化反
一．填空：（20分）
1．固体催化剂中气体组分是以和形式扩散的
2．有如下反应体系2A+B →C
A+C → D 则（－r B）=
2B+D →E
3.在气固相反应过程中，若要消除外扩散影响则应
若要消除内扩散影响则应
4．在实际流动反应器中，描述返混的模型有和
5．满足理想连续釜式反应器热稳定性操作的必要条件是
和
6．梯尔模数φ催化剂的有效系数=
7．表面反应速率越大则梯尔模数，内扩散速率越大，则梯尔模数越
8．用图解法计算n-CSTR时，若各釜的体积不同，则发生变化
若各釜的温度不同，则发生变化
9．速度常数的表达式为其中反映温度对反应速率的敏感程度
10．固定床反应器的型式主要有和两种
二．简答题（20分）
1．有一化学反应A+B →C的动力学方程式的形式为
试写出该反应的反应机理和控制步骤。
2有一平行反应A+B→P（目），A+B→S（副） r p=k1C A0.8C B r S=k2C A 1.2C B0.5已知:E1>E2。如果要得到较高的目的产物，试定性地分析反应的最佳温度，选择的反应器和操作方式。
3．试用拟均相一维基础模型推导绝热式固定床反应器中绝热温变Λ的表达式
4．利用下图定性分析PFR , CSTR , n-CSTR生产能力的大小。
三．计算题（60分）
１．系统中发生如下反应：CH4+ H2O →CO + 3H2，假设系统体积为１m3,初始状态下有2molCH4, 1molH2O ,1molCO ,4molH2,试求各组分摩尔量与反应进度ξ以及各组分浓度与转化率X A关系. (20分)
2 ．有一等温二级不可逆反应(-r A)=kC A2，已知293K时，k=10m3/kmol.h，反应物A的出始浓度C A0=0.2kmol/m3,进料体积流量v0=2m3/h,试计算下列理想反应器组合方案的出口转化率。(20分)
（1）两个有效体积均为２m3的PFR+CSTR
（2）两个有效体积均为２m3的CSTR串联
3．有一年产1000吨乙烯氧化生产环氧乙烷的装置，采用Ф27×2.5mm列管式固定床反应器，催化剂的充填高度为5.7m，年工作时间7200h，乙烯的转化率为20%，环氧乙烷的收率为66%，原料配比C2H4：空气
=1:25(mol%)，生产中环氧乙烷的损失率为10%，空速Sv=5000m3（原料气）/m3 cat床层.h。物性数据如下：求该反应器中反应管的根数(20分)
2．有一等温二级不可逆反应(-r A )=kC A2，已知293K 时，k=10m 3 /kmol.h ，反应物A 的出始浓度 C A0 =0.2kmol/m 3 , 进料体积流量v 0 =2m 3 /h, 试计算
下列理想反应器组合方案的出口转化率。(20分)
（1）两个有效体积均为２m 3的PFR+CSTR
（2）两个有效体积均为２m 3的CSTR 串联
课程编号 化工原理课程设计 板式精馏塔设计 院系: 班级 姓名: 学号: 学分: 任课老师: 课程成绩: 2013年8月11日目录
一、设计任务书 (3) 二、概述 (5) 三、设计条件及要紧物性参数 (11) 四、工艺设计计算 (13) 五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (19) 六、塔板设计工艺设计 (21) 七、塔板的校核 (22) 八、塔板负荷性能
曲 (28) 九、辅助设备选型 (35) 十、设计结果汇总表 (42) 十一、对设计过程的评述和相关问题的讨论 (43) 十二、要紧符号讲明 (44)
一、设计任务书 1、设计题目 分离醋酸——水混合物常压精馏（筛板）塔的工艺 2、设计条件 1)生产能力：年产量D=3万吨(每年生产日按330天计算)； 2)原料：含醋酸30%（摩尔分数）的粗馏冷凝液，以醋酸——水二元体系； 3)采纳直接蒸汽加热； 4)采纳泡点进料； 5)塔顶馏出液中醋酸含量大于等于99.9%； 6)塔釜残出液中醋酸含量小于等于2%； 7)其他参数（除给出外）可自选； 8)醋酸——水的相对挥发度为α=1.65，醋酸密度为1.049，水的密度为0.998，混合液的表面张力=20mN/m； 3、设计讲明书的内容 1)目录； 2)设计题目及原始数据(任务书)； 3)简述醋酸—水精馏过程的生产方法以及特点； 4)论述精馏塔总体结构的选择和材料的选择；
5)精馏过程的有关计算（物料衡算，理论塔板数，回流比，塔高，塔径，塔板设计管径等）； 6)设计结果概要（要紧设备尺寸，衡算结果等）； 7)主体设备设计计算及讲明； 8)附属设备的选择； 9)参考文献； 10)后记及其他 4、设计图要求 1)绘制要紧装置图，设备技术要求，要紧参数，大小尺寸，部件明细表，标题栏； 2)绘制设备流程图一张； 3)用坐标纸绘制醋酸——水溶液y—x图一张，同时用图解法求理论塔板数； 4)用坐标纸绘制温度与气液相含量的关系图；
七气液传质设备 板式塔 3.1 用一筛板精馏塔分离甲醇水溶液。料液中甲醇浓度为52%(摩尔%,以下同),使塔顶得99.9%的甲醇产品,塔底为99.8%水。塔顶压强为101[KN/m2],全塔压降为30[KN/m2],试按塔底状况估算塔径。取液泛分率为0.7,板间距初步定为300mm, 塔的有效截面为总截面积的90%,塔底气体负荷(可视为水蒸汽)为0.82[kg/s],塔底的液体负荷(可视为水)为1.24[kg/s] 3.2若上题精馏塔经计算所需的理论板数为30块(包括釜), 且在塔顶与塔底平均温度为86℃下甲醇对水的相对挥发度ａ=6.3,水的粘度为0.33厘泊,甲醇粘度为0.26厘泊,求该塔整个塔板层的高度为多少米? 3.3 用第一题给定的条件,经初步设计得到筛板塔主要尺寸如下: 塔径D=900[mm] 板间距H t=300[mm] 孔径d o=4[mm] 板厚t p=2[mm] 堰高t w=50[mm] 堰长L w=630[mm] 筛孔气速U o=12.7[m/s] 降液管面积与塔截面积之比A d/A=0.1 液面落差△=0 降液管下沿离塔板距离y=40[mm] 试校验塔板是否发生液泛;校验液体在降液管中的停留时间是否满足要求。 填料塔 3.4 习题1与2中的筛板塔若改用填料塔代替,内装填38mm 钢鲍尔环试求塔径及填料层高度。塔径按塔底条件计算，取液泛分率为0.6。并比较筛板与填料塔的压降。 3.5 有一填料塔,内充填40[mm]陶瓷拉西环,当塔内上升的气量达到8000[kg/h]时, 便在顶部开始液泛,为了提高产量,拟将填料改为50[mm]陶瓷矩鞍。问此时达到液泛的气量为若干?产量提高的百分率为多少? 综合思考题 3.6 选择与填空 [1].(1) 塔板中溢流堰的主要作用是为了保证塔板上有。 当喷淋量一定时,填料塔单位高度填料层的压力降与空塔气速关系上存在着两个转折点, 其中下转折点称为_______,上转折点称为_______。 (2) 筛板塔、泡罩塔，浮阀塔相比较,操作弹性最大的是_______; 单板压力降最小的是_______; 造价最便宜的是_______。 A.筛板塔 B.浮阀塔 C.泡罩塔 [2].(1) 鲍尔环比拉西环优越之处有(说出三点来)_______。
化工原理知识 绪论 1、单元操作：（Unit Operations）： 用来为化学反应过程创造适宜的条件或将反应物分离制成纯净品，在化工生产中共有的过程称为单元操作（12）。 单元操作特点： ①所有的单元操作都是物理性操作，不改变化学性质。②单元操作是化工生产过程中共有的操作。③单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用设备也是通用的。单元操作理论基础：（11、12） 质量守恒定律：输入=输出+积存 能量守恒定律：对于稳定的过，程输入=输出 动量守恒定律：动量的输入=动量的输出+动量的积存 2、研究方法： 实验研究方法（经验法）：用量纲分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通常用无量纲数群(或称准数)构成的关系来表达。 数学模型法（半经验半理论方法）：通过分析，在抓住过程本质的前提下，对过程做出合理的简化，得出能基本反映过程机理的物理模型。（04） 3、因次分析法与数学模型法的区别：（08B） 数学模型法（半经验半理论）因次论指导下的实验研究法 实验：寻找函数形式，决定参数
第二章：流体输送机械 一、概念题 1、离心泵的压头（或扬程）： 离心泵的压头（或扬程）：泵向单位重量的液体提供的机械能。以H 表示，单位为m 。 2、离心泵的理论压头： 理论压头：离心泵的叶轮叶片无限多，液体完全沿着叶片弯曲的表面流动而无任何其他的流动，液体为粘性等于零的理想流体，泵在这种理想状态下产生的压头称为理论压头。 实际压头：离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括：1）叶片间的环流，2）流体的阻力损失，3）冲击损失。 3、气缚现象及其防止： 气缚现象：离心泵开动时如果泵壳内和吸入管内没有充满液体，它便没有抽吸液体的能力，这是因为气体的密度比液体的密度小的多，随叶轮旋转产生的离心力不足以造成吸上液体所需要的真空度。像这种泵壳内因为存在气体而导致吸不上液的现象称为气缚。 防止：在吸入管底部装上止逆阀，使启动前泵内充满液体。 4、轴功率、有效功率、效率 有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne 表示。 效率： 轴功率：电机输入离心泵的功率,用N 表示，单位为J/S,W 或kW 。 二、简述题 1、离心泵的工作点的确定及流量调节 工作点：管路特性曲线与离心泵的特性曲线的交点，就是将液体送过管路所需的压头与泵对液体所提供的压头正好相对等时的流量，该交点称为泵在管路上的工作点。 流量调节： 1）改变出口阀开度——改变管路特性曲线； 2）改变泵的转速——改变泵的特性曲线。 2、离心泵的工作原理、过程： 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向 g QH N e ρ=η/e N N =η ρ/g QH N =
化工原理课程设计-填料吸收塔的设计
课程设计 题目：填料吸收塔的设计 教学院：化学与材料工程学院 专业：化学工程与工艺（精细化工方向） 学号： 学生姓名： 指导教师： 2012 年 5 月31 日
《化工原理课程设计》任务书 2011～2012 学年第2学期 学生姓名：专业班级：化学工程与工艺(2009) 指导教师：工作部门：化工教研室 一、课程设计题目：填料吸收塔的设计 二、课程设计内容（含技术指标） 1. 工艺条件与数据 煤气中含苯2%（摩尔分数），煤气分子量为19；吸收塔底溶液含苯≥0.15%（质量分数）；吸收塔气-液平衡y*=0.125x；解吸塔气-液平衡为y*=3.16x；吸 收回收率≥95%；吸收剂为洗油，分子量260，相对密度0.8；生产能力为每小时 处理含苯煤气2000m3；冷却水进口温度＜25℃，出口温度≤50℃。 2. 操作条件 吸收操作条件为：1atm、27℃，解吸操作条件为：1atm、120℃；连续操作；解吸气流为过热水蒸气；经解吸后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充 新鲜吸收剂；过程中热效应忽略不计。 3. 设计内容 ①吸收塔、解吸塔填料层的高度计算和设计； ②塔径的计算； ③其他工艺尺寸的计算。 三、进度安排 1．5月14日：分配任务； 2．5月14日-5月20日：查询资料、初步设计； 3．5月21日-5月27日：设计计算，完成报告。 四、基本要求 1. 设计计算书1份：设计说明书是将本设计进行综合介绍和说明。设计说明 书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程 和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计 算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历。 设计说明书应附有带控制点的工艺流程图。 设计说明书具体包括以下内容：封面；目录；绪论；工艺流程、设备及操作 条件；塔工艺和设备设计计算；塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计算； 设计结果概览；附录；参考文献等。 2. 图纸1套：包括工艺流程图(3号图纸)。 教研室主任签名： 年月日
第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为×103 Pa。 解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到： 设备内的绝对压强P绝= ×103 Pa ×103 Pa =×103 Pa 设备内的表压强 P表 = -真空度 = - ×103 Pa 2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/?的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为×106 Pa ， 问至少需要几个螺钉 分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即 P油≤σ螺 解：P螺 = ρgh×A = 960×××× ×103 N σ螺 = ×103×××n P油≤σ螺得 n ≥ 取 n min= 7 至少需要7个螺钉 3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附图所示。测得R1= 400 mm ， R2 = 50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3 = 50 mm。试求A﹑B两处的表压强。 分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a–a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。 解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示
a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即：P A = ×103×× + ×103×× = ×103 Pa b-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1 P B = ×103×× + ×103 =×103Pa 4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／?。试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。 分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1′和4－4′为等压面，2－2′和3－3′为等压面，且1－1′和2－2′的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解 解：设插入油层气管的管口距油面高Δh 在1－1′与2－2′截面之间 P1 = P2 + ρ水银gR ∵P1 = P4，P2 = P3 且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h） 联立这几个方程得到 ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即 ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据 3×103×1 - ×103× = h×103×103) ｈ= ｍ 5．用本题附图中串联Ｕ管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，Ｕ管压差计的指示液为水银，两Ｕ管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：ｈ1﹦2.3m，ｈ2=1.2m, ｈ3=2.5m,ｈ4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离ｈ5=3m。大气压强ｐa= ×103ｐａ。 试求锅炉上方水蒸气的压强Ｐ。
1-6．高位槽内的水面高于地面8m，水从108×4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按Σhf=6.5u2计算，其中u为水在管内的流速，m/s。试计算：（1）A-A’截面处水的流速；（2）水的流量，以m3/h计。 1-7．20℃的水以2.5m/s的流速流经φ的水平管，此管以锥形管与另一53×3mm的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插一垂直玻璃管以面察两截面的压强。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5J/kg求两玻璃管的水面差（以mm计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。
1-8．用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为 φ76×2.5mm在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 24.66×103Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按Σhf,1=2u2与Σhf,2=10u2计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为 98.07×103Pa（表压）。试求泵的有效功率。 1 如图所示，槽内水位维持不变。槽底部与内径为100mm钢管相连，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端15m处安有一个指示液为汞的Ｕ形压差计，测压点与管路出口端之间距离为20m。
(1) 当闸阀关闭时测得Ｒ=600mm，ｈ=1500mm；当闸阀部分开启时，测得Ｒ=400mm， ｈ=1400mm，管路摩擦系数取0.02，入口处局部阻力系数取0.5，问每小时从管中流出水量为多少m3。 (2)当阀全开时（取闸阀全开Le/d=15，λ=0.018），测压点Ｂ处的静压强为若干N/m2（表压）。(13分) 2混合式冷凝器的真空度为78.48kPa，所需冷却水量为5×104 kg/h，冷水进冷凝器的入口比水池的吸水液面高15 m，用φ114×7 mm的管道输水，管长80 m，管路配有2个球形阀和5个90o弯头，已知阀门的阻力系数ζ= 3，90o弯头阻力系数ζ= 1.26，摩擦系数λ= 0.02。现仓库中有四种规格离心泵如下： 编号 1 2 3 4 0.5 1 1 2 流量/ (m3/min) 扬程/ m 10 10 15 15 试问选用哪一号泵，并说明理由。 3由水库将水打入一水池，水池水面比水库水面高50m，两水面上的压力均为常压，要求的流量为90m3/h，输送管内径为156mm，在阀门全开时，管长和各种局部阻力的当量长度的总和为1000m，对所使用的泵在Q=65～135m3/h范围内属于高效区，在高效区中泵的性能曲线可用H=124.5－5.645×104Q2表示，此处H为泵的扬程m，Q为泵的流量m3/s，管子摩擦系数可取为λ=0.025，水的密度ρ=1000kg/m3。求: (1) 管路特性方程
化工原理课程设计 题目：乙醇水精馏筛板塔设计 设计时间：2010、12、20-2011、1、6
化工原理课程设计任务书（化工1） 一、设计题目板式精馏塔的设计 二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计 三、工艺条件 生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年 进料热状况：自选 回流比：自选 加热蒸汽：低压蒸汽 单板压降：≤0.7Kpa 工艺参数 组成浓度（乙醇mol%） 塔顶78 加料板28 塔底0.04 四、设计内容 1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 2.工艺参数的确定 基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。 3.主要设备的工艺尺寸计算 板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。 4.流体力学计算 流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。 5.主要附属设备设计计算及选型 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算：流程计算及选型。 管径计算。 五、设计结果总汇 六、主要符号说明 七、参考文献 八、图纸要求 1、工艺流程图一张(A2 图纸) 2、主要设备工艺条件图（A2图纸） 目录 前言 (4)
1概述 (5) 1.1 设计目的 (5) 1.2 塔设备简介 (6) 2设计说明书 (7) 2.1 流程简介 (7) 2.2 工艺参数选择 (8) 3 工艺计算 (9) 3.1物料衡算 (9) 3.2理论塔板数的计算 (10) 3.2.1 查找各体系的汽液相平衡数据 (10) 如表3-1 (10) 3.2.2 q线方程 (9) 3.2.3 平衡线 (11) 3.2.4 回流比 (12) 3.2.5 操作线方程 (12) 3.2.6 理论板数的计算 (12) 3.3 实际塔板数的计算 (13) 3.3.1全塔效率ET (13) 3.3.2 实际板数NE (14) 4塔的结构计算 (15) 4.1混合组分的平均物性参数的计算 (15) 4.1.1平均分子量的计算 (15) 4.1.2 平均密度的计算 (16) 4.2塔高的计算 (17) 4.3塔径的计算 (17) 4.3.1 初步计算塔径 (17) 4.3.2 塔径的圆整 (18) 4.4塔板结构参数的确定 (19) 4.4.1溢流装置的设计 (19) 4.4.2塔盘布置（如图4-4） (20) 4.4.3 筛孔数及排列并计算开孔率 (21) 4.4.4 筛口气速和筛孔数的计算 (21) 5 精馏塔的流体力学性能验算 (22) 5.1 分别核算精馏段、提留段是否能通过流体力学验算 (22) 5.1.1液沫夹带校核 (22) 5.2.2塔板阻力校核 (23) 5.2.3溢流液泛条件的校核 (25) 5.2.4 液体在降液管内停留时间的校核 (26) 5.2.5 漏液限校核 (26) 5.2 分别作精馏段、提留段负荷性能图 (26) 5.3 塔结构数据汇总 (29) 6 塔的总体结构 (30) 7 辅助设备的选择 (31) 7.1塔顶冷凝器的选择 (31) 7.2塔底再沸器的选择 (32) 7.3管道设计与选择 (33)
第1章 流体流动 1.在工程上，为什么将流体定义为由质点所组成的 答：工程上仅关注流体分子微观运动所产生的宏观结果。流体质点是由大量分子所组成的 微团，质点的运动状态反映并代表着流体的运动状态。 2.流体的连续性假定有何意义 答：假定组成流体的质点之间无间隙，则流体在连续运动过程中无间断，从而可以应用连 续的数学函数描述流体的连续运动过程。 3. 4.5.6.7.答：烟囱拔烟效果好是指(Pout-Pin) 差值大。烟囱出口的水平面上压强相等。当烟囱内的高 温气体温度一定（即密度一定），烟囱外大气温度一定（即密度一定）时， ()out in air fluegas air fluegas P P H g H g H g ρρρρ-=-=-，故烟囱愈高，其拔烟效果愈好。 8.柏努利方程式的应用条件有哪些 答：（1）粘度等于零的理想流体；（2）稳定流动；（3）无机械能的加入或引出；（4）不可 压缩的流体。
9.层流与湍流的本质区别是什么 答：流体层流时，其每一个质点均仅在主流方向上有速度。流体湍流时，其质点除了在主 流方向上有速度以外，同时在其他方向上存在着随即的脉动速度，即流体湍流时，其质点 之间发生相互摩擦与碰撞的概率很大。 10.雷诺数的物理意义是什么 Re 惯性力答：粘性力du u u G u u u d d ρ ρμμμ??====，可见Re 反映流体流动过程中的惯性力与粘性力的相 11.12.13.14.在满流的条件下，水在垂直直管中往下流动，对同一瞬时沿管长不同位置的速度而言， 是否会因重力加速度而使下部的速度大于上部的速度 答：不会。因为，若出现下部的速度大于上部的速度，说明出现了不稳定流动，供给的流 量减小了，或不是满流的条件了。若始终是稳定流动且满流的条件，根据流体流动的连续 性方程，流动过程中，对于不可压缩的水来说。体积流量不变，流速不变。 15.如图所示管路，A 阀、B 阀均处于半开状态。现在分别改变下列条件，试问：（1）将A 阀逐渐关小，h1、h2、(h1-h2)分别如何变化（2）将B 阀逐渐关小，h1、h2、(h1-h2)分别如
七气液传质设备习题解答 1 解: 塔底压强=101+30=131[kn/m2], 在上此压强下水沸点为107℃ ,此温度下 ρG=18×131×273/×101×380)=[kg/m3] ρl=953[kg/m3] θ=[dyn/cm] μ=[cp] (ρl/ρG)1/2V l/V G=(ρG/ρl)1/2m l/m G =953)1/2×= H T=0.3m 当P148图11--6 ,C20= C=C200(σ/20)=20)= UF=C[(ρl-ρG)/ρG]=[/] =[m/s] U==×=2[m/s] 气体流量 : V G=m G/ρG==[m3/s] 塔的有效截面An(指塔版上可供气体通过的截面) An=V G/u=2=[m2] 塔的总截面为A,依题意0.9A=An , ∴A=An/==[m2] 塔截面为A,故塔径为D πD2/4=A D=(4A/π)=(4×=≈[m] 2 解: 已知a=, 86℃时, μ水=[cp]
μ甲醇=[cp] μaΩ=×+×=[cp] aμaΩ=×= 由图11--21查得总板效率E==42% 筛板塔增大10% 故得 E=×=46% 实际塔板数为(30-1)/E=29/=63 (釜算一块理论板) 塔板层高度为(63-1)×=[m] 3 解 : 校核液泛是否发生 气体通过筛孔压力降ho h O=(1/2g)(uo/Co)2ρG/ρl 式中:uo=[m/s] ,ρG=[kg/m3] ; ρl=953[kg/m3] 根据do/tp=4mm/2mm=2 ,由图11--9读出Co= ∴ho=(1/2953)=[m清液柱] 气体通过泡沫层压降e he=β(hw+how) 式中hw=0.05m ; β为充气系数,how为堰头高度。现先求β。它根据u AρG1/2 值从图中查取.u A为按工作面计算的气速: u A=V G/(A-2Ad)=××= [m/s] u AρG1/2== 由此查得β= 。 how=(V′l/lw)2/3 式中.V l为液体体积流量953)×3600=[m3/h] lw为堰长,lw=0.36 m(题给条件)
第一章流体流动练习题 一、填空题 1、根据Re的大小可将流体的流动所处的区域分为区、区和 区 2、由实验确定直管λ与Re的关系。层流区λ与管壁无关，λ与Re的关系为。湍流区，λ与及都有关，而完全湍流区，λ与无关，仅与有关。 3、测定流量用的流量计有、、。 5、某设备真空度为200mmHg，其绝压 13、在静止的同一种连续流体的内部，各截面上__________与__________之和为常数。 14、法定单位制中粘度的单位为__________。 15、牛顿粘性定律表达式为_______，它适用于_________流体呈__________流动
时。 16、开口U管压差计是基于__________原理的测压装置，它可以测量管流中___________上的___________或__________。 17、流体在圆形直管内作滞流流动时的速度分布是_____________形曲线，中心最大速度为平均速度的________倍。摩擦系数与_____________无关，只随_____________加大而_____________。 18、流体在圆形直管内作湍流流动时，摩擦系数λ是_____________函数，若流动在阻力平方区，则摩擦系数是_____________函数，与_____________无关。 19、流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为_____________。邻近管壁处存在_____________层，Re值越大，则该层厚度越_____________ 20、实际流体在直管内流过时，各截面上的总机械能_____________守恒，因实际流体流动时有_____________。 21．测速管测得的是管道中_____________速度，孔板流量计测得的是_____________速度。可从_____________上直接读出被测流体的体积流量。22．测速管和孔板流量计均属于_____________型流量计，是用_____________来反映流量的。转子流量计属于_____________流量计，是通过_____________来反映流量的。 23．不可压缩流体在由两种不同直径组装成的管路中流过时，流速与直径的关系为_____________。 24．局部阻力的计算方法有_____________。 25．理想流体在管道中流过时各截面上_____________相等，它们是_____________之和，每一种能量_____________等，但可以_____________。26．柏努利方程式是以1kg不可压缩流体为基准推导出的，用于可压缩流体时的条件为_____________。 二、选择题 1、化工原理中的流体质点是指（） A、与分子自由程相当尺寸的流体分子 B、比分子自由程尺寸小的流体分子 C、与设备尺寸相当的流体粒子 D、尺寸远小于设备尺寸，但比分子自由程大得多的含大量分子的微团 2、某水泵进口管处真空表计数为650mmHg，出口管处压力表计数为2.5atm，则
化工原理课程设计任务书 （07 化工一班叶成 200730262460 ） 一、题目：酒精连续精馏板式塔的设计 二、原始数据： 1、乙醇—水混合物，含乙醇 32 % （质量），温度 28 C ; 2、产品：馏出液含乙醇93 % （质量），温度31 C ； 3、塔底：塔底液含乙醇0.06 % （质量） 4、生产能力：日产酒精（指馏出液）9800 kg; 5、热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其绝对压强为300 kPa; 三、任务： 1、确定精馏的流程，绘出流程图，标明所需的设备、管线及其有关观测或控制所必需的仪表和装置。 2、精馏塔的工艺设计和结构设计：选定塔板型，确定塔径、塔高及进料板的位置；选择塔板的结构型式、确定塔板的结构尺寸；进行塔板流体力学的计算（包括塔板压降、淹塔的校核及雾沫夹带量的校核等）。 3、作出塔的操作性能图、计算其操作弹性。 4、确定与塔身相连的各种管路的直径。 5、计算全塔装置所用蒸汽量和冷却水用量，确定每个换热器的传热面积并进行选型，若采用直接蒸汽加热，需确定蒸汽鼓泡管的形式和尺寸。 6、其它。 四、作业份量： 1、设计说明书一份，说明书内容见《化工过程及设备设计》的绪论，其中设计说明结果概要一项具体内容包括：塔板数、塔高、塔径、板间距、回流比、蒸汽上升速度、热交换面积、单位产品热交换面积、蒸汽用量、单位产品蒸汽用量、冷却水用量、单位产品冷却水用量、操作压强、附属设备的规格、型号及数量等。
2、塔装配图（1号图纸）；塔板结构草图（35 X35计算纸）；工艺流程图（35 X50计算纸〕 第一部分化工原理课程设计任务 原始数据： 1、乙醇—水混合物，含乙醇32 % （质量），温度28 C ; 2、产品：馏出液含乙醇93 % （质量），温度31 C; 3、塔底：塔底液含乙醇0.06 % （质量） 4、生产能力：日产酒精（指馏出液）9800 kg; 5、热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其绝对压强为300 kPa; 第二部分工艺流程图 第三部分设计方案确定 第三部分：设计方案的确定 一、操作压力： 对于酒精一一水体系，在常压下已经是液态，而且高压或者真空操作会引起操作上的其他问题以及设备费用的增加，尤其是真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用；综上所述，本设计选择常压操作。 二、进料状况： 进料状态有五种，如果选择泡点进料，即q=1时，操作比较容易控制，且不受季节气温的影响， 此外，泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同，设计和制造时比较方便。 三、加热方式： 采用间接蒸汽加热。 四、回流比： 适宜的回流比应该通过经济合算来确定，即操作费用和设备折旧费用之和为最低时的回流比为最适宜的回流比。我们确定回流比的方法为：先求出最小回流比R min，根据经验取操作回流比为最 小回流比的1.1 —2.0 倍，即：R=（1.1 —2.0 ）R min。 回流方式采用泡点回流，易于控制。 五、选择塔板类型： 选用F1浮阀塔板（重阀）。F1浮阀的结构简单，制造方便，节省材料，性能良好，且重阀采用厚度2mm的薄板冲制，每阀质量约为33g，其具有如下优点：生产能力大，操作弹性大，塔板 效率高，气体压强以及液面落差较小，塔的造价比较低（浮阀塔的造价一般为泡罩塔的60 —80 %, 而为筛板塔的120 —130 %）。
七气液传质设备 板式塔 用一筛板精馏塔分离甲醇水溶液。料液中甲醇浓度为52%(摩尔%,以下同),使塔顶得%的甲醇产品,塔底为%水。塔顶压强为101[KN/m2],全塔压降为30[KN/m2],试按塔底状况估算塔径。取液泛分率为,板间距初步定为300mm, 塔的有效截面为总截面积的90%,塔底气体负荷(可视为水蒸汽)为[kg/s],塔底的液体负荷(可视为水)为[kg/s] 若上题精馏塔经计算所需的理论板数为30块(包括釜), 且在塔顶与塔底平均温度为86℃下甲醇对水的相对挥发度ａ=,水的粘度为厘泊,甲醇粘度为厘泊,求该塔整个塔板层的高度为多少米? 用第一题给定的条件,经初步设计得到筛板塔主要尺寸如下: 塔径 D=900[mm] 板间距 H t=300[mm] 孔径 d o=4[mm] 板厚 t p=2[mm] 堰高 t w=50[mm] 堰长 L w=630[mm] 筛孔气速 U o=[m/s] 降液管面积与塔截面积之比 A d/A= 液面落差△=0 降液管下沿离塔板距离y=40[mm] 试校验塔板是否发生液泛;校验液体在降液管中的停留时间是否满足要求。 填料塔 习题1与2中的筛板塔若改用填料塔代替,内装填38mm 钢鲍尔环试求塔径及填料层高度。塔径按塔底条件计算，取液泛分率为。并比较筛板与填料塔的压降。 有一填料塔,内充填40[mm]陶瓷拉西环,当塔内上升的气量达到8000[kg/h]时, 便在顶部开始液泛,为了提高产量,拟将填料改为50[mm]陶瓷矩鞍。问此时达到液泛的气量为若干?产量提高的百分率为多少? 综合思考题 选择与填空 [1].(1) 塔板中溢流堰的主要作用是为了保证塔板上有。 当喷淋量一定时,填料塔单位高度填料层的压力降与空塔气速关系上存在着两个转折点, 其中下转折点称为_______,上转折点称为_______。 (2) 筛板塔、泡罩塔，浮阀塔相比较,操作弹性最大的是_______; 单板压力降最小的是_______; 造价最便宜的是_______。 A.筛板塔 B.浮阀塔 C.泡罩塔 [2].(1) 鲍尔环比拉西环优越之处有(说出三点来)_______。 (2) 是非题 在同样空塔气速和液体流量下,塔板开孔率增加 ①其漏液量也增加 ②压力降必减少。 [3]. 气液两相在填料塔内逆流接触时,_______是气液两相的主要传质表面积。 在相同填料层高度和操作条件下,分别采用拉西环、阶梯环、鲍尔环填料进行填料的流体力学性能试验,哪种填料的压力降最小?
一 1、掌握蒸馏的特点、分类及原理（在双组分溶液的气液相平衡图上进行分析） 。 蒸馏概念：是 利用液体混合物中各组分挥发性的差异，以热能为媒介使其部分气化，从而在气相富集轻组分，液相 富集重组分，使液体混合物得以分离的单元操作。 分离特点（1）蒸馏处理的对象为液体混合物， 分离流程简单，可以直接获得所需要的组分.（2）应用广泛、历史悠久; 不仅可以分离液体混合物，且可加压分离气体混合物及减压分离固体混合物 ?（ 3）以热能为推动力，热能消耗大。 蒸馏分类：（1）按蒸馏方式分简单蒸馏或平衡蒸馏： 混合物各组分挥发性相差大，对组分分离程度要求不高。 精馏： 在混合物组分分离纯度要求很高时采用。 特殊精馏：混合物中各组分挥发性相差很小，或形成恒沸液（ azeotrope ）, 不能用普通精馏，借助某些特殊手段进行精馏。 （2） 按操作流程分：间歇精馏：多用于小批量生产或某些有特殊 要求的场合。连续精馏：多用于大批量工业生产中。 （3） 按操作压力分 常压蒸馏：蒸馏在常压下进行。 减压蒸馏：常压下物系沸点较高热或具热敏性， 高温加热介质 不经济。减压可降低操作温度。 加压蒸馏：对常压沸点很低的物系， 蒸气相的冷凝不能采用常温水和空气等廉价冷却剂，或对常温常压下为气体的物 系（如空气）进 行精馏分离，可采用加压以提高混合物的沸点。 （4） 按混合物组分：多组分精馏：例如原油。双组分精馏：例如乙纯-水体系。 双组分溶液 的气液相平衡图上进行分析： 将组成为Xf 、温度低于泡点的混合液 加热到泡点以上，其部分汽化，将气、液相分开，得组成为 Y1的气相，X1的 液相，继续将 Y1汽相部分冷凝，得 Y2的气相，X2的液相，将Y2气相沿箭头 方向冷凝，得浓 度更高的气相。相反将 X1的液相部分汽化，则得 X2 /和组成 为Y2 /的气相，依图中泡点线方向，则会得到浓度更高的液相。最终达到气、 液两相的纯化分 离。 一 3、掌握恒沸点，恒沸混合液，相平衡常数、挥发度，相对挥发度的概念。 恒沸点:t — x — y 图上液相线与汽相线在某点重合 ，两相组成相等，常压下该点的组成为恒沸组成 ?相应的温度即为恒沸 点?有最低恒沸点和最高恒沸点两种 ? 恒沸液：t — x —y 图上液相线与汽相线在某点重合 ，两相组成相等，常压下该点的组成为恒沸组成 ，该点溶液称为恒沸 液,恒沸组成随压强而变，理论可改变压强来分离，但实际不可行? 相平衡常数K:表示气液平衡时气相组成与液相组成之间的关系与平衡温度之间的关系的常数 p 一定时，Ki 随温度而变化。Ki 值越大，组分在气、液两相中的摩尔分数相差越大，分离也越容易。对于易挥发 组分，Ki >1，即 yi > xi 。 yi 和xi 分别表示i 组分在互为平衡的气、液两相中的摩尔分数。 挥发度VA :组分在气相中的平衡蒸气压（分压）与在液相中的摩尔分数的比值。溶液中各组分的挥发性由挥发度 来量衡?对纯组分液体，其挥发度就等于该温度下液体的饱和蒸气压。 相对挥发度：:溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度 ? 是相平衡时两个组分在气相中的摩尔分数比与液相 中摩尔分数比的比值，由其大小可以判断该混合液能否用蒸馏方法加以分离以及分离的难易程度。 >1,表示组分A 较B 易挥发； 值越大，两个组分在两相中相对含量的差别越大，越容易用蒸馏方法将两组分分离；若 =1,此 时不能用普通蒸馏方法分离该混合物。 一 5、掌握精馏操作流程、精馏段，提馏段的概念及作用。 原料液预热器加热到指定温度后 ，送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合 ，逐板溢流，最 后流入塔底再沸器中?在每层板上，回流液体与上升蒸气互相接触，进行热和质的传递过程?操作时连续地从再沸器取出 部分液体作为塔底（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板?塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝 ，并将 部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体 ，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品 （馏出液）? 精馏段一加料板以上的塔段:气相中的重组分向液相（回流液）传递，而液相中的轻组分向气相传递，从而完 成上升蒸气的精制。 提馏段一加料板以下的塔段:下降液体（包括回流液和料液中的液体部分）中的轻组分向气相（回流）传递， 而气相中的重组分向液相传递，从而完成下降液体重组分的提浓。 一 7、掌握回流比的概念、对精馏塔理论板数的影响及适宜回流比的选择方法。 回流比R ：精馏段中下降液体的摩尔流量 L 与塔顶产品（馏出液）流量的比值 R 。塔所需的理论板数，塔顶冷凝 o K i / K i R p P A A P B B X i X A X B K ，Ki 并非常数，当 S —w
《化工原理》学习方法 化工原理是在研究化学工业共性的基础上发展起来的。本课程属于技术基础课程，主要研究化工生产中的物理加工过程，按其操作原理的共性归纳成若干个“单元操作”，研究对象由过程和设备两部分组成，通过学习本课程不仅使同学们掌握如流体输送、液体搅拌、过滤、沉降、传热、蒸发、精馏、吸收、干燥等典型化工单元操作的知识，而且让同学们掌握一般工程处理方法，如因次分析法、数学模型法、过程分解法、极限处理法等等。同时本课程的学习有承上启下的作用。一方面需要应用已经掌握的微积分、常微分方程、数值计算方法等高等数学知识以及普通物理和物理化学知识，另一方面为后继专业课程，如分离工程，化工设计等课程的学习打下坚实的基础。 由于本门课程属于工程科学，与原来所学的高等数学、普通物理等自然科学课程有着较大的差别。这些自然科学课程通常采用严谨的、逻辑推理的思维方法来进行问题分析的，而所分析的问题也大多处于理想条件下的非实际问题；而作为工程科学，化工原理所面临的是大量的工程实际问题；只有在错综复杂的各个影响因素中，抓住主要影响因素，进行合理简化，才能找到解决实际问题的正确途径，如果不注意这种思维方法上的转变，不恰当地照搬严谨的、逻辑推理的方法来全面分析复杂的工程实际问题，很可能会在现实中一筹莫展。 在本课程的学习中，希望同学们能够注意弄清基本概念，掌握分析化工问题的常用方法和手段、分析过程中所采取的主要步骤，得出的重要结论，以及这些结论在过程设计和操作调节中所体现出来的内
在含义。对于基本的、重要的公式，应当达到熟练掌握和应用的程度。在学习过程中，难免有不少东西需要记忆，记忆有机械记忆，联想记忆，理解记忆等方法，我们注重理解记忆，因为真正理解的东西，记住的不仅仅是其形式，而且是其深刻的内涵。 上册第一章流体流动 1. 本章学习的目的 通过本章学习，掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题，诸如： （1）流体输送：流速的选择，管径的计算，输送机械选型。 （2）流动参数的测量：压强（压力）、流速（流量）等。 （3）不互溶液体（非均相物系）的分离和分散（混合）。 （4）选择适宜的流体流动参数，以适应传热、传质和化学反应的最佳条件。 2. 本章重点掌握的内容 （1）静力学基本方程的应用
南京工程学院 课程设计说明书（论文）题目乙醇—水连续精馏塔的设计 课程名称化工原理 院(系、部、中心)康尼学院 专业环境工程 班级K环境091 学生姓名朱盟翔 学号240094410 设计地点文理楼A404 指导教师李乾军张东平 设计起止时间：2011年12月5日至 2011 年12月16日
符号说明 英文字母 A a——塔板开孔区面积，m2； A f——降液管截面积，m2； A0——筛孔面积； A T——塔截面积； c0——流量系数，无因此； C——计算u max时的负荷系数，m/s； C S——气相负荷因子，m/s； d0——筛孔直径，m； D——塔径，m； D L——液体扩散系数，m2/s； D V——气体扩散系数，m2/s； e V——液沫夹带线量，kg(液)/kg(气)；E——液流收缩系数，无因次； E T——总板效率，无因次； F——气相动能因子，kg1/2/（s·m1/2）； F0——筛孔气相动能因子，kg1/2/（s·m1/2）；g——重力加速度，9.81m/s2； h1——进口堰与降液管间的距离，m； h C——与干板压降相当的液柱高度，m液柱； h d——与液体流过降液管相当的液柱高度，m； h f——塔板上鼓泡层液高度，m； h1——与板上液层阻力相当的高度，m液柱； h L——板上清夜层高度，m； h0——降液管底隙高度，m； h OW——堰上液层高度，m； h W——出口堰高度，m； h'W——进口堰高度，m； Hσ——与克服表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱； H——板式塔高度，m； 溶解系数，kmol/(m3·kPa)； H B——塔底空间高度，m； H d——降液管内清夜层高度，m； H D——塔顶空间高度，m； H F——进料板处塔板间距，m； H P——人孔处塔板间距，m； H T——塔板间距，m；K——稳定系数，无因次； l W——堰长，m； L h——液体体积流量，m3/h； L S——液体体积流量，m3/h； n——筛孔数目； P——操作压力，Pa； △P——压力降，Pa； △P P——气体通过每层筛板的压降，Pa；r——鼓泡区半径，m， t——筛板的中心距，m； u——空塔气速，m/s； u0——气体通过筛孔的速度，m/s； u0，min——漏气点速度，m/s； u'0——液体通过降液管底隙的速度，m/s；V h——气体体积流量，m3/h； V s——气体体积流量，m3/h； W c——边缘无效区宽度，m； W d——弓形降液管宽度，m； W s——破沫区宽度，m； x——液相摩尔分数； X——液相摩尔比； y——气相摩尔分数； Y——气相摩尔比； Z——板式塔的有效高度，m。 希腊字母 β——充气系数，无因次； δ——筛板厚度，m； ε——空隙率，无因次； θ——液体在降液管内停留时间，s；μ——粘度，mPa； ρ——密度，kg/m3； σ——表面张力，N/m； ψ——液体密度校正系数，无因次。 下标 max——最大的； min——最小的； L——液相的； V——气相的。
目录 摘要.............................................................................................................................III 1 关于化学反应 (1) 2 关于化学反应器 (2) 2.1 反应器的类型 (2) 2.2 反应器的性能指标 (2) 2.3 反应器的控制要求 (2) 3 反应器的控制方案 (4) 3.1 反应器常用的控制方式 (4) 3.2 温度被控变量的选择 (5) 3.3 控制系统的选择 (6) 4 反应器串级系统的控制原理 (9) 4.1 系统方框图 (9) 4.2 系统原理分析 (9) 5 反应器的部分实现 (11) 5.1 原料的比值控制 (11) 5.2 仪器仪表的选择 (12) 6 设计总结与展望 (13) 参考文献 (14)
化学反应器自动控制系统设计 1 关于化学反应 化学反应的本质是物质的原子、离子重新组合，使一种或者几种物质变成另一种或几种物质。化学反应过程具备以下特点： 1) 化学反应遵循物质守恒和能量守恒定律。因此，反应前后物料平衡，总热量也平衡； 2) 反应严格按反应方程式所示的摩尔比例进行； 3) 化学反应过程中，除发生化学变化外，还发生相应的物理等变化，其中比较重要的有热量和体积的变化； 4) 许多反应应需在一定的温度、压力和催化剂存在等条件下才能进行。 此外，反应器的控制方案决定于化学反应的基本规律： 1．化学反应速度 化学反应速度定义为：单位时间单位容积内某一部分A 生成或反应掉的摩尔数，即 t A A Vd dn r 1± = (1-1) 若容积V 为恒值，则有 dt dC dt V dn r A A A ±=± =/ (1-2) 式中 r A ——组分A 的反应速度，mol/m 3·h ； n A ——组分A 的摩尔数，mol ； C A ——组分A 的摩尔浓度，mol/m 3； V ——反应容积，m 3。 2．影响化学反应速度的因素 实验和理论表明，反应物浓度(包括气体浓度，溶液浓度等)对化学反应速度有关键作用。温度对化学反应速度影响较为复杂，最普遍的是反应速度与温度成正比。而对于气相反应或有气相存在的反应，增大压力(压强)会加速反应的进行。化学反应还受催化剂，反应深度等因素的影响，这些都是要在设计反应器是需要考虑的。