化工原理复习要点

盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一1化工原理盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一2化工原理复习要点1.流体流动及输送2.传热过程3.吸收4.精馏盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一31.流体流动及输送1、一个前提：稳定流动，本章仅研究稳定流动的问题。2、两个物性参数：密度、粘度，本章中密度、粘度一般作常数处理。牛顿粘性定律或FddddAFdd-----比例系数，即流体的粘度，单位Pa.s-----剪应力，单位为Padd----速度梯度，１／s盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一4),(Tpf液体:)(TfT↑→↓气体:一般)(TfT↑→↑超高压),(Tpfp↑→↑粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。2.粘度的单位SI制：Pa·s或kg/(m·s)物理制：cP(厘泊）换算关系1cP＝10-3Pa·s盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一5通常流体粘度μ随温度t的变化规律为：（）A．t升高、μ减小B．t升高、μ增大C．对液体t升高μ增大，对气体则相反D．对液体粘度t升高μ减小，对气体则相反.D3.压强压强有不同的单位和表示方式1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O=101.3kPa=1.033kgf.cm2表压=绝对压力-大气压力真空度=大气压力-绝对压力压力测量：压差计盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一61.某设备的表压强为100kPa，则它的绝对压强为kPa；另一设备的真空度为300mmHg，则它的绝对压强为。（当地大气压为101.33kPa）。答案：201.33，460mmHg4.流体流动形态层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合；湍流（或紊流）：流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一7判断流型Re≤2000时，流动为层流，此区称为层流区；Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；2000Re4000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。５.流体在圆管内的速度分布流型判据——雷诺准数无因次数群dRe盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一8管中心流速为最大，即r＝0时，＝umax.u2max.1Rruu管截面上的平均速度:max.uRrdruAVuRS21220即层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2。即流体在圆形直管内层流流动时，其速度呈抛物线分布。221max4)(Rlppu盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一9nRruu1max.湍流速度分布的经验式：max82.0uAVuS流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是型曲线。其管中心最大流速为平均流速的倍，摩擦系数λ与Re关系为；而湍流时，流体管中心最大流速为平均流速的倍。盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一10离心泵的主要部件有、和。其特征曲线有、、。６.离心泵的结构.叶轮，泵壳，泵轴，H-qv,Pa-qv,η-qv７.计算管路计算的基本关系式是连续性方程，柏努力方程（包括静力学方程）及能量损失计算式（含λ的确定）。盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一11常数AAA...2211连续性方程：2121221ddAAuu例在稳态流动系统中,水连续地从粗管流入细管.粗管内径为细管内径的两倍,求细管内水的流速是粗管的若干倍?４倍盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一1224dvq流速与流量gpgZ12112gpgZ22222理想流体的柏努利（Bermoulli)方程(B.E)盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一13fHpgZHegpgZ2222121122实际流体存在流动磨擦阻力，则Ｂ.Ｅ//gHevqepapPa,pe—分别为实际功率（轴功率）和理论功率，单位为ＫＷ--输送机械的效率流体输送所需功率是指单位时间耗用的能量，可按下式求算盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一14gvdlelHf2)(2流动阻力计算式：)(Re,d管进口及出口进口：流体自容器进入管内。ζ进口=0.5进口阻力系数出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外空间。ζ出口=1出口阻力系数盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一15每小时将１×104kg、45℃氯苯用泵从反应器A输送到高位槽B（如图所示）管出口处距反应器液面的垂直高度为15m，反应器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为Ø76mm×4mm、长26.6m的不锈钢管，管壁绝对粗糙度为0.3mm。管线上有两个全开的闸阀、5个90°标准弯头。45℃氯苯的密度为1075kg／m-3，粘度为6.5×10-4Pa·s。泵的效率为85%，求泵的轴功率。附：各局部阻力系数全开闸阀ζ1=0.1790o标准弯头ζ2=0.75摩擦系数计算式25.0Re3164.0盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一161.解：如图，取1-1、2-2界面，以1-1截面为基准面21,2222211122feHguHgpHguHgpp1=26.7kPa（绝压），H1=0,u10p2=101.3kPa（绝压）H2=15m133410583.236001075101smqV123271.0068.0410583.2smu盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一1754108.0105.6107571.0068.0eR21,222122feHguzgppH弯闸进直局直,,,,,21,52fffffffhhhhhhh25.0525.0)108.0(3164.0Re3164.0=0.0188盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一18gudlhf22,直81.9271.0068.06.260188.02=0.189m81.9271.0)75.0517.025.0(2,局fh=0.1179m1179.0189.081.9271.01581.9107510)7.263.101(23eH=22.41m盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一19Pe=HeqVg=22.412.58310-310759.81=0.61103WPa=kWWNe72.010717.085.01061.033盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一202.传热过程１、热传导基本方程：傅立叶定律ddtAQddtAQ或的意义２、平壁的定态热传导盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一21导热系数：导热系数又是物质导热能力的标志，其物理意义为当物体两个面(等温面)间温差为1K，厚度为1m时，每秒经过1m2传热面积所能传导的热量J；其单位为J·(m·K．s)-１。物质的导热系数用实验测定。良导热体与绝热体的导热系数值相差很大(可达一万倍)各种材料中，金属具有较大的导热系数，其中以银和铜的导热系数值最高，但金属中夹有少量杂质后，其导热系数值有显著变化。绝热材料的导热系数较小，与其孔隙度有很大的关系，这是因为不发生对流的空气有很好的绝热能力。液体的导热系数并不大，气体的导热系数最小盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一22质地均匀的固体的导热系数与温度间近似地存在直线关系：)1(0t式中0,──0℃,t℃固体时的导热系数，W/(m·K)；a──温度系数。对大多数金属材料a0，t对大多数非金属材料a0，t液体•一般来说，纯液体的大于溶液•t（除水和甘油）气体•t金属固体非金属固体液体气体盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一23RTAbtQ)/()/()(1332211AbTbbbAtRitQ３、圆筒壁的传热传热122121ln1)(2ln1)(212ddttlrrttlQ２、平壁的定态热传导盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一24nnrrntlrrrrrrttlQ134323212141ln12ln1ln1ln1)(2４、总传热速率方程mtKAQ５、α、K及△tm盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一25当流体被加热时：4.08.0PrRe023.0d当流体被冷却时：3.08.0PrRe023.0dmtKAttttKAtTtTtTtTKAQ212122112211lnln)()(22111221111111dddbddAdAdAbdAKmm盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一26６、热量衡算式通过三层平壁的定态传导过程，各层界面接触均匀，第一层两侧温度为120℃和80℃，第三层外表面温度为40℃，则第一层热阻R1与第二、三层热阻R2，R3的大小为：（）A.R1＞（R2+R3）B.R1＜（R2+R3）C.R1=（R2+R3）D.无法确定Ｃ)()(12222111ttcqTTcqQPmpm盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一27有一套管式换热器，内管为φ180×10mm的钢管，内管中有质量流量为3000Kg/h的热水，从90℃冷却到60℃，环隙中冷却水从20℃升到50℃，总传热系数K=2000W/（m2·℃）。试求：（1）所需冷却水用量[热水的比热容取4.191×103J/(kg·℃)，冷水比热容取4.174×103J/(kg·℃)，忽略热损失]；（2）并流流动时平均温度差；（3）并流时所需传热面积。盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一28W1005.1)6090(10191.436003000)(532111TTcqQpmkg/h3012)2050(10174.436001005.1)(351222ttcQqpm1007502060908.301070ln0170mΔt25mm7.18.3020001005.1tKQA解(1)热负荷冷却水消耗量（2）（3）传热面积℃盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一293.吸收物理吸收是一个物理化学过程，吸收的极限取决于当时条件下吸收质在吸收剂中的溶解度，吸收速率主要取决于吸收质从气相主体传递进入液相主体的扩散速率。降温加压有利于吸收。盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一30一、亨利定律盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一31１）E大的，溶解度小，难溶气体E小的，溶解度大，易溶气体Ｔ↑→Ｅ↑２）H的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体，HT３）m的讨论：m大，溶解度小，难溶气体mTmp盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一32二、双膜理论（2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。（3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以涡流扩散的形式传质。（1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，A以分子扩散方式通过气膜和液膜。盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一33gklHkGK111如Ｈ值较大，得ＫＧ＝kg吸收过程的总阻力主要由气膜阻力所构成，过程称为气膜控制同理可得：lkgkHLK11如Ｈ值较小ＫＬ＝kl即过程为液膜控制盐城师范学院化工原理2020年5月11日星期一34物料衡算