化工原理王志魁第四版复习大纲及复习题解析

流体静力学方程及应用。“等压面” 2 管内流体流动的基本方程式 流量与流速间的关系； 连续性方程及应用； 柏努利方程及应用要点。 3 管内流体流动现象

黏度的单位及换算、影响因素<温度）； 流体流动类型及判据；

两种基本流动类型的区别。 “质点运动方式、管内流速分布”

“理解边界层的概念及对传质传热的影响” 4 管内流体流动的摩擦阻力损失 流动阻力产生的原因和条件；

摩擦系数的影响因素直管及局部阻力计算。 5 管路计算 6 流量的测定

常见流量计的类型及应用。

 流体流动问答题

1 流体流动有哪两种基本流动类型，如何判断？

2 从质点运动方式和管内流速分布两方面说明层流和 湍流的区别。

3 一定量的液体在圆形直管内作滞流流动。若管长及

液体物性不变，而管径减至原有的一半，问因流动

阻力产生的能量损失为原来的多少倍？若流动处于

完全湍流区，则结果如何？简要写出推导过程。

4 期中问答题1 5 P55 1-6

 流体流动的计算 主要计算公式：

流量与流速间关系式； 连续性方程； 柏努利方程；

摩擦阻力损失计算式。 注意：截面选取、压强基准、储槽液面流速可略。局部阻力系数与截面选取应一致 辅助计算式：

当量直径、雷诺数、功(效>率和计算

 流体流动的计算 计算类型：

<1）求输送设备的功率<效率）； <2）求设备间的相对位置； <3）求输送的流量； <4）求某截面处压强； <5）求管径。

注意：单位的一致性。 1 离心泵的工作原理

气缚现象及产生的原因、如何防止。 2 离心泵的主要部件及其作用 3 离心泵的主要性能参数 4 离心泵的特性曲线

一定转速下离心泵特性曲线的特点；

输送流体的密度和黏度变化对离心泵的流量、

扬程、轴功率及效率的影响。 5 离心泵的工作点和流量调节 “工作点”、“额定点<设计点）”；

离心泵常用的流量调节方法，流量调节时工

作点的变化，画图示意。

6 离心泵的汽蚀现象和安装高度

汽蚀现象及产生的原因、如何防止，表示离

心泵汽蚀性能的主要参数。 “通过计算判断是否发生汽蚀” 7 离心泵的操作和选型

启动和关闭时的要点及原因； 选型主要依据。 8 正位移泵 特点、举例。

 流体输送设备问答题 1 简述离心泵的工作原理。

2 说明离心泵的主要部件及其作用。

3 气缚和汽蚀产生的原因、现象、如何防止？

4 离心泵在启动和关闭时的操作要点有哪些？

说明原因。

5 已知泵入口真空度和操作温度下液体的饱和

蒸汽压，通过计算判断是否会发生汽蚀现象？

6 正位移泵有哪些操作特性？列举几种常见正位移泵。

 流体输送设备的计算 计算类型：

<1）离心泵安装高度的确定； <2）工作点的确定 1 重力沉降

沉降速度的定义和计算； 降尘室的计算；

指定粒径的颗粒能够完全分离下来的必要条件

沉降速度、临界粒径、生产能力三者之间的关系

多层降尘室的计算要点。“分层”

降尘室生产能力与沉降速度和底面积有关，与高度无关。降尘室分层后，若要求分离的最小颗粒直径不变，则沉降速度不变、沉降时间减少、生产能力增大。 2 过滤

工业上常见过滤方式及其特点； 过滤速率基本方程；

形式、影响因素、简化假设 恒压过滤方程及其应用。

过滤常数K的定义式和影响因素 过滤介质阻力可以忽略的含义——

qe0

 沉降的计算 计算公式：

层流区的沉降速度计算公式；

沉降速度与生产能力、沉降面积之间的关系；

多层降尘室的层数与总处理量(总沉降面积>和

单层处理量(单层沉降面积>间的关系式。

 沉降的计算 计算类型：

<1）求能够分离下来的最小颗粒直径； <2）求沉降速度或生产能力； <3）求气流水平流速；

<4）求沉降面积或多层降尘室的层数或高

VVC/度。

注意计算步骤中的假设和校核！

 过滤的计算 计算公式：

恒压过滤方程式；

滤框体积<滤渣体积）的计算式；

单框过滤面积、总过滤面积及框数的关系。 辅助计算式：

VVqVC/A

注意过滤面积计算式An2l2

 过滤的计算

计算类型：

<1）求过滤常数；

<2）求获得某滤液(滤渣>量需要的过滤时间；

<3）求某过滤时间下获得的滤液(滤渣>量； <4）求过滤面积或滤框数目及框厚。

注意恒压过滤方程中的过滤时间和滤液体积均为累积量！

1 热量传递的三种方式 2 热传导

傅立叶定律；

热导率的含义和影响因素；固体>液体>气体

稳态传热的含义及其在多层平壁导热中的体现。

理解传热速率表示为推动力/阻力的含义 热导率大、则热阻大，该层的温降也大。 3 对流传热

对流传热的机理；

间壁两侧温度分布，热阻集中在层流底层 蒸汽冷凝的两种方式<特点和影响因素）； 滴状冷凝时的对流传热系数远大于膜状冷凝

对流传热系数的影响因素；

典型流体的对流传热系数的大致范围。 有相变的流体对流传热系数远大于无相变流体的对流传热系数，间壁换热时壁面温度接近于对流传热系数大的一侧流体温度。 4 两流体间传热过程的计算 5 换热器

换热器采用逆流换热的优缺点；

管壳式换热器的分类<按照热补偿方式）； 换热器设计中流体流径的选择原则、管间设

置折流挡板的原因； 强化传热的主要途径。

 传热问答题

1 画出间壁两侧流体传热时任一截面的温度分布图，并说明对流传热热阻集中在层流底层中的原因。

2 影响对流传热系数的因素有哪些？ 3 工业生产中为何常采用逆流换热？ 4 P181 4-19

5 管壳式换热器在什么情况下要考虑采取热补偿措施，按照热补偿方式不同可分为哪几种？

 传热问答题

6 管壳式换热器设计时，下列各流体通常走管程还

是壳程，为什么？

<1）腐蚀性的流体；<2）饱和蒸气冷凝； <3）压力高的流体；<4）黏度大的流体。 计算公式：

热量衡算式<求流量或流体出口温度）； 传热速率方程；

对数平均温差计算式； 总传热系数计算式； 换热面积计算式。

 传热过程的计算 计算类型：

<1）计算加热介质或冷却介质的流量； <2）计算流体的出<入）口温度； <3）计算换热量；

<4）确定某侧流体的对流传热系数；

<5）计算<校核）换热面积或管长<管数）。注意：相变换热情况下热量的计算； 不同流向时的对数平均温差的计算； 总传热系数与面积或直径相对应。 1 吸收操作的依据

2 气液相平衡关系——亨利定律

亨利定律的不同表达形式、各系数的影响因素

(物系、温度、压力>及相互关系； 传质方向的判断和传质推动力的确定。 气相中溶质分压大于与其接触的液相平衡分压时，发生吸收过程，操作线位于平衡线的上方。

3 吸收过程的传质速率 两相间传质双膜理论； 稳态传质的含义；

传质速率表达式的含义、推动力和阻力 <传质系数）的对应关系； 气膜控制和液膜控制。

吸收溶解度很大的气体，传质过程速率通常受气膜控制，吸收溶解度很小的气体，传质过程速率通常受液膜控制。 4 吸收塔的计算 回收率<吸收率）； 最小液气比；

吸收剂用量对设备费用和塔操作的影响。

 吸收问答题

1 简述双膜理论的基本要点。

2 吸收剂用量对吸收操作有何影响？如何确定适 宜液气比？

3 在图上给定吸收操作线和平衡线，确定 塔顶及塔底的吸收推动力。

4 通过计算说明传质方向和推动力。如P231 5-9

 吸收问答题

5 通过计算说明吸收过程是液膜控制还是气膜控

制。如P232 5-12

6 推导纯吸收剂吸收时，最小液气比与吸收率和

相平衡常数之间的关系。 计算公式：

摩尔比与摩尔分数的换算； 全塔物料衡算； 操作线方程。

最小液气比的计算公式； 传质单元数的计算公式； 传质单元高度的计算公式； 填料层高度的计算公式。

 吸收塔的计算 计算类型：

<1）求吸收剂用量；

<2）求出塔吸收液组成或吸收尾气组成； <3）求传质单元数；

<4）求传质单元高度或确定传质系数； 是什么？ <5）计算<校核）填料层高度。 4 精馏塔的进料热状态有哪几种？不同进1 蒸馏操作的依据 料状态下的q值 2 汽液相平衡关系——拉乌尔定律 有何不同？ 相对挥发度的定义及影响因素。 5 作图确定最小回流比，写出计算公式； 相对挥发度越大，说明两组分越易分离 6 分析精馏过程中回流比大小对操作费用3 精馏原理 和设备费用的 精馏操作基本原理<多次部分汽化和部分冷影响，并说明适宜回流比如何确定。 凝）；  双组分连续精馏的计算 理论板概念； 计算公式： 实现连续精馏操作的必要条件； 全塔物料衡算<常用于求塔顶及塔底流量）； 沿塔高温度和组成的变化趋势； 操作线方程<常用于求理论板数及板上组4 双组分连续精馏的计算与分析 成）； 采出率、回收率； 进料线方程； 恒摩尔流假设内容及实现条件； <与平衡线联立求交点，确定最小回流五种进料热状态下的q值及板上负荷的变比；与精馏段操作线联立，确定提馏段操化； 作线） 平衡线、操作线、进料线及相对位置； 平衡线方程； 根据已知的操作线和进料线确定回流比、 <与进料线联立求交点，确定最小回流进料状态等参数。 比） 理论板数的确定<图解和逐板计算）； 最小回流比计算公式。 全回流和最小回流比的特点；  双组分连续精馏的计算 适宜回流比的确定。 计算类型：

 蒸馏问答题 <1）求塔顶和塔底流量<采出率或回收率）； 1 实现精馏连续稳定操作的必要条件是什么？ <2）求回流比<最小回流比）； 2 双组分连续精馏计算中应用的基本假设<3）求精<提）馏段上升汽相和下降液相流有哪两个？说明 量； 其内容。 <4）确定精<提）馏段操作线方程； 3 精馏塔的操作线为直线的前提假设是什<5）求理论板数<图解和逐板计算）； 么，其成立条件 <6）求板上气相或液相组成。1、采用如图所示的输送系统，将水池中的清水<密度为1000kg/m3）输送到喷淋塔中。塔压力表的读数为100kPa。吸入和压出管路总长为100m<包括管出入口和全部管件的当量长度）。管内摩擦系数可取为0.032，输送管尺寸为108×4mm。泵的有效功率为4kW，输水量为40m3/h。确定压出管出口距水池液面的垂直距离

2、在一管路系统中，用离心泵将密度为1000kg/m3的清水从敞口地面水池输送到高位密封储槽<其表压为9.81×104Pa），两槽液面的位差10m。管路直管长为50m，管路上装有2个900弯头、一个全开闸阀和一个底阀。管内径均为40mm，摩擦系数为0.02。900弯头

le35d，全开闸阀

le9d，底阀

le285d。试求： 2H40799200qV<1）该管路的特性曲线方程；<2）若离心泵的特性曲线方程为<式中

单位：m；单位：m3/s），泵的效率为0.7，求该管路的输送量及泵的轴功率。 3、见期中试卷流体流动计算题 或第一章作业补充题。 <摩擦系数可视为已知）

1 采用长、宽、高分别为10×6×3m的降尘室处理含尘炉气，降尘室内分为5层。含尘炉气的体积流量为10000m3/h，已知操作温度下的气体黏度为3.4×10-5Pa•s，密度为0.5kg/m3，矿尘密度为4000kg/m3。试问该降尘室能否完全沉降20m以上的尘粒？ 2 见期中试卷沉降计算题

3 用板框压滤机在恒定压差下过滤某悬浮液，已知操作条件下的过滤常数K为7.5×10-5m2/s，qe为0.012m3/m2，每获得1m3滤液得滤饼0.05m3。要求每一操作周期得8m3滤液，过滤时间为0.5h。滤饼不可压缩。求： <1）过滤面积；<2）现有一台板框压滤机，每框的边长为635mm，需要多少个框能满足要求？框厚是多少？ 2524 用板框压滤机在恒定压差下过滤某悬浮液，已知过滤方程为V0.54V7.510A的单位为s。<1）如过滤0.5h可获得8m3滤液，则需要内边长为635mm的正方形滤框

多少个？2）过滤常数K和qe各是多少？ 1、在单程列管式换热器中，用25℃流量为3300kg/h的水将180℃流量为3960kg/h的油降温到72℃，已知油走管程，其比热容为2.1kJ/(kg·℃>，水走壳程，其比热容为4.18kJ/(kg·℃>。换热器的管长为4m，内有φ25mm×2mm的列管42根。管外水侧对流传热系数为1700W/(m2·K>，水侧和油侧污垢热阻分别为1.76×10-4m2·K/W和5.8×10-

4m2·K/W。管壁热阻可忽略，不计热损失。计算管内油侧的对流传热系数。 2、某厂采用一套管式换热器冷凝2000kg/h甲苯蒸汽，冷凝温度为110℃，甲苯的汽化潜热为363kJ/kg，其冷凝传热系数为5600 W/(m2·℃>。冷却水于20℃及5000kg/h的流量进入套管内管<内管尺寸为φ57mm×3.5mm），其比热容为4.174 kJ/(kg·℃>，对流传热系数为2900W/(m2·℃>。忽略管壁及垢层热阻，且不计热损失。求： <1）冷却水的出口温度；2）套管的有效长度。

<补充题：在一单程管壳式换热器中，管内为某溶液呈湍流流动，流量为15000kg/h，温度由15℃升到75℃，其平均比热容为4.18 kJ/(kg·℃>，其对流传热系数为550 W/(m2·℃>。壳程为110℃的饱和蒸汽冷凝，并在饱和温度下排出，其对流传热系数为10000 W/(m2·℃>。换热器管束由长4m的φ25mm×2.5mm钢管组成，管壁导热系数为29W/(m·℃>，垢层热阻与热损失可略。求列管根数。 1、已知某填料吸收塔直径为1m，填料层高度4m。用清水逆流吸收空气混合物中某可溶组分，该组分进口浓度为8%，出口为1%<均为摩尔百分数），混合气流量为30kmol/h，操作条件下的相平衡关系为Y＊=1.2X，操作液气比为2.5。试求： <1）操作液气比为最小液气比的多少倍? <2）出塔液体中溶质的含量？ <3）气相总体积传质系数？

2、流率为0.04kmol/(m2s>的空气混合气中含氨2%<体积%），拟用一逆流操作的填料吸收塔回收其中95%的氨。塔顶喷入浓度为0.0004<摩尔分率）的稀氨水溶液，液气比为最小液气比的1.5倍，操作范围内的平衡关系为Y＊=1.2X，所用填料的气相总体积传质系数

KY=0.052kmol/(m3s>，试求：<1）液体离开塔底时的浓度；<2）填料层高度。 3、某逆流填料吸收塔，用纯溶剂等温吸收混合气中的可溶组分A。已知入塔混合气体流量为2240m3/ h<标态），气体混合物中A的初始浓度为0.02<摩尔分率，下同），操作条件下平衡关系为Y＊=1.2X。若要求吸收率为95％，出塔溶液中溶质A的组成为0.014。试求： <1）塔顶的液相喷淋量；<2）最小吸收剂用量；<3）如气相总传质单元高度为0.84m，则所需的填料层高度为多少？ 1、在连续精馏塔中，精馏段操作线方程为y0.7143x0.2375，q线方程式

y6x2.25，已知进料流量为100kmol/h，且塔顶产品和塔底产品的摩尔流量相等。试

求： <1）回流比R、塔顶馏出液组成；<2）进料热状态参数q值和进料组成，并说明进料状态；<3）釜液组成及提馏段上升的蒸汽流量。 2、一连续操作的二元精馏塔，原料流量为1200kmol/h，其中含A(轻组分>0.5，饱和液体进料。欲在塔顶得到组成为0.95的馏出液，且塔顶产品的采出率为0.4 。已知A、B组分的相对挥发度为2.5，操作回流比为最小回流比的1.5倍，塔顶全凝器，泡点回流。试求： <1）塔顶冷凝液量；<2）精馏段操作线方程；<3）进入塔顶第一块板的汽相组成。

3、在常压连续精馏塔中分离某两组分理想溶液，进料量为200kmol/h，进料中易挥发组分组成为0.4 <易挥发组分摩尔分率，下同），饱和蒸汽进料。物系的平均相对挥发度为2.0，馏出液组成为0.96，塔顶产量为80kmol/h。操作回流比取为最小回流比的1.5倍。试求： <1）最小回流比；<2）精馏段上升蒸汽量和提馏段下降液体量；<3）提馏段操作线方程。