《化工原理例题》PPT课件.ppt

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1、化工原理课件第三章 非均相物系的分离,例2：在过滤压强差为0.3MPa条件下，利用板框压滤机对某药物悬浮液进行恒压过滤，过滤面积21m2,得到不可压缩滤饼，且滤饼体积与滤液体积之比为0.018。已知当过滤压强差为0.1 MPa而其它操作条件相同时，该压滤机的过滤常数qe=0.0217 m3/m2，e=2.81 s。试求当所得滤饼体积为0.26m3时，所获得的滤液体积及所需的过滤时间。,解：,滤液体积,化工原理课件第一章 流体流动,第三节 过滤九、过滤机的生产能力,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,例：用框数为26的BMS20/635-25压滤机恒压过滤每升水中含25g固相的悬浮液,料浆温度

2、为25oC,已知，,。每次过滤完毕用清水洗涤滤饼,洗水温度及表压与滤浆相同而体积为滤液的8%。辅助操作时间为l5min。已知。求Q。,恒压过滤方程,化工原理课件第一章 流体流动,第三节 过滤九、过滤机的生产能力,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,解：,过滤面积,滤框总容积,(1)求V,滤饼充满滤框时对应的滤液体积,过滤终了时的q值,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,(2)求,恒压过滤方程式,第三节 过滤九、过滤机的生产能力,(3)求,化工原理课件第三章 非均相物系的分离,第三节 过滤九、过滤机的生产能力,化工原理第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,例:某压缩机的吸入管路直径为2

3、00mm，压出管路直径为80mm，吸入管内气体压强为9.73104Pa，温度为30，压出管路内气体压强为5.886105Pa（表压），温度为80，已测得吸入管内气体平均流速为20m/s，试求压出管的流速、质量流速和压缩机的,排气量（以质量流量表示）,解：吸入管,化工原理第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,压出管,压缩机的排气量,化工原理课件第一章 流体流动,化工原理第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,例:求We 1200kg/m3 P=101325Pa。,蒸发室压强2OOmmHg(真空度)。15m,684mm,2Om3/h,全部能损为12OJ/kg。求泵的有效功率,分析：,上游

4、截面：,下游截面：,1-1，3-3，4-4,5-5，2-2，6-6,化工原理第一章 流体流动,解：由柏努利方程：,其中,化工原理第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,例:求Z 小区输水系统,水管管径684mm,4.0m3/h,全部能损为2OJ/kg(不含出口)。求液面距管出口的垂直距离。,分析：,上游截面：1-1,下游截面：选择管道出口的内侧为2-2截面,基准水平面：出口管轴线所在水平面,解：柏努利方程:,其中,Z1=2.14m,d=0.068-20.004=0.032m,化工原理第一章 流体流动,化工原理第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,例：求p。某车间用压缩空气压送稀硫酸(

5、密度1240kg/m3)，流量为2m3/h，373.5mm的无缝钢管，总能量损失为10J/kg(不包括出口损失)，贮槽液位恒定，输送管路出口高于贮槽内液面10M，求所需压缩空气的压力。,化工原理第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,(表压),解：取贮槽液面为1-1截面，管路出口内侧为2-2，在1-1和2-2两截面之间列柏努利方程,(表压),化工原理第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,例:求u 水平通风管道，直径自400mm渐缩到200mm。为了粗略估计管道中空气的流量，在锥形接头两端各装一个u型压差计。现测得粗管端u型压差计的读数为100mm水柱，细管端的u型压差计的读数为80m

6、m水柱，空气流过锥形管的能量损失可以忽略，管道中空气的平均密度约为1.2kgm3，试求管道中的空气流量。,分析：,(2)理想流体：,(1)因空气在锥形管两端的压强变化仅20mm水柱，故可按不可压缩流体来处理。,解：在1-1和2-2两截面之间列柏努利方程。,u1=4.7m/s,化工原理第一章 流体流动,例：水在附图所示的虹吸管内作定态流动，管路直径没有变化，水流经管路的能量损失可以忽略不计，试计算管内截面2-2、3-3、4-4、5-5处的压强。大气压强为1.0133105Pa。图中所标注的尺寸均以mm计。,解：由题可知：11截面：P1=1.013105Pa u=0若以22截面为基准水平面，则z1

7、=3m22截面：设管内流速为u z2=033截面：u,z3=3m44截面：u,z4=30.5=3.5m55截面：u,z5=3m66截面：u,z6=2m,P6=P1=1.013105Pa,化工原理第一章 流体流动,We=0,hf=0,11截面和66截面之间计算来获取速度u：,u2/2=g(z1z6)=9.8,P2=1.209105Pa,P4=0.866105Pa,P3=0.915105Pa,P5=0.915105Pa,化工原理第一章 流体流动,第四节 流体在管内的流动阻力,例:20oC水的流量为20m3/h。高位液面比贮罐液面高10m。吸入管为894mm无缝钢管,直管长5m,一个底阀、一个90标

8、准弯头;排出管为57 3.5mm无缝钢管,直管长20m,有一个全开闸阀、一个全开截止阀和两个标准弯头。液面恒定且与大气相通。求泵的轴功率（泵的效率为70%）。,化工原理第一章 流体流动,第四节 流体在管内的流动阻力,Z1=0,Z2=10m,u10,u20,p1=p2=0(表),故：,解：以水槽液面为上游截面1-1，高位槽液面为下游截面2-2，并以截面1-1为基准水平面。在截面1-1与2-2之间列柏努利方程式得,化工原理第一章 流体流动,第四节 流体在管内的流动阻力,(1)吸入段：,式中,化工原理第一章 流体流动,第四节 流体在管内的流动阻力,由附录2查得20oC时=998.2kgm-3，=1.

9、00410-3Pas，,查图1-29,取=0.3mm，则,化工原理第一章 流体流动,第四节 流体在管内的流动阻力,底阀,90标准弯头,进口,(2)排出段：同理可得,局部阻力：,化工原理第一章 流体流动,第四节 流体在管内的流动阻力,(3)总能量损失：,外功：,有效功率：,轴功率：,例:二氧化碳的体积分数为30的某种混合气体与水充分接触，系统温度为30,总压为101.33kPa。试求液相中二氧化碳的平衡组成，分别以摩尔分数和物质的量浓度表示。在操作范围内亨利定律可适用。,第二节 气液相平衡三、气液相平衡关系式亨利定律,道尔顿定律：,解：,查表得：30,第二节 气液相平衡三、气液相平衡关系式亨利定

10、律,化工原理课件第一章 流体流动,第三节 吸收塔的计算二、吸收剂用量与最小液气比,例:拟设计一填料吸收塔，处理某制药厂含SO2的废气。用水逆流吸收炉气中的SO2。气量100m3h-1,炉气温度20,含SO29%(体积)。要求SO2的回收率为90%,吸收剂用量为最小用量1.3倍。已知操作压力和温度为101.33kPa和20,平衡关系为Y=36X-0.0162。(1)当X2=0.0003时,求L和X1；(2)当X2=0时,求X1。,解：,(1),总的气体摩尔流量为：,化工原理课件第一章 流体流动,第三节 吸收塔的计算二、吸收剂用量与最小液气比,惰性组分的摩尔流量为：,进塔气体中SO2的摩尔比为：,

11、出塔气体中SO2的摩尔比为：,化工原理课件第一章 流体流动,第三节 吸收塔的计算二、吸收剂用量与最小液气比,与Y1平衡的液相浓度为：,最小液用量为：,实际液用量为：,化工原理课件第一章 流体流动,第三节 吸收塔的计算二、吸收剂用量与最小液气比,出塔液相浓度为：,(2),最小液用量为：,化工原理课件第一章 流体流动,第三节 吸收塔的计算二、吸收剂用量与最小液气比,实际液用量为：,出塔液相浓度为：,化工原理课件第一章 流体流动,第三节 吸收塔的计算三、填料层高度的计算,例：以清水在填料塔内逆流吸收空气氨混合气中的氨，混合气含氨4.0%(体积),要求回收率为0.96,气相流率为,采用的液气比为最小液

12、气比的1.4倍，平衡关系为,总传质系数,试求:塔底液相浓度X1；所需填料层高度H。,解：,化工原理课件第一章 流体流动,第三节 吸收塔的计算三、填料层高度的计算,（1）,（2）,化工原理课件第一章 流体流动,第三节 吸收塔的计算三、填料层高度的计算,解吸因数法：,化工原理课件第一章 流体流动,第三节 吸收塔的计算三、填料层高度的计算,对数平均推动力法：,第三节 吸收塔的计算四、吸收塔的操作型计算,例：在一填料吸收塔内用纯吸收剂吸收某气体混合物中的可溶组分，溶质的初始含量为0.05，回收率为60，吸收液出口含量为0.098(均为摩尔比)。操作条件下的气液平衡关系为，两相逆流接触。已知该过程为气相

13、阻力控制，试求液体流量增加一倍时，可溶组分的回收率有何变化？,原工况下的液气比为,解：,原工况下的传质单元数为,气相阻力控制，故L增加，及 近似不变,第三节 吸收塔的计算三、填料层高度的计算,第四节 双组分连续精馏塔的计算三、进料热状况和进料方程,例：在常压操作的连续精馏塔中分离含甲醇0.4与水0.6（摩尔分率）的溶液，进料的热状况参数为1.1，原料液流量为100kmol/h，要求塔顶易挥发组分的回收率不低于0.94，釜液组成为0.04（以上均为易挥发组分的摩尔分率），回流比为2.5，试求产品的流量、精馏段和提馏段的操作线方程及提馏段上升的蒸汽流量。假设气液相均为恒摩流动。,解:,(1),回收

14、率为：,第三节 吸收塔的计算三、填料层高度的计算,第四节 双组分连续精馏塔的计算三、进料热状况和进料方程,(2)精馏段操作线方程:,(3),提馏段操作线方程:,第四节 双组分连续精馏塔的计算三、进料热状况和进料方程,(4),另,第四节 双组分连续精馏塔的计算三、进料热状况和进料方程,例：在一两组份连续精馏塔中，进入精馏塔中第n层理论板的气相组成为0.75，从该板流出的液相组成为0.65(均为摩尔分数)，塔内气液比V/L2，物系的相对挥发度为2.5，求：从该板上升的蒸汽组成；流入该板的液相组成；回流比R。,解:,已知,和 成平衡,第四节 双组分连续精馏塔的计算三、进料热状况和进料方程,求,由第n

15、板的物料衡算可得：,方法2：,和,满足精馏段操作线关系。,第四节 双组分连续精馏塔的计算四、理论板数的确定,例：某苯与甲苯的混合原料，苯的摩尔分率为0.4。拟采用精馏塔加以分离，原料液处理量为100kmol/h。要求塔顶产品含量为0.9，苯的回收率不低于90，原料预热至泡点加入塔内。塔顶采用全凝器冷凝，回流比为1.875。已知在操作条件下，物系的相对挥发度为2.47。求为完成分离任务所需要的理论板数及加料位置。,解:,(1)求D，W,(2)求精馏段操作线方程,第四节 双组分连续精馏塔的计算四、理论板数的确定,1.逐板计算法：,(3)求提馏段操作线方程,(4)求相平衡方程,由,(5)计算精馏段理

16、论板数,由,第5块板为加料板,以下计算提馏段操作线方程代替精馏段操作线方程,(6)计算提馏段理论板数,由,第四节 双组分连续精馏塔的计算五、回流比的影响及选择,例：某混合物在一常压连续精馏塔进行分离。进料中轻组分A含量为0.4(摩尔分率),流量为。要求塔顶馏出液中含A为0.9,A的回收率不低于0.9。泡点进料，取回流比为最小回流比的1.5倍,塔釜间接蒸汽加热.且知系统的相对挥发度为=2.5。试求(1)塔顶产品流量D,塔底产品流量W 及组成;(2)最小回流比;(3)精馏段和提馏段操作线方程;(4)从塔底数起的第二块理论板上(塔底可视为第一块理论板)流下的液体组成;(5)操作时,若第一块板下降的液体中含苯0.8,求该板的气相默弗里板效率。,第四节 双组分连续精馏塔的计算五、回流比的影响及选择,解：,（1）,第四节 双组分连续精馏塔的计算五、回流比的影响及选择,（2）,泡点进料,第四节 双组分连续精馏塔的计算五、回流比的影响及选择,（3）,精馏段操作线：,提馏段操作线：,第四节 双组分连续精馏塔的计算五、回流比的影响及选择,或,第四节 双组分连续精馏塔的计算五、回流比的影响及选择,（4）,又,