化工原理10/5/20231化工原理復習要點1.流體流動及輸送2.傳熱過程3.吸收4.精餾10/5/202321.流體流動及輸送1、一個前提：穩定流動，本章僅研究穩定流動的問題。2、兩個物性參數：密度、粘度，本章中密度、粘度一般作常數處理。

牛頓粘性定律

或F-----比例系數，即流體的粘度，單位Pa.s-----剪應力，單位為Pa----速度梯度，１／s10/5/20233液體:T↑→

↓氣體:一般T↑→

↑超高壓p↑→

↑粘度的物理本質：分子間的引力和分子的運動與碰撞。2.粘度的單位SI制：Pa·s或kg/(m·s)物理制：cP(厘泊）換算關系1cP＝10-3Pa·s10/5/20234通常流體粘度μ隨溫度t的變化規律為：（）A．t升高、μ減小B．t升高、μ增大

C．對液體t升高μ增大，對氣體則相反D．對液體粘度t升高μ減小，對氣體則相反.D3.壓強壓強有不同的單位和表示方式

1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O=101.3kPa=1.033kgf.cm2表壓=絕對壓力-大氣壓力真空度=大氣壓力-絕對壓力壓力測量：壓差計10/5/202351.某設備的表壓強為100kPa，則它的絕對壓強為kPa；另一設備的真空度為300mmHg，則它的絕對壓強為。（當地大氣壓為101.33kPa）。答案：201.33，460mmHg4.流體流動形態

層流（或滯流）：流體質點僅沿著與管軸平行的方向作直線運動，質點無徑向脈動，質點之間互不混合；

湍流（或紊流）：流體質點除了沿管軸方向向前流動外，還有徑向脈動，各質點的速度在大小和方向上都隨時變化，質點互相碰撞和混合。10/5/20236判斷流型Re≤2000時，流動為層流，此區稱為層流區；Re≥4000時，一般出現湍流，此區稱為湍流區；2000<Re<4000時，流動可能是層流，也可能是湍流，該區稱為不穩定的過渡區。５.流體在圓管內的速度分布流型判據——雷諾準數

無因次數群10/5/20237管中心流速為最大，即r＝0時，＝umax

管截面上的平均速度:即層流流動時的平均速度為管中心最大速度的1/2。

即流體在圓形直管內層流流動時，其速度呈拋物線分布。10/5/20238湍流速度分布的經驗式：流體在圓形直管中作滯流流動時，其速度分布是

型曲線。其管中心最大流速為平均流速的

倍，摩擦系數λ與Re關系為

；而湍流時，流體管中心最大流速為平均流速的

倍。10/5/20239離心泵的主要部件有

、

和

。其特征曲線有

、

、

。６.離心泵的結構.葉輪，泵殼，泵軸，H-qv,Pa-qv,η-qv７.計算管路計算的基本關系式是連續性方程，柏努力方程（包括靜力學方程）及能量損失計算式（含λ的確定）。10/5/202310連續性方程：例在穩態流動系統中,水連續地從粗管流入細管.粗管內徑為細管內徑的兩倍,求細管內水的流速是粗管的若干倍?４倍10/5/202311流速與流量理想流體的柏努利（Bermoulli)方程(B.E)10/5/202312實際流體存在流動磨擦阻力，則Ｂ.ＥPa,pe—分別為實際功率（軸功率）和理論功率，單位為ＫＷ--輸送機械的效率流體輸送所需功率是指單位時間耗用的能量，可按下式求算10/5/202313流動阻力計算式：管進口及出口進口：流體自容器進入管內。

ζ進口=0.5進口阻力系數出口：流體自管子進入容器或從管子排放到管外空間。

ζ出口=1出口阻力系數

10/5/202314

每小時將１×104kg、45℃氯苯用泵從反應器A輸送到高位槽B（如圖所示）管出口處距反應器液面的垂直高度為15m，反應器液面上方維持26.7kPa的絕壓，高位槽液面上方為大氣壓，管子為?76mm×4mm、長26.6m的不銹鋼管，管壁絕對粗糙度為0.3mm。管線上有兩個全開的閘閥、5個90°標準彎頭。45℃氯苯的密度為1075kg／m-3，粘度為6.5×10-4Pa·s。泵的效率為85%，求泵的軸功率。附：各局部阻力系數全開閘閥ζ1=0.1790o標準彎頭ζ2=0.75摩擦系數計算式10/5/2023151.解：如圖，取1-1、2-2界面，以1-1截面為基準面p1=26.7kPa（絕壓），H1=0,u1

0p2=101.3kPa（絕壓）H2=15m10/5/202316=0.018810/5/202317=0.189m

=0.1179m=22.41m10/5/202318Pe=HeqV

g=22.41

2.583

10-3

1075

9.81=0.61

103W

Pa=10/5/2023192.傳熱過程１、熱傳導基本方程：傅立葉定律或的意義２、平壁的定態熱傳導10/5/202320

導熱系數：導熱系數又是物質導熱能力的標志，其物理意義為當物體兩個面(等溫面)間溫差為1K，厚度為1m時，每秒經過1m2傳熱面積所能傳導的熱量J；其單位為J·(m·K．s)-１。物質的導熱系數用實驗測定。良導熱體與絕熱體的導熱系數值相差很大(可達一萬倍)各種材料中，金屬具有較大的導熱系數，其中以銀和銅的導熱系數值最高，但金屬中夾有少量雜質后，其導熱系數值有顯著變化。絕熱材料的導熱系數較小，與其孔隙度有很大的關系，這是因為不發生對流的空氣有很好的絕熱能力。液體的導熱系數并不大，氣體的導熱系數最小10/5/202321質地均勻的固體的導熱系數與溫度間近似地存在直線關系：式中 0,──0℃,t℃固體時的導熱系數，W/(m·K)；a──溫度系數。對大多數金屬材料a<0，t

對大多數非金屬材料a>0

，

t

液體一般來說，純液體的大于溶液t

（除水和甘油）氣體t

金屬固體>

非金屬固體>

液體>

氣體

10/5/202322３、圓筒壁的傳熱傳熱２、平壁的定態熱傳導10/5/202323４、總傳熱速率方程５、α、K及△tm10/5/202324當流體被加熱時：當流體被冷卻時：10/5/202325６、熱量衡算式

通過三層平壁的定態傳導過程，各層界面接觸均勻，第一層兩側溫度為120℃和80℃，第三層外表面溫度為40℃，則第一層熱阻R1與第二、三層熱阻R2，R3的大小為：（）A.R1＞（R2+R3）B.R1＜（R2+R3）C.R1=（R2+R3）D.無法確定Ｃ10/5/202326

有一套管式換熱器，內管為φ180×10mm的鋼管，內管中有質量流量為3000Kg/h的熱水，從90℃冷卻到60℃

，環隙中冷卻水從20℃升到50℃

，總傳熱系數K=2000W/（m2·℃

）。試求：（1）所需冷卻水用量[熱水的比熱容取4.191×103J/(kg·℃)，冷水比熱容取4.174×103J/(kg·℃)，忽略熱損失]；（2）并流流動時平均溫度差；（3）并流時所需傳熱面積。

10/5/202327解(1)熱負荷冷卻水消耗量

（2）

（3）傳熱面積

℃10/5/2023283.吸收物理吸收是一個物理化學過程，吸收的極限取決于當時條件下吸收質在吸收劑中的溶解度，吸收速率主要取決于吸收質從氣相主體傳遞進入液相主體的擴散速率。降溫加壓有利于吸收。10/5/202329一、亨利定律10/5/202330１）E大的，溶解度小，難溶氣體E小的，溶解度大，易溶氣體Ｔ↑→Ｅ↑２）H的討論：1）H大，溶解度大，易溶氣體，３）m的討論：m大，溶解度小，難溶氣體

10/5/202331二、雙膜理論（2）相界面處兩相達平衡，無擴散阻力。（3）有效膜以外主體中，充分湍動，溶質主要以

渦流擴散的形式傳質。（1）氣液兩相存在一個穩定的相界面，界面兩側存在穩定的氣膜和液膜。膜內為層流，A以分子擴

散方式通過氣膜和液膜。10/5/202332如Ｈ值較大，得ＫＧ＝kg吸收過程的總阻力主要由氣膜阻力所構成，過程稱為氣膜控制同理可得：如Ｈ值較小ＫＬ＝kl即過程為液膜控制10/5/202333物料衡算逆流吸收塔物料衡算五、填料吸收塔的計算10/5/202334液氣比Y1L/VBB*最小液氣比10/5/202335低濃度氣體吸收時填料層的基本關系式為

10/5/202336若總吸收系數和吸收系數間的關系可表示為1/KL=H/kg+1/kl,當

項可忽略時，表示該吸收為液膜控制。

吸收速率主要決定于通過雙膜的擴散速度，要提高氣液兩流體的相對運動，提高吸收效果，則要（）A.增加氣膜厚度和減少液膜厚度B.減少氣膜和液膜厚度C.增加氣膜和液膜厚度D.以上都不正確Ｂ10/5/202337煉油廠用三乙醇胺的水溶液為吸收劑，吸收石油氣中的H2S，進塔氣中吸收質的含量為0.03mol(H2S)/mol(惰氣)，吸收率要求98%，氣液平衡關系為Y=2.0X,吸收劑進塔時不含H2S，出塔時的含量0.013mol(H2S)/mol(吸收劑),過程的氣相體積吸收總系數KYa可取0.02kmol·m-3·s-1,惰氣的流速為0.012kmol·m-2·s-1，試求填料塔的填料高度.P2325-1710/5/202338Y1=0.03

Y2=0.03(1-0.98)=6×10-4

X1=0.013

X2=0

根據公式

H=hG·nG

10/5/202339H=0.6×16.42=9.85m10/5/2023404.精餾本章主要內容為理想雙組分互溶體系連續精餾，常壓，泡點進料q=1露點進料q=0。蒸餾(包括精餾)是利用物系在發生相變過程中組分間的揮發性的差異，將液體混合物中各組分分離的操作。10/5/202341一、氣液平衡關系式α=PA0/PB0

10/5/202342二、操作線方程與進料線方程精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：

三、回流比R、理論塔板數NT

當D=0

則：R=∞

NT=NTmin

可得：①冷液體進料,q>1;②飽和液體進料,q=1;③氣液混合物進料,q=0~1;④飽和蒸汽進料,q=0;⑤過熱蒸汽進料,q<010/5/202343當精餾段操作線，提餾段操作線，泡點進料線三線交點落在平衡線上時。

則：R=Rmin

NT=∞Rmin的求法：圖解法NT的求法：逐板法、圖解法

10/5/202344某連續精餾塔,已知其精餾段操作線方程為y=0.80x+0.18,,則餾出液組xD=_________,回流比Ｒ＝

0.9，4；精餾塔中由塔頂往下的第n-1、n、n+1層理論板，其氣相組成關系為()。A．yn+l>yn>yn-1B．yn十1