化工原理第一章(1)

第一章 流体流动1-1在大气压强为98.7×103 Pa 的地区，某真空精馏塔塔顶真空表的读数为13.3×103 Pa ，试计算精馏塔塔顶内的绝对压强与表压强。

[绝对压强：8.54×103Pa ；表压强：-13.3×103Pa] 【解】由 绝对压强 = 大气压强–真空度 得到：精馏塔塔顶的绝对压强P 绝= 98.7×103Pa - 13.3×103Pa= 8.54×103Pa 精馏塔塔顶的表压强 P 表= -真空度= - 13.3×103Pa1-2某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，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，如本题附图所示。

测得R 1=400 mm, R 2=50 mm ，R 3=50 mm 。

试求A 、B 两处的表压强。

[A ：7.16×103Pa ；B ：6.05×103Pa]【解】设空气的密度为ρg ，其他数据如图所示a –a′处：P A + ρg gh 1= ρ水gR 3+ ρ水银gR 2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 =1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 =7.16×103Pab-b ′处：P B + ρg gh 3= P A + ρg gh 2 + ρ水银gR 1即：P B =13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103=6.05×103Pa1-3用一复式Ｕ形管压差计测定水流过管道上A 、B 两点的压差，压差计的指示液为水银，两段水银之间是水，今若测得h 1=1.2 m ，h 2=1.3 m ， R 1=0.9 m ，R 2=0.95 m ，试求管道中A 、B 两点间的压差ΔP AB 为多少mmHg ？（先推导关系式，再进行数字运算）[1716 mmHg]【解】 如附图所示，取水平面1-1'、2-2'和3-3'，则其均为等压面，即'11p p =，'22p p =，'33p p =根据静力学方程，有112p gh p O H A =+ρ '112p gR p Hg =+ρ因为'11p p =，故由上两式可得1212gR p gh p Hg O H A ρρ+=+即 1122gR gh p p Hg O H A ρρ-+= (a) 设2'与3之间的高度差为h ，再根据静力学方程，有322'p gh p O H =+ρ')(32222p gR R h g p Hg O H B =+-+ρρR 3R 2R 1ABh 5h 4h 3h 2h 1P 0因为'33p p =，故由上两式可得2222)('22gR R h g p gh p Hg O H B O H ρρρ+-+=+ (b)其中 112R h h h +-= (c) 将式(c)代入式(b)整理得2112)()('22gR R h g p p O H Hg O H B ρρρ-+-+= (d)因为'22p p =，故由式(a)和式(d)得21111)()(222gR R h g p gR gh p O H Hg O H B Hg O H A ρρρρρ-+-+=-+即)()(212R R g p p p O H Hg B A AB +-=-=∆ρρ=(13600-1000)×9.81×(0.9+0.95)=228.7kPa 或1716mmHg1-4 测量气罐中的压强可用附图所示的微差压差计。

一、名词解释绪论1.单元操作：使物质发生组成、状态、能量等变化的物理过程2.动量传递：在流体质点随机运动和碰撞过程中，动量从速度大处向速度小处传递的过程。

3.热量传递：流体内部因温度不同，热量从温度高处向温度低处传递的过程。

4.质量传递：因物质在流体内存在浓度差，物质从浓度高处向浓度低处传递的过程。

第一章5.流体质点：指包含足够多的分子，它比分子的自由程长度大很多，但它的形状与容器或管道相比又微不足道的小块流体。

6.表压强：当被测流体的绝对压强大于外界大气压强时，可用压强表来测量流体的压强。

此时压强表上的读数表示流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强。

7.真空度：当被测流体的绝对压强小于外界大气压时，可用真空表来测量流体的压强，此时真空表上的读数表示流体的绝对压强比大气压强低的数值8.比容：单位质量流体的体积9.体积流量：单位时间内流体经过管道任一截面的体积10.质量流量：单位时间内流体经过任一管道截面的质量11.层流：当流体在管中流动时，若其质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，充满整个管中的流体就如一层一层的同心圆筒在平行的流动，这种流动状态称为层流12.湍流：当流体在管路中流动时，流体质点除了沿管轴向前运动外，各质点的运动速度大小和方向时刻发生改变，质点间相互碰撞，相互混合，这种流动状态称为湍流第二章13.有效功率：单位时间内液体从泵叶轮处获得的有效能量14.扬程：泵对单位重量液体提供的有效能量15.有效气蚀余量：液体经泵吸入管到达泵入口处，入口处所具有的压头P1/ρg+U12/2g与液体在工作温度下的饱和蒸汽压头P v/ρg的差值为有效气蚀余量，以△H a表示16.必须气蚀余量：表示液体从泵入口流到叶轮内最低压力点处的全部压头损失第三章17.重力沉降：由地球引力作用而引发的颗粒沉降过程18.离心沉降：依靠离心力的作用，使流体中的颗粒产生的沉降运动19.临界粒径：含尘气体中，设有一种粒径能满足u tc=qV s/WL的条件，此粒径称为能100%除去的最小粒径，也称临界粒径20.过滤：是使含固体颗粒的非均相物系通过布、网等多孔性材料，分离出固体颗粒的操作第四章21.热传导：物体内部或直接接触的两个物体之间存在温度差，热量会自动地从高温部分流向低温部分的过程22.传热速率：单位时间内通过传热面传递的热量23.热通量：单位面积的传热速率，也称热流密度，单位为W/m224.稳定传热过程：传热物体中各点温度仅随位置的改变而改变，不随时间的变化而变化的热量传递过程25.温度场：物体或系统内某一瞬间所有各点的温度分布总和26.等温面：温度场中同一时刻下所有相同温度的点想连接而构成的面27.温度梯度：两相邻等温面的温度差△t与两等温面之间的垂直距离△n的比值的极限第五章28.吸收：利用气体混合物中各组分溶解度不同来分离气体混和物的操作29.气体溶解度：在恒定的温度和压力下，气液相长期接触后，液相中溶质浓度不再增加，而达到饱和30.分子扩散：当静止流体内部某一组分存在浓度差时，因微观分子热运动使组分从浓度高处向浓度低处扩散的现象31.湍流扩散：当流体流动或搅动时，由于流体质点的宏观随机运动，使组分从浓度高处向浓度低处传递的现象32.扩散速率：单位时间内单位面积上扩散的物质量，以J表示，单位kmol/m2·s二、问答题绪论1、动量传递理论由什么定律描述？简述定律的内容。

第一章流体流动问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件?答1．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。

质点是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。

问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。

问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降?答3．分子间的引力和分子的热运动。

通常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；温度上升,热运动加剧,粘度上升。

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,温度上升,分子间的引力下降,粘度下降。

问题4. 静压强有什么特性?答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。

问题5. 图示一玻璃容器内装有水,容器底面积为8×10-3m2,水和容器总重10N。

<1>试画出容器内部受力示意图<用箭头的长短和方向表示受力大小和方向>；<2>试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？题5附图题6附图答5．1〕图略,受力箭头垂直于壁面、上小下大。

2〕内部压强p=ρgh=1000××；外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强。

因为容器内壁给了流体向下的力,使内部压强大于外部压强。

问题6.图示两密闭容器内盛有同种液体,各接一U形压差计,读数分别为R1、R2,两压差计间用一橡皮管相连接,现将容器A连同U形压差计一起向下移动一段距离,试问读数R1与R2有何变化？<说明理由>答6．容器A的液体势能下降,使它与容器B的液体势能差减小,从而R2减小。

第一章 流体的压力【1-1】容器A 中的气体表压为60kPa ，容器B 中的气体真空度为.⨯41210Pa 。

试分别求出A 、B 二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力。

解 标准大气压力为101.325kPa容器A 的绝对压力 ..p kPa ==A 101325+60161325 容器B 的绝对压力 ..B p kPa =-=1013251289325【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa 和157kPa ，当地大气压力为101.3kPa 。

试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。

解 进口绝对压力 ..进101312893 =-=p kPa出口绝对压力 ..出101 31572583 =+=p kPa 进、出口的压力差..p kPa p kPa ∆=--=+=∆=-=157（12）15712169 或 258 389 3169流体的密度【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为0.4，试求该混合液在20℃下的密度。

解 正庚烷的摩尔质量为/kg kmol 100，正辛烷的摩尔质量为/kg kmol 114。

将摩尔分数换算为质量分数 正庚烷的质量分数 (104100)03690410006114ω⨯==⨯+⨯正辛烷的质量分数 ..2103690631ω=-=从附录四查得20℃下正庚烷的密度/kg m ρ=31684，正辛烷的密度为/kg m ρ=32703 混合液的密度 /..3169603690631684703ρ==+m kg m【1-4】温度20℃，苯与甲苯按4:6的体积比进行混合，求其混合液的密度。

解 20℃时，苯的密度为/3879kg m ，甲苯的密度为/3867kg m 。

混合液密度 ../3879048670．68718 ρ=⨯+⨯=m kg m 【1-5】有一气柜，满装时可装36000m 混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为2224H N COCO CH .04 0.2 0.32 0.07 0.01操作压力的表压为5.5kPa ，温度为40℃。

第一章 流体流动流体的重要性质1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为5.5 kPa ，温度为40 ℃。

已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。

解：气柜满载时各气体的总摩尔数()mol 4.246245mol 313314.860000.10005.53.101t =⨯⨯⨯+==RT pV n 各组分的质量：kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =⨯⨯=⨯=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =⨯⨯=⨯=M n mkg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =⨯⨯=⨯=M n m2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的密度。

设混合油为理想溶液。

解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m331221121t m 157.0m 7106083060=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=+=ρρm m V V V 33t t m m kg 33.764m kg 157.0120===V m ρ 流体静力学3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。

若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=⨯-⨯ （2）真空表读数真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=⨯-⨯4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。

化工原理第章吸收过程的传质速率(1)
化工原理第一章，介绍了各种传质现象，其中包括吸收过程的传质速率。

吸收过程是化学工业中常用的一种分离和纯化方法，它利用气相或液相中的组分在液体中的溶解度差异，通过与液体接触来分离杂质或回收纯净物质。

吸收过程的传质速率是指组分从气相向液相的传质速率。

在吸收过程中，液相通过与气相接触被饱和，因此，气相中的组分被吸收后，液相中的浓度就会逐渐增加，从而影响传质速率。

影响吸收过程传质速率的主要因素有以下几个方面：
1.液相浓度对传质速率的影响
当吸收液体的浓度较低时，液体中的有效传质质量较小，难以适应高速的传质要求。

当吸收液体的浓度增加时，传质速率逐渐增加。

2.气相浓度对传质速率的影响
气相浓度的增加将进一步加快液相的吸收速度。

当气相浓度达到一定的上限时，吸收速度会随着气相浓度的增加而降低。

3.液相表面积对传质速率的影响
液体与气体接触的表面积越大，传质速率越快。

因此，增加液体面积能够提高吸收过程的传质效果。

4.气液界面传质
气液界面传质也是影响吸收速度的重要因素。

当液滴分散在气相中时，气液界面的增加将加快组分的传质速度。

5.物理、化学性质
由于化学反应带来的能量变化，反应热可能会影响传质速率。

此外，
还需要考虑吸收过程中的化学反应以及组分之间的物理和化学相互作用。

总的来说，吸收过程传质速率是由多个因素综合作用而产生的结果。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的操作参数来提高传质速率，以达到更好的分离和纯化效果。