化工单元操作技术期末复习
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《化工单元操作技术》期末单元总复习《化工单元操作技术》是极为重要的基础技术课程,直接服务和应用于化工生产第一线,理论性和实践性都很强。
学员在学习时应给予足够重视,现针对各章重点、难点归纳如下,并附相应习题供学员参考。
第二章流体流动和第三章流体输送机械是本书重点内容,介绍了流体的密度、压强、黏度的定义及单位;流体压强的常见单位及与国际单位制的换算换算、压强的表示方式;流体的流速和流量的定义、单位及表示方法;雷诺准数的表达式及应用;流动阻力的分类及计算方法。
在这部分内容中还包括两个重要的横算:物料衡算——连续性方程;机械能衡算——柏努力方程。
这两个方程是解决流体流动问题的基础,要求学员能灵活应用他们解决遇到的问题。
流体输送机械部分内容主要有离心泵的构造与作用原理;气缚现象及如何排除气缚;泵的主要性能参数(扬程,流量效率与功率)、特性曲线及其应用;离心泵的工作点与流量调节方式;正位移泵与离心泵的比较。
还要求学员能利用允许安装高度法避免气蚀现象,【例题分析】1.某泵进、出口测压仪表中的读数分别为p1(表压)=1200mmHg和p2(真空度)=700mmHg,当地大气压为750 mmHg,则两处的绝对压强差为()mmHg。
解析:压强的表示方式是本章基本概念,要求学员能够掌握绝压、真空度、表压、当地大气压之间的关系,并处理实际问题。
由他们之间换算关系知两处的绝对压强差为1900mmHg2. 流体运动时,能量损失的根本原因是。
解析:本题考察了流体阻力产生的原因,知能量损失的根本原因是由于流体存在着黏性。
3.一定流量的水在圆形直管内呈层流流动,若将管内径增加一倍,产生的流动阻力将为原来的。
解析:由范宁公式及连续性方程知流动阻力将为原来的1/32。
4.流体在圆形直管中流动时,若其已进入湍流区,相对粗糙度相同的条件下,则摩擦系数λ与雷诺数Re的关系为()解析:通过查moody图,在湍流区内两者关系为随Re增加λ减小。
5.层流内层的厚度随雷诺数的增加而减小。
6. 开口U型管压差计可以测量管路中任意截面上的__________或____________。
解析:本题主要考察流体静力学基本方程式的应用,可知此处应为表压强和真空度。
7.离心泵最常用的调节方法是,离心泵的轴功率N和流量Q的关系为,解析:本题主要考察离心泵的操作方法和离心泵特性曲线图,离心泵调节流量可采用改变管路特性曲线和离心泵特性曲线图的方法,常用的方法是通过改变出口管路中阀门开度的方法。
离心泵特性曲线图中可看出Q增大,N增大,从图中还可看到,启动离心泵时必须先关闭泵的出口阀,防止烧毁离心泵。
8. 工业上除离心泵外常用的输送机械还有往复泵,它适用于流量较小、压头较高的场合。
本章还包括两个重要的横算:物料衡算——连续性方程;机械能衡算——柏努力方程。
这两个方程是解决流体流动问题的基础,要求学员能灵活应用他们解决遇到的问题。
【例题】某油的粘度为70 m Pa .s,密度为1050 Kg /m3 ,在管径为φ114×4mm 的管路中流动,若油的流量为30 m3/ h ,试确定管内油的流动状态。
解析:本题考察如何判断流体流动状态。
d= 114 – 2 ×4 = 0.106 mU = q v / 3600 × π/ 4 × d 2= 25 / 3600 × 0.785 × 0.1062= 0.787 m / sRe = d u ρ / μ=0.106 × 0.787 × 1050 / 70 × 10-3= 1251 < 2000管内流体流动形态为层流。
【例题】用泵将出水池中常温的水送至吸收塔顶部,水面维持恒定,各部分相对位置如图所示。
输水管为φ76×3mm 钢管,排水管出口与喷头连接处的压强为6.15×104Pa (表压),送水量为34.5m 3/h ,水流经全部管道(不包括喷头)的能量损失为160J/kg 。
水的密度取1000kg/m 3。
求:(1)水在管内的流速(2)泵的有效功率(kw )附图解析:本题主要考察伯努利方程的应用。
(1)求u :u 2 =q v /(d 2π/4)(2)求N e 。
取水池液面为1-1/截面, 且定为基准水平面,取排水管出口与喷头连接处为2-2’截面,如图所示。
在两截面间列出柏努利方程:f E p ug z W p u g z ∑+++=+++ρρ222212112121将已知量代入柏式,可求出wW= z2g+u22/2+P2/ρ+∑E f1-2而P e=W q m【例题】从高位槽向塔内加料。
高位槽和塔内的压力均为大气压。
要求料液在管内以0.5m/s 的速度流动。
设料液在管内压头损失为1.2m(不包括出口压头损失),试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米?。
解在1-1及2-2截面间列伯努利方程式,1-1截面就是高位槽的液面2-2截面选在管出口处。
以0-0截面为基准面两截面间列伯努利方程式高位槽截面与管截面相差很大,故高位槽截面的流速与管内流速相比,其值很小可以忽略不计,即u1=0。
将已知数值代入,则解出所需高度。
第四章非均相物系分离考试内容有颗粒沉降的基本规律、重力沉降器、沉降过程的强化途径;离心沉降的基本概念;过滤操作的基本概念及常见几种过滤设备。
本部分内容侧重基本概念考核。
【例题】微粒在降尘室内能除去的条件为:停留时间()它的尘降时间解析:本题考察沉降基本概念,此处应为大于或等于。
第五章传热也属于化工单元操作中非常重要的内容,主要内容有:热传导、对流传热、热辐射的概念及他们遵循的基本定律;导热系数的比较;传热系数的影响因素;本章重点要求学员掌握掌握传热过程的计算、传热速度方程式,总传热系数计算及了解强化传热过程、途径。
【例题分析】1. 空气、水、金属固体的导热系数大小顺序为。
解析:本题考察导热系数的概念和意义,金属导热系数应该>液体>空气。
2. 传热的基本方式有。
解析:传热的基本方式有热传导、热对流和热辐射。
3. 现用一列管式换热器加热原油,原油在管外流动,进口温度为100℃,出口温度为160℃;某反应物在管内流动,进口温度为250℃,出口温度为180℃。
试分别计算并流与逆流时的平均温度差。
解:并流℃逆流℃第六章精馏是化工生产中重要的单元操作,考试内容有:露点、泡点、挥发度、相对挥发度的定义及物理意义,能借助相图说明精馏原理及平衡蒸馏、简单蒸馏与精馏的区别;全塔物料衡算、理论踏板的概念、求取理论板数的途径、精馏段操作线方程、提留段操作线方程及操作线方程的物理意义;全回流的定义特点、回流比的定义、最小回流比的概念。
【例题分析】1. 某精馏塔的馏出液量是50kmol/h,回流比是4,则精馏段的回流量是kmol/h。
解析:本题考察回流比概念,由回流比公式知回流量是200 kmol/h。
2. 是保证精馏过程连续稳定操作的必要条件之一。
解析:本题考察精馏基本概念,回流是精馏过程连续稳定操作的必要条件之一,也是蒸馏和精馏的本质区别。
3. 精馏塔中自上而下。
解析:本题考察精馏塔内组分分布,应为易挥发组分浓度依次降低,注意本题问得是“精馏塔中”所以不要回答成精馏塔的构成。
4. 其他条件不变的情况下,增大回流比能。
解析:增大回流比,可提高产品纯度。
5. 蒸馏操作按照操作方式不同,可分为。
解析:考察蒸馏的基本概念,可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏四种。
6. 每小时将15000 kg 含苯0.44和甲苯0.56 的溶液(均为摩尔分数),在连续精馏塔中进行分离,要求釜残液中含苯不高于0.0235 (摩尔分数),塔顶馏出液的回收率为97.1 %,原料液平均摩尔质量为85.8kg/kmol,试求馏出液的流量及组成(以千摩尔流量及摩尔分数)?F = 15000 / 85.5 = 175 Kmol / hD X D / F X F= 0.971D X D = 0.971 ×175 ×0.44D + W = 175D X D + 0.0235 W = 175 ×0.44解得:W =D =X D =7. 一常压连续操作的精馏塔,用来分离苯和甲苯混合物。
混合物含苯0.6摩尔分率,以100Kmol/h流量进入精馏塔,进料热状况q=0.5,操作回流比为1.68;要求塔顶馏出液组成为0.95(苯的摩尔分率,下同),塔底釜液组成为0.05。
在操作条件下,苯和甲苯的相对挥发度为2.5。
试求:(1)塔顶和塔底产品量;(2)精馏段操作线方程;(3)提馏段操作线方程。
解析:(1)求塔顶和塔底产品量由F=D+WFx F=Dx D+Wx W ( 2分)得D=F(x F-x W)/(x D-X W)=100(0.6-0.5)/(0.95-0.05)D= kmol/hW=F-D= kmol/h (2分)(2)求精馏段操作线方程R=1.68y n+1=Rx n/(R+1)+x D/(R+1)=1.68xn/(1.68+1)+0.95/(1.68+1)y n+1= (4分)(3)求提馏段操作线方程L′=L+qF=RD+0.5F=1.68x61.11+0.5x100=152.66 (2分)V′=V+(q-1)F=D(R+1)+(0.5-1)x100=113.77 (2分)Y m+1=(L′/V′)x m-wx w/V′=152.66x m/113.77-0.05x38.89/113.77Y m+1=第七章吸收考试内容有:吸收过程的相平衡关系、吸收过程进行的条件、两相流体间的传质机理;吸收操作线方程、最小液气比的概念和意义。
1.只要组分在气相中的分压()液相中该组分的平衡分压,解吸就会继续进行,直至达到一个新的平衡为止。
解析:考察吸收基本概念,应为小于。
2. 利用气体混合物各组分在液体中溶解度的差异而使气体中不同组分分离的操作称为()解析:考察吸收基本概念,该操作为吸收操作。
3. 吸收操作中,混合气体中能够溶解于溶剂中的组分称为。
解析:考察吸收基本概念,吸收质或溶质。
4. 温度( ),将有利于解吸的进行。
解析:考察吸收基本概念,高温低压利于解吸。
第八章干燥考试内容有干球温度、湿球温度、绝热饱和温度、露点的概念。
1. 50kg湿物料中含水10kg,则干基含水量为解析:考察干基含水量含义计算方法,25%2. 下面关于湿空气的干球温度t,湿球温度t W,露点t d,三者关系中正确的是解析:考察干球温度、湿球温度的含义。
t>t W>t d3. 进行干燥过程的必要条件是干燥介质的温度大于物料表面温度,使得解析:物料表面所产生的湿分分压大于气流中湿分分压。