1（王志魁）流体流动分知识点复习题期末复习用

【密度】某烟道气（可视为理想气体混合物）的组成中含CO2为13%，H2O为11%,N2为76%，温度为400℃,压强为98.64kPa。若以上百分数为体积百分率，该混合气体的平均分子量为__________，密度为_______；若以上百分数为质量百分率，该混合气体的平均分子量为__________，密度为_______。

解：当所给条件为体积百分率时

当所给条件为质量百分率时

【表压、绝压及真空度】某容器内的绝对压强为200 kPa，当地大气压为101.3 kPa，则表压为98.7kPa；另一容器内的绝对压强为85.5 kPa，当地大气则表压为 -14.8 kPa ，真空度为 14.8 kPa 。

【粘度】无粘性的流体，称为____________________流体。(理想)

一般情况下，温度升高，气体的粘度___________， 液体的粘度_____________。(增大 减小)

粘度的物理意义是____________________________________。(促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力)

流体流动时产生内摩擦力的根本原因是 流体具有粘性。

【适宜流速计算】内径为27mm的处来水管其设计输水能力宜为__1.03~6.18 m3/h __。

解：水的适宜流流速范围为 0.5~3m/s，故其流量宜为0.785×0.0272×0.5~0.785×0.0272×3即1.03~6.18 m3/h

【连续性方程】以下方程中哪一个方程适用于可压缩流体? B

A.ρu=常数 B. ρAu=常数 C.u1A1=u2A2 D.u1d12=u2d22

【伯努利方程】柏努利方程是以1kg不可压缩流体为基准推导出的，若用于可压缩流体时必须符合_____________________________的条件。

答案： 要求式中分母 用绝压。

若忽略A、B间的阻力损失，试判断B玻璃管水面所处的刻度。

A. 位置a B.位置b C.位置c

(流动型态与速度分布】当20℃的甘油（密度为1261 kg/m3，粘度为1.499 cP），流经内径为100 mm的圆形直管时，其平均流速为1m/s,其雷诺数为____________，流动形态为_____________，管中心处的最大流速为________________。(84123 湍流 1.25)

流体在圆管内流动时，管中心处流速最大，若为层流流动，平均流速与管中心的最大流速的关系为u=0.5 umax; 若为湍流流动，平均流速与管中心的最大流速的关系为u=0.8 umax。

层流与湍流的本质区别是 层流无径向流动，而湍流有径向流动 。

【边界层】

在化工过程中，流动边界层分离的弊端主要是_________；其可能的好处则表现在_______________________。（增大阻力损失 促进传热与传质）

流体在管内作湍流流动时，层流内层的厚度随Re数的增大而减薄。层流内层越薄， 流体的湍动程度越强 。

【摩擦系数】流体在管内作湍流流动时(不是阻力平方区)，其摩擦系数λ随___________ 和______________而变。(雷诺数 管子的相对粗糙度)

流体在管内的流动进入充分湍流区时，其摩擦系数λ仅与_______________有关。（管子的相对粗糙度）

【因次分析】量纲（因次）分析法的主要依据是__因次一致性或量纲一次性方程_ _。

【阻力损失的计算】流体在圆管内作层流流动，如将速度增加一倍，则阻力为原来的____________倍。（2）

流体在水平等径直管中流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的__________项。（压强能）

水在圆形直管中作完全湍流时，当输送量、管长和管子的相对粗糙度不变，仅将其管径缩小一半，则阻力变为原来的 32 倍。

水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后,水流过直管的摩擦系数____________，管道总阻力损失____________。（增大 不变)

如右图所示：已知：, , R=51mm,则△p=_____ ,ξ=___（两测压点A.B间位差不计）

解：(

下图中高位槽液面保持恒定，液体以一定流量流经管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同，则( )。 (1) U形压差计读数 R1＝R2; (2) 液体通过ab与cd段能量损失______。 hf ab＝hfcd；(3) ab与cd两段压差______。Δpab＜Δpcd；(4) R1值表示_______。 ab段流动能量损失

【流量计】测流体流量时，随着流体流量的增大，转子流量计两端压差值 不变，孔板流量计两端压差值 增大 。

转子流量计的主要特点是__恒流速、恒压差、变截面 ，孔板流量计的主要特点是__变流速、变压差、恒截面.

用皮托管来测量气体流速时，其测出来的流速是指 皮托管头部所处位置上气体的点速度 。

孔板流量计的孔流系数Co，当Re数增大，其值 先减小，当Re数增大到一定值时，Co保持为定值 。

在测速管中，测压孔正对水流方向的测压管液位代表_冲压头__，流体流过测速管侧壁小孔的测压管液位代表___动压头__。

综合计算题

用泵将20 ℃的水从敞口贮槽送至表压为1.5×105 Pa的密闭容器，两槽液面均恒定不变，各部分相对位置如附图1所示。输送1．【静力学方程与伯努利方程的综合应用】如图所示，用泵将水由低位槽打到高位槽(两水槽均敞口，且液面保持不变)。已知两槽液面距离为20 m，管路全部阻力损失为5 m水柱，泵出口管路内径为50 mm，其上装有U型管压力计，AB长为6 m，压力计读数R为40 mmHg，R'为1200 mmHg，H为1mH2O。设摩擦系数为0.02。求：⑴ 泵所需的外加功(J/kg)；⑵ 管路中水的流速(m/s)；⑶ A截面的表压强(kPa )。

解：⑴ 计算泵所需的外加功

以低位槽液面(1-1面)为位能基准面，在低位槽液面(1-1面)与高位槽液面(2-2面)间列柏努利方程：

⑵ 计算管路中水的流速

以A-A面为位能基准面，在A-A面与B-B面间列柏努利方程：

因为，所以

即

由压差计的原理

所以

又因为

解得：

⑶ 计算A截面的压强

由第一个U形压差计

对第二个U形压差计

所以

[利用位差输液]

如本题附图所示，水从贮水箱A经异径水平管B及C流至大气中。已知水箱内液面与管子中心线间的垂直距离为5.5m，保持恒定，管段B的直径为管段C的两倍。水流经B、C段的摩擦阻力分别为。由水箱至管段B及由管段B至管段C的突然缩小损失可以忽略，而管段C至外界的出口损失不能忽略。试求：

（1）水在管路C中的流速；（2）水在管路B中的流速；（3）管段B末端内侧的压强。

解：（1）水在管路C中的流速

在水箱1-1面入管C出口内侧2-2面间列柏努利方程，以水平管中心线为位能基准面：

；（表压）；；；（表压）；

（2）水在管路B中的流速

（3）管段B末端内侧的压强

在水箱1-1面与管B出口内侧3-3面间列柏努利方程，以水平管中心线为位能基准面：

；（表压）；；；

管段B末端内侧的压强

【 离心泵的工作原理】离心泵采用后弯叶片的原因是_______________________________。（后弯叶片比前弯叶片能量利用率高）

1. 离心泵叶轮按有无盖板可分为 开式叶轮、闭式叶轮和半闭式叶轮。

2. 离心泵的泵壳制成蜗壳形，其作用有二：(1)____ 汇集液体___，(2)___ 转能装置，即使部分动能转换为静压能

【 离心泵的性能参数与特性曲线】产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的________下，输送____________时的性能曲线。（转速 20℃清水）

3. 离心泵的扬程(又称压头)意指 离心泵对单位重量液体所提供的有效机械能 。

4. 离心泵铭牌上标明的流量是指____效率最高时的流量___________。

5. 离心泵的性能曲线通常包括曲线、 和 曲线。产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的___转速 _下，输送_ 20℃清水__时的性能曲线。

6. 离心泵的能量损失包括容积损失，机械损失和水力损失。

7. 离心泵的性能参数包括 流量，扬程（压头），效率，轴功率，汽蚀余量。

8. 离心泵在一定转速下的最高效率点称为 设计点 。

【 离心泵的安装高度】

9. 离心泵启动后不输液，其原因可能是 吸入管漏液或灌液不够、安装高度过高、堵塞和电机接线错误。

10. 当离心泵叶轮入口处压强等于或小于被输送液体在工作温度下的饱和蒸汽压时，液体将部分汽化，致使离心泵不能正常操作，此种现象称为____________现象。（汽蚀）

11. 离心泵在启动之前应向泵内充满被输送的液体，目的是防止___________现象。（气缚）

12. 造成离心泵气缚的原因是 泵内流体平均密度太小 。

13. 某泵在运行后发现有气缚现象，应采取何措施__停泵，向泵内灌液____。

14. 离心泵的安装高度与____ _____。D

A.泵的结构无关 B.液体流量无关 C.吸入管路的阻力无关 D.被输送流体的密度有关

【 离心泵的工作点与流量调节】

15. 离心泵的工作点是 泵的特性曲线 与___管路特性曲线 的交点。

16. 离心泵的流量调节实际上是改变泵的___________点。（工作）

17. 离心泵采用并联操作的目的是__提高流量___；离心泵采用串联操作的目的是_____提高扬程____。

18. 用离心泵把江水送至敞口高位槽，若管路条件不变，而江面下降，则泵的输液量________，轴功率________。（减小 减小）

解: 管路特性方程 当江面下降时, ,管路特性曲线上移,工作点对应的流量↓,扬程↑,轴功率↓。

19. 用离心泵向锅炉供水，若锅炉中的压力突然升高，则泵提供的流量________，扬程_____________。

解: 管路特性方程 当锅炉中的压力突然升高时, ,管路特性曲线上移,工作点对应的流量↓,扬程↑。

20. 离心泵的出口流量调节阀安装在离心泵______管路上，关小出口阀门后，真空表的读数_____，压力表的读数______。（出口减小 增大）

21. 在输送机械的流量调节中，旁路阀门的调节方法通常用于 类型的输送机械。（正位移泵）

22. 若被输送流体的粘度增大，则离心泵的扬程_________，流量________，效率___________。（降低 降低 降低）

23. 在离心泵的选型时，除应满足系统所需之流量和扬程外，还应使该泵在 高效 区工作。

24. 离心泵在一定的管路系统工作， 如被输送液体的密度发生变化(液体其余性质不变)则( D )。

A. 任何情况下扬程与ρ无关 B. 只有当时扬程与ρ无关

C. 只有在阻力损失为0时扬程与ρ无关 D. 只有当时扬程与ρ无关

【流体输送机械的的操作、往复泵及其他类型化工泵】

25. 启动离心泵前应关闭出口阀，以减小启动电流，保护电机。停泵前先关闭出口阀是为防止高压液体倒流入泵损坏叶轮。

26. 离心泵开泵之前要先灌液，目的是防止气蚀现象发生。（ ） ×

27. 为减少吸入管路的阻力损失，一般应使吸入管径小于排出管径（ ） ×

28. 当关小离心泵的出口阀时，泵的扬程增大了，其升扬高度提高了（ ）。 ×

29. 若将同一转速的同一型号离心泵分别装在一条阻力很大，一条阻力很小的管路中进行性能测量时，其测出泵的性能曲线就不一样（ ），其实际供给管路的最大流量也不一样（ ）。 × √

◆ 复习题

一、填空题

1. 悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是____________________________ 。

2. 球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_________________________ 。滞流沉降时，其阻力系数=____________.

3. 板框压滤机每个操作循环由________________________________________五个阶段组成。

4. 板框压滤机主要由_________________________，三种板按 __________的顺序排列组成。

5. 板框压滤机采用横穿洗涤滤渣，此时洗液穿过____层滤布及____个滤框厚度的滤渣，流经过长度约为过滤终了滤液流动路程的____倍，而供洗液流通的面积又仅为过滤面积的____。

参考答案：

1. 在滤饼中形成骨架，使滤渣疏松，孔隙率加大，滤液得以畅流。 2. 粒子所受合力的代数和为零，24/ Rep。3. 装合板框、过滤、洗涤、卸渣、整理。4. 滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成，1—2—3—2—1—2—3—2—1。5. 二；一； 二； 二分之一。

二、选择题

1．回转真空过滤机的转速越快，单位时间所获得的滤液量就越( )，形成的滤饼层厚度就越( )，过滤阻力越( )。

(A)少，薄，小 (B)少，厚，大

(C)多，薄，小 (D)多，薄，大

2．离心沉降速度是( )。

(A)颗粒运动的绝对速度 (B)径向速度

(C)切向速度 (D)气流速度

3．在恒压过滤操作中，忽略过滤介质的阻力，且过滤面积恒定，则所得的滤液量与过滤时间的( )次方成正比，而对一定的滤液量则需要的过滤时间与过滤面积的( )次方成反比。

(A)1/2,2 (B)2,1/2 (C)1,1/2 (D)1/2,1

4． 助滤剂应具有以下特性( )。

(A)颗粒均匀，柔软，可压缩 (B)颗粒均匀，坚硬，不可压缩

(C)颗粒分布广，坚硬，不可压缩 (D)颗粒均匀，可压缩，易变形

5．滤液在滤饼层中的流动属于( )流动。

(A)层流 (B)湍流 (C)过渡流 (D)不确定

6．降尘室的生产能力只与降尘室( )和( )有关，而与( )无关。

(A)长度、宽度、高度 (B)长度、高度、宽度

(C)宽度、高度、长度 (D)宽度、长度、面积

7．固体颗粒在流体中运动,所受的阻力是( )。

(A)表皮阻力 (B)形体阻力 (C)表皮阻力和形体阻力

参考答案

1.C; 2.B 3.C 4.B 5.A 6.A 7.C

◆

☞ 颗粒的自由沉降是指颗粒间不发生碰撞或接触等相互影响的情况下的沉降过程。

☞ 在重力场中，微小颗粒的沉降速度与颗粒的几何形状、尺寸大小、流体与颗粒的密度有关，而与流体的速度无关。

☞ 层流区沉降速度的计算

球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。滞流沉降时，其阻力系数=____________.

答案：粒子所受合力的代数和为零 24/ Rep

例1.两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。已知玻璃球的密度为2 500 kg/m3，水的密度为998.2 kg/m3，水的粘度为1.005 10-3 Pa s，空气的密度为1.205 kg/m3，空气的粘度为1.81 10-5 Pa s。

若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 ______ _。

答案：9.612

解：由

得

所以

2 .降尘室的颗粒分离的条件与生产能力

例1.降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是_______；而气体的流动应控制在_____________流型。

答案：气体在降尘室内的停留时间≥颗粒的沉降时间，滞(层)流

降尘室做成多层的目的是____________________________________ 。

答案：增大沉降面积，提高生产能力

例2.含尘气体通过长4 m，宽3 m，高1 m的降尘室，已知颗粒的沉降速度为0.25 m/s，则降尘室的生产能力为_____。

答案：3 m3/s

欲提高降尘室的生产能力，主要的措施是（ C ）。

A. 提高降尘宝的高度； B. 延长沉降时间； C. 增大沉降面积

沉降速度一定时，降尘室的生产能力与底面积有关，而与其高度无关。

答案：离心过滤，离心沉降

含尘气体中尘粒直径压75um以上的，一般应选用__________除尘；若尘粒直径在5μm以上，可选用_________或____________；尘粒直径在1μm以下，可选用__________。

答案：降尘室 旋风分离器 泡沫除尘器 袋滤器

1. 热量衡算

例 冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90 ℃，出口温度为50 ℃，冷水进口温度为15 ℃，出口温度为53 ℃，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性相同，则热损失占传热量的 ________。答：5%

分析：由 ，

得

2. 总传热系数

热传导例 在包有两层相同厚度保温材料的圆形管道上，应该将 导热系数小的 材料包在内层，其原因是 减少热损失，降低壁面温度。

例 平壁定态传热过程，通过三层厚度相同的不同材料，每层间温度变化为，则每层导热系数的顺序为，以及每层热阻的大小顺序。

例 随着温度的增加，空气的粘度_________，空气的导热系数______________。答: 增大 增大

例 对流给热系数各准数的含义

努塞尔准数Nu——对流传热与厚度为l的流体层的热传导之比。Nu越大，对流传热的强度越大。它反映了固体壁面处的无因次温度梯度的大小。

雷诺准数Re——惯性力与粘性力之比。

普兰特准数Pr——反映物性影响的准数。

格拉斯霍夫准数Gr——反映自然对流影响的准数

例 (给热系数的计算)一定流量的液体在一 25 mm×2.5 mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数 i=1 000 W/m2·℃；若流量与物性都不变，改用一 19 mm×2 mm的直管，则其 将变为____ W/m2·℃；若管子规格信用仍为 25 mm×2.5 mm，但流量增加1倍，则 将变为____ W/m2·℃。答：1678

例（传热过程的强化）在蒸汽—空气间壁换热过程中，为强化传热，在工程上可采用提高空气流速，不能采用 提高蒸气流速或 提高蒸汽压强。

例（壁温与总传热系数的计算）在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，此时传热管的壁温接近________的温度，总传热系数K接近______的对流给热系数。答：蒸汽，空气

例 圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α1，α2以及间壁导热系数λ的关系为_________。当间壁管规格为φ108×4，导热系数为45W·m-1·K-1时，管内外两侧的对流传热系数分别为8 000 W·m-2·K-1和1200 W·m-2·K-1时，总传热系数K1=_____ W·m-2·K-1，总传热系数K2=_______ W·m-2·K-1。

答: 1018 943

3. 传热平均温差

4.设计型计算

例 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量W1___W2，所需传热面积A1____A2。答：> <

5.操作型计算

例 套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，那么当空气流量增加时，传热系数K应 增大 ； 空气出口温度 减小 ；壁温应 略有减小 。

分析：①，所以当空气流量增加时，传热系数增大。② ，在设备不变，且忽略物性随温度的变化时，增大空气流量，则有↓，即↓；而T与t1不变，所以t2减小。③，因,故；当空气流量增加，↑，所以壁温略有减小。

例 在反应器的单根冷却蛇管内通冷却水，其进、出口温度分别为ｔ1、ｔ2，蛇管外有热流体稳定流过,借搅拌器作用，使热流体保持均匀温度T(T为热流体出口温度)，如冷却蛇管长度增大一倍，其它条件不变，则出口水温ｔ2应_____。 答：增大

分析：，因操作条件不变，A增大，所以↑，即↑。因T与t1不变，所以t2增大。

6. 换热器

例 (流体流动通道的选择) 在确定列管换热器冷热流体的流动途径时，一般来说，蒸汽走______；易结垢的流体走______；高压流体走______；有腐蚀性流体走______；粘度大或流量小的流体走管______。

答：管外(壳程) 管内(管程) 管内(管程) 管内(管程) 管外(壳程)

例 举出五种间壁式换热器_____；______；______；_____；______。提高间壁式换热器传热系数的主要方法是_______。

答：夹套式，蛇管式，套管式，列管式，板式，螺旋板式，板翅式等任选五种。

提高传热系数的主要途径是提高流体流速，增强人工扰动；防止结垢，及时清除污垢。

例 列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于__________，折流挡板的形状有______，______等。

答：提高壳程流体的流速，使壳程对流传热系数提高，圆缺形（弓形），圆盘和环形。

例 列管换热器管程常用流速范围为：一般液体______，气体______。 答：0.5～3m.s-1　5～30m.s-1

例 翅片管换热器的翅片应安装在 α小的一侧 。

1. 吸收的概念

吸收是利用混合气体中各组分在吸收剂中溶解度的差异实现分离的单元操作。

吸收操作的依据是__各组分在同一种溶剂中溶解度的差异____，以达到分离气体混合物的目的。

吸收操作仅能分离气体混合物.

2.气液相平衡

例 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－ye）___。

答：大于 上方 增大 远离 增大

例 在常压下，20℃时，氨在空气中的分压为15.2 kPa，与之平衡的氨水浓度为15kgNH3/100 kg H2O，此时m=__________。

解：

例 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当温度和压力不变，而液相总浓度增加时，其亨利系数H___，溶解度系数H将_____，亨利系数E将______，相平衡常数m将_____。答：减小 增大 不变 不变

3. 传质速率

例 单向扩散中漂流因子>1。

例 当温度升高时，溶质在气相中的分子扩散系数将____，在液相中的分子扩散系数将_____。

答：增大 增大

例 若亨利系数E值很大，依据双膜理论，则可判断过程的吸收速率为液膜控制。

例 当吸收质在液相中的溶解度甚大时，吸收过程主要受_____控制，此时，总传质系数近似等于____，提高吸收速率，则应该设法减小____ 或增大_____，举例：_____。当吸收质在液相中的溶解度甚小时，吸收过程主要受_____控制，此时，总传质系数近似等于____，提高吸收速率，则应该设法减小____ 或增大_______，举例：_____。

答：气膜 ky 气膜阻力 气相的湍动程度 用水吸收氨

液膜 kx 液膜阻力 液相的湍动程度 用水吸收CO2

例 低浓度气体吸收中，已知平衡关系为y=2x，kxa=0.2 kmol/m3.s, kya=2×10-5kmol/m3.s, 则此体系属______________控制。答：气膜或气相阻力

例 吸收系数的准数关联式中，反映物性影响的准数是___Sc___.

例 简述双膜理论的基本论点？

答：其基本论点如下：① 相互接触的气、液流体间存在着稳态的相界面，界面两侧分别存在气膜和液膜，吸收质以分子扩散方式通过此两膜层。② 在相界面处，气液两相处于平衡。③ 膜内流体呈滞流流动，膜外流体呈湍流流动，全部组成变化集中在两个有效膜层内。

例 根据双膜理论，吸收质从气相主体转移到液相主体整个过程的阻力可归结为气液两相滞流层（或层流层)中分子扩散的阻力。

例 双膜理论是将整个相际传质过程简化为＿经由气、液两膜层的分子扩散过程 。

4.吸收过程的数学描述

例 用纯溶剂吸收某气体混合物中的可溶组分，回收率为90%，mV/L=1, 则传质单元数NOG=___9___。

解：

例 传质单元数与设备形式无关，只与物系相平衡及进出口浓度有关。

传质单元高度取决于物系、设备、填料几何特性和气、液流率等操作条件.

例 对数平均推动力法的适用条件是：在吸收操作所涉及的组成范围内，平衡线和操作线均为直线.

5. 设计型计算

例 通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，则吸收推动力趋向零，填料层高度趋向无穷大。

例 影响最小液气比的因素为：物系的相平衡和分离要求。

6. 操作型计算

例 某逆流吸收塔，用纯溶剂吸收混合气中易溶组分，设备高为无穷大，入塔（体积分数），平衡关系。试问：(1)若液气比(摩尔比，下同)为2.5，吸收率= ______％；(2) 若液气比为1.5，吸收率=________％。

答: 100% 75%

解: 设备高为无穷大意味着塔内某一截面的气液两相达到平衡,即必有一操作点落在平衡线上。时, ,气液两相在塔顶达到平衡, ,所以吸收率为100%；

时, ,气液两相在塔底达到平衡, ,

所以吸收率

例 用气体吸收方法分离某气体混合物，已知气液平衡关系符合亨利定律，塔设备为无穷高，吸收因子A=3/2，则y1 y1e，y2 y2e；若其他操作条件不变，但操作压力减小了1/3，则y1 y1e，y2 y2e。

答： 大于 等于 等于 等于

分析：确定气液两相达到平衡的截面,即确定落在平衡线上的操作点。

因 ，落于平衡线的操作点必是塔顶组成点，见附图a；

当压力减小1/3时， 因E仅与温度有关，所以

因此时平衡线与操作线的斜率相等，而塔高为无穷高，只有一种可能，那就是操作线与平衡线重合。

附图a

例 操作条件：入塔气体流量、溶质浓度；入塔吸收剂流量、溶质浓度；温度、压强

操作中的吸收塔，若其他操作条件不变，仅降低吸收剂入塔浓度，则出塔气体浓度______，吸收率将____，出塔吸收液浓度______；而当用清水作吸收剂时，若其他操作条件不变，仅降低入塔气体浓度，则吸收率将_____。

答案：减小，增大, 减小，不变

分析： 当吸收剂入塔浓度下降时

方法一：塔内传质推动力增大，传质效果提高,从而使气体出塔浓度下降,吸收率增大。

方法二：原工况： 新工况： 因气液流量及操作温度、压力不变，所以传质单元高度不变，传质单元数也不变，即

因

由物料衡算的近似式 有↓

用清水作吸收剂时

因为Z、HOG不变,可知NOG也不变

由 及不变，可知 不变。

例 正常操作的逆流吸收塔，因故吸收剂入塔量减少，以致液气比小于原定的最小液气比，则y2____，x1______。

答：↑, ↑

解：原工况

新工况 因气体处理量、填料种类及高度不变，所以

但 ，所以 即 ↑

由物料衡算的近似式 有↑

例 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HOG将_____，NOG将_____.

答: 不变 增大

解: 原工况 新工况

因气体处理量、填料种类不变，则，所以

例 在常压下用水逆流吸空气中的CO，若将用水量增加则出口气体中的CO含量将____，气相总传质系数Kya将___，出塔液体中CO浓度将____。 答：减少 增加 减小

分析： ，当用水量↑时，液膜阻力↓，所以总阻力↓，总传质系数↑；

，L↑，↓

例 影响溶质吸收率的因素有哪些？吸收塔在操作过程中可调节的因素是什么？

答：影响溶质吸收率的因素有：物系本身的性质，设备情况（结构，传质面积等）及操作条件（温度，压强，液相流量及入口组成。

因为气相入口条件不能随意改变，塔设备又固定，所以吸收塔在操作过程中可调节的因素只能改变吸收剂的入口条件，包括流量，组成和温度三个因素。

复习题

1 蒸馏概述

蒸馏操作是借混合液中各组分挥发性的差异而达到分离目的。

轻组分：混合物中的易挥发组分；重组分：混合物中的难挥发组分

例：蒸馏是分离 的一种方法，其分离依据是混合物中各组分的 ，分离的条件是 。

答：均相液体混合物，挥发性差异， 造成气液两相系统

精馏操作压力的选择

减压蒸馏：降低了液体的沸点。应用场合：分离沸点较高的热敏性混合液，混合物沸点过高的物系（避免采用高温载热体）。

加压蒸馏：提高冷凝温度避免使用冷冻剂。应用场合：分离常压下呈气态的物系，馏出物的冷凝温度过低的物系。举例：脱丙烷塔操作压力提高到1 765kPa时，冷凝温度约为50℃,便可使用江河水或循环水进行冷却，石油气常压呈气态，必须采用加压蒸馏。

2 双组分溶液的气液相平衡

例：当混合物在t-x-y图中的气液共存区内时，气液两相温度 ，但气相组成 液相组成，而两相的量可根据 来确定。答: 相等，大于，杠杆规则

例：当气液两相组成相同时，则气相露点温度 液相泡点温度。答：大于

例：双组分溶液的相对挥发度α是溶液中 的挥发度对 的挥发度之比，若α=1表示 。物系的α值愈大，在x-y图中的平衡曲线愈 对角线。答：易挥发组分，难挥发组分，不能用普通蒸馏方法分离，远离

理想溶液的含义

例：理想溶液满足拉乌尔定律，也满足亨利定律；非理想稀溶液满足亨利定律，但不满足拉乌尔定律;服从亨利定律并不说明溶液的理想性，服从拉乌尔定律才表明溶液的理想性

例：精馏塔分离某二元物系，当操作压强降低时，系统的相对挥发度α_____，溶液的泡点_____，塔顶蒸汽冷凝温度______。答：增大，减小，减小

例. 已知75℃时甲醇(A)、水(B)的饱和蒸汽压为pA0=149.6kPa，pB0=38.5kPa,平衡的气液两相浓度分别为y=0.729，x=0.4,则其相对挥发度之值为_____.(4.035)

3 平衡蒸馏与简单蒸馏

简单蒸馏过程中,釜内易挥发组分浓度____,其沸点则_____.答：不断降低 不断升高

4 精馏

例：精馏塔的作用是 。答：提供气液接触进行传热和传质的场所。

例：在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为 ，其作用是 ；加料板以下的塔段（包括加料板）称为_____，其作用是 。答：精馏段 提浓上升蒸汽中易挥发组分 提馏段 提浓下降液体中难挥发组分

例：离开理论板时，气液两相达到 状态，即两相 相等，____互成平衡。答: 平衡 温度 组成

例：精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因有（1） 和（2） 。答: 塔顶易挥发组分含量高 塔底压力高于塔顶

加料热状态参数q的计算

例：已知汽液混合物进料中，汽相与液相的摩尔数之比为3:2，易挥发组分的摩尔分数为0.3，则q=______。

答：0.4(q=2/(3+2)=0.4)

例：精馏塔有 进料热状况，其中以 进料q值最大，进料温度____泡点温度。答: 五种 冷液体 小于

对于不同的进料热状况，xq、yq与xF的L与, V与的关系为

（1）冷液进料：xq ＞xF ，yq ＞xF ，q>1, ＞L+F, V＜；

（2）饱和液体进料：xq＝xF ，yq ＞xF ； q＝1, ＝L+F, V=；

（3）气液混合物进料：xq＜xF ，yq＞xF 　 0 ＞L, V＞；

（4）饱和蒸汽进料：xq ＜xF ，yq＝xF ； q=0, =L, V=+F；

（5）过热蒸汽进料：xq＜xF ，yq＜xF ； q<0, ＜L, V＞+F；

操作线方程

例：某连续精馏塔, 已知其精馏段操作线方程为y=0.80x+0.172，且塔顶产品量为100 kmol/h，则馏出液组成_________, 塔顶上升蒸汽量_________。答：0.86， 500 kmol/h

例：某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则回流比等于____，馏出液流量等于 ，操作线方程为 。答: ∞ 零 yn+1=xn

例：在操作的精馏塔中，第一板及第二板气液两相组成分别为y1,x1及y2,x2（自塔顶开始计数), 则它们的大小顺序为 。答: y1 ＞y2＞x1＞x2

例：精馏的两操作线都是直线，主要是基于 恒摩尔流假设

5 双组分精馏的设计型计算

例：精馏过程回流比R的定义式为 ；对于一定的分离任务来说，当R= 时，所需理论板数为最少，此种操作称为 ；而R= 时，所需理论板数为∞。答案: ∞ 全回流 Rmin

例：完成某分离任务需理论板数为NT=7（包括再沸器），若ET=50%，则塔内需实际板数（不包括再沸器）为（ ）答： 12层 （7-1）/0.5=12

例：在精馏操作中，若进料位置过高，会造成釜残液中易挥发组分含量增高。

例：精馏塔采用全回流时，其两操作线 与对角线重合

最优加料位置

例：精馏计算中，以下说法正确的是____________。

A.再沸器算一块理论板 B.分凝器算一块理论板 C.加料板算一块理论板 答：A、B

例：图解法求理论板时与下列参数F、xF、q、xD、xW、α中的哪一个量无关？F

例：设计精馏塔时，若将塔釜由原来的直接蒸汽加热改为间接蒸汽加热，而保持进料量、进料量、进料热状况、塔顶馏出液量、馏出液浓度及回流比等不变，则提馏段操作线斜率 ，残液浓度 。 ⑶；⑴

⑴ 变大 ⑵ 变小 ⑶ 不变 ⑷ 不确定

6 双组分精馏的操作型计算

操作条件变化对产品质量的影响

例：操作间接蒸汽加热的连续精馏塔时，由于某种原因，再沸器中加热蒸汽压力下降而使提馏段上升蒸汽流量下降，而进料热状况q、浓度xF及进料量F不变，同时回流量L恒定，则馏出液浓度xD及流量D、残液浓度xW的变化趋势为：xD_______、D_______、xW_______。(变大,变小,不变,不确定) 答：xD增大、D减小、xW增大

解：

假设xD减小，则xW减小，此时塔板数将小于实际板数，假设不成立；同理，xD不变也不成立，所以xD增大，xW也增大。

例：精馏操作时，增大回流比R，其他操作条件不变，则精馏段液气比L/V（ ），馏出液组成xD ( ),釜残液组成xW ( ).答： 增加 增加 减小

例：精馏塔的设计中，若进料热状况由原来的饱和蒸气进料改为饱和液体进料，其他条件维持不变，则所需的理论塔板数NT（ ），提馏段下降液体流量（ ）。答：减小 增加

一、选择题

1. 将充分润湿的物料置于高温气体中，气体的运动速度很小，可近似地视为静止。当物料温度达到稳定时，物料温度与湿球温度相比较，正确的是( )。

(A) (B) (C) (D)

2. 不饱和湿空气在预热过程中，湿度( )，相对湿度( )，焓( )。

(A) 增大 (B) 减小 (C) 不变 (D) 不确定

3. 在总压一定的条件下，以下参数对中不能确定空气的露点的是( )。

(A) 干球温度与湿球温度 (B) 湿球温度与焓

(C) 湿度与相对湿度 (D) 绝热饱和温度与湿度

4. 对某空气—水系统，空气的相对湿度为50%，则该空气的干球温度t，湿球温度，绝热饱和温度及露点温度之间的关系为( )。

(A) (B)

(C) (D)

5. 将不饱和空气在恒压下冷却至露点温度以下，则相对湿度( )，湿度( )，湿球温度( )。

(A) 增大 (B) 减小 (C) 不变 (D) 不确定

6. 在一定空气状态下，用对流干燥方法将某湿物料干燥至低于临界含水量，能除去的水分为( )，不能除去的水分为( )；在恒速段除去的水分为( )，在降速段除去的水分为( )。

(A) 平衡水分 (B) 结合水分 (C) 非结合水分 (D) 自由水分

7. 在一定的干燥速率下，同一物料的厚度增加，物料的临界含水量( )，干燥所需的时间( )；干燥压力、物料厚度、物料与空气的接触方式及空气的湿度不变，提高空气的温度，则恒速段的干燥速率( )，物料的临界含水量( )，物料中的平衡水分( )。

(A) 增加 (B) 减少 (C) 不变 (D) 不确定

8. 在恒定干燥条件下，将含水25%(湿基，下同)的湿物料进行干燥，开始时干燥速率恒定。当干燥至含水8%时，干燥速率开始下降，再继续干燥至物料恒重，并测得此时物料含水量为0.08%，则物料的临界含水量为( )，平衡含水量为( )。

(A) 25% (B) 8% (C) 0.08% (D) 7.92%

9. 用一定状态的空气(湿球温度为，露点为)干燥某物料。已知物料的临界含水量为20%(湿基)。现将该物料从初始含水量0.3(干基，下同)干燥至0.23，则此时物料表面温度满足( )；若将物料进一步干燥至0.05，则物料表面温度满足( )。

(A) (B) (C)

(D) (E) (F)

10. 用空气作介质干燥热敏性物料，且干燥处于降速阶段，欲缩短干燥时间，则可采取的措施是( )。

(A) 提高空气的温度 (B) 增大干燥面积、减薄物料厚度

(C) 提高空气的流速 (D) 降低空气的相对湿度

二、填空题

1. 干燥过程是_________相结合的过程，传质方向为________，传热方向为__________。

2. 在总压101.33 kPa，温度20℃下(已知20℃下水的饱和蒸汽压为2.334 kPa)，某湿空气的水汽分压为1.603 kPa，现空气温度保持不变，将总压升高到250 kPa，则该空气的水汽分压为________。

3. 当湿空气的总压一定时，相对湿度仅与________及________有关。

4. 恒速干燥阶段物料表面的温度等于________________________________。 该阶段除去的物料中的水的平衡蒸汽压等于_____________________________。影响恒速阶段干燥速率的因素的有_______________________________________________________________。

5. 已知在常压、25℃下水分在某湿物料与空气之间的平衡关系为：相对湿度时， 平衡含水量kg水/kg绝干料；相对湿度时， 平衡含水量 kg水/kg绝干料。现将湿基含水量为20%的该物料，与25℃、的空气接触， 则该物料的自由含水量为_________kg水/kg绝干料，非结合水分量为_________kg水/kg绝干料。

6. 进干燥器的气体状态一定，干燥任务一定。若干燥器内部无补充加热，则气体离开干燥器的湿度H越大，干燥器的热效率越 ，传质推动力越_______。

7. 降低废气出口温度可以提高干燥器的热效率，但废气在离开设备之前的温度的限制是________，原因是_____________。

8. 在测量湿球温度时，空气速度需大于5 m/s，这是为了 。

9. 物料的平衡水分一定是___________水分；物料的非结合水分一定是_____________水分。

10.当某物料的干燥过程存在较长的降速阶段时，气流干燥器和流化床干燥器两者中选用________ 较为有利，原因是_____________________________________。

参考答案:

一、选择题

1. A 2. C；B；A 3.B 4..B 5.A；B；B 6. D；A；C；CD 7. A；A；A；A；B 8.B；C 9.C；A 10.B

二、填空题

1. 热量传递与质量传递；固相至气相；气相至固相

2. 2.334 kPa

3. H；t

4. 干燥介质(热空气)的湿球温度；同温度下纯水的饱和蒸汽压；空气的状态、流速、空气的流向

5. 自由含水量 X-X=0.25-0.009=0.241，非结合水量 X-X=0.25－0.025=0.225

6. 大；小

7. 气体温度不降至露点；原因是空气温度小于或等于露点时，会在分离设备及管道中析出水分，使产品返潮，甚至堵塞设备或管道。

8. 减少辐射和热传导的影响，使测量结果较为精确

9. 结合；自由

10.流化床干燥器；降速阶段干燥速率慢，需要较长的干燥时间，而气流干燥器的气速高，约在10~20m/s以上，物料在其中的停留时间短(一般仅约2s)，流化床干燥器的气速低，使物料处于流化阶段，可获得足够的停留时间。

例 泵输送功率的计算——阻力损失已知

某化工厂用泵将敞口碱液池中的碱液（密度为1100kg/m3）输送至吸收塔顶，经喷嘴喷出，如附图所示。泵的入口管为φ108×4mm的钢管，管中的流速为1.2m/s，出口管为φ76×3mm的钢管。贮液池中碱液的深度为1.5m，池底至塔顶喷嘴入口处的垂直距离为20m。碱液流经所有管路的能量损失为30.8J/kg（不包括喷嘴），在喷嘴入处的压力为29.4kPa（表压）。设泵的效率为60%，试求泵所需的功率。

2 用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33kPa，蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa（真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面15m，进料量为20m3/h，溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg，求泵的轴功率。（管路直径为60mm，泵的效率为0.65。）

3如附图所示，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,吸入管长度为16 m,压出管直管长度为40 m(均包括局部阻力的当量长度）,两段管路的摩擦系数均为λ=0.03，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)泵的扬程；(2)泵进口处断面的压力；（3）泵出口断面处的压力。

4某列管式冷凝器的列管直径为Φ25×2.5mm。管内通冷却水，流量为3.0kg/s。在新使用时，冷却水的进、出口温度分别为20℃和30℃。使用一段时间后，由于生成垢层，在冷却水进口温度和流量不变得情况下，冷水出口温度降为25℃。已知换热器的传热面积为20m2，有机蒸汽的冷凝温度为90℃（有机蒸汽在管外冷凝），求水垢层的热阻。

5某车间需要安装一台换热器，将流量为30 m3/h，浓度为10℅的NaOH水溶液由20℃预热至60℃。加热剂为127℃的饱和蒸汽。该车间现库存一台两管程列管式换热器，其规格为：管径Φ25×2mm，管长3m，总管数72根。问库存的换热器能否满足传热任务？已知定性温度下，NaOH水溶液的物性数据为：ρ=1100 kg/m3；λ=0.58W/（m·℃）；CP=3.77kJ/（kg·℃）；μ=1.5×10-3Pa·S。钢的导热系数为46.5W/（m·℃）；设污垢热阻总和为∑R垢=0.0003（m2·℃）/W；蒸汽走管外，其冷凝对流传热系数为α0=1×104 W/（m2·℃）。

6在一常压连续精馏塔中，分离某两组分理想溶液。原料液组成为0.4（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.95。操作回流比为最小回流比的1.5倍，进料热状况参数q为1.2，釜液浓度为0.1,操作条件下物系的平均相对挥发度为2；塔顶采用全凝器，计算（1）精馏段自塔顶向下的第二层理论板上升蒸汽的组成y2。（2）离开最后一块板的上升蒸汽组成。

7用一精馏塔分离二元液体混合物，进料量100kmol/h，易挥发组分xF=0.5，泡点进料，得塔顶产品xD=0.9，塔底釜液xW=0.05(皆摩尔分率)，操作回流比R=1.61，该物系平均相对挥发度α=2.25，塔顶为全凝器，求：(1)塔顶和塔底的产品量；(2)第一块塔板下降的液体组成x1；(3)写出提馏段操作方程；(4)最小回流比。

8.用连续精馏塔分离某二元混合液，原料液流量为500 kmol/h，泡点进料，进料浓度为0.4，塔顶馏出液浓度为0.98，釜液浓度为0.02(以上均为易挥发组分的摩尔分率)。操作条件下相对挥发度为2.5，塔顶采用全凝器，泡点回流。塔釜间接蒸汽加热，且塔釜汽化量为最小气化量的1.6倍。试求：

（1）塔釜的气化量；

（2）离开第二层理论板的液体浓度（由塔顶往下数）。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/df0d8ab3b9d528ea81c77978.html