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化工原理

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化工原理试卷班级____________ 姓名______________ 学号____________ 成绩___________一. 计算（69分）：1（20分）. 每小时将2×104kg 、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1075 kg ⋅m -3，粘度为6.5×10-4 Pa·s 。

泵的效率为70%，求泵的轴功率。

附：各局部阻力系数全开闸阀 ζ1 = 0.1790℃标准弯头 ζ2 = 0.75摩擦系数计算式 λ = 0.1( εd + 68Re )0.231. 解：如图，取1-1、2-2界面，以1-1截面为基准面∑-+++=+++21,2222211122f e h g u z g p H g u z g p ρρ（2分）p 1 = 26.7kPa （绝压），z 1 = 0, u 1 ≈ 0 （1分）p 2 = 101.3kPa （绝压）z 2 = 15m （1分）133410168.536001075102--⋅⨯=⨯⨯=s m q V （1分） 123242.1068.0410168.5--⋅=⨯⨯=s m u π（1分） 54106.1105.6107542.1068.0⨯=⨯⨯⨯=-e R （1分） ∴ ∑-+++-=21,222122f e h g u z g p p H ρ （1分）弯闸进直直,,,,,21,52f f f f f f h h h h h h ++=+=∑- （2分）0293.0)106.168683.0(1.023.05=⨯+⨯=λ （1分） gu d l h f 22,⋅=λ直81.9242.1068.06.260293.02⨯⨯⨯==1.178m （1分） 81.9242.1)75.0517.025.0(2,⨯⨯⨯+⨯+=局f h =0.4717m （2分） 4717.0178.181.9242.11581.9107510)7.263.101(23++⨯++⨯⨯-=e H =23.83m （1分） N e = H e q V ρg = 23.83 ⨯ 5.168 ⨯ 10-3 ⨯ 1075 ⨯ 9.81 = 1.30 ⨯ 103W （2分）N a = kW W N e86.11086.17.01030.133=⨯=⨯=η （2分）2（16分）. 质量流量为7000kg ·h -1的常压空气，要求将其由20℃加热到85℃，选用108℃的饱和蒸汽作加热介质。

若水蒸气的对流传热系数为1×10 4W·(m 2·K)-1，空气在平均温度下的物性数据如下：比热容为1kJ·(kg·K)-1，导热系数为2.85×10 -2W(m·K)-1粘度为1.98×10-5Pa·s ，普兰特准数为0.7 。

现有一单程列管式换热器，装有Ø25mm×2.5mm 钢管200根，长2m ，此换热器能否完成上述传热任务？2. （16分）解：W Q 126389)2085(100036007000=-⨯⨯= （2分） 8510820108ln )85108()20108(-----=m T ∆= 48.44ºC （2分） 12295.3020002.0436007000-⋅⋅=⨯⨯⨯=s m kg u ρ （1分） 312631098.195.3002.05=⨯⨯==-μρdu R e （1分） 4.08.0023.0r e p R d λα=空 （1分）4.08.027.03126302.01085.2023.0⨯⨯⨯⨯=- （1分）121.112--⋅⋅=K m W （1分）211222112111αααλδα+≈++=d d d d d d K m （1分） 0113.01011201.112254=⨯+⨯=K = 88.5W ⋅m -2⋅K -1 （1分）248.2944.485.88126398m T K Q A m =⨯=∆=需 （1分） A 实 = n πd 外l = 200 ⨯ π ⨯ 0.025 ⨯ 2 = 31.42m 2 （2分）066.1=需实A A ≈ 1.1 ∴能完成上述传热任务。

（2分）3（14分）. 某厂填料吸收塔，填料高10m ，用清水洗去尾气中有害组分。

在正常情况下，测得原料气中含有害组分0.02(比摩尔分数，下同)，尾气中含有害组分0.004，吸收液含有害组分0.008。

在工作范围内相平衡关系为A A X Y 5.1=*。

问：⑴ 该工况下气相总传质单元高度H OG 为多少？⑵ 因法定排放浓度Y A,2=0.002，计划将塔加高，若液气比不变，填料层需加高多少？3. （14分）解：（1）20008.0004.002.02,1,2,1,,,=--=--=A A A A B n cn X X Y Y q q （2分） ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+----=C n B n A A A A C n B n Cn B n OG q m q m X Y m X Y q m q q m q N ,,2,2,2,1,,,,,)1(ln 11 （2分） 77.225.10004.0002.0)25.11(ln 25.111=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=（2分） 或 ∆Y A,1 = Y A,1 – mX A,1 = 0.02 – 1.5 ⨯ 0.008 = 8⨯10-3 （1分）∆Y A,2 = Y A,2 – mX A,2 = 0.004 （1分）332,2,1,1,2,1,1077.50004.0108ln 004.002.0ln --⨯=-⨯-=---=A A A A A A m A mX Y mX Y Y Y Y ，∆ （2分）77.21077.5004.002.03,2,1,=⨯-=-=-m A A A OG Y Y Y N ∆ （2分） 61.377.210==OG H （2分）(2) 其他条件不变，Y A,2变，则N OG 不变⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+----=C n B n A A A A C n B n Cn B n OG q m q m X Y m X Y q m q q m q N ,,2,/2,2,1,,,,,)1(ln 11 （2分） 66.425.10002.0002.0)25.11(ln 25.111=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=（2分） H / = H OG ⋅ N OG = 3.61⨯ 4.66 = 16.82m （1分）∆H = 16.82 – 10 = 6.82 m （1分）4（19分）.某一常压连续精馏塔内对苯-甲苯的混合液进行分离。

原料液组成为0.35（mol%,下同），该物系的平均相对挥发度为2.5,饱和蒸汽进料。

塔顶采出率为%40,,=F n Dn q q ，精馏段操作线方程为20.075.01+=+n n x y ，1,100-⋅=h kmol q F n 求： ⑴ 提馏段操作线方程式；⑵ 若塔顶第一块板下降的液相组成为0.7，该板的气相默夫里效率E mV,14. （19分）解：（1）175.0+=R R R = 3 （2分） 1312.0+=+=d d x R x x d = 0.8 （2分） 4.08.035.0,,=--=--=ww w d w f F n Dn x x x x x x q q x w = 0.05 （2分） %40,,=F n Dn q q ∴ q n,D = 0.4 ⨯ 100 = 40kmol ⋅h -1 （1分）q n,W = q n,F - q n,D = 100 – 40 = 60 kmol ⋅h -1 （1分）q n,V = ( R + 1) q n,D = (3 + 1 ) ⨯ 40 = 160 kmol ⋅h -1 （1分）δ = 0q n,V / = q n,V - q n,F = 160 – 100 = 60 kmol ⋅h -1 （1分）q n,L / = q n,L = q n,V - q n,D = 160 – 40 = 120 kmol ⋅h -1 （1分）提馏段操作线方程：W V n W n m V n Ln m x q q x q q y /,,/,/,1-=+ = 2x m – 0.05 （2分） (2) 11*1)15.2(15.2x x y -+= 8573.07.0)15.2(17.05.2=⨯-+⨯= （2分） y 2 = 0.75 ⨯ 0.7 + 0.2 = 0.725 （1分）y 1 = 0.8 （1分）5669.0725.08573.0725.08.02*1211,,=--=--=y y y y E V m （2分）二. 选择题（11分）：1. 水以2m·s -1的流速在Ø35mm×2.5mm 钢管中流动，水的粘度为1×10-3Pa·s ，密度为1000kg·m -3,其流动类型为（ ）。

A. 层流B. 湍流C. 无法确定2. 离心泵原来输送水时的流量为q V ，现改用输送密度为水的1.2倍的水溶液，其它物理性质可视为与水相同，管路状况不变，流量（ ）。

A. 增大B. 减小C. 不变D. 无法确定3. 装在某设备进口处的真空表读数为-50kPa,出口压力表的读数为100kPa,此设备进出口之间的绝对压强差为( )kPa 。

A. 150B. 50C. 754. 在精馏塔中每一块塔板上（ ）。

A. 只进行传质作用B. 只进行传热作用C. 同时进行传热传质作用5. 某套管换热器由Ø108×4mm 和Ø55×2.5mm 钢管组成，流体在环隙间流动，其当量直径为（ ）mm 。

A. 53B. 45C. 50D. 586. 如左图安装的压差计，当拷克缓慢打开时，压差计中的汞面将（ ）。

A. 左低右高B. 等高C. 左高右低D. 无法确定7. 饱和空气在恒压下冷却，温度由t1降至t2，其相对湿度ϕ（），绝对湿度H（），露点t d（）。

A. 增加B. 减小C. 不变D. 无法确定8. 已知物料的临界含水量为0.2kg水/kg绝干物料，空气的干球温度为t，湿球温度为t w，露点为t d 。

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化工原理公式总结

化工原理公式总结

化工原理公式总结
化工原理公式总结如下：
1. 质量平衡公式：
输入质量 = 输出质量 + 累积质量
2. 物质平衡公式：
输入组分质量流率 = 输出组分质量流率 + 生成/消耗组分质量流率 + 储存组分质量流率
3. 能量平衡公式：
输入能量 = 输出能量 + 生成/消耗能量 + 储存能量
4. 平均温度计算公式：
平均温度= ∫(T*dA) / ∫dA，其中 T 为温度，dA 为面积微元
5. 理想气体状态方程：
PV = nRT，其中 P 为压力，V 为容积，n 为物质的摩尔数，R 为气体常数，T 为温度
6. 液体体积膨胀公式：
V2 = V1 * (1 + β * ΔT)，其中 V1 为初始体积，V2 为最终体积，β 为膨胀系数，ΔT 为温度变化
7. 理想混合气体摩尔分数公式：
Xi = ni / n，其中 Xi 表示组分 i 的摩尔分数，ni 表示组分 i 的摩尔数，n 表示总摩尔数
8. 溶液浓度计算公式：
质量分数 = 溶质质量 / 总溶液质量
摩尔分数 = 溶质摩尔数 / 总溶液摩尔数
体积分数 = 溶质体积 / 总溶液体积
9. 反应速率公式：
反应速率 = k * [A]^m * [B]^n，其中 k 为速率常数，[A] 和[B] 表示反应物 A 和 B 的浓度，m 和 n 为反应级数
10. 溶解度公式（亨利定律）：
P = K * C，其中 P 为气体的分压，K 为溶解度常数，C 为溶质的浓度。

化工原理(第一章第三节)

化工原理(第一章第三节)


• 三、流动类型
• 1.层流 层流 • 流体质点作直线运动，即流体分层运动， 流体质点作直线运动，即流体分层运动，层 次分明，彼此互不混杂。 次分明，彼此互不混杂。 在总体上沿管道向前运动， 在总体上沿管道向前运动，同时还在各个方 向作随机的脉动。 向作随机的脉动。
• 2.湍流 湍流 •
• 四、影响流型的因素
• 二、粘度 • 衡量流体粘性大小的物理量叫粘度。 衡量流体粘性大小的物理量叫粘度。 • 粘度的物理意义是促使流体流动产生单位速 度梯度时剪应力的大小。 度梯度时剪应力的大小 。 粘度总是与速度梯度相 联系，只有在运动时才显现出来。 联系，只有在运动时才显现出来。 • 粘度是流体物理性质之一， 粘度是流体物理性质之一 ， 其值一般由实验 测定。液体的粘度随温度升高而减小， 测定 。 液体的粘度随温度升高而减小 ， 气体的粘 度则随温度升高而增大。 度则随温度升高而增大 。 压力对液体粘度的影响 很小，可忽略不计，气体的粘度， 很小 ， 可忽略不计 ， 气体的粘度 ， 除非在极高或 极低的压力下，可以认为与压力无关。 极低的压力下，可以认为与压力无关。 • 粘度的单位， SI制中为 制中为： .s， 粘度的单位，在SI制中为：Pa .s，常用单位 还有： (P)、厘泊(cP) 它们之间的换算是： (cP)， 还有：泊(P)、厘泊(cP)，它们之间的换算是： • 1 Pa .s = 10 P = 1000 cP
1. 连续性方程
u1 d2 2 u2 =( d1 )
2. 柏努利方程
p2 1 2 p1 1 2 u2 +Wf u1 +We = gZ2 + ρ + gZ1 + ρ + 2 2 当能量用液柱高度表示时，上式可改写成 当能量用液柱高度表示时， p2 1 2 p1 1 2 u2 +hf u1 +he = Z2 + Z1 + + + ρg ρg 2g 2g 当能量用压力表示时， 当能量用压力表示时，柏氏方程可改写成
(完整版)化工原理基本知识点

(完整版)化工原理基本知识点

第一章 流体流动一、压强1、单位之间的换算关系：221101.3310330/10.33760atm kPa kgf m mH O mmHg ====2、压力的表示（1）绝压：以绝对真空为基准的压力实际数值称为绝对压强（简称绝压），是流体的真实压强。

（2）表压：从压力表上测得的压力，反映表内压力比表外大气压高出的值。

表压=绝压-大气压（3）真空度：从真空表上测得的压力，反映表内压力比表外大气压低多少真空度=大气压-绝压3、流体静力学方程式0p p gh ρ=+二、牛顿粘性定律F du A dyτμ== τ为剪应力；du dy 为速度梯度；μ为流体的粘度； 粘度是流体的运动属性，单位为Pa ·s ；物理单位制单位为g/(cm·s)，称为P （泊），其百分之一为厘泊cp111Pa s P cP ==液体的粘度随温度升高而减小，气体粘度随温度升高而增大。

三、连续性方程若无质量积累，通过截面1的质量流量与通过截面2的质量流量相等。

111222u A u A ρρ=对不可压缩流体1122u A u A = 即体积流量为常数。

四、柏努利方程式单位质量流体的柏努利方程式：22u p g z We hf ρ∆∆∆++=-∑ 22u p gz E ρ++=称为流体的机械能 单位重量流体的能量衡算方程：Hf He gp g u z -=∆+∆+∆ρ22z ：位压头（位头）；22u g ：动压头（速度头） ；p gρ：静压头（压力头） 有效功率：Ne WeWs = 轴功率：Ne N η=五、流动类型 雷诺数：Re du ρμ=Re 是一无因次的纯数，反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系。

（1）层流：Re 2000≤：层流（滞流），流体质点间不发生互混，流体成层的向前流动。

圆管内层流时的速度分布方程：2max 2(1)r r u u R=- 层流时速度分布侧型为抛物线型 （2）湍流Re 4000≥：湍流（紊流），流体质点间发生互混，特点为存在横向脉动。

化工原理总结

化工原理总结

Re一定时，λ随ε/d增大而增大，阻力损失与速度 的平方成正比，称为阻力平方区。
（5）流体在非圆形直管内的流动阻力 当流体在非圆型管内湍流流动时，计算阻力时d用当 量直径de代替。
当量直径：4倍的流通截面积除以流体润湿周边长度
de——当量直径，m； rH——水力半径，m。
de
4A
4rH
对于矩形管长为a,宽为b
（4）轴功率 离心泵的轴功率是指泵轴所需的功率。当泵直接由电 动机带动时，它即是电机传给泵轴的功率，以N表 示，其单位为W或KW。泵的有效功率可写成
Ne QHg
由于有容积损失、水力损失与机 械损失，所以泵的轴功率N要大 于液体实际得到的有效功率，即
N Ne
泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比 泵的轴功率大。在机电产品样本中所列出的泵的轴功 率，除非特殊说明以外，均系指输送清水时的数值。
0
T0 p Tp 0
上式中的ρ0为标准状态下气体的密度，T0、p0分别为标准 状态下气体的绝对温度和绝对压强。
混合气体的密度：
m
pM m RT
M m M A yA M B yB M n yn
（2）流体的粘度
液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度则随温度升 高而增大。
压强变化时，液体的粘度基本不变；气体的粘度随压强 增加而增加的很少，在一般工程计算中可忽略不计。
Re≤2000时，流动类型为层流； Re≥4000时，流动类型为湍流； 2000＜Re＜4000，过渡区，流动类型不稳定。
层流特点：质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运 动，质点之间互不混合。圆管中的流体就如一层一层 的同心圆筒在平行地流动。（滞流） 湍流特点：流体质点除了沿着管道向前流动外，各质 点还作剧烈的径向脉动。（紊流）