化工原理复习提纲.ppt

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1、第一章 流 体 流 动,化工原理总复习,一、流体的主要物理性质 1密度、相对密度和比体积（1）密度 单位体积的流体所具有的质量，则：单位：kg/m3,(2)相对密度流体密度与4时水的密度之比,习惯称为比重。符号：d4 20 即：d4 20=/水 水在4时的密度为1000/m3，,（3）比体积,习惯称为比容。符号：；单位：m3/kg。,例1:某设备的表压强为50kPa，则它的绝对压强为 kPa；另一设备的真空度为360 mmHg柱，则它的绝对压强为 mmHg柱。（当地大气压为101.33 kPa）已知某溶液的密度为800kg/m3，该溶液的比体积为 m3/kg，相对密度为。,2.压强的表示方法

2、绝对压强（绝压）、表压强（表压）、真空度 压强的单位及其换算1 atm=101.3 kPa=1.033 kgf/cm2=760mmHg=10.33mH2O 表压=绝对压强（外界）大气压强 真空度=（外界）大气压强绝对压强,例2.已知大气压为100kPa，若设备内的表压强为0.2MPa,设备内的绝对压强为 kPa；如果设备内的真空度为80kPa，设备内的绝对压强为 kPa。例3.已知当地大气压为750mmHg柱，如果设备内的表压为200mmHg柱,则设备内的绝对压力为 mmHg柱。,二、静力学基本方程式及其应用p2=p1+gh,U管压差计 p1-p2=(指-)Rg,微差压差计,例4、水在如图所示

3、的水平变径管路中作稳定流动，已知粗管内直径为200mm，细管内直径为150mm，水在粗管中的流速为1.5m/s。在粗细两管上连有一U形管压差计，指示液为水银，其密度为13600kg/m3。水的密度为1000kg/m3，若忽略阻力损失，求：U形管两侧指示液的液面之差R为多少mm。,分析:先求水在细管中的流速和1-1与2-2两截面间的压强差；再根据p1-p2=(指-)Rg求得U形管两侧指示液的液面差R。,三、流量方程式1流量（1）体积流量：符号：qv，单位：m3/s或m3/h。,（2）质量流量：符号：qm，单位：kg/s或kg/h。,2流速,或者,即流速与管径的平方成反比,分析:对于刚才的例4，水

4、在细管中的流速可以根据如下公式求算：,例：管路由直径为 573.5mm 的细管，逐渐扩大到 1084mm 的粗管，若流体在细管内的流速为 4m/s。则在粗管内的流速为。,四、柏努利方程式,1kg：,1N：,柏努利方程 的讨论及分析：,（1）若,且 W功=0 时,理想流体的柏努利方程,即：理想流体进行稳定流动时，在管路任一截面处流体的总机械能是一个常数。,（2）若 W功=0；,且,流体自然流动时,即：,流体自发流动时，只能从机械能较高处流向机械能较低处，,（3）若 u1=u2=0,则,W功=0,即流体静止时：,流体静力学基本方程式,（4）输送设备的有效功率单位时间内液体从输送机械中获得的有效能量

5、。,柏努力方程的应用（1）确定流速及流量（2）确定液面高度（3）确定管路中流体的压强（4）确定输送机械的外加压头（5）判断机械能转换关系,例4.如图将密度为1840kg/m3的溶液从贮槽用泵打到20m高处。已知泵的进口管路为108mm4mm，溶液的流速为1m/s。泵的出口管路为68mm4mm，损失压头为3m液柱。试求泵出口处溶液的流速和所需的外加压头。,例5、水在如图所示的水平变径管路中作稳定流动，已知粗管内直径为200mm，细管内直径为150mm，水在粗管中的流速为1.5m/s。在粗细两管上连有一U形管压差计，指示液为水银，其密度为13600kg/m3。水的密度为1000kg/m3，若忽略阻

6、力损失，求：U形管两侧指示液的液面之差R为多少mm。,分析:用 求出水在细管中的流速后，在1-1与2-2两截面间列柏努利方程可求压强差，再根据p1-p2=(指-)Rg求得U形管两侧指示液的液面差R。,应用柏努利方程时应注意以下各点：,（1）根据题意画出流动系统的示意图，标明流体的流动方向，定出上、下游截面，明确流动系统的衡算范围；（2）位能基准面的选取 必须与地面平行；宜于选取两截面中位置较低的截面；若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选过管中心线的水平面。,（3）截面的选取 与流体的流动方向相垂直；两截面间流体应是稳定连续流动；截面宜选在已知量多、计算方便处。（4）各物理量的单位应保

7、持一致，压力表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压,柏努利方程式的解题步骤：,（1）做图并正确选取截面；（2）列方程式并简化方程；（3）代入已知条件，求解未知量。,例6 某水塔塔内水的深度保持3 m，塔底与一内径为100mm的钢管连接，今欲使流量为90 m3/h，塔底与管出口的垂直距离应为多少？设损失能量为196.2J/kg。,解:取塔内水面为1-1截面,钢管截面为2-2 面,以钢管水平面为基准面,则有:z1=(x+3)m,u1=0,p1=p2=0(表压),w=0,z2=0,u2=qv/A=90/(3600 x0.12x3.14/4)=3.2m/s,h损=196.2J/kg,则有(x+3)X9

8、.81=3.22/2+196.2X=17.52m答:塔底与管出口的垂直距离应为17.52m.,例7、附图所示为洗涤塔的供水系统。贮槽液面压力为100kPa（绝压），塔内水管与喷头连接处的压力为320 kPa（绝压），塔内水管出口高于贮槽内水面20m，管路为57mm2.5mm钢管，送水量为14m3/h，系统能量损失4.3m水柱，求水泵所需的外加压头。,练习：课本P401-7，1-12，1-16,五、流体流动的类型,1雷诺实验,2流动类型及其判定,（1）流体的两种流动类型 层流（或滞流）、湍流（或紊流）流动类型判定依据雷诺准数Re2000时，流动为层流，此区称为层流区；Re4000时，一般出现湍流

9、，此区称为湍流区；2000 Re 4000 时，流动可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定的过渡区。,第二章,离心泵的工作原理（1）工作前，先向泵壳内灌满水（2）启动电机（3）排液（4）吸液（5）气缚现象特点：无自吸能力,注意:1.离心泵启动时应关闭出口阀,离心泵启动时应 关闭出口阀，为避免电机超载和加大电负荷，待电机运转正常后，再逐渐打开出口阀调节所需流量;往复泵启动时应打开出口阀。离心泵的流量调节是采用出口阀门调解，往复泵的流量应该用旁路调解。2.离心泵启动前应向泵内灌液，否则将发生气缚现象。3.离心泵的实际安装高度不能大于其允许安装高度，是为了避免气蚀现象的发生。,4.离心泵的扬程是指

10、泵对单位重量液体所提供的有效能量5.离心泵效率最高点称为设计点。6.通风机性能表上所列出的风压是指全风压。7.判断流体流动类型的是Re准数。,重力沉降设备及其生产能力,(1)降尘室,降尘室结构：,第四章 非均相物系的分离,工作原理：,气体入室减速,颗粒沉降的同时并随气体运动,颗粒沉降运动时间气体停留时间分离,降尘室的生产能力：降尘室单位时间所处理的含尘气体的体积流量。符号：qv。,颗粒在降尘室的停留时间：,颗粒沉降到室底所需的时间：,为了满足除尘要求：,降尘室的生产能力,降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积BL和颗粒的沉降速度ut有关，而与降尘室的高度无关,例8:含尘气体通过长4m，宽3m，高

11、1m的降尘室，已知颗粒的沉降速度为0.25m/s，求降尘室的生产能力。,第五章 传 热,一、传热的基本方式热传导、热对流、热辐射,二、传热速率方程,无相变：,有相变：,若忽略热损失，则热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量,或,或,三、热负荷和载热体用量的计算,t均的数值与流体流动情况有关。,四、平均温度差,用传热速率方程式计算换热器的传热速率时，因传热面各部位的传热温度差不同，必须算出平均传热温度差t均代替t，即,1.恒温传热时的平均温度差 t均=T-t流体的流动方向对t无影响。,2.变温传热时的平均温度差,（1）单侧变温时的平均温度差,一侧流体变温时的温差变化,式中取t 1t 2取。t 1和

12、t 2取为传热过程中最除、最终的两流体之间温度差 在工程计算中，当 时，可近似采用算术平均值,（2）双侧变温时的平均温度差,工厂中常用的冷却器和预热器等，在换热过程中间壁的一侧为热流体，另一侧为冷流体，热流体沿间壁的一侧流动，温度逐渐下降，而冷流体沿间壁的另一侧流动，温度逐渐升高。,并流：两者平行而同向的流动逆流：两者平行而反向的流动错流：垂直交叉的流动折流：一流体只沿一个方向，而另一流体反复折流。,式中取t 1t 2取。t 1和t 2取为传热过程中最除、最终的两流体之间温度差 在工程计算中，当 时，可近似采用算术平均值,A、并流和逆流时的平均温度差,当一侧流体变温而另一侧流体恒温时，并流和逆

13、流的平均温度差是相等的；当两侧流体都变温时，由于流动方向的不同，两端的温度差也不相同，因此并流和逆流时的平均温度差是不相等的。例9：热流体的温度都是由245 冷却到175，冷流体都是由120 加热到160，分别求在并流和逆流时的平均温度差。,例10.在一套管式换热器中，内管为57mm3.5mm的钢管，流量为2500kg/h，平均比热容为2.0kJ/（kg）的热流体在内管中从90冷却至50，环隙中冷水从20被加热至40，已知传热系数K值为200W/（m2），试求：（1）冷却水用量，kg/h；（2）并流流动时的平均温度差及所需的套管长度，m。,课本练习5-5,练习：5-6、5-9、5-10,五、热

14、传导基本方程,上式称为热传导方程式，或称为傅里叶定律。把上式改写成下面的形式 式中 为导热过程的推动力。为单层平壁的导热热阻。,导热率（导热系数）,W/（mK）或 W/（m)导热系数的意义是：当间壁的面积为1m2，厚度为1m，壁面两侧的温度差为1K时，在单位时间内以热传导方式所传递的热量。显然，导热系数值越大，则物质的导热能力越强。各种物质的导热系数通常用实验方法测定。一般来说，金属的导热系数最大，非金属固体次之，液体的较小，而气体的最小。（1）固体的导热系数;（2）液体的导热系数;（3）气体的导热系数例：空气、水、铁的导热系数分别是1、2和3，其大小顺序是 123。,六对流传热方程,工业生产

15、中，沸腾传热应设法保持在核状沸腾区。自然对流区（AB段）、核状沸腾区（BC段）、膜状沸腾区（CD段）、过渡区（DE段）,七 传热系数,例11.对间壁式换热器，当对流传热系数12时，提高哪一个值对传热更有利？这时壁温接近于1侧还是2侧流体的温度？,例12.某间壁换热器一侧通过的流体为热水，温度为60、对流给热系数1=250 W/m2，器壁另一侧为空气，温度为16、对流给热系数2=1 W/m2。若要加强传热，采取下列措施之一，（1）1增大1倍；（2）2增大1倍。采取第 措施较好，理由是。换热器壁面温度接近 度。,练习P126 5-15P113 例题5-9,第六章 蒸发,蒸发操作:利用加热的方法使溶

16、液中的部分溶剂汽化并不断除去，以提高溶液中溶质的浓度或得到纯溶质的操作.,蒸发过程的实质:恒温传热.即传热壁面一侧的蒸汽冷凝与另一侧的溶液沸腾间的传热过程.,蒸发过程中引起温度差损失的原因有（1）溶液沸点升高（2）液柱静压力，（3）管路流动阻力。,在蒸发操作中，溶液的沸点升高与溶液类别、浓度及压强都有关,一、蒸馏分离的依据液体混合物各组分挥发性（沸点）的差异。二、理想溶液的汽液相平衡关系拉乌尔定律 定律内容：对于完全互溶的理想溶液，在一定的温度下当汽液两相达到平衡时，溶液上方汽相中任意组分的分压等于此纯组分在该温度下的饱和蒸汽压乘以其在液相中的摩尔分数。,第七章蒸 馏,A组分：,B组分：,泡点

17、方程,露点方程,两条线：气相线（露点线）液相线（泡点线）,三个区域：液相区、气液共存区、气相区,t-x-y图构成,三、双组分理想溶液的汽液平衡相图,例13：1.已知在100时，纯苯的饱和蒸气压为=179.2kPa，纯甲苯的饱和蒸气压为=73.86kPa。试求总压为101.3kPa下，苯-甲苯溶液在100时的汽、液相平衡组成。该溶液为理想溶液。,四、汽液相组成（yx）图,对角线 y=x 为辅助曲线xy曲线上各点具有不同的温度；平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易分离。,相平衡方程,例14.若苯甲苯混合液中含苯0.4（摩尔分数），试根据下图求：（1）该溶液的泡点温度及其平衡蒸汽的瞬间组成；

18、（2）将该溶液加热到100，这时溶液处于什么状态？各相组成分别为多少？（3）将该溶液加热到什么温度才能全部气化为饱和蒸汽?这时蒸汽的瞬间组成为多少？,五、精馏原理,液体多次部分汽化同时进行汽体多次部分冷凝。,汽相：自下而上易挥发组分浓度逐渐增大。液相：自上而下难挥发组分浓度逐渐增大。温度：自上而下逐渐增大。,精馏装置及精馏操作流程,精馏段的作用：自下而上逐步增浓气相中的易挥发组分，以提高产品中易挥发组分的浓度。提馏段的作用：自上而下逐步增浓液相中的难挥发组分，以提高塔釜产品中难挥发组分的浓度。,所以，精馏塔在操作中，塔顶得到的是较纯的易挥发组分；塔底得到的是较纯的难挥发组分。,六、物料衡算和操

19、作线方程,操作线方程,（1）精馏段操作线方程,令：,回流比,精馏段操作线方程,其意义：表示在一定的操作条件下，精馏段内自任意第n块板下降液相组成xn与其相邻的下一块（即n+1）塔板上升蒸汽组成y(n+1)之间的关系。,精馏段操作线:,当R,D,xD为一定值时,该操作线为一直线。,斜率:,截距:,y,x,xD,操作线为过点a（xD，xD）及点c（0，xD/(R+1)）的一条直线。,（2）提馏段操作线方程,提馏段操作线方程,其意义：表示在一定的条件下，提馏段内自任意第m块塔板下降液相组成xm与其相邻的下一块（即m+1）塔板上升蒸汽组成ym+1之间的关系。,q线方程或进料方程,在 x-y 相图上是通过点e(xF,xF)的一条直线，其斜率为,例15.连续精馏塔的操作线方程如下：精馏段 y=0.73x+0.26提馏段 试求：原料液、馏出液和釜残液的组成及回流比（泡点进料）。,练习7-5 7-7 7-8 7-10,