新版化工原理习题答案(03)第三章-非均相混合物分离及固体流态化-题解
第三章 非均相混合物分离及固体流态化
1．颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m 3，直径为0.04 mm 的球形石英颗粒在20 ℃空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg/m 3，球形度6.0=φ的非球形颗粒在20 ℃清水中的沉降速度为0.1 m/ s ，颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密度为7 900 kg/m 3，直径为6.35 mm 的钢球在密度为1 600 kg/m 3的液体中沉降150 mm 所需的时间为7.32 s ，液体的黏度是多少？ 解：（1）假设为滞流沉降，则： 2
s
t
()18d u ρρμ
-=
查附录20 ℃空气3
1.205kg/m ρ=，s
Pa 10
81.15
??=-μ，所以，
()()()s
m 1276.0m 1081.11881.9205.126501004.0185
2
3s 2t =???-??=-=--μρρg d u
核算流型：
3
t 5
1.2050.12760.04100.341
1.8110du Re ρμ--???===
所以，原假设正确，沉降速度为0.1276 m/s 。
（2）采用摩擦数群法
()()s 123
t 5
23
434 1.81102650 1.2059.81
431.9
3 1.2050.1g Re u μρρξρ---=
??-?=
=??
依6.0=φ，9
.431Re
1
=-ξ，查出：t e
t
0.3
u d
Re ρμ==，所以：
5
5e 0.3 1.8110 4.50610m 45μm
1.2050.1
d --??==?=?
（3）假设为滞流沉降，得： 2
s
t
()18d g u ρρμ-=
其中
s
m 02049.0m 32.715.0t ===θh u
将已知数据代入上式得：
()s Pa 757.6s Pa 02049
.018
81.91600790000635.02
?=???-=μ 核算流型 t
0.006350.020491600
0.030811
6.757
du
Re ρμ
??==
=<
2．用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m ，宽5 m ，高4.2 m ，固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m 3。气体的处理量为3000（标准）m 3/h 。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
（1）若操作在20 ℃下进行，操作条件下的气体密度为1.06 kg/m 3，黏度为1.8×10-5 Pa ?s 。 （2）若操作在420 ℃下进行，操作条件下的气体密度为0.5 kg/m 3，黏度为3.3×10-5 Pa ?s 。
解：（1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：
s
m 03577.0s m 5
5360027320
2733000s v,t =??+?=
=
bl
q u
设沉降在斯托克斯区，则：
2
t
()0.0357718s
d g u ρρμ
-==
55t s 1818 1.8100.03577 1.98510m 19.85μm
()(3000 1.06)9.81
u d g μρρ--???==?=--?
核算流型：
5t t 5
1.985100.03577 1.060.04181
1.810du Re ρ
μ--???===
原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985×10-5 m 。
（2）计算过程与（1）相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为： s
m 0846.0s m 5
53600273420
2733000s v,t =??+?=
=
bl
q u
设沉降在斯托克斯区，则：
55t s 1818 3.3100.0846 4.13210m 41.32μm
()(30000.5)9.81
u d g μρρ--???=?=--?
核算流型：
5t t 5
4.132100.08460.50.05291
3.310du Re ρ
μ--???===
原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132×10-5 m 。
3．对2题中的降尘室与含尘气体，在427 ℃下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10 μm ，试确定降尘室内隔板的间距及层数。
解：取隔板间距为h ，令
t
L h u u
=
则 t L h u u
=
（1）
s m 1017.0s m 2
.4527342727336003000s v,=?+?==bH q u
10 μm 尘粒的沉降速度
()()()m 10954.4s m 10
31.31881.95.0300010101835
2
6s 2t ---?=???-??=-=μρρg d u
由（1）式计算h ∴ 0.244m
m 10
954.41017.05
3
=??=-h
层数2.17244
.02
.4===h H n 取18层 0.233m m 18
2
.418===
H h
核算颗粒沉降雷诺数：
644
t t 5
1010 4.954100.5e 7.5101
3.310du R ρ
μ----????===?
核算流体流型：
e 5
2250.233
(
)0.10170.5
5.23368621003.310bh u d u b h Re ρρμμ-????+====
4．在双锥分级器内用水对方铅矿与石英两种粒子的混合物进行分离。操作温度下水的密度
ρ＝996.9 kg/m 3，黏度μ＝0.897 3×10-3 Pa ?s 。固
体颗粒为棱长0.08～0.7mm 的正方体。已知：方
铅矿密度ρs1＝7 500 kg/m 3，石英矿密度ρs2＝2 650 kg/m 3。
假设粒子在上升水流中作自由沉降，试求（1）欲得纯方铅矿粒，水的上升流速至少应为多少？（2）所得纯方铅矿粒的尺寸范围。
解：（1）水的上升流速 为了得到纯方铅矿粒，应使全部石英粒子被溢流带出，因此，水的上升流速应等于或略大于最大石英粒子的自由沉降速度。
对于正方体颗粒 ，应先算出其当量直径和球形度。设l 代表棱长，V p 代表一个颗粒的体积。 颗粒的当量直径为
()m 10685.8m 107.0π
6π6π6433
3333
p e -?=?===-l V d
因此，颗粒的球形度，
23
2
e
s 2p 6π()
ππ0.8066l d S S l
φ=
===
用摩擦数群法计算最大石英粒子的沉降速度，即
32s 2t
2
4()e 3d g
R ρρρξμ-=
17538)
108973.0(381.99.996)9.9962650()10685.8(42
334=????-???=--
已知s
φ=0.806，由图3-3查得Re t =70，则
m/s
07255.0m/s 10685.89.996108973.0704
3
e t t =????==--ρμd Re u
所以水的上升流速应取为0.07255 m/s 或略大于此值。
（2）纯方铅矿粒的尺寸范围 所得到的纯方铅矿粒中尺寸最小者应是沉降速度恰好等于0.07255 m/s 的粒子。用摩擦数群法计算该粒子的当量直径：
1
s1t
23
t 4()e 3g
R u μρρξρ--=
2011.0)
07255.0(9.996381.9)9.9967500(108973.043
23=???-??=-
已知s
φ =0.806，由图3-3查得Re t =30，则
m
10722.3m 07255
.09.996108973.03043
t t e --?=???==u Re d ρμ
与此当量直径相对应的正方体棱长为
m
103m π
610722.3π
64
3
4
3
e
-?=?=
=
-d l
所得纯方铅矿粒的棱长范围为0.3～0.7 mm 。
5．用标准型旋风分离器处理含尘气体，气体流量为0.4 m 3/s 、黏度为3.6×10-5 Pa ?s 、密度为0.674 kg/m 3，气体中尘粒的密度为2 300 kg/m 3。若分离器圆筒直径为0.4 m ，(1) 试估算其临界
粒径、分割粒径及压力降。（2）现在工艺要求处理量加倍，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增大为多少？此时临界粒径是多少？（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），应采取什么措施？ 解：临界直径c
s i
9πB
d N
e u μρ=
式中
m 1.04
4.04===
D B ，2/D h =
Ne =5
m 20m 2
4.01.04
.0s
v,=?
=
=hB
q u
将有关数据代入，得
μm
10698.6m 10698.6m π
23002051
.0106.3965e ?=?=?????=
--d
分割粒径为
()()
μm
778.4m 10778.4m 674.02300204
.0106.327.027.065s i 50=?=-???=-=--ρρμu D d
压强降为
Pa
4.1078Pa 674.02
20
822
2i
=??==?ρξu p
（2）i
u p ，?不变
v,s v,s
i 24
q q u D D
hB =
=
?
m 5657.0m 20
4
.0288i
s v,=??=
=
u q D
m
1096.7m 20
2300514.345657
.0106.3927
.0965i
s e e --?=????
??==
u N B
d ρπμ
所以，处理量加倍后，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增大，同时临界粒径也会增大，分离效率降低。
（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），可采用两台圆筒直径为0.4 m 的旋风分离器并联使用。
6．在实验室里用面积0.1 m 2的滤叶对某悬浮液进行恒压过滤实验，操作压力差为67 kPa ，测得过滤5 min 后得滤液1 L ，再过滤5 min 后，又得滤液0.6 L 。试求，过滤常数e
V K ，，并写出恒
压过滤方程式。
解：恒压过滤方程为： θK qq q =+e
2
2
由实验数据知： min 51
=θ，2
3
1
/m m 01.01
.0001.0==q min
101
=θ
，2
3
1
/m m 016.0=q
将上两组数据代入上式得：
K
q 5)01.0(2)01.0(e 2=+
K
q 10)016.0(2)016.0(e 2=+
解得 2
3
e
/m m 007.0=q
/s
m 108min /m 108.427
2
5--?=?=K
所以，恒压过滤方程为
θ
72108014.0-?=+q q （m 3/m 2，s ）
或 θ
92
1080014.0-?=+V V
（m 3，s ）
7．用10个框的板框过滤机恒压过滤某悬浮液，滤框尺寸为635 mm×635 mm×25 mm 。已知操作条件下过滤常数为/s
m 10225
-?=K ，2
3e
/m m 01.0=q
， 滤
饼与滤液体积之比为v =0.06。试求滤框充满滤饼
所需时间及所得滤液体积。
解：恒压过滤方程为θ
K qq q
=+e 2
2
θ5
2
10202.0-?=+q q
3
32c m 1008.0m 025.0635.010=??=V
3
3
c m 680.1m 06
.01008.0===
v V V ，
222m 0645.8m 102635.0=??=A
2
323/m m 208.0/m m 0645
.8680.1===A V q
代入恒压过滤方程 θ5
2
102208.001.02208.0-?=??+ 得 m in 52.39s 2.2317==θ
8．在0.04 m 2的过滤面积上以1×10-4 m 3/s 的速率进行恒速过滤试验，测得过滤100 s 时，过滤压力差为3×104 Pa ；过滤600 s 时，过滤压
力差为9×104 Pa 。滤饼不可压缩。今欲用框内尺寸为635 mm×635 mm×60 mm 的板框过滤机处理同一料浆，所用滤布与试验时的相同。过滤开始时，以与试验相同的滤液流速进行恒速过滤，在过滤压强差达到6×104 Pa 时改为恒压操作。每获得1 m 3滤液所生成的滤饼体积为0.02 m 3。试求框内充满滤饼所需的时间。
解：第一阶段是恒速过滤，其过滤时间θ与过滤压差之间的关系可表示为： b a p +=?θ
板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与试验时相同，且过滤速度也一样，因此，上式中a ，b 值可根据实验测得的两组数据求出： 3×104=100a+b 9×104=600a+b 解得 a=120，b=1.8×104 即
4
108.1120?+=?θp
恒速阶段终了时的压力差Pa
1064R
?=?p ，故恒速
段过滤时间为
s
350s 120
10
8.11064
4
R
R
=?-?=-?=a b p θ
恒速阶段过滤速度与实验时相同
m/s 105.2m/s 04
.010
13
4
R
--?=?==θA V u
2
3233R R R /m m 875.0/m m 350105.2=??==-θu q
根据方程3-71， 120 =a 2R
2R
==k u ru μυ
4e
R e R 108.1?==
=k
q u q u r b υμ
解得：
s)
/(Pa m 10208528??=-.k ，2
3e
/m m 3750.q
=
恒压操作阶段过滤压力差为6×104 Pa ，所以 /s m 10250.6/s m 10610208.5222
3
2
4
8
--?=????=?=p k K
板框过滤机的过滤面积2
2
2
m 8065.0m
635.02=?=A
滤饼体积及单位过滤面积上的滤液体积为 3
2
2
c
m 0242.00.06m 635.0=?=V
2323c /m m 5.1/m m 02
.08065.00242.0/)(
=?==υA V q
应用先恒速后恒压过滤方程
)()(2)(R
R
e
2R
2
θθ-=-+-K q q q q q
将K 、q e 、q R 、q 的数值代入上式，得： ()()()3501025.6875.05.137.02875.05.13
2
2
2
-?=-?+--θ
解得 s 5.662=θ
9. 在实验室用一个每边长0.16 m 的小型滤框对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤试验。操作条件下在过滤压力差为275.8 kPa ，浆料温度为20 ℃。已知碳酸钙颗粒为球形，密度为2 930 kg/m 3。悬浮液中固体质量分数为0.072 3。滤饼不可压缩，每1 m 3滤饼烘干后的质量为1 620 kg 。实验中测得得到1 L 滤液需要15.4 s ，
得到2 L 滤液需要48.8 s 。试求过滤常数e
K V 和，
滤饼的空隙滤ε，滤饼的比阻r 及滤饼颗粒的比表面积a 。
解：根据过滤实验数据求过滤常数e
V K ，
已知s 4.15=θ，3
m 001.0=V ；s 8.48=θ，3
m 002.0=V 及2
2
2
m 0512.0m 16.02=?=A
代入恒压过滤方程式 θ2
e
2
2KA VV V =+
K V 2
e
3
6
0512.04.1510210?=?+--
K
V 52e 36100512.08.48104104---??=?+?
联立以上两式，解得/s
m 10234.425
-?=K ，3
4e
m 10547.3-?=V
滤饼的空隙滤 4471.029*******=-=ε 悬浮液的密度
3
3F s F m kg/m 1050kg/m )10009277.029300723.0(1)1(1=????
?
?
?
???
+=-+=
ρ
ρρX X
以1 m 3悬浮液为基准求ν 滤饼体积3
3
s
m 04686.0m 16200723
.01050=?=V ， 滤液体积m 9531.01s
=-=V V
∴ 0492.09531.004686.0s
===V V ν
滤饼不可压缩时，rv
p
p k K μ?=?=22 所以，滤饼比阻为
2
1425
33m 10648.2m 10
234.40492.010108.27522----?=?????=?=vK p r μ
颗粒的比表面积
3
26325.02
3145
.023m m 10935.3m m ))
4472.01(54471.010648.2())1(5(?=-???=-=εεr a
10．板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框的长×宽×高为810 mm×810 mm×42 mm ，总框数为10，滤饼体积与滤液体积比为ν=0.1，过滤10 min ，得滤液量为1.31 m 3，再过滤10 min ，共得滤液量为1.905 m 3，试求（1）滤框充满滤饼时所需过滤时间；（2）若洗涤与辅助时间共45 min ，求该装置的生产能力(以得到的滤饼体积计)。
解：（1）过滤面积2
2
m 122.1310281.0=??=A
由恒压过滤方程式求过滤常数
K V 6010122.1331.1231.12
e
2
??=?+
K
V 6020122.13905.12905.12e 2??=?+ 联立解出3
e
m 1376.0=V
，/s
m 10
010.225
-?=K 恒压过滤方程式为θ
32
1034612752.0-?=+V V
3
3c m 2756.0m 10042.081.081.0=???=V
3m 756.2==
v
V V c
代入恒压过滤方程式求过滤时间
()()min
23.40s 2414s 10461.3/756.22752.0756.232==??+=-θ （2）生产能力
/h
m 206.0/s m 10823.4/s m 60
4524142756
.03353D
w c
=?=?+=
++=
-θθθV Q
11．在3
1067?Pa 压力下对硅藻土在水中的悬
浮液进行过滤试验，测得过滤常数K =5×10-5 m 2/s ，q e =0.01 m 3/m 2，滤饼体积与滤液体积之比υ=0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机在3
10134?Pa 压力下过滤上述悬浮液。
试求：（1）过滤至滤框内部全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕以相当于滤液量1/10的清水洗涤滤饼，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15 min ，求过滤机的生产能力（m 3滤液/h ）。
解：（1）硅藻土，01.0=s ，可按不可压缩滤饼处理
p
k K ?=2，e
q 与p ?无关
Pa
101343?=?p 时，/s
m 10
124
-?=K ，2
3e
/m m 01.0=q
3
32c m 6233.0m 38025.081.0=??=V ，2
2
2
m 86.49m
81.0238=??=A 33
c m 791.7m 08.06233.0===
v V V ，2
32
3
/m m 1563.0/m
m 86
.49791
.7==q
代入恒压过滤方程式求过滤时间
θ4
2
101563.001.021563.0-=??+ s 6.275=θ （2）洗涤
3
w
m 7791.01.0==V V
()()()
s m 10748.3s m 01.01563.0886.491088413334e e 2E W --?=+??=+=+=
??? ??=???
??q q KA V V KA d dV d dV θθ
s 9.207s 003748.07791.0/W
W W
==
???
??=θθ
d dV V
（3）生产能力
()/h
m 27.20/h m 3600
/60159.2076.2757913
.733D
W =?++=
++=
θθθV
Q
12. 用一小型压滤机对某悬浮液进行过滤试验，操作真空度为400 mmHg 。测得，
/s
m 10425-?=K ，
2
33e
/m m 107-?=q ，υ=0.2。现用一台GP5-1.75
型转筒真空过滤机在相同压力差下进行生产（过滤机的转鼓直径为1.75 m ，长度为0.9 m ，浸没角度为120o），转速为1 r/min 。已知滤饼不可压缩。试求此过滤机的生产能力及滤饼厚度。
解：过滤机回转一周的过滤时间为
s 20s 1
360120
6060=?
==
=n
ψ
ψT θ
由恒压过滤方程求此过滤时间可得滤液量
4
5
2
108104014.0--?=?=+θq q
解得2
3
/m m 02214.0=q
过滤面积2
2
m 946.4πm
9.075.1=?==DL A π
所得滤液3
3
m 1095.0m 946.402214.0=?==qA V 转筒转一周的时间为s n 6060= 所以转筒真空过滤机的生产能力为/h m 57.6/h m 1095.0160603
3
=??==nV Q
转筒转一周所得滤饼体积3
3
c
m 02190.0m 1095.02.0=?==vV V
滤饼厚度mm
4.4m 10
428.4m 946
.402190.03
c
=?===-A V δ
非均相物系分离 一、填空题 1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u1,在空气中为u2，则u12；若在热空气中的沉降速度为u3，冷空气中为u4，则u34。(＞，＜，＝) dg(ρs-ρ) 18μ2答：ut=，因为水的粘度大于空气的粘度，所以u1 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 = 化工原理考试题及答案 第三章非均相分离 姓名____________班级____________学号_____________成绩______________ 一、填空题： 1.（2分）悬浮液属液态非均相物系，其中分散内相是指_____________；分散外相是指______________________________。 ***答案*** 固体微粒，包围在微粒周围的液体 2.（3分）悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_____________三个力的作用。当此三个力的______________时，微粒即作匀速沉降运动。此时微粒相对于流体的运动速度，称为____________ 。 ***答案*** 重力、阻力、浮力代数和为零沉降速度 3.（2分）自由沉降是___________________________________ 。 ***答案*** 沉降过程颗粒互不干扰的沉降 4.（2分）当微粒在介质中作自由沉降时，若粒子沉降的Rep相同时，球形度越大的微粒，介质阻力系数越________ 。球形粒子的球形度为_________ 。 ***答案*** 小1 5.（2分）沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在_________力或__________力的作用下，沿受力方向发生运动而___________ ，从而与流体分离的过程。 ***答案*** 重离心沉积 6.（3分）球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。滞流沉降时，其阻力系数=____________. ***答案*** 粒子所受合力的代数和为零24/ Rep 7.（2分）降尘宝做成多层的目的是____________________________________ 。 ***答案*** 增大沉降面积，提高生产能力。 8.（3分）气体的净制按操作原理可分为_____________________________________ ___________________.旋风分离器属_________________ 。 ***答案*** 重力沉降、离心沉降、过滤离心沉降 9.（2分）过滤是一种分离悬浮在____________________的操作。 ***答案*** 液体或气体中固体微粒 10.（2分）过滤速率是指___________________________ 。在恒压过滤时，过滤速率将随操作的进行而逐渐__________ 。 ***答案*** 单位时间内通过单位面积的滤液体积变慢 11.（2分）悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是___________________________ ___________________________________________________。 ***答案*** 在滤饼中形成骨架，使滤渣疏松，孔隙率加大，滤液得以畅流 12.（2分）过滤阻力由两方面因素决定：一方面是滤液本身的性质，即其_________；另一方面是滤渣层本身的性质，即_______ 。 ***答案*** μ γL 13.（2分）板框压滤机每个操作循环由______________________________________五个阶段组成。 ***答案*** 装合板框、过滤、洗涤、卸渣、整理 14.（4分）板框压滤机主要由____________________________________________，三种板按________________的顺序排列组成。 ***答案*** 滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成 化工原理练习题一（流体流动与流体输送机械） 一、填空 1．用管子从高位槽放水，当管径增大一倍，则水的流量为原流量倍，假定液面高度、管长、局部阻力及摩擦系数均不变，且管路出口处的流体动能项可忽略。 2．某设备上，真空表的读数为80mmHg，其绝压＝kgf/cm2＝Pa。该地区大气压强为720mmHg。 3．常温下水密度为1000kg／m3，粘度为1cP，在d内=100mm管内以3m/s的速度速度流动，其流动类型为。 4．12kgf·m＝J。 5．空气在标准状态下密度为1.29kg／m3，在0.25MPa下(绝压)80 ℃时的密度为。6．20℃的水通过10m长，d内＝l 00mm的钢管，流量V0＝10m3／h，阻力系数λ＝0.02，阻力降ΔP＝。 ７．常用测量流量的流量计有、、。 8．无论滞流湍流，在管道任意截面流体质点的速度沿管径而变，管壁处速度为，到管中心速度为。滞流时，圆管截面的平均速度为最大速度的倍． 9．在流动系统中，若截面上流体流速、压强、密度等仅随改变，不随而变，称为稳定流动，若以上各量既随而变又随而变，称为不稳定流动。 10．流体在管内作湍流流动时，从中心到壁可以分、、三层。11．流体在圆形直管中滞流流动时，平均流速增大一倍，其能量损失为原来损失的倍。12．等边三角形边长为a，其当量直径是，长方形长2a，宽为a，当量直径是。13．管内流体层流的主要特点是；湍流的主要特点是。14．孔板流量计的流量系数α的大小，主要与和有关。当超过某一值后，α为常数。 l 5．直管阻力的表示式hf＝。管中流出ζ出＝，流入管内ζ入＝。16．气体的粘度随温度的升高而，水的粘度随温度的升高而。 17．在下面两种情况下，假如流体的流量不变，而圆形直管的直径减少二分之一，则因直管阻力引起的压降损失为原来的多少倍?A)两种情况都为层流，B)两种情况都在阻力平方区。 18、离心泵起动时要、。 19、原来输送水的离心泵，现改用于输送某种水溶液，水溶液的重度为水的1.2倍，其它的物理性质可视为与水相同，管路状况不变，泵前后两开口容器液面垂直距离不变，问(1)流量有无改变，(2)压头有无改变，(3)泵的功率有无改变。 20、离心泵在什么情况下容易产生气蚀(1) ，(2) ，(3) (4) 。 4、离心泵的工作点是曲线与曲线的交点。 21、离心泵的安装高度超过允许安装高度时，会发生现象。 22、在低阻管路系统中，适宜使用离心泵的联，主要用于增加；在高阻管路系统中，适宜使用离心泵的联，主要用于增加。 23、往复泵为泵，其流量调节应采用。 二．某离心泵将某种石油馏分自1.5Km外的原油加工厂，经一根φ160×5mm的钢管输送到第一贮缸中，送液量为每分钟2000L。问该泵所需的功率为若干(泵的效率为0.6，管的局部阻力略去不计)。ρ＝705kg／m3，μ=500×10-1Pa·s 。答案：112KW 化工原理例题与习题标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N] 第一章流体流动 【例1-1】已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4 =（+）10-4=×10-4 ρ m =1372kg/m3 【例1-2】已知干空气的组成为：O 221%、N 2 78%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在 压力为×104Pa及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文 100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×+28×+× =m3 根据式1-3a气体的平均密度为： 【例1-3 】本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=、密度ρ 1 =800kg/m3，水层高度h2=、密度ρ2=1000kg/m3。 （1）判断下列两关系是否成立，即p A=p'A p B=p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h。 解：（1）判断题给两关系式是否成立p A=p'A的关系成立。因A与A'两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。 p B =p' B 的关系不能成立。因B及B'两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通 着的同一种流体，即截面B-B'不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度h由上面讨论 知，p A=p'A，而p A=p'A都可以用流体静力学基本方程式计算，即 p A =p a +ρ 1 gh 1 +ρ 2 gh 2 p A '=p a +ρ 2 gh 于是p a+ρ1gh1+ρ2gh2=p a+ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得 800×+1000×=1000h 解得h= 【例1-4】如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。 解：因为倒置U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为ρg与ρ，根据流体静力学基本原理，截面a-a'为等压面，则 p a =p a ' 又由流体静力学基本方程式可得 p a =p 1 －ρgM 【1-1】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出2m ，当地大气压力为101.2kPa 。试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯 化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？ 解 管中水柱高出槽液面2m ，h=2m 水柱。 (1)管子上端空间的绝对压力 绝p 在水平面11'-处的压力平衡，有 .绝绝大气压力 1012001000981281580 （绝对压力） ρ+==-??=p gh p Pa (2)管子上端空间的表压 表p (3)管子上端空间的真空度 真p (4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度'h 常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为/ccl kg m ρ=4 31594 【1-2】在20℃条件下，在试管内先装入12cm 高的水银，再在其上面装入5cm 高的水。水银的密度为/313550kg m ，当地大气压力为101kPa 。试求试管底部的绝对压力为多少Pa 。 解 水的密度/3水=998ρkg m 【1-3】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为/31250kg m 的液体，液面高度为 3.2m 。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m 及1m ，容器上部空间的压力（表压）为29.4kPa 。试求： (1)压差计读数（指示液密度为/31400kg m ）；(2)A 、B 两个弹簧压力表的读数。 习题1-1附图 解 容器上部空间的压力.29 4（表压） =p kPa 液体密度 /31250ρ=kg m ，指示液密度/301400ρ=kg m (1)压差计读数R=? 在等压面''1111上-=p p (2) ().....A p p g Pa ρ=+-=?+??=?333212941022125098156410 【1-4】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。在截面1处的流速为./05m s ，管内径为200mm ，截面2处的管内径为100mm 。由于水的压力，截面1处产生1m 高的水柱。试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差h 为多少（忽略从1到2处的压头损失）? 解 ./105=u m s 另一计算法 计算液柱高度时，用后一方法简便。 【1-5】在习题1-16附图所示的水平管路中，水的流量为./25L s 。已知管内径15=d cm , .225=d cm ，液柱高度11=h m 。若忽略压头损失，试计算收缩截面2处的静压头。 解 水的体积流量 ././33252510 -==?V q L s m s ， 截面1处的流速 ../.3 12 2 1 25101274005 4 4 π π -?= = =?V q u m s d 习题1-4附图 习题1-5附图 一、填空题 1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u 1,在空气中为u 2，则u 1 u 2；若在热空气中的沉降速度为u 3，冷空气中为u 4，则u 3 u 4。(＞，＜，＝) 答：μρρ18) (2-= s t g d u ，因为水的粘度大于空气的粘度，所以21u u < 热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以43u u < 2．用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将 （上升、下降、不变），导致此变化的原因是1） ；2） 。 答：上升， 原因：粘度上升，尘降速度下降； 体积流量上升，停留时间减少。 3．含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变时，颗粒的沉降速度 ，气体的体积流量 ，气体停留时间 ，可100%除去的最小粒径min d 。（增大、减小、不变） 答：减小、减小、增大，减小。 ρξρρ3)(4-= s t dg u ，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小， 压强增加， p nRT V = ，所以气体的体积流量减小， 气体的停留时间 A V L u L t s /= = ，气体体积流量减小，故停留时间变大。 最小粒径在斯托克斯区 )(18min ρρμ-= s t g u d ，沉降速度下降，故最小粒径减小。 4．一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为P 1，总效率为1η，通过细长型旋风分离器时压降为P 2，总效率为2η，则：P 1 P 2， 1η 2η。 答：小于，小于 5．某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为τ，试推算下列情况下的过滤时间τ'为原来过滤时间τ的倍数： 1）0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 2）5.0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 3）1=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 1）0. 5；2）0.707；3）1 s p -?∝1)/(1τ，可得上述结果。 6．某旋风分离器的分离因数k=100，旋转半径R=0.3m ，则切向速度u t = m/s 。 答：17.1m/s 7．对板框式过滤机，洗涤面积W A 和过滤面积A 的定量关系为 ，洗水走过的 距离w L 和滤液在过滤终了时走过的距离L 的定量关系为 ，洗涤速率（W d dV )θ和终了时的过滤速率E d dV )( θ的定量关系为 。 答案： A A w 21= ；L L w 2=; (W d dV )θ=E d dV )(41θ 8．转筒真空过滤机，转速越大，则生产能力就越 ，每转一周所获得的滤 干燥 一、填空 1．在101.33kPa的总压下，在间壁式换热器中将温度为293K，相对湿度为80%的是空气加热，则该空气下列状态参数的变化趋势是：湿度：_____________，相对湿度：__________,露点t d_________。 2．在101.33kPa的总压下，将饱和空气的温度从t1降至t2, 则该空气下列状态参数的变化趋势是：湿度：_____________，相对湿度：__________，露点t d_________。 3．在实际的干燥操作中，常用____________来测量空气的湿度。 4．测定空气中水汽分压的实验方法是测量__________。 5．对流干燥操作的必要条件是___________________；干燥过程是__________相结合的过程。 6．在101.33kPa的总压下，已知空气温为40℃，其相对湿度为60%，且40℃下水的饱和蒸汽压为7.38kPa，则该空气的湿度为_____________kg/kg绝干气，其焓为_______kJ/kg 绝干气。 7．在一定的温度和总压强下，以湿空气做干燥介质，当所用空气的湿度减少时，则湿物料的平衡水分相应__________，其自由水分相应___________。 8．恒定的干燥条件是指空气__________，____________，_____________均不变的过程。9．恒速干燥阶段又称__________控制阶段，影响该阶段干燥速度的主要因素是_________； 降速干燥阶段又称_________控制阶段，影响该阶段干燥速度的主要因素是_________。 10.在恒速干燥阶段，湿物料表面的温度近似等于__________。 11. 在常温和40℃下，测的湿物料的干基含水量X与空气的相对湿度之间的平衡关系为：当相对湿度=100%时，结合水含量为0.26kg/kg绝干料；当相对湿度=40%时，平衡含水量X*= 0.04kg/kg绝干料。已知该物料的初始含水量X1=0.43kg/kg绝干料，现让该物料在40℃下与与相对湿度为40%的空气充分接触，非结合水含量为______kg/kg绝干料，自由含水量为__________kg/kg绝干料。 12. 干燥速度的一般表达式为___________。在表面汽化控制阶段，则可将干燥速度表达式为_______________________。 13. 在恒定干燥条件下测的湿物料的干燥速度曲线如本题附图所示。其恒速阶段干燥速度为_________kg水（m2.h）,临界含水量为____________kg/kg绝干料，平衡含水量为____________kg/kg绝水量。 14. 理想干燥器或等焓干燥过程是指________________，干燥介质进入和离开干燥器的含焓值________________。 15. 写出三种对流干燥器的名称_________,_______________, _____________. 固体颗粒在气流干燥器中经历_______和_________两个运动阶段，其中_____是最有效的干燥区域。 二、选择题 1.已知湿空气的如下两个参数，便可确定其他参数( ) A. H，p B. H，t d C. H, t D. I，t as 化工原理非均相分离 第3章非均相物系的分离和固体流态化 3．1 概述 本章介绍利用流体力学原理(颗粒与流体之间相对运动)实现非均相物系的分离流态化及固体颗粒的气力输送等工业过程。 1．混合物的分类 自然界的大多数物质是混合物。若物系内部各处组成均匀且不存在相界面，则称为均相混合物或均相物系，溶液及混合气体都是均相混合物。由具有不同物理性质(如密度差别)的分散物质和连续介质所组成的物系称为非均相混合物或非均相物系。在非均相物系中，处于分散状态的物质，如分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡，称为分散物质或分散相；包围分散物质且处于连续状态的物质称为分散介质或连续相。根据连续相的状态，非均相物系分为两种类型： ①气态非均相物系，如含尘气体、含雾气体等； ②液态非均相物系，如悬浮液、乳浊液及泡沫液等。 2．非均相混合物的分离方法 由于非均相物系中分散相和连续相具有不同的物理性质，故工业上一般都采用机械方法将两相进行分离。要实现这种分离，必须使分散相与连续相之间发生相对运动。根据两相运动方式的不同，机械分离可按下面两种操作方式进行。 ①颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现悬浮物系分离的过程称为沉降分离。实现沉降操作的作用力可以是重力，也可以是惯性离心力，因此，沉降过程有重力沉降与离心沉降之分。 ②流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称为过滤。实现过滤操作的外力可以是重力、压强差或惯性离心力。因此，过滤操作又可分为重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤。 气态非均相混合物的分离，工业上主要采用重力沉降和离心沉降方法。在某些场合，根据颗粒的粒径和分离程度要求，也可采用惯性分离器、袋滤器、静电除尘器或湿法除尘设备 等，如表3—1所示。 ┘ 此外，还可采用其他措施．预先增大微细粒子的有效尺寸而后加以机械分离。例如，使含尘或含雾气体与过饱和蒸汽接触，发生以粒子为核心的冷凝；又如，将气体引入超声场内，使细粒碰撞并凝聚。这样，可使微细颗粒附聚成较大颗粒，然后在旋风分离器中除去。 对于液态非均相物系，根据工艺过程要求可采用不同的分离操作。若要求悬浮液在一定程度上增浓，可采用重力增稠器或离心沉降设备；若要求固液较彻底地分离，则要通过过滤操作达到目的；乳浊液的分离可在离心分离机中进行。 3．非均相混合物分离的目的 (1)收集分散物质例如收取从气流干燥器或喷雾干燥器出来的气体以及从结晶器出来的晶浆中带有的固体颗粒，这些悬浮的颗粒作为产品必须回收；又如回收从催化反应器出来的气体中夹带的催化剂颗粒以循环使用。 (2)净化分散介质某些催化反应，原料气中夹带有杂质会影响触媒的效能，必须在气体进反应器之前清除催化反应原料气中的杂质，以保证触媒的活性。 一流体流动 流体密度计算 1.1在讨论流体物性时，工程制中常使用重度这个物理量，而在SI制中却常用密度这个物理量,如水的重度为1000[kgf/m3],则其密度为多少[kg/m3]? 1.2燃烧重油所得的燃烧气，经分析测知，其中含8.5％CO2,7.5％O2,76％N2,8％水蒸气（体积％），试求温度为500℃,压强为1atm时该混合气的密度。 1.3已知汽油、轻油、柴油的密度分别为700[kg/m3]、760[kg/m3]和900[kg/m3] 。试根据以下条件分别计算此三种油类混合物的密度（假设在混合过程中，总体积等于各组分体积之和）。 (1)汽油、轻油、柴油的质量百分数分别是20％、30％和50％； (2)汽油、轻油、柴油的体积百分数分别是20％、30％和50％。 绝压、表压、真空度的计算 1.4在大气压力为760[mmHg]的地区,某设备真空度为738[mmHg],若在大气压为655[mmHg]的地区使塔内绝对压力维持相同的数值, 则真空表读数应为多少？ 静力学方程的应用 1.5如图为垂直相距1.5m的两个容器，两容器中所盛液体为水，连接两容器的U型压差计读数R为500[mmHg],试求两容器的压差为多少？ρ水银＝13.6×103[kg/m3] 1.6容器A.B分别盛有水和密度为900[kg/m3]的酒精,水银压差计读数R为15mm,若将指示液换成四氯化碳（体积与水银相同），压差计读数为若干？ ρ水银＝13.6×103[kg/m3] 四氯化碳密度ρccl4＝1.594×103 [kg/m3] 习题 5 附图习题 6 附图 1.7用复式U管压差计测定容器中的压强,U管指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。已知图中h1= 2.3m，h2=1.2m，h3=2.5m，h4=1.4m，h5=3m。大气压强Ｐ0=745[mmHg]，试求容器中液面上方压强P C=? 1.8如图所示,水从倾斜管中流过，在断面A和B间接一空气压差计，其读数R=10mm，两测压点垂直距离 a=0.3m，试求A,B两点的压差等于多少？ 流量、流速计算 1.9密度ρ=892Kg/m3的原油流过图示的管线,进入管段1的流量为V=1.4×10-3 [m3/s]。计算： (1)管段1和3中的质量流量； (2)管段1和3中的平均流速； (3)管段1中的质量流速。 1.10某厂用Φ125×4mm的钢管输送压强P=20at(绝压)、温度t=20℃的空气，已知流量为6300[Nm3/h] (标准状况下体积流量)。试求此空气在管道中的流速、质量流量和质量流速。 (注：at为工程大气压，atm为物理大气压)。 1.11压强为1atm的某气体在Φ76×3mm的管内流动，当气体压强变为5atm时，若要求气体以同样的温度、流速、质量流量在管内流动，问此时管内径应为若干？ 三 计算题 1 （15分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m ，其中压力表之后的管路长度为80m ， 管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m ， 水的密度为1000Kg/m 3，泵的效率为0.85， 输水量为15m 3/h 。求： （1）整个管路的阻力损失，J/Kg ； （2）泵轴功率，Kw ； （3）压力表的读数，Pa 。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ； 由题意知， s m A V u s /12.2) 4 05.03600(15 2 =??==π 则kg J u d l h f /1.1352 12.205.010003.022 2=??=??=∑λ （2）泵轴功率，kw ； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： ∑-+++=+++10,1 21020022f e h p u gH W p u gH ρ ρ 其中， ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0， p 1= p 0=0（表压）, H 0=0， H=20m 代入方程得： kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+?=+=∑ 又 s kg V W s s /17.410003600 15 =?= =ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=， η=80%， kw w N N e 727.11727===η 2 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定 不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg ，压力表读数为2.452× 有一套管式换热器，用冷却水将0.125kg/s 的苯由350K 冷却到300K ，冷却水在φ25×2.5mm 的内管中流动，其进出口温度分别为290K 和320K 。已知水和苯的对流传热系数分别为850 w/m 2?℃和1700 w/m 2?℃，两流体呈逆流流动，忽略管壁热阻和污垢热阻。试求：（1）所需要的管长；（2）冷却水的消耗量。定性温度下苯的比热为C P =1830J/kg ·K ，水的比热为C P =4200J/kg ·K (1)解法一： Q=m s Cp Δt=0.125×1830×50=11437.5 w ---------1分 m t A K Q ?=22=11437.5w --------1分 而2 1 21ln t t t t t m ???-?=? =18.2 ---------------------2分 221212111αλα++=m d d b d d K 代入数据得 K 2=485.7W/m 2·K 所以A 2=1.294m 2=3.14×0.025×L 解得L=16.48m 解法二：若计算基于内壳表面的K 1，则过程如下： 21211111d d d d b K m αλα++=令代入数据得 K 1=607.14W/m 2·K 所以A 1=1.035m 2=3.14×0.020×L 解得L=16.48m 结果完全一致。 (2)Q 1=Q 2=11437.5=4200×30×q L q L =0.09Kg/s 3. (12分) 常压下用连续精馏塔分离含苯44%的苯一甲苯混合物。进料为泡点液体，进料流率取100 kmol/h 为计算基准。要求馏出液中含苯不小于 94 %，釜液中含苯不大于8 %(以上均为摩尔百分率) 。该物系为理想溶液，相对挥发度为2.47。 塔顶设全凝器，泡点回流，选用的回流比为3。 试计算精馏塔两端产品的流率及精馏段所需的理论塔板数。 解：由全塔物料衡算：F ＝D ＋W ;FxF ＝DxD ＋WxW 将已知值代入, 可解得D ＝41.86kmol/h; W=58.14kmol/h 精馏段操作方程为: y n+1=0.75x n +0.235 泡点液体进料时q=1, y n+1=1.3472x n -0.0278 相平衡方程为 =y n /(2.47-1.47y n ) n n n x x y )1(1-+=ααn n n y y x )1(--=αα1 11+++=+R x x R R y D n n 非均相分离 （1）重力沉降 滞流区的沉降公式、降尘室的沉降条件、在降尘室中设置水平隔板（例3－3）、流型校核、降尘室的生产能力 （2）离心沉降 旋风分离器的压强降、旋风分离器的临界粒径、沉降流型校核（离心沉降速度、层流）、多个旋风分离器的并联（例3－5） 旋风分离器的操作原理 三、简答题（10分） 含尘气体通过降尘室后，固体颗粒浓度降低。若其它条件不变，且颗粒沉降处在层流区，试分析气体的温度升高时出口气体的含尘量如何变化 颗粒在层流区的沉降速度计算式为μ ρρ18)(2g d u s t -= 而气体的黏度随温度的升高而增大，所以t u 会减小。 （5分） 含尘气体通过沉降室，颗粒得到分离的必需条件为 t u H u l ≥ 对于临界最小沉降速度，由于气体黏度的增大，最小捕集颗粒直径增大，使得出口气体的含尘量增大（5分） 2． 临界粒径 3、分析颗粒的自由沉降过程 3、（10分）一种测定粘度的仪器由一钢球及玻璃筒组成。测试时筒内充被测液体，记录钢球下落一定距离的时间，球的直径为6mm ，下落距离为20cm ，测试一种糖浆时记下的时间间隔为秒，此糖浆的密度为1300 kg/m 3，钢球的密度为7900 kg/m 3，求此糖浆的粘度。 七、计算题（10分）拟采用降尘室除去常压炉气中的球形尘粒。降尘室的宽和长分别为2m 和6m ,气体处理量为1标m 3/s ，炉气温度为427℃，相应的密度ρ=0.5kg/m 3，粘度μ=×，固体密度ρS =400kg/m 3操作条件下，规定气体速度不大于0.5m/s ，试求： 1．降尘室的总高度H ，m ； 2．理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸。 七、（10分） 解：1）降尘室的总高度H 说明分离过程与分离工程的区别? 答:分离过程:是生产过程中将混合物转变组成不同的两种或多种相对纯净的物质的操作;分离工程:是研究化工及其它相关过程中物质的分离和纯化方法的一门技术科学,研究分离过程中分离设备的共性规律，是化学工程学科的重要组成部分。 实际分离因子与固有分离因子的主要不同点是什么? 答:前者是根据实际产品组成而计算，后者是根据平衡组成而计算。两者之间的差别用级效率来表示。错误:固有分离因子与分离操作过程无关 怎样用分离因子判断分离过程进行的难易程度? 答:分离因子的大小与1相差越远，越容易分离;反之越难分离。 按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程可分为哪两类? 答:平衡分离过程:采用平衡级(理论板)作为处理手段，利用两相平衡组成不相等的原理，即达到相平衡时,原料中各组分在两个相中的不同分配，并将其它影响参数均归纳于级效率之中，如蒸发、结晶、精馏和萃取过程等。大多数扩散分离过程是不互溶的两相趋于平衡的过程。速率分离过程:通过某种介质，在压力、温度、组成、电势或其它梯度所造成的强制力的推动下，依靠传递速率的差别来操作，而把其它影响参数都归纳于阻力之中。如超滤、反渗透和电渗析等。通常,速率控制过程所得到的产品，如果令其互相混合，就会完全互溶。 分离过程常借助分离剂将均相混合物变成两相系统，举例说明分离剂的类型。 答:分离过程的原料可以是一股或几股物料，至少必须有两股不同组成的产品，这是由分离过程的基本性质决定的。分离作用是由于加入(媒介)而引起的，分离剂可以是能量(ESA)或物质(MSA),分离剂有时也可两种同时应用。例如，要把糖水分为纯净的糖和水需要供给热量，使水分蒸发，水蒸气冷凝为纯水,糖在变浓的溶液中结晶成纯糖。或供给?令量，使纯水凝固出来，然后在较高剃温度下使其隔出化;这里所加入的分离剂为ESA。也可将糖水加压，通过特殊的固体膜将水与糖分离。这里所加入的分NEW口e录制小视频离剂为MSA。此外，ESA还可以是输入或输出的功，以驱动泵、压缩机;在吸收、萃取、吸附、离子交换、液膜固膜分离中，均须加入相应的MSA。 化工原理典型习题解答 王国庆陈兰英 广东工业大学化工原理教研室 2003 上 册 一、选择题 1、 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则 (1) 层流时，流动阻力变为原来的 C 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 (2) 完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 解：(1) 由222322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ=??=??=得 1624 4 212212 2122 121212==??? ? ??=???? ??????? ??==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2222u d l d f u d l h f ????? ??=??=ελ得 322 5 5 21214 212 2112212==???? ??=????? ??==d d d d d d d u d u h h f f 2． 水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩短25%，而高位槽水面与贮水池水 面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。 A ．1.155倍 B ．1.165倍 C ．1.175倍 D ．1.185倍 解：由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2 22 2 22211 1ρρ得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2 222222 11 1u d l l u d l l e e ?+?=?+? λλ 又由完全湍流流动，得 ?? ? ??=d f ελ 所以 ()()2 2 2211u l l u l l e e ?+=?+，而 24 d u uA V π ?== 所以 ()()1547.175 .01 2 11 2 12== ++==e e l l l l u u V V 3． 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。已知玻璃球的密度为2500kg/m 3，水 的密度为998.2kg/m 3，水的粘度为 1.005?10-3Pa ?s ，空气的密度为 1.205kg/m 3，空气的粘度为1.81?10-5Pa ?s 。 （1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 B 。 A ．8.612 B ．9.612 C ．10.612 D ．11.612 （2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2，则水中颗粒直径与空气中颗粒 直径之比为 D 。 A ．10.593 B ．11.593 C ．12.593 D ．13.593 解：(1) 由 ()μ ρρ182g d u s t -=，得 ()g u d s t ρρμ-= 18 化工原理练习题 0 绪论 1. 化工原理中的“三传”是指④ ①动能传递、势能传递、化学能传递，②动能传递、内能传递、物质传递 ③动量传递、能量传递、热量传递，④动量传递、热量传递、质量传递 2. 下列单元操作中属于动量传递的有① ①流体输送，②蒸发，③气体吸收，④结晶 3. 下列单元操作中属于质量传递的有② ①搅拌，②液体精馏，③流体加热，④沉降 4. 下列单元操作中属于热量传递的有② ①固体流态化，②加热冷却，③搅拌，④膜分离 5、 l kgf/cm2=________mmHg=_______N/m2 6. 在 26 ℃和1大气压下 ,CO2在空气中的分子扩散系数 D 等于 0.164cm2/s, 将此数据换算成m2/h 单位 , 正确的答案为___④___ ① 0.164m2/h ② 0.0164 m2/h ③ 0.005904 m2/h, ④ 0.05904 m2/h 7. 己知通用气体常数 R=82.06atm.cm3/mol.K, 将此数据换算成用kJ/kmol.K所表示的量 , 正确的答案应为__③_____ ① 8.02 ② 82.06 ③ 8.314 ④ 83.14 第3 章机械分离 一、选择题 1. 下面过滤速率方程式中属于恒压过滤方程的是 ② ①dq/d θ=K/2(q+q e )；②q 2＋2q.q e =K.θ； ③q 2＋q.q e =2K.θ；④q 2＋q.q e =K.θ/2 2. 过滤速率基本方程为 ① ① dq/d θ=K/2(q+q e )；② dq/d θ=K/(q+q e )； ③dq/d θ=KA 2/2(V+V e )；④dV/d θ=K/2(V+V e ) 3 恒压过滤中单位面积累积滤液量q 与时间θ的关系可表示为下图中的 ① 4 对静止流体中颗粒的自由沉降而言，在沉降过程中颗粒所不会受到的力有：① ①牛顿力；②浮力；③曳力 (阻力)；④场力(重力或离心力) 。 5叶滤机洗涤速率与终了过滤速率之比为：④ ①1/2； ②1/3； ③1/4； ④1。 6恒压过滤中，当过滤时间增加1倍， ； /2； ③2； ④0.5。 7关于离心沉降速度和重力沉降速度，下述说法正确的是 ③ 。 ① ② ④ 第一章流体流动 质点含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程 却要大得多。 连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。 拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观察，描述其运动参数(如位移、速度等)与时间的关系。 欧拉法在固定空间位置上观察流体质点的运动情况，如空间各点的速度、压强、密度等，即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。定态流动流场中各点流体的速度u 、压强p不随时间而变化。 轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线，是拉格朗日法考察的结果。流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线，是欧拉法考察的结果。系统与控制体系统是采用拉格朗日法考察流体的。控制体是采用欧拉法考察流体的。 理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零，而实际流体粘度不为零。粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动。通常液体的粘度随温度增 加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主。气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主。 总势能流体的压强能与位能之和。 可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关。有关的称为可压缩流体，无关的称为不可压缩流体。 伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变。平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原则的。 动能校正因子实际动能之平均值与平均速度之动能的比值。 均匀分布同一横截面上流体速度相同。 均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直,在定态流动条件下该截面上 的流体没有加速度, 故沿该截面势能分布应服从静力学原理。 层流与湍流的本质区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。 稳定性与定态性稳定性是指系统对外界扰动的反应。定态性是指有关运动参数随时间的变化情况。 边界层流动流体受固体壁面阻滞而造成速度梯度的区域。 边界层分离现象在逆压强梯度下，因外层流体的动量来不及传给边界层，而形成边界层脱体的现象。 雷诺数的物理意义雷诺数是惯性力与粘性力之比。 量纲分析实验研究方法的主要步骤: ①经初步实验列出影响过程的主要因素； ②无量纲化减少变量数并规划实验； ③通过实验数据回归确定参数及变量适用范围，确定函数形式。 摩擦系数 层流区,λ与Re成反比，λ与相对粗糙度无关； 一般湍流区，λ随Re增加而递减，同时λ随相对粗糙度增大而增大； 充分湍流区，λ与Re无关,λ随相对粗糙度增大而增大。 完全湍流粗糙管当壁面凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻 力损失的影响时，称为水力光滑管。Re很大，λ与Re无关的区域，称为完全湍流粗糙管。同一根实际管子在不同的Re下，既可以是水力光滑管，又可以是完全湍流粗糙管。 局部阻力当量长度把局部阻力损失看作相当于某个长度的直管，该长度即为局部阻力当量长度。 毕托管特点毕托管测量的是流速，通过换算才能获得流量。 驻点压强在驻点处，动能转化成压强(称为动压强)，所以驻点压强是静压强与动压强之和。 孔板流量计的特点恒截面，变压差。结构简单，使用方便，阻力损失较大。转子流量计的特点恒流速，恒压差，变截面。 非牛顿流体的特性 塑性：只有当施加的剪应力大于屈服应力之后流体才开始流动。(完整版)化工原理概念汇总
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