滤饼比阻，滤液粘度有关；e q 与过滤介质阻力有关；恒压下才为常数 11.降尘室的处理能力与那些因素有关？其结构特点有哪些？ 答：降尘室的生产能力只与降尘室底面积及颗粒的沉降速度有关，与降尘室的高度无关。降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效率低，一般只适于d ＞50μm 的颗粒。 12.旋风分离器中固体颗粒是如何从气流中分离出来的？ 答：旋风分离器是利用惯性离心力的作用从气流中分离出尘粒的设备，含尘气体由圆筒上部进气管切向进入，受器壁的约束向下做螺旋运动，在惯性离心力的作用下，颗粒被抛向器壁而与气流分离， 再沿壁面落至锥底的排灰口，净化后的气体在中心轴附近由下而上做螺旋运动，最后由顶部排气管排出。 13.比较重力沉降和离心沉降的异同。 答：相同：都是在外力场作用下，利用分散相和连续相的密度差，是指发生相对远动而实现分离。 不同；重力沉降是利用重力场的作用而进行的沉降，离心沉降是利用惯性理性力的作用而实现的沉降。 14.影响沉降速度的因素 答：①流体的温度气体：T↑μ↑u t↓液体：T↑μ↓u t↑。 ②颗粒的直径d↑u t↑。层流区：u t∝d2；湍流区：u t∝d1/2。 ③非球形颗粒④颗粒的体积浓度⑤器壁效应 传热 1.影响辐射传热的主要因素有哪些？ 答：温度、黑度、角系数（几何位置）、面积大小、中间介质 2沸腾传热的影响因素及强化措施 .答：1）液体的性质2）温差在核状沸腾阶段温差提高，3）操作压强4）加热面新 3.影响对流给热系数的因素 答：1.a强》a自 2. a R e c p的影响：c p c pμ的影响:R e 3.流动类型>， 4.传热面的形状，大小和位置 5.是否发生相> 4.有两把外形相同的茶壶，一把为陶瓷的，一把为银质的。将刚烧开的水同时充满两壶，实测发现，陶壶内的水温下降比银壶中的快，为什么？ 答：陶壶的黑度大，辐射散热快；银壶黑度小，辐射散热慢 5.为什么换热器的冷热流体的流向大多采用逆流操作？并流适用 于哪些情况？ 答：1、在相同传热面条件下，逆流操作时加热剂(冷却剂)用量较并流小；2、在加热剂(冷却剂)用量相同条件下，逆流的换热器传热面积较并流的小；3、并流时,热流体的出口温度总是低于冷流体的出口温度,因此在逆流时,冷热两种流体的温差值较大并且均匀,；4、逆流操作费用较并流少。 热敏物料加热，控制壁温以免过高 7.雷诺数R e，努塞尔数N u，格拉斯霍夫数G r，普朗特数P r的物理意义 答：表征流体的运动状态 反映对流使给热系数增大的倍数 表征自然对流的流动状态 反映物性对给热过程的影响 8.核状沸腾，膜状沸腾，临界点，工业操作应采用哪一种沸腾？答：（1）加热面上有气泡产生，给热系数 随△t急剧上升，此阶 段为核状沸腾；△t增大到一定数值时，加热面上的汽化核心继续增多，气泡在脱离加热面之前便相互连接，形成气膜，把加热面与液体隔开，随△t的增大，给热系数下降，此阶段为不稳定膜状沸腾；从核状沸腾到膜状沸腾的转折点为临界点。（2）由于核状沸腾给热系数大于膜状沸腾，工业操作应采用核状沸腾。 9.膜状冷凝和滴状冷凝，工业冷凝器按那个处理？ 答：膜状冷凝-若冷凝液能够润湿壁面，则在壁面上形成一层完整的夜膜。 滴状冷凝-若冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力作用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面下落。 滴状冷凝传热系数大于膜状冷凝，工业冷凝器按膜状冷凝来处理。 9.冷、热流体流动通道的选择原则 答：（1）不洁净和易结垢的液体宜在管程 （2）腐蚀性流体宜在管程 （3）压强高的流体宜在管内 （4）饱和蒸汽宜走壳程 （5）被冷却的流体宜走壳程 （6）若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程 （7）流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜 10.若热流体走管内，冷流体走管外，两流体通过间壁的传热包括那几个过程？ 答：1 热流体以对流传热方式将热量传给管内壁 2 热量由内壁面以热传导方式传给外壁面 3 热量由外壁面以对流传热的方式传给冷流体 11. 圆筒壁的定态热传导与平壁的定态热传导有何区别？ 答：圆筒壁的传热面积不是常量，是随半径而变的，且温度也是沿半径方向变化的。12. 热水瓶为什么能保温？ 答：热的传递方式有三种：热对流，热传导，热辐射。暖水瓶的瓶胆与外壳之间是空气，空气是热的不良导体，热传导降低了许多，瓶胆内部光滑如镜，降低了辐射，所以暖水瓶能保温。 13．强化传热时，如何提高传热系数K？ 答：提高流体流速，增强流体的扰动，在流体中加固体颗粒，采用短管换热器，防止垢层形成和及时清除垢层。 14.列管换热器为什么要进行热补偿，根据补偿方式不同，主要有哪几种？ 答：（1）由于流体的温度不同，管束和壳体的温度也不同，因此它们的膨胀程度也有差别，若两流体温差较大，由于热应力而引起热备变形，弯曲或破裂因此需热补偿。 （2）固定管板式，特点：* 结构简单，成本低；* 可能产生较大的热应力；* 壳程不易机械清洗； U型管换热器，特点：具有温度补偿作用；管程不易清清洗。 浮头式换热器，特点：消除了温差应力、便于清洗和检修；结构复杂、成本高； 15.管壳式换热器为何采用多管程，多壳程？ 答：当流体流量较小时或传热面积较大而需要管束很多时有时会使管内流速降低，因而对流传热系数小，为了提高管内流速，可采用多管程，而为了提高平均温差则宜采用多壳程。 17.试说明流体有相变时的对流传热系数大于无相变时的对流传热系数原因。 答：流体有相变时，对流传热过程要放出或吸收大量的潜热，但流体温度不发生变化，因此在壁面附近流体层中的温度梯度较高从而对流传热系数大于无相变时的对流传热系数 18. 对流传热系数的物理意义是什么？它的单位是什么？它与导热系数有何不同？ 答：由t S Q ?=α可知，对流传热系数α表示在单位温度差下单位传热面积的对流传热速率，其单位为α),/(2℃m w 越大，表示对流传热越快。 它与导热系数λ不同，它不是物性，而是受多种因素影响的一个参数，导热系数是单位温度梯度下的热传导通量，其单位W/m 0C 表征热传导的能力。 19. 总传热系数K 的物理意义是什么？影响K 值的主要因素有哪些？在设计换热器时，K 值有哪些来源？ 答：K 的物理意义是：K 在数值上等于单位传热面积、单位温度差下的传热速率。 影响K 值的主要因素有流体的物性、操作条件和换热器的类型。 在设计换热器时，K 值的来源主要有：（1） 选用生产实际的经验值 （2）实验查定 （3）计算K 值 20. 在使用实验得到的α关联式时，应注意哪几点？ 答：应注意三点。 1 应用范围 关联式中Re 、Pr 等的数值范围 2 特征尺寸 Nu 、Re 等准数中l 应如何取定 3 定性温度 各准数中流体的物性应按什么温度来确定 21. 简述何谓强化传热？有哪三个主要途径？ 答：强化传热是指提高冷热流体间的传热速率。 强化传热的主要途径有三方面： 1 增大总传热系数K ，这是强化传热的重点。 ① 降低污垢热阻； ② 提高对流传热系数 2 增大传热面积S 3增大平均温度差m t ? 蒸发 1.什么是蒸发器的生产强度？提高蒸发器生产强度的途径有哪些？ 答：单位传热面积上单位时间内蒸发的水量；提高蒸发器的总传热系数 K ，提高传热温度差，增加传热推动力。 2.在多效蒸发的操作中，各效蒸发器的温度和各效浓度分别取决于什么？ 答：各效蒸发器温度仅与端点温度有关，各效浓度仅取决于端点温度和料液的初始温度。 3.什么叫多效蒸发，常用流程有哪几种？ 答：多效蒸发：将前效蒸发器汽化出的二次蒸汽引入下一效作为加热蒸汽，多个蒸发器串联操作的流程。流程：并流加料流程、逆流加料流程、平流加料流程。 4.循环型蒸发器和膜式蒸发器的特点。 答：循环型蒸发器：溶液在蒸发器内做连续的循环运动，以提高传热效果，缓和溶液结垢 膜式蒸发器：溶液只通过加热室一次，即可得到需要的组成，停留时间仅为数秒，操作过程溶液沿器壁呈传热效果最佳的膜状流动。 5．多效蒸发中“最后一效的操作压强，是有后面冷凝器的冷凝能力确定的”这种说法是否正确？冷凝器后面使用真空泵的目的？ 答：正确，提高冷凝器中的真空度，从而提高传热温度差，最后达到提高蒸发强度的目的。 6.并流加料的多效蒸发装置中，一般各效的总传热系数逐效减少，而蒸发量却逐效略有增加，试分析原因。 答：（1）操作中溶液沸点上升，溶液粘度增大，易析出固体晶体，同时由于后效的组成较前效的高，且温度较低，所以总传热系数逐效减少。 （2）由于后效溶液沸点较前效的低，故前效溶液进入后效时会因过热而自动蒸发，因而可多产生一部分二次蒸汽。 7.蒸发操作的用途： 答：（1）获得浓缩的溶液 （2）制取纯溶剂 （3）同时制取浓溶液和纯溶剂 （4）结晶操作的前一步骤 8.引起沸点升高的原因 答：①溶液蒸汽压降低引起的沸点升高②液柱静压头引起的沸点升高③二次蒸汽阻力损失引起的沸点升高 9.多效蒸发与单效蒸发的比较 答：①D/W比单效蒸发小，操作费比单效蒸发小；即生蒸汽的利用率高。 ②多效蒸发比单效蒸发的温度差损失大，且效数越多温度差损失越大； ③多效蒸发生产能力比单效蒸发小，生产强度比单效蒸发小，故设备费比单效蒸发大。 蒸馏 1.简单蒸馏和精馏有什么相同和不同？简单蒸馏的特点？ 答：（1）它们同属蒸馏操作。简单蒸馏是不稳定操作，只能得到一种产品，产品无需回流，产量少；精馏是复杂的蒸馏，可以连续稳定过程也可是间歇过程，精馏在塔顶、底可以获得两种产品，必须有回流 （2）动态过程，釜液温度不断升高，产品与釜液组成随时间而降低，瞬时蒸汽与釜中液体处于平衡状态 2.简述精馏原理，实现精馏定态操作的必要条件是什么？ 答：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。 3. 恒摩尔流假设指什么？其成立的主要条件是什么？在精馏计算中有何意义？ 答：恒摩尔流假定的主要内容是：精馏段每块塔板上升的蒸气摩尔流量彼此相等，下降的液体流量也各自相等；同理，提馏段亦然。 恒摩尔流假定成立的条件：⑴各组分的摩尔气化焓相等；⑵气液接触时因温度不同而交换的热量可以忽略；⑶塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。 意义：精馏的计算都是以恒摩尔流为前提的，这样可简化精馏计算。 4.恒沸精馏和萃取精馏的主要异同点 答：都是在被分离溶液中加入某种添加剂以改变原溶液中各组分间相对挥发度，而实现分离的，其区别在于： （1）恒沸精馏添加剂必须与被分离溶液形成恒沸物，而萃取精馏无此限制，故萃取精馏的添加剂选择范围广 （2）恒沸精馏的添加剂被汽化由塔顶蒸出，汽化潜热消耗较大，经济型不如萃取精馏（3）由于萃取必须不断由塔顶加入添加剂，故萃取精馏不能简单地用于间歇操作，而恒沸精馏从大规模连续生产至实验小型间歇精馏均能方便操作。 5.何谓轻关键组分，重关键组分？何谓轻组分，重组分？ 答：对分离起控制作用的两个组分为关键组分，挥发度大的为轻关键组分，挥发度小的为重关键组分 比轻关键组分更容易挥发的为轻组分，比重关键组分更难挥发的为重组分 6.何谓理论板？为什么说一个三角形梯级代表一块理论块？ 答：离开这一块板上的气、液相组成满足平衡关糸的板；在绘三角形梯级时，正好使用了一次平衡关系和一次操作线关系，与逐板法相比，正好跨过了一块板，可认为一个三角形梯级代表了一块理论板。 7.在精馏操作过程中为什么要有回流及再沸器？ 答：回流是保证精馏塔正常而稳定操作的必要条件。是补充塔板上的液相组成和数量；使塔板上的液相组成和数量保持稳定；提高塔顶产品的浓度。再沸器主要是提供一定的上升蒸汽量。 8.精馏塔的工艺设计步骤 答：①给出下列工艺参数，原料处理量F，原料组成及进料状况参数q，汽---液平衡关系 数据，选定一个回流比R，根据汽--液平衡关系求出相对挥发度α，再求出最小回流比 ②再求出最小理论塔板数，再查吉利兰图，计算得到理论塔板数N。根据处理量F，进行设备与操作费估算，得到一个总费用数据。第二次选定回流比R，重复上述步骤，求出第二个总费用，经过多次R的选定，得到n个总费用数据，选取总费用最省的回流比。 9.简述图解法计算理论塔板数的步骤（画出示意图）？ ①直角坐标纸上绘出待分离的双组分混合物在操作压强下的平衡曲线，并作出对角线。 ②作精馏段的操作线,即连接c与a的直线 ③做进料线,过点e点作斜率为q/q-1的直线交ac于点d ④作提留操作线,即连点b与点d点所得的直线即是。 ③从a点开始，在平衡线与操作线之间作直角梯级，直至超过b，有多少直角梯级就有多少理论塔板数。跨越d点的阶梯为进料板。 10.压强对相平衡关系有何影响？精馏塔的操作压强增大，其他条件不变，塔顶、塔底的温度和组成如何变化？ 答：一定温度下，总压增大，物系中各组分的饱和蒸气压随之升高，各组分挥发度差异变小。 精馏塔的操作压强增大，其他条件不变，塔顶、塔底的温度将增大，塔顶组成将减小，塔底组成将增大。 11．精馏塔中精馏段与提馏段的作用？ 答：精馏段是利用回流液把上升蒸汽中难挥发组分（又叫重组分）逐步冷凝下来，同时回流液中挥发组分（又叫轻组分）汽化出来，从而在塔顶得到较纯的易挥发组分。提馏段是利用上升蒸汽把液相中易挥发的组分汽化出来，同时上升蒸汽中的难挥发组分逐板冷凝下来，从而在塔釜获得较纯的难挥发组分。 12.写出实际生产中加入精馏塔的原料的五种热状况及它们的q值的物理意义是什么？。答：原料的五种热状况为：（1）冷液进料，q>1。 （2）饱和液体进料，又称泡点进料，q＝1。 （3）气、液混合物进料，q＝0～1。 （4）饱和蒸气进料，又称露点进料，q＝0。 （5）过热蒸气进料，q<0。 q值的物理意义：将1kmol原料变成饱和蒸汽所需的热量与原料的摩尔汽化热之间的比值关系，其在数值上等于进料中液相所占的分率。 13. 何谓适宜回流比？在精馏设计计算中怎样确定？回流比大小对精馏的影响？ 答：（1）精馏操作费用和设备投资费用之和为最低时的回流比，称为适宜回流比。 在精馏设计计算中，一般不进行经济衡算，常采用经验值。 据生产数据统计，适宜回流比的范围可取为：R＝（1.1～2）R min。 （2）R增大—操作线远离平衡线，推动力大，完成同样任务所需理论板数少，设备分离能力强，设备费用低，但同时L、V、V‘增大，冷凝器、再沸器热负荷增加，操作费用增加。 14. 通常对特定的精馏塔和物系，影响精馏操作的因素有哪些？遵循那些基本关系？ 答：影响因素有：（1）塔内操作压强（2）进、出塔的物料流量（3）回流比（4）进料组成和热状况（5）再沸器和冷凝器的热状况（6）塔设备情况 关系：相平衡关系、物料衡算、理论板数、塔效率、热负荷关系 15.精馏塔在一定条件下操作，试问：回流液由饱和液体改为冷液时，塔顶产品组成有何变化？为什么？ 答：从泡点回流改为冷液回流时，xD ↑。其原因是：冷液回流至塔顶时，冷凝一部分蒸气，放出的潜热把冷液加热至塔顶第一板的饱和温度。冷凝部分中含难挥发组分较大，使气相易挥发组分增浓。同时，在塔顶回流比保持不变的条件下，增加了塔内的内回流，这也有利于分离。 16．用一般的精馏方法，能否得到无水酒精？为什么？ 答：用一般的精馏方法，不能得到无水酒精，因为乙醇一水溶液是具有最大正偏差的溶液，这种溶液在t-x-y图上温度出现最低共沸点，而在y-x图上出现拐点，在该点上，气液相组成相同，即y=x=0.894，直到蒸干为止，浓度仍无改变。 17.什么是精馏塔的灵敏板，有何作用？ 答：（1）塔板上的温度对于外界因素的干扰最为灵敏的板 （2）常用测量和控制灵敏板的温度来保证产品的质量。 18.回收塔-提馏塔的特点。 答：（1）从第一块板加料，无精馏段，一般无回流 （2）提线、q线、y=X D三线共点 （3）冷夜或泡点进料 19.比较精馏塔冷凝方式（全凝和分凝），它们有何特点和适用场合？ 答:全凝器冷凝-塔顶上升蒸汽进入冷凝器被全部冷凝成饱和液体，部分液体作为回流液，其余部分作为塔顶产品。特点：便于调节回流比，但较难保持回流温度。 分凝器冷凝-塔顶上升蒸汽先进入一个分凝器，冷凝的液体作为回流或部分初馏产品，从分凝器出来的蒸汽进入全凝器，冷凝液作为塔顶产品。特点：便于控制冷凝温度，可提取不同组成的塔顶产品。 20.比较精馏塔加热方式（直接蒸汽和间接蒸汽），它们有何特点和适用场合？ 答：当F、X F、q、X D、η D 相同时，两种加热方式的精馏段操作线位置相同，提馏段操作线斜率相同，但两者断点不同。对于间接蒸汽加热，断点在对角线上，对直接蒸汽加热断点在X轴上。直接蒸汽加热较间接蒸汽加热法理论板数多。当欲分离的物系为水和易挥发组分构成的混合溶液时，宜采用直接蒸汽加热法。 21.蒸馏操作的分类 答：1.蒸馏方式：简单蒸馏平衡蒸馏精馏 2.操作压力：常压蒸馏加压蒸馏减压（真空）蒸馏 3.物系组分数：双组分精馏多组分精馏 4.操作方式：间歇精馏连续精馏 吸收 1.吸收的目的和基本依据是什么？吸收的主要操作费用花费在哪里？ 答：目的是分离气体混合物，以回收所需组分，除去有害组分净化气体，制备某种气体的溶液，工业废气的治理； 依据是气体混合物中各组分在溶剂中的溶解度不同； 操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失 2.漂流因子有什么含意？等分子反向扩散时有无漂流因子？为什么？ 答：表示了主体流动对传质的贡献 无漂流因子，因为没有主体流动 3. 吸收分离的依据是什么？如何分类？ 答：依据是组分在溶剂中的溶解度差异。 （1）按过程有无化学反应：分为物理吸收、化学吸收 （2）按被吸收组分数：分为单组分吸收、多组分吸收 （3）按过程有无温度变化：分为等温吸收、非等温吸收 （4）按溶质组成高低：分为低组成吸收、高组成吸收 4.化学吸收与物理吸收的本质区别是什么？化学吸收有何特点？ 答：溶质是否与液相组分发生化学反应 高的选择性；较高的吸收速率；降低平衡浓度 5.化学吸收与物理吸收相比有何优点？ 答：（1）化学吸收提高了吸收选择性 （2）加快了吸收速率，从而减少了设备容积 （3）反应增加了溶质在液相的溶解度，减少了吸收剂用量 （4）反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可彻底除去气相中很少的有害气体 6.叙述双膜理论的论点？ 答：（1）相互接触的气液两相存在一固定的相界面。界面两侧分别存在气膜和液膜，膜内流体呈滞流流动，物质传递以分子扩散方式进行，膜外流体成湍流流动。膜层取决于流动状态，湍流程度愈强烈，膜层厚度愈薄。 （2）气、液相界面上无传质阻力，即在界面上气、液两相组成呈平衡关系。 （3）膜外湍流主体内传质阻力可忽略，气、液两相间的传质阻力取决于界面两侧的膜层传质阻力。 7.提高吸收速率应采取哪些措施？ 答：（1）增大湍动程度（2）增大气液接触从而增大传质系数（3）增大液气比，使传质推动力增大 8.吸收与解吸在什么情况下发生？从平衡线与操作线的位置加以说明。 答：当混合气体中溶质A的分压大于溶液中溶质A浓度成平衡的气体分压时，发生吸收过程，反之发生解吸过程。显示在相图上，操作线在平衡线上方为吸收，平衡线在操作线下方为解吸。 9.吸收操作在化工生产中有何应用？ 答：吸收是分离气体混合物的重要方法，它在化工生产中有以下应用。 ①分离混合气体以回收所需组分，如用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃等。 ②净化或精制气体，如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳等。 ③ 制备液相产品，如用水吸收氯化氢以制备盐酸等。 ④ 工业废气的治理，如工业生产中排放废气中含有NO SO 等有毒气体，则需用吸收方法 除去，以保护大气环境。 10. 吸收与蒸馏操作有何区别？ 答：吸收和蒸馏都是分离均相物系的气—液传质操作，但是，两者有以下主要差别。 ① 蒸馏是通过加热或冷却的办法，使混合物系产生第二个物相；吸收则是从外界引入另一 相物质形成两相系统。因此，通过蒸馏操作可以获得较纯的组分，而在吸收操作中因溶质进入溶剂，故不能得到纯净组分。 ② 传质机理不同，蒸馏液相部分气化和气相部分冷凝同时发生。吸收只有溶质组分由气相 进入液相的单向传递。 ③ 依据不同。 11. 相平衡在吸收过程中有何应用？ 答：相平衡在吸收过程中主要有以下应用。 （1）判断过程方向 Y>Y *,吸收过程；Y=Y *,平衡状态；Y ,脱吸过程。 （2）指明过程的极限 m Y X X 1*1max ,1==， 2*2min ,2mX Y Y ==，相平衡关系限制了吸收液的最高组成及吸收尾气的最低组成。 (3) 计算过程推动力 *=?Y -Y Y ；也可用液相组成表示，即X -=?*X X 。 12. 吸收剂用量对吸收操作有何影响？如何确定适宜液气比？ 答：若L 愈大，塔高可降低，设备费用 较底，但操作费用较高；反之，若L 愈小，则操作费用减低，而设备费用增高。从设备费用和操作费用选择适宜吸收剂用量和适宜液气比。但是一般计算中可取经验值，即 min ))(0.2~1.1(V L V L = min )0.2~1.1(L L = 。 13. 何谓溶解度？溶解度与哪些因素有关？溶解度曲线有何规律？ 答：平衡时，气体在液相中的饱和浓度即为气体在液体中的溶解度。 气体溶质在一定溶剂中的溶解度与物系的压强、温度及该溶质在气相中的组成相关。 由溶解度曲线可知： ①同一溶剂中，相同的条件下不同气体的溶解度差别很大； ②同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度降低而增大； ③同一溶质，在相同温度下，溶解度随气相分压增高而增大。 14．吸收剂的选择原则。 答（1）溶解度：吸收剂对溶质组分应该有较大的溶解度 （2）选择性：吸收剂对溶质组分有良好的吸收能力 （3）挥发度低，黏度低 （4）无毒无腐蚀，廉价易得 15.分子扩散与菲克定律。 答：分子扩散-在静止流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动，使该组分由高浓度处传递至低浓度处，这种现象称为分子扩散。 菲克定律-任一点处组分A的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比 17.工业上测定吸收系数时，如何组织现场测量，测量那些数据，如何计算？ 答：在中间实验设备上或在条件相近的生产装置上测得的总吸收系数，用作设计计算的依据。这种测定可根据整段塔内的吸收速率方程式进行。在稳态操作状况下测得进、出口处气、液流量及组成后，可根据物料衡算及平衡关系算出吸收负荷G A，及平均推动力Ym。再依具体设备的尺寸算出填料层体积V P后，可计算体积吸收总系数K Y a 18.何为解吸及解吸方法 答：使溶解于液相中的气体释放出来的操作称为解吸，气提解吸、减压解吸、加热解吸 塔设备 1.板式塔塔板上造成液面落差的原因有哪些？如何防止？ 答：液流量、塔板结构和液流长度；可用双溢流或多溢流降液管、结构简单的筛板塔。 2.填料可分为哪几类？填料有哪些主要特性？如何选择？ 答：填料主要可分为实体填料和网体填料；填料特性的参数主要有以下几项。 （1）比表面积a （2）空隙率∈ （3）填料因子a/ε3 在选择填料时，一般要求填料的比表面积大，空隙率大，填料润湿性好，单位体积填料的质量轻，造价低及具有足够的力学强度和化学稳定性。 3.综合评价塔板性能的标准是什么？ 答：（1）通过能力大（2）塔板效率高（3）塔板压降低（4）操作弹性大（5）结构简单，制作成本低 4.筛板塔的气液接触状态有哪些？各有什么特点？ 答：（1）鼓泡接触状态：两相接触面积为气泡表面，气泡数量少，气泡表面湍流程度低，鼓泡接触状态的传质阻力大 （2）蜂窝状 （3）泡沫接触状态：两相传质表面为面积很大的液膜，它高度湍动且不断合并和破裂，为两相传质创造良好地流体力学条件，液体为连续相，气体为分散相 （4）喷射接触状态：两相传质面积是液滴外表面，液滴的多次合并使传质表面不断更新，为两相传质创造良好地流体力学条件 5.试说明填料吸收塔由那几个主要部分组成？并指出气液的流向、 答：组成：由塔体、填料、液体喷淋装置、填料支撑装置、气液进出口装置 流向：混合气由塔底进入与塔顶喷淋而下的吸收剂逆流接触后分别排出塔外。 6.气液传质设备板式塔的不正常现象有哪些？ 答：（1）单板压降过高，影响体系相平衡关系及气液流动情况 （2）液泛是塔板压降升高，不能正常工作 （3）雾沫夹带造成液相返混严重，降低板效率 （4）漏液降低板效率，严重时使板上不能积液 （5）液面落差导致气液分布不均匀。 7.气液传质设备填料塔的恒持液区，载点，泛点的概念。 答：恒持液区-在恒定的喷淋量下，填料表面上覆盖的液体膜层厚度不变，因而填料层的持液量不变。在逆流操作的填料塔内，当有一定的喷淋量时，P/Z—U关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点为载点，上转折点为泛点。 9.对特定的填料吸收塔，分析影响吸收选择的主要因素。 答：（1）吸收剂的用量增加，吸收平均推动力增加 （2）操作温度降低，相平衡常数降低，吸收平均推动力增加 （3）操作压强增大，相平衡常数降低，吸收平均推动力增加 （4）吸收剂入口组成降低，吸收平均推动力增加 （5）气液相流速增大，吸收平均推动力增加 10.塔板的结构及作用。 答：结构（1）气体分布装置（2）溢流装置 作用（1）尽可能获得最大的传质速率（2）保证气液及时分离 11.板式塔的流体力学性能，溢流装置及降液管溢流方式。 答：塔板压降、液泛、雾沫夹带、漏液、液面落差； 溢流堰、降液管、受液盘； U型流、单溢流、双溢流、阶梯式双溢流 12.板式塔的负荷性能图及结构参数的影响。 答：（1）在直角坐标中以气相负荷V对L绘制各种极限条件下的V—L关系曲线，从而得到塔板的适宜气液流量范围图形，称为负荷性能图。 （2）加大板间距或增大塔径可使液泛线上移，增加降液管截面积可使液相负荷上限线右移，减少开孔率和降低堰高可使漏液线下移，堰长越长，液体流量越大，液相负荷下限线右移。 14.填料塔的拦液现象、液泛现象。 答：拦液现象-随着气速增加，上升气流与下降液体间的摩擦力开始阻碍液体流下，使填料层的持液量随气速增加而增加 液泛现象-泛点气速下，气液通过鼓泡传质，气流出现脉动，液体被气流大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至完全破坏，此情况称为液泛现象。 15.影响泛点气速的因素。 答：填料特性-比表面积，空隙率，几何形状，反映在填料因子上。流体物性-气体密度，液体粘度，液体密度。液气比-液气比大，持液量大，空隙率小，泛点气速低。 16.填料塔的流体力学性能。 答:填料层的持液量、压强将、液泛、填料的润湿性能和液体喷淋密度 17.综合比较板式塔与填料塔的性能特点，各适用什么场合？ 答：（1）板式塔为逐级接触式，按其内流动方式分为错流与逆流塔板，液体为连续相，气体为分散相，两相成逆流状态。填料塔为微分接触式，液相为分散相，气相为连续相，两相逆向流动。 (2)处理量较大时采用板式塔，当要求塔径近0.8米以下时，多采用填料塔。 18.塔板分区 （1）鼓泡区：气液传质有效区 （2）溢流区：降液管，受液盘，液体通道 （3）破沫区：安定区，避免气体进入降液管 （4）无效区：边缘区，供安装用 萃取 1.萃取过程与吸收过程的主要差别有哪些？ 萃取中稀释剂B 组分往往部分互溶，平衡线为曲线，使过程变得复杂；萃取σρ,?较小，使不易分相，设备变得复杂 2.什么情况下选择萃取分离而不选择精馏 出现共沸，或06.1<α；低浓度；热敏性物料 3.传质方向，界面张力随温度变化的趋势对液滴合并与再分散有何影响？ 当 dx d σ〉0时，d →c （分散相向连续相传质）有利于液滴分散。 当dx d σ〈0时，c →d （连续相向分散相传质）有利于液滴分散。 4.分配系数等于1时能否进行萃取分离操作？ 答：不能，分配系数k 表示某种组分在萃取相和萃余相中质量分数之比，当B=1，这是一对共轭相，不能用萃取方法分离。 5.萃取操作的特点有哪些？ 答：混合液中各组分在所选萃取剂中溶解度的差异：萃取剂与原溶剂不互溶或部分互溶且有密度差异；萃取剂价廉易得，易回收循环使用。 6.什么是萃取理论级？ 答：若原料液与萃取剂在混合器中经充分的液液相际接触传质，然后在澄清器中分层得到相互平衡的萃取相E 和萃余相R ，这样的过程称为经过一个理论级。 7.常用的典型萃取塔有哪些? 答:填料萃取塔,筛板萃取塔,转盘萃取塔,振动筛板塔。 8.萃取过程中，选择溶剂的必要条件？ 答：选择系数大、B/S 互溶度小、易回收，性能稳定。 9.液液萃取中何为液滴抖动现象，有利还是无利？ 答：界面张力不同，使得液滴表面受力不平衡，液滴便产生抖动； 有利，加大液滴内的传质系数。 10.分散相液滴内的环流是怎样产生的，它对传质有利还是不利？ 答：（1）液滴在连续相中相对运动时，由于相界面的摩擦力会使液滴内产生环流 （2）有利，加大液滴内的传质系数，而传质阻力主要有分散相控制 11.临界混溶点。 答：在三角形相图上辅助曲线与溶解度曲线的交点P ，表明通过该点的联结线为无限短，共轭相的组成相同，相当于这一系统的临界状态，故称点P 为临界混溶点。 12.萃取分离适用的场合。 答：（1）混合液中组分的相对挥发度接近于1或形成恒沸物 （2）溶质在混合液中组成很低且为难挥发组分 （3）混合液中有热敏性组分 13.何为液泛和轴向混和，它们对萃取操作有何影响？ 答：在逆流操作的塔式萃取设备中，分散相和连续相的流量过大，一方面会引起两相接触时间减小，另一方面，两相速度加大引起流动阻力增加，当速度大至某一极限时，一相会因阻力的增大而被另一相夹带，其本身入口处流出塔外，这两种液体互相夹带的现象称为液泛。轴向混和是指萃取中分散相或连续相的流动滞后于主体流动，或向相反的方向流动，导致产生不规则的漩涡流动。 液泛和轴向混和均降低传质速率 14.分散相的选择标准 答：（1）当两相流量相差很大时，将流量大的作分散相可增加相际传质面积，若产生严重轴向返混时，选流量小的作分散相 （2）在填料塔、筛板塔等萃取设备中将润湿性差的液体作分散相 （3）当两相黏度相差很大时，将黏度大的液体作分散相，可提高设备生产能力 （4）界面张力梯度（）>0的物系，溶质应从液滴向连续相传递；对于（）<0的系统，溶质应从连续相向液滴传递 （5）将成本高、易燃易爆的液体作分散相 干燥 1.何谓临界含水量？受哪些因素影响？ 答：由恒速段向降速段转折的对应含水量为临界含水量 物料的性质，结构，厚度，分散程度，空气状态，干燥速率。 2.理想干燥过程规定的条件是什么？干燥器设计的基本原则是什么？ 答：（1）不向干燥器中补充热量，忽略干燥器向周围散失的热量，物料进出干燥器的焓相等（2）物料在干燥器中的停留时间必须大于或等于所需的干燥时间。 3.评价干燥器技术性能的主要指标 答：对物料的适应性，设备的生产能力，能耗的经济性（热效率），设备简单、费用低，操作控制方便。 4.恒速干燥阶段的湿物料表面温度是什么温度？为什么？ 答：恒速干燥阶段物料表面即达空气的湿球温度，恒速干燥阶段物料的非结合水无论数量多少，所表现的性质均与液态纯水相同，此时气-固接触类似大量空气与少量水接触，经较短的时间后，物料表面即达空气的湿球温度。 5.简述湿球温度与绝热饱和冷却温度的区别？ 答：湿球温度是少量水与大量空气接触，空气的t、H不变，绝热饱和冷却温度是大量水与一定量空气接触，空气降温，增湿。 6.何谓干燥速率？干燥过程分为哪几个阶段？各受什么控制？ 答：干燥速率是单位时间单位干燥面积上所汽化的水分量。干燥分恒速干燥阶段和降速干燥阶段。恒速干燥阶段受表面汽化速率控制，降速干燥阶段受内部扩散控制。 7.湿物料中的水分按能否用干燥操作分为？按除去的难易程度可分为？ 答：湿物料中的水分按能否用干燥操作来分：平衡水分和自由水分。按除去的难易程度来分：结合水分和非结合水分。 8.简述温度—湿度图的用途 第一、查定时球温度时，避免了试差法。第二、将湿空气的11种性质参数以及若干参数之间的计算公式有机的结合到一张图上，使读者更容易理解湿空气的各种性质。第三、在一定误差范围内，特别是在工程计算中是确定湿空气性质参数的快捷方法。 9.自由水与平衡水，结合水与非结合水的区别 答：●自由水分：湿物料中大于平衡含水量，有可能被该湿空气干燥除去的那部分水分；●平衡水分：等于或小于平衡含水量，无法用相应空气所干燥的那部分水分 ●结合水分：凡湿物料的含水量小于Xs的那部分水分称为结合水分。此时, 其蒸汽压都小于同温度下纯水的饱和蒸汽压。 ●非结合水分：含水量超过Xs的那部分水分称为非结合水分。此时，湿物料中的水分的蒸汽压等于同温度下纯水的饱和蒸汽压。 ●自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡水分是不能除去的，自由水分和平衡水分的划分除与物料有关外，还决定于空气的状态。 ●非结合水分是在干燥中容易除去的水分，而结合水分较难除去。是结合水还是非结合水仅决定于固体物料本身的性质，与空气状态无关。 10. 在对流干燥过程中为什么说干燥介质一湿空气既是载热体又是载湿体？ 答：因物料中水分汽化需要热量，此热量由空气供给，而汽化的水汽又要靠空气带走（破坏其平衡状态），使干燥能稳定连续地进行。故湿空气在干燥过程中起到供热、去湿的作用，故称湿空气是载热体又是载湿体。 11. 测定湿球温度时，当水的初温不同时，对测量结果有无影响？为什么？ 答：无影响。若水温等于空气温度时，则由于湿纱布表面的水分汽化而使其水温下降、若水温高也会降温（一方面供给水分汽化需要的热量，一方面散热至空气中）、若水温低、则水分汽化需要的热量就会从空气中吸热。最终都会达到湿、热平衡（即所测的温球温度）。12.用湿空气干燥某湿物料，该物料中含水量为50%（干基），已知临界含水量为120%（干基），有人建议提高空气温度来加速干燥，这个建议对吗？为什么？ 答：由干燥U-X图可知该制品处于降速干燥阶段，降速干燥速率主要取决于材料内部自由迁移的速率，而与外界湿空气风速、压力等因素关系不大，只有升高空气温度才能提高物料本身温度从而加速内部水分向表面迁移的速率。所以建议可取。 13.什么是空气的湿球温度，应如何测定？ 答：湿球温度-在迅速流动的不饱和空气流中，在绝热情况下，水或纱布达到稳定状态时的温度。温度计的感温泡用湿纱布包裹，并始终保持表面湿润，这样温度计测得的温度就为湿球温度。 14.固体物料与一定状态的湿空气进行接触干燥时，可否获得绝干物料？为什么？ 答：不能，因物料即使干燥至极限时也含有水分，此水分即为平衡水分，在一定干燥条件下是不能除去的。 15.湿物料经干燥后达不到产品含水量的要求（偏高），你认为应采取什么措施来解决它。答：（1）若在恒速阶段达不到要求：可适当提高热空气的温度或降低其湿度，加大气流速度，改变接触方式来强化干燥。 （2）若在降速干燥阶段：改变气、固两相接触方式如加强物料层搅拌，改变物料的大小等来改变。 16. 要提高干燥器的热效率，应从哪些方面着手？ 答：（1）提高离开干燥器的空气的湿度，降低离开干燥器的温度 实验一 伯努利实验 一、实验目的 1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系，加深对柏努利方程式的理解。 2、观察各项能量（或压头）随流速的变化规律。 二、实验原理 1、不可压缩流体在管内作稳定流动时，由于管路条件（如位置高低、管径大小等）的变化，会引起流动过程中三种机械能——位能、动能、静压能的相应改变及相互转换。对理想流体，在系统内任一截面处，虽然三种能量不一定相等，但能量之和是守恒的（机械能守恒定律）。 2、对于实际流体，由于存在内磨擦，流体在流动中总有一部分机械能随磨擦和碰撞转化为热能而损失。故而对于实际流体，任意两截面上机械能总和并不相等，两者的差值即为机械损失。 3、以上几种机械能均可用U 型压差计中的液位差来表示，分别称为位压头、动压头、静压头。当测压直管中的小孔（即测压孔）与水流方向垂直时，测压管内液柱高度（位压头）则为静压头与动压头之和。任意两截面间位压头、静压头、动压头总和的差值，则为损失压头。 4、柏努利方程式 ∑+++=+++f h p u gz We p u gz ρ ρ2222121122 式中： 1Z 、2Z ——各截面间距基准面的距离 （m ） 1u 、2u ——各截面中心点处的平均速度（可通过流量与其截面 积求得） (m/s) 1P 、2p ——各截面中心点处的静压力（可由U 型压差计的液位 差可知） （Pa ） 对于没有能量损失且无外加功的理想流体，上式可简化为 ρ ρ2 2 22121122p u gz p u gz + +=++ 测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压g 22 ν，从而可得到各截面测管水头和总水头。 三、实验流程图 《化工原理》重要公式 第一章 流体流动 牛顿粘性定律 dy du μτ= 静力学方程 g z p g z p 2211 +=+ρ ρ 机械能守恒式 f e h u g z p h u g z p +++=+++2222222111 ρρ 动量守恒 )(12X X m X u u q F -=∑ 雷诺数 μμρ dG du ==Re 阻力损失 22 u d l h f λ= ????d q d u h V f ∞∞ 层流 Re 64=λ 或 2 32d ul h f ρμ= 局部阻力 2 2 u h f ζ= 当量直径 ∏ =A d e 4 孔板流量计 ρP ?=20 0A C q V ， g R i )(ρρ-=?P 第二章 流体输送机械 管路特性 242)(8V e q g d d l z g p H πζλ ρ+∑+?+?= 泵的有效功率 e V e H gq P ρ= 泵效率 a e P P =η 最大允许安装高度 100][-∑--=f V g H g p g p H ρρ]5.0)[(+-r NPSH 风机全压换算 ρ ρ''T T p p = 第四章 流体通过颗粒层的流动 物料衡算： 三个去向： 滤液V ，滤饼中固体） （饼ε-1V ，滤饼中液体ε饼V 过滤速率基本方程 )(22 e V V KA d dV +=τ ， 其中 φμ 012r K S -?=P 恒速过滤 τ22 2 KA VV V e =+ 恒压过滤 τ222KA VV V e =+ 生产能力 τ ∑=V Q 回转真空过滤 e e q q n K q -+=2? 板框压滤机洗涤时间(0=e q ,0=S ) τμμτV V W W W W 8P P ??= 第五章 颗粒的沉降和流态化 斯托克斯沉降公式 μρρ18)(2 g d u p p t -=， 2R e 化工原理 传热综合实验报告 数据处理 七、实验数据处理 1.蒸汽冷凝与冷空气之间总传热系数K 的测定，并比较冷空气以不同流速u 流过圆形直管时，总传热系数K 的变化。 实验时蒸汽压力：0.04MPa （表压力），查表得蒸汽温度T=109.4℃。实验装置所用紫铜管的规格162mm mm φ?、 1.2l m =，求得紫铜管的外表面积 200.010.060318576281.o S d l m m m ππ=??=??=。 根据2 4s s V V u A d π= =、0.012d m =，得到流速u ，见下表2： 表2 流速数据 取冷空气进、出口温度的算术平均值作为冷空气的平均温度，查得冷空气在不同温度下的比热容p c 、黏度μ、热传导系数λ、密度ρ，如下表3所示： 表3 查得的数据 t 进/℃ t 出/℃ t 平均/℃ ()p c J kg ????? ℃ Pa s μ? ()W m λ?????℃ ()3 kg m ρ-? 22.1 77.3 49.7 1005 0.0000196 0.0283 1.093 24.3 80.9 52.6 1005 0.0000197 0.02851 1.0831 26.3 82.7 54.5 1005 0.0000198 0.02865 1.0765 27.8 83 55.4 1005 0.0000198 0.02872 1.0765 29.9 83.6 56.75 1005 0.0000199 0.02879 1.0699 31.8 83.7 57.75 1005 0.00002 0.02886 1.0666 33.7 83.8 58.75 1005 0.0000200 0.02893 1.0633 35.6 84 59.8 1005 0.0000201 0.029 1.06 根据公式()()=V s p s p Q m c t t c t t ρ=--出进出进、 ()()ln m T t T t t T t T t ---?=--进出进出 ， 求出Q 序号 ()31s V m h -? ()1u m s -? 1 2.5 6.140237107 2 5 12.28047421 3 7.5 18.42071132 4 10 24.56094843 5 12.5 30.70118553 6 15 36.84142264 7 17.5 42.98165975 8 20 49.12189685 离心泵特性曲线原始数据 序号 水流量Q/m3/h 水温°C 出口压力/m 入口压力 /m 电机功率 /KW 1 0.00 27.70 21.50 0.00 0.49 2 1040.00 27.70 20.40 0.00 0.53 3 2170.00 27.70 19.20 0.00 0.58 4 3110.00 27.60 18.10 -0.30 0.64 5 3890.00 27.60 17.10 -0.40 0.69 6 4960.00 27.50 15.20 -0.70 0.75 7 5670.00 27.50 14.30 -1.00 0.80 8 6620.00 27.30 13.10 -1.20 0.85 9 7380.00 27.40 11.50 -1.50 0.88 10 8120.00 27.00 8.90 -1.70 0.90 11 8950.00 26.60 5.80 -2.10 0.93 已知 ΔZ=0.2m η电=0.9 η转=1.0 此温度下水的密度约为ρ=997.45kg/m3 以第 组数据为例计算 根据扬程Z g p g p H ?+-= ρρ12e 转电电轴ηη??=N N 102Q e e ρ??= H N 轴 N N e =η He= N 轴= e N = η= 离心泵特性曲线 序号 水流量 Q/m3/s He/m N 轴/KW Ne/KW η 1 0.00 21.70 0.44 0.00 0.00 2 0.29 20.60 0.48 0.06 0.12 3 0.60 19.40 0.52 0.11 0.22 4 0.86 18.60 0.58 0.16 0.27 5 1.08 17.70 0.62 0.19 0.30 6 1.38 16.10 0.68 0.22 0.32 7 1.58 15.50 0.72 0.24 0.33 8 1.84 14.50 0.77 0.26 0.34 9 2.05 13.20 0.79 0.26 0.33 10 2.26 10.80 0.81 0.24 0.29 11 2.49 8.10 0.84 0.20 0.24 2 0.00 0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.85Q （m3/s ） 离心泵 特 性曲线 η N E (K W ) 8 1012141618 2022 He-Q η-Q N 轴-Q He （m ） 《化工原理》重要概念 第一章流体流动 质点含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。 连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。 拉格朗日法选定一个流体质点 , 对其跟踪观察，描述其运动参数 ( 如位移、速度等 ) 与时间的关系。 欧拉法在固定空间位置上观察流体质点的运动情况，如空间各点的速度、压强、密度等，即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。 轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线，是拉格朗日法考察的结果。流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线，是欧拉法考察的结果。 系统与控制体系统是采用拉格朗日法考察流体的。控制体是采用欧拉法考察流体的。 理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零，而实际流体粘度不为零。 粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动。通常液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主。气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主。 总势能流体的压强能与位能之和。 可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关。有关的称为可压缩流体，无关的称为不可压缩流体。 伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变。 平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原则的。 动能校正因子实际动能之平均值与平均速度之动能的比值。 均匀分布同一横截面上流体速度相同。 均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直 , 在定态流动条件下该截面上的流体没有加速度 , 故沿该截面势能分布应服从静力学原理。 层流与湍流的本质区别是否存在流体速度 u 、压强 p 的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。 第二章流体输送机械 管路特性方程管路对能量的需求，管路所需压头随流量的增加而增加。 输送机械的压头或扬程流体输送机械向单位重量流体所提供的能量 (J/N) 。 离心泵主要构件叶轮和蜗壳。 离心泵理论压头的影响因素离心泵的压头与流量，转速，叶片形状及直径大小有关。 叶片后弯原因使泵的效率高。 气缚现象因泵内流体密度小而产生的压差小，无法吸上液体的现象。 离心泵特性曲线离心泵的特性曲线指 H ｅ～ q V ，η～ q V ， P ａ～ q V 。 离心泵工作点管路特性方程和泵的特性方程的交点。 离心泵的调节手段调节出口阀，改变泵的转速。 汽蚀现象液体在泵的最低压强处 ( 叶轮入口 ) 汽化形成气泡，又在叶轮中因压强升高而溃灭，造成液体对泵设备的冲击，引起振动和侵蚀的现象。 必需汽蚀余量 (NPSH)r 泵入口处液体具有的动能和压强能之和必须超过饱和蒸汽压强能多少 离心泵的选型 ( 类型、型号 ) ①根据泵的工作条件，确定泵的类型；②根据管路所需的流量、压头，确定泵的型号。 正位移特性流量由泵决定，与管路特性无关。 往复泵的调节手段旁路阀、改变泵的转速、冲程。 离心泵与往复泵的比较 ( 流量、压头 ) 前者流量均匀，随管路特性而变，后者流量不均匀，不随管路特性而变。前者不易达到高压头，后者可达高压头。前者流量调节用泵出口阀，无自吸作用，启动时关出口阀；后者流量调节用旁路阀，有自吸作用，启动时开足管路阀门。 通风机的全压、动风压通风机给每立方米气体加入的能量为全压 (Pa=J/m 3 ) ，其中动能部分为动风压。 第10章习题解答 1 在操作条件下，以纯净的氯苯为萃取剂，在单级接触萃取器中，萃取含丙酮的水溶液。丙酮－水－氯苯三元混合液的平衡数据见本题附表。试求： ⑴在直角三角形坐标系下，绘制此三元体系的相图，其中应包括溶解度曲线、联接线和辅助曲线； ⑵若近似地将前五组数据中B与S视为不互溶，试在X－Y直角坐标图上标绘分配曲线； ⑶若丙酮水溶液质量比分数为0.4，并且m B/m S=2.0，在X－Y直角坐标图上求丙酮在萃余相中的浓度； ⑷求当水层中丙酮浓度为45％（质量%，下同）时，水与氯苯的组成以及与该水层成平衡时的氯苯层的组成； ⑸由0.12kg氯苯和0.08kg水所构成的混合液中，尚需加入多少kg丙酮即可成为三元均相混合液； ⑹预处理含丙酮35％的原料液800kg，并要求达到萃取平衡时，萃取相中丙酮浓度为30％，试确定萃取剂（氯苯）的用量； ⑺求条件⑹下的萃取相和萃余相的量，并计算萃余相中丙酮的组成； ⑻若将条件⑹时的萃取相中的溶剂全部回收，求可得萃取液的量及组成。 解：⑴依平衡数据绘出溶解度曲线如附图1-1所示，图中各点代号与数据的对应关系注于附表1-1中。联结互成平衡的两液层组成点得E1R1、E2R2、E2R2……等平衡联结线。 由E1、E2、E3……各点作平行于AB边的直线，再由R1、R2、R3……各点作平行于AS边的 直线，两组线分别相交于点G、H、I、J、K，连接P、G、H、I、J、K即得辅助曲线。 ⑵将前五组数据转换为质量比浓度，其结果列于附表1-2中，并在X－Y直角坐标图上标绘分配曲线，如图1-2。 附表1-2 ⑶由X F=0.4，在图1-2上，自点X F作斜率为－m B/m S=－2.0的直线与分配曲线相交于点T，点T的横坐标即为丙酮在萃余相中的浓度X R=0.25。 图1-1 图1-2 ⑷水层中各组分的浓度 由所绘制的溶解度曲线如图1-3，在AB边上确定组分A的浓度为45％的点F，由点F绘直线FW平行于三角形底边BS，则FW线上各点表示A的组成均为45％。FW与溶解度曲线左侧的交点R，即代表水层中含A为45％的组成点，由图可读得点R组成为(质量％)： x A=45％x B=52.8％x S=2.2％ 吸收一章习题及答案 一、填空题 1、用气相浓度△y为推动力的传质速率方程有两种，以传质分系数表达的速率方程为____________________，以传质总系数表达的速率方程为___________________________。 N A = k y (y-y i) N A = K y (y-y e) 2、吸收速度取决于_______________，因此，要提高气－液两流体相对运动速率，可以_______________来增大吸收速率。 双膜的扩散速率减少气膜、液膜厚度 3、由于吸收过程气相中的溶质分压总_________ 液相中溶质的平衡分压，所以吸收操作线总是在平衡线的_________。增加吸收剂用量，操作线的斜率_________，则操作线向_________平衡线的方向偏移，吸收过程推动力（y－y e）_________。 大于上方增大远离增大 4、用清水吸收空气与A的混合气中的溶质A，物系的相平衡常数m=2，入塔气体浓度y = 0.06，要求出塔气体浓度y2 = 0.006，则最小液气比为_________。 1.80 5、在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则传质推动力将_________，操作线将_________平衡线。 减少靠近 6、某气体用水吸收时，在一定浓度范围内，其气液平衡线和操作线均为直线，其平衡线的斜率可用_________常数表示，而操作线的斜率可用_________表示。 相平衡液气比 7、对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔料层增高一些，则塔的H OG将_________，N OG将_________ (增加，减少，不变)。 不变增加 8、吸收剂用量增加，操作线斜率_________，吸收推动力_________。（增大，减小，不变） 增大增大 9、计算吸收塔的填料层高度，必须运用如下三个方面的知识关联计算：_________、_________、_________。 平衡关系物料衡算传质速率。 10、填料的种类很多，主要有________、_________、_________、________、___________、______________。 拉西环鲍尔环矩鞍环阶梯环波纹填料丝网填料 11、填料选择的原则是_________________________________________。. 表面积大、空隙大、机械强度高价廉，耐磨并耐温。 12、在选择吸收剂时，首先要考虑的是所选用的吸收剂必须有__________________。 良好的选择性，即对吸收质有较大的溶解度，而对惰性组分不溶解。 13、填料塔的喷淋密度是指_____________________________。 单位塔截面上单位时间内下流的液体量（体积）。 14、填料塔内提供气液两相接触的场所的是__________________。 填料的表面积及空隙 15、填料应具有较_____的__________，以增大塔内传质面积。 大比表面积 16、吸收塔内填装一定高度的料层，其作用是提供足够的气液两相_________。 传质面积 17、菲克定律是对物质分子扩散现象基本规律的描述。 18、以（Y-Y*）表示总推动力的吸收速率方程式为N A=K Y（Y﹣Y﹡）。 19、、吸收操作是依据混合气体中各组分在溶剂中的溶解度不同而得以分离。 20、某气体用ABC三种不同的吸收剂进行吸收操作，液气比相同，吸收因数的大小关系为A1﹥A2﹥A3，则气体溶解度的大小关系为。 化工原理知识 绪论 1、单元操作：（Unit Operations）： 用来为化学反应过程创造适宜的条件或将反应物分离制成纯净品，在化工生产中共有的过程称为单元操作（12）。 单元操作特点： ①所有的单元操作都是物理性操作，不改变化学性质。②单元操作是化工生产过程中共有的操作。③单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用设备也是通用的。单元操作理论基础：（11、12） 质量守恒定律：输入=输出+积存 能量守恒定律：对于稳定的过，程输入=输出 动量守恒定律：动量的输入=动量的输出+动量的积存 2、研究方法： 实验研究方法（经验法）：用量纲分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通常用无量纲数群(或称准数)构成的关系来表达。 数学模型法（半经验半理论方法）：通过分析，在抓住过程本质的前提下，对过程做出合理的简化，得出能基本反映过程机理的物理模型。（04） 3、因次分析法与数学模型法的区别：（08B） 数学模型法（半经验半理论）因次论指导下的实验研究法 实验：寻找函数形式，决定参数 第二章：流体输送机械 一、概念题 1、离心泵的压头（或扬程）： 离心泵的压头（或扬程）：泵向单位重量的液体提供的机械能。以H 表示，单位为m 。 2、离心泵的理论压头： 理论压头：离心泵的叶轮叶片无限多，液体完全沿着叶片弯曲的表面流动而无任何其他的流动，液体为粘性等于零的理想流体，泵在这种理想状态下产生的压头称为理论压头。 实际压头：离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括：1）叶片间的环流，2）流体的阻力损失，3）冲击损失。 3、气缚现象及其防止： 气缚现象：离心泵开动时如果泵壳内和吸入管内没有充满液体，它便没有抽吸液体的能力，这是因为气体的密度比液体的密度小的多，随叶轮旋转产生的离心力不足以造成吸上液体所需要的真空度。像这种泵壳内因为存在气体而导致吸不上液的现象称为气缚。 防止：在吸入管底部装上止逆阀，使启动前泵内充满液体。 4、轴功率、有效功率、效率 有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne 表示。 效率： 轴功率：电机输入离心泵的功率,用N 表示，单位为J/S,W 或kW 。 二、简述题 1、离心泵的工作点的确定及流量调节 工作点：管路特性曲线与离心泵的特性曲线的交点，就是将液体送过管路所需的压头与泵对液体所提供的压头正好相对等时的流量，该交点称为泵在管路上的工作点。 流量调节： 1）改变出口阀开度——改变管路特性曲线； 2）改变泵的转速——改变泵的特性曲线。 2、离心泵的工作原理、过程： 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向 g QH N e ρ=η/e N N =η ρ/g QH N = 化工原理第二版 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由 于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一 组绘平衡t-x图数据。 以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该溶液的平衡数据。 温度C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0 y 1 0.767 0.733 0.524 0 根据平衡数据绘出t-x-y曲线 3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。 解：①计算平均相对挥发度 理想溶液相对挥发度α= P A */P B *计算出各温度下的相对挥发度： t(℃) 248.0 251.0 259.1 260.6 275.1 276.9 279.0 289.0 291.7 第二章 吸收习题解答 1从手册中查得101.33KPa 、25℃时,若100g 水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987KPa 。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律,试求溶解度系数H(kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。 解: (1) 求H 由33NH NH C P H * = .求算. 已知:30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出: 以100g 水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为 31000/kg m .则: 3333 3 1 170.582/1001 1000 0.5820.590/()0.987 NH NH a NH C kmol m C H kmol m kP P * ==+∴===? (2).求m .由333 333330.987 0.00974 101.33 1 170.0105 11001718 0.009740.928 0.0105 NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x y m x ** **== = ===+=== 2: 101.33kpa 、1O ℃时,氧气在水中的溶解度可用p o2=3.31×106x 表示。式中:P o2为氧在气相中的分压,kPa 、x 为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中,每立方米溶有多少克氧. 解:氧在空气中的摩尔分数为0.21.故 222 26 6 101.330.2121.2821.28 6.4310 3.31106 3.3110O O a O O P Py kP P x -==?====??? 因2O x 值甚小,故可以认为X x ≈ 即:2266.4310O O X x -≈=? 所以:溶解度6522322()()6.431032 1.141011.4118()()kg O g O kg H O m H O --????==?=????? 3. 某混合气体中含有2%(体积)CO 2,其余为空气。混合气体的温度为30℃,总压强为506.6kPa 。从手册中查得30℃时C02在水中的亨利系数E=1.88x105KPa,试求溶解度系数H(kmol/（m 3·kPa 、）)及相平衡常数m,并计算每100克与该气体相平衡的水中溶有多少克CO 2。 解:(1).求H 由2H O H EM ρ = 求算 2435 1000 2.95510/()1.881018 a H O H kmol m kP EM ρ -= = =???? (2)求m 5 1.8810371506.6 E m ρ?=== (2) 当0.02y =时.100g 水溶解的2CO (3) 2255 506.60.0210.1310.13 5.3910 1.8810CO a CO P kP P x E ** -=?====?? 因x 很小,故可近似认为X x ≈ 55 2222422()()445.3910 5.3910()()18()()1.31810()kmol CO kg CO X kmol H O kg H O kg CO kg H O ---????=?=?????? ???? ?? =??? ?? 故100克水中溶有220.01318CO gCO 4．.在101.33kPa 、0℃下的O 2与CO 混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知 北京化工大学 实验报告 精馏实验 一、摘要 精馏是实现液相混合物液液分离的重要方法，而精馏塔是化工生产中进行分离过程的主要单元，板式精馏塔为其主要形式。本实验用工程模拟的方法模拟精馏塔在全回流的状态下及部分回流状态下的操作情况，从而计算单板效率和总板效率，并分析影响单板效率的主要因素，最终得以提高塔板效率。 关键词：精馏、板式塔、理论板数、总板效率、单板效率 二、实验目的 1、熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法。 2、了解板式塔的结构，观察塔板上气- 液接触状况。 3、测测定全回流时的全塔效率及单板效率。 4、测定部分回流时的全塔效率。 5、测定全塔的浓度或温度分布。 6、测定塔釜再沸器的沸腾给热系数。 三、实验原理 在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液，在塔 板上实现多次接触，进行传热和传质，使混合液达到一定程度的分离。 回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量和采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则 需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然，这不符合工业实际，所以最小回流比只是 一个操作限度。若操作处于全回流时，既无任何产品采出，也无原料加入，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中无实验意义。但是，由于此时所需理论板数最少，又易于达到稳定，故常在工业装置开停车、排除故障及科学研究时采用。 实际回流比常取用最小回流比的倍。在精馏操作中，若回流系统出现故障，操作情况会急剧恶化，分离效果也将变坏。 板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数，有以下两种定义方法。 （1）总板效率E N e 式中E —总板效率；N—理论板数（不包括塔釜）；Ne —实际板数。 2）单板效率E ml E x n 1 x n E ml * x n 1 x n* 式中E ml—以液相浓度表示的单板效率； x n，x n-1—第n 块板的和第（n-1 ）块板得液相浓度； x n*—与第n 块板气相浓度相平衡的液相浓度。 总板效率与单板效率的数值通常由实验测定。单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据。物系性质、板型及操作负荷是影响单板效率的重要因素。当物系与板型确定后，可通过改变气液负荷达到最高的板效率；对于不同的板型，可以在保持相同的物系及操作条件下，测定其单板效率，已评价其性能的优劣。总板效率反映全塔各塔板的平均分离效果，常用于板式塔设计中。 若改变塔釜再沸器中电加热器的电压，塔板上升蒸汽量将会改变，同时，塔釜再沸器电加热器表面的温度将发生变化，其沸腾给热系数也将发生变化，从而可以得到沸腾给热系数也加热量的关系。由牛顿冷却定律，可知 Q A t m 基本定义 理想溶液 ideal solution(s)：溶液中的任一组分在全部浓度范围内都符合拉乌尔定律[1]的溶液称为理想溶液。 这是从宏观上对理想溶液的定义。从分子模型上讲，各组分分子的大小及作用力，彼此相似，当一种组分的分子被另一种组分的分子取代时，没有能量的变化或空间结构的变化。换言之，即当各组分混合成溶液时，没有热效应和体积的变化。即这也可以作为理想溶液的定义。除了光学异构体的混合物、同位素化合物的混合物、立体异构体的混合物以及紧邻同系物的混合物等可以(或近似地)算作理想溶液外，一般溶液大都不具有理想溶液的性质。但是因为理想溶液所服从的规律较简单，并且实际上，许多溶液在一定的浓度区间的某些性质常表现得很像理想溶液，所以引入理想溶液的概念，不仅在理论上有价值，而且也有实际意义。以后可以看到，只要对从理想溶液所得到的公式作一些修正，就能用之于实际溶液。 各组成物质在全部浓度范围内都服从拉乌尔定律的溶液。[2]对于理想溶液，拉乌尔定律与亨利定律反映的就是同一客观规律。其微观模型是溶液中各物质分子的大小及各种分子间力(如由A、B二物质组成的溶液，即为A-A、B-B及A-B 间的作用力)的大小与性质相同。由此可推断：几种物质经等温等压混合为理想溶液，将无热效应，且混合前后总体积不变。这一结论也可由热力学推导出来。理想溶液在理论上占有重要位臵，有关它的平衡性质与规律是多组分体系热力学的基础。在实际工作中，对稀溶液可用理想溶液的性质与规律作各种近似计算。 泡点： 液体混合物处于某压力下开始沸腾的温度，称为在这压力下的泡点。 若不特别注明压力的大小，则常常表示在0.101325MPa下的泡点。泡点随液体组成而改变。对于纯化合物，泡点也就是在某压力下的沸点。 一定组成的液体，在恒压下加热的过程中，出现第一个气泡时的温度，也就是一定组成的液体在一定压力下与蒸气达到汽液平衡时的温度。泡点随液相组成和压力而变。当泡点与液相组成的关系中，出现极小值或极大值时，这极值温度相应称为最低恒沸点或最高恒沸点，这时，汽相与液相组成相同，相应的混合物称为恒沸混合物。汽液平衡时，液相的泡点即为汽相的露点。 题1. 已知在0.1MPa（绝压）、温度为30℃时用清水吸收空气中的SO2，其平衡关系为y A*= 26.7x A。如果在吸收塔内某截面测得气相中SO2的分压4133Pa，液相中SO2浓度为C A = 0.05kmol·m-3，气相传质分系数为k g = 4.11×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1，液相传质分系数 k L=1.08×10-4m·s-1，且溶液的密度等于水的密度。试求在塔内该截面上：（1）气－液相界面上的浓度C A,i和p A,i; （2）K G和K L及相应的推动力；（3）本题计算方法的基础是什么？ 解：（1）求p A,i和C A,i 查30℃, ρ水= 995.7kg·m-3 E = mP = 26.7 ? 101325 = 2.71 ? 106Pa 对定常吸收过程， k g(p A - p A,i) = k L(C A,i- C A) 以C A,i = p A,i H 代入解得：p A,i = 3546.38Pa C A,i = p A,i H = 3546.38 2.04 × 10-5 = 0.0724kmol·m-3 （2）求K G、K L及相应的推动力。 = + = + K G = 1.43×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1 C A* - C A = 0.084 -0.05 = 0.034kmol·m-3 （3）本题计算方法的基础是双膜理论。 题2. 在填料层高为6m的塔内用洗油吸收煤气中的苯蒸汽。混合气流速为200kmol·(m2·h)-1,其初始苯体积含量为2％，入口洗油中不含苯，流量为40kmol·(m2·h)-1。操作条件下相平衡关系为Y A*=0.13X A，气相体积传质系数K Y a近似与液量无关，为0.05kmol·(m3·s)-1。若希望苯的吸收率不低于95％，问能否满足要求？ 解: 要核算一个填料塔能否完成吸收任务，只要求出完成该任务所需的填料层高H需，与现有的填料层高度h比较，若H需< H，则该塔能满足要求。 化工原理基本概念和原理 蒸馏––––基本概念和基本原理 利用各组分挥发度不同将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作称为蒸馏。这种分离操作是通过液相和气相之间的质量传递过程来实现的。 对于均相物系，必须造成一个两相物系才能将均相混合物分离。蒸馏操作采用改变状态参数的办法（如加热和冷却）使混合物系内部产生出第二个物相（气相）；吸收操作中则采用从外界引入另一相物质（吸收剂）的办法形成两相系统。 一、两组分溶液的气液平衡 1．拉乌尔定律 理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律： p A =p A 0x A p B =p B 0x B =p B 0（1—x A ） 根据道尔顿分压定律：p A =Py A 而P=p A +p B 则两组分理想物系的气液相平衡关系： x A =（P—p B 0）/（p A 0—p B 0）———泡点方程 y A =p A 0x A /P———露点方程 对于任一理想溶液，利用一定温度下纯组分饱和蒸汽压数据可求得平衡的气液相组成；反之，已知一相组成，可求得与之平衡的另一相组成和温度（试差法）。 2．用相对挥发度表示气液平衡关系 溶液中各组分的挥发度v可用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率来表示，即v A=p A/x A v B=p B/x B 溶液中易挥发组分的挥发度对难挥发组分的挥发度之比为相对挥发度。其表达式有： α=v A/v B=（p A/x A）/（p B/x B）=y A x B/y B x A 对于理想溶液：α=p A0/p B0 气液平衡方程：y=αx/[1+（α—1）x] Α值的大小可用来判断蒸馏分离的难易程度。α愈大，挥发度差异愈大，分离愈易；α=1时不能用普通精馏方法分离。 3．气液平衡相图 （1）温度—组成（t-x-y）图 该图由饱和蒸汽线（露点线）、饱和液体线（泡点线）组成，饱和液体线以下区域为液相区，饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区，两曲线之间区域为气液共存区。 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度相同，但气相组成大于液相组成；若气液两相组成相同，则气相露点温度大于液相泡点温度。 （2）x-y图 化工原理吸收部分模拟试题 一、填空 1气体吸收计算中，表示设备（填料）效能高低的一个量是，而表示传质任务难易程度的一个量是。 2 在传质理论中有代表性的三个模型分别为、、。3如果板式塔设计不合理或操作不当，可能产生、 及等不正常现象，使塔无法工作。 4在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系 数k y =2kmol/m2·h，气相传质总K y =1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓度 y i 应为?????。平衡关系y=0.5x。 5逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在达到平衡。 6单向扩散中飘流因子。漂流因数可表示为，它反映。 7在填料塔中用清水吸收混合气中HCl，当水量减少时气相总传质单元数 N OG 。 8一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在单元操作中，而A组份通过B组份的单相扩散体现在操作中。 9 板式塔的类型有、、（说出三种）；板式塔从总体上看汽液两相呈接触，在板上汽液两相呈接触。 10分子扩散中菲克定律的表达式为?????，气相中的分子扩散系数D随温度升高而??????（增大、减小），随压力增加而?????（增大、减小）。 12易溶气体溶液上方的分压，难溶气体溶液上方的分压，只要组份在气相中的分压液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。 13压力 ,温度 ,将有利于解吸的进行；吸收因素A= ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔达到平衡。 14某低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=1 ，气膜和液膜体积吸收系数 分别为k ya =2×10-4kmol/m3.s, k xa =0.4kmol/m3.s, 则该吸收过程及气膜阻力占总 阻力的百分数分别为；该气体为溶气体。 二、选择 1 根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数。 A大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2 单向扩散中飘流因子。 A >1 B <1 C =1 D 不一定 3 在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分 系数k y =2kmol/m2·h，气相传质总K y =1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓 度y i 应为??????。平衡关系y=0.5x。 A 0.02 B 0.01 C 0.015 D 0.005 4 已知SO 2水溶液在三种温度t 1 、t 2 、t 3 下的亨利系数分别为E 1 =0.0035atm、 精馏实验报告 姓名：班级： 学号：同组人： 实验时间： 一、 报告摘要 本实验利用乙醇-正丙醇混合物进行精馏，达到分离和提纯的效果。通过这 次实验能进一步掌握精馏的单元操作方式，利用测得的塔板组成数据求出全塔效率和单板效率，从而进一步地加深对精馏操作机理的掌握。实验中也用到了阿贝折光仪来测算塔板各部位的组成，同过多次使用阿贝折光仪，能进一步熟练对其的使用。同过实验的操作和数据的处理，我们可以加深对精馏操作的理解，掌握了一项我们化工行业耐以生存的一项基本技能。 二、 实验目的及任务 1. 熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法。 2. 了解板式塔的结构，观察塔板上汽-液接触情况。 3. 测定全回流时的全塔效率及单板效率。 4. 测定全塔浓度分布。 5. 测定塔釜再沸器的沸腾给热系数。 三、 实验基本原理 在板式精馏塔中，有塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液，在塔板上实现多次接触，进行传热与传质，使混合液达到一定程度的分离。 回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶回流量与采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务。则需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然，这不符合工业实际，所以最小回流比只是一个操作限度。若操作处于全回流时，既无任何产物采出，也无原料加入，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中无实验意义。但是，由于此时所需理论板数最少，又易于达到稳定，故常在工业装置的开停车、排除故障及科学研究时采用。 实际回流比通常取最小回流比的1.2~2.0倍。在精馏操作中，若回流系统出现故障，操作情况会急剧恶化，分离效果也将恶化。 板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数，有以下两种定义方法。 （1）总板效率E e N E N = (4-25) 式中 E —总板效率 N —理论板数； e N —实际板数 （2）单板效率E ml n 1n ml n 1n x x E x x -*--= - (4-26) 式中 E ml —以液相浓度表示的单板效率； 化工原理实验报告文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08] 实验一 伯努利实验 一、实验目的 1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系，加深对柏努利方程式的理解。 2、观察各项能量（或压头）随流速的变化规律。 二、实验原理 1、不可压缩流体在管内作稳定流动时，由于管路条件（如位置高低、管径大小等）的变化，会引起流动过程中三种机械能——位能、动能、静压能的相应改变及相互转换。对理想流体，在系统内任一截面处，虽然三种能量不一定相等，但能量之和是守恒的（机械能守恒定律）。 2、对于实际流体，由于存在内磨擦，流体在流动中总有一部分机械能随磨擦和碰撞转化为热能而损失。故而对于实际流体，任意两截面上机械能总和并不相等，两者的差值即为机械损失。 3、以上几种机械能均可用U 型压差计中的液位差来表示，分别称为位压头、动压头、静压头。当测压直管中的小孔（即测压孔）与水流方向垂直时，测压管内液柱高度（位压头）则为静压头与动压头之和。任意两截面间位压头、静压头、动压头总和的差值，则为损失压头。 4、柏努利方程式 式中： 1Z 、2Z ——各截面间距基准面的距离 （m ） 1u 、2u ——各截面中心点处的平均速度（可通过流量与其截面积求得） (m/s) 1P 、2p ——各截面中心点处的静压力（可由U 型压差计的液位差可 知） （Pa ） 对于没有能量损失且无外加功的理想流体，上式可简化为 ρ ρ2 222121122p u gz p u gz + +=++ 测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压g 22 ν，从而可得到各截面测管水头和总水头。 三、实验流程图 泵额定流量为10L/min,扬程为8m,输入功率为80W. 实验管：内径15mm 。 四、实验操作步骤与注意事项 1、熟悉实验设备，分清各测压管与各测压点，毕托管测点的对应关系。 2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平，若不平则进行排气调平(开关几次）。 3、打开阀5，观察测压管水头和总水头的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关系，观察当流量增加或减少时测压管水头的变化情况。 4、将流量控制阀开到一定大小，观察并记录各测压点平行与垂直流体流动方向的液位差△h 1…△h 4。要注意其变化情况。继续开大流量调节阀，测压孔正对水流方向，观察并记录各测压管中液位差△h 1…△h 4。 5、实验完毕停泵，将原始数据整理。 实验二 离心泵性能曲线测定 一、实验目的 1. 了解离心泵的构造和操作方法 2. 学习和掌握离心泵特性曲线的测定方法化工原理实验报告
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