化工原理(一)_ 流体输送机械_22 离心泵_
化工原理(上)主要知识点
化工原理〔上〕各章主要知识点三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算第一节 流体静止的根本方程一、密度1. 气体密度：RTpM V m ==ρ2. 液体均相混合物密度：nma a a ρρρρn22111+++=〔m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组分密度〕3. 气体混合物密度：n n mρϕρϕρϕρ+++= 2211〔m ρ—混合气体的密度，ϕ—各组分体积分数〕4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体〔液体〕；假设有显著的改变那么称为可压缩流体〔气体〕。
二、.压力表示方法1、常见压力单位及其换算关系：mmHg O mH MPa kPa Pa atm 76033.101013.03.10110130012=====2、压力的两种基准表示：绝压〔以绝对真空为基准〕、表压〔真空度〕〔以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出〕 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压三、流体静力学方程1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： 〔1〕从各方向作用于某点上的静压力相等；〔2〕静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面；〔3〕在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的上下而变化。
2、流体静力学方程〔适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体〕)(2112z z g p p -+=ρ)(2121z z g pg p -+=ρρ p z gp=ρ〔容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头〞—液位高度，p z —位压头 或位头〕上式说明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低那么压力愈大。
四、流体静力学方程的应用 1、U 形管压差计指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。
测量液体：)()(12021z z g gR p p -+-=-ρρρ测量气体：gR p p 021ρ=-2、双液体U 形管压差计 gR p p )(1221ρρ-=-第二节 流体流动的根本方程一、根本概念1、体积流量〔流量s V 〕：流体单位时间内流过管路任意流量截面〔管路横截面〕的体积。
化工原理ppt-第二章流体输送机械
H
' S
p a p1
g
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二、离心泵安装高度
3.允许气蚀余量
H
' S
p a p1
g
由于HS′使用起来不便，有时引入另一表示气蚀性 能的参数，称为气蚀余量。 以NSPH表示，定义为防止气蚀发生，要求离心泵 入口处静压头与动压头之和必须大于液体在输送温 度下的饱和蒸汽压头的最小允许值。
性能曲线包括H～Q曲线、
N～Q曲线和 ～Q曲线。
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二、离心泵的性能参数与特性曲线
2．性能曲线
① H～Q特性曲线 随着流量增加，泵的压头下降，
即流量越大，泵向单位重量流体提 供的机械能越小。
② N～Q特性曲线 轴功率随着流量的增加而上升，
所以大流量输送一定对应着大的配 套电机。离心泵应在关闭出口阀的 情况下启动，这样可以使电机的启 动电流最小。
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三、离心泵的选用、安装与操作
1.离心泵类型
（1）清水泵：适用于输送清水或物 性与水相近、无腐蚀性且杂质较少的 液体。结构简单，操作容易。 （2）耐腐蚀泵：用于输送具有腐蚀 性的液体，接触液体的部件用耐腐蚀 的材料制成，要求密封可靠。 （3）油泵：输送石油产品的泵，要 求有良好的密封性。 （4）杂质泵：输送含固体颗粒的液 体、稠厚的浆液，叶轮流道宽，叶片 数少。
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三、离心泵的选用、安装与操作
3.安装与操作离心泵
（1）安装 ①安装高度不能太高，应小于允许安装高度。 ②尽量减少吸入管路阻力，以减少发生汽蚀可能性。 主要考虑：吸入管路应短而直；吸入管路直径可稍大； 吸入管路减少不必要管件；调节阀装于出口管路。 （2）操作 ①启动前应灌泵，并排气。②应在出口阀关闭情况下 启动泵。③停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮。④ 经常检查轴封情况
化工原理——带答案
第一章流体力学1.表压与大气压、绝对压的正确关系是（A ）。
A.表压=绝对压-大气压B.表压=大气压-绝对压C.表压=绝对压+真空度2.压力表上显示的压力，即为被测流体的（B ）。
A.绝对压B.表压C.真空度D.大气压3.压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为（B ）。
A.真空度B.表压强C.绝对压强D.附加压强4.设备内的真空度愈高，即说明设备内的绝对压强（B ）。
A.愈大B.愈小C.愈接近大气压D.无法确定5.一密闭容器内的真空度为80kPa,则表压为（B ）kPa。
A. 80B. - 80C. 21.3D.181.36.某设备进、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750mmHg,则两处的绝对压强差为（D ）mmHg。
A.500B.1250C.1150D.19007.当水面压强为一个工程大气压，水深20m处的绝对压强为（B ）。
A. 1个工程大气压B. 2个工程大气压C. 3个工程大气压 D. 4个工程大气压8.某塔高30m,进行水压试验时，离塔底10m高处的压力表的读数为500kpa,（塔外大气压强为100kpa）。
那么塔顶处水的压强（A）。
A. 403 . 8kpaB. 698. 1kpaC. 600kpaD. 100kpa9.在静止的连续的同一液体中，处于同一水平面上各点的压强（A ）A.均相等B.不相等C.不一定相等10.液体的液封高度的确定是根据（C ）.A.连续性方程B.物料衡算式C.静力学方程D.牛顿黏性定律11.为使U形压差计的灵敏度较高，选择指示液时，应使指示液和被测流体的密度差（P指-P）的值（B ）。
A.偏大B.偏小C.越大越好12.稳定流动是指流体在流动系统中，任一截面上流体的流速、压强、密度等与流动有关的物理量（A ）。
A.仅随位置变，不随时间变B.仅随时间变，不随位置变C.既不随时间变，也不随位置变D.既随时间变，也随位置变13.流体在稳定连续流动系统中，单位时间通过任一截面的（B ）流量都相等。
化工原理课后思考题参考题答案
第二章 流体输送机械2-1 流体输送机械有何作用？答：提高流体的位能、静压能、流速，克服管路阻力。
2-2 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口的压力处于什么状体？答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。
由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小。
此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。
虽启动离心泵，但不能输送液体（气缚）；启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。
泵入口处于一定的真空状态（或负压）2-3 离心泵的主要特性参数有哪些？其定义与单位是什么？1、流量q v : 单位时间内泵所输送到液体体积，m 3/s, m 3/min, m 3/h.。
2、扬程H ：单位重量液体流经泵所获得的能量，J/N ，m3、功率与效率：轴功率P ：泵轴所需的功率。
或电动机传给泵轴的功率。
有效功率P e ：gH q v ρ=e P效率η：pP e =η 2-4 离心泵的特性曲线有几条？其曲线的形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？ 答：1、离心泵的H 、P 、η与q v 之间的关系曲线称为特性曲线。
共三条；2、离心泵的压头H 一般随流量加大而下降离心泵的轴功率P 在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。
η与q v 先增大，后减小。
额定流量下泵的效率最高。
该最高效率点称为泵的设计点，对应的值称为最佳工况参数。
3、关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。
2-5 什么是液体输送机械的扬程？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响？答：1、单位重量液体流经泵所获得的能量2、在泵的进、出口管路处分别安装真空表和压力表，在这两处管路截面1、2间列伯努利方程得：f V M H gu u g P P h H ∑+-+-+=221220ρ 3、离心泵的流量、压头均与液体密度无关，效率也不随液体密度而改变，因而当被输送液体密度发生变化时，H-Q 与η-Q 曲线基本不变，但泵的轴功率与液体密度成正比。
化工原理各章节知识点总结
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.假塑性与涨塑性：随剪切率增高,表观粘度下降的为假塑性.随剪切率增高,表观粘度上升的为涨塑性.触变性与震凝性：随剪应力t作用时间的延续,流体表观粘度变小,当一定的剪应力t所作用的时间足够长后,粘度达到定态的平衡值,这一行为称为触变性.反之,粘度随剪切力作用时间延长而增大的行为则称为震凝性.粘弹性：不但有粘性,而且表现出明显的弹性.具体表现如：爬杆效应、挤出胀大、无管虹吸.第二章流体输送机械管路特性方程管路对能量的需求,管路所需压头随流量的增加而增加.输送机械的压头或扬程流体输送机械向单位重量流体所提供的能量J/N. 离心泵主要构件叶轮和蜗壳.离心泵理论压头的影响因素离心泵的压头与流量,转速,叶片形状及直径大小有关.叶片后弯原因使泵的效率高.气缚现象因泵内流体密度小而产生的压差小,无法吸上液体的现象.离心泵特性曲线离心泵的特性曲线指Hｅ～qV,η～qV, Pａ～qV.离心泵工作点管路特性方程和泵的特性方程的交点.离心泵的调节手段调节出口阀,改变泵的转速.汽蚀现象液体在泵的最低压强处叶轮入口汽化形成气泡,又在叶轮中因压强升高而溃灭,造成液体对泵设备的冲击,引起振动和侵蚀的现象.必需汽蚀余量NPSHr泵入口处液体具有的动能和压强能之和必须超过饱和蒸汽压强能多少离心泵的选型类型、型号①根据泵的工作条件,确定泵的类型；②根据管路所需的流量、压头,确定泵的型号.正位移特性流量由泵决定,与管路特性无关.往复泵的调节手段旁路阀、改变泵的转速、冲程.离心泵与往复泵的比较流量、压头前者流量均匀,随管路特性而变,后者流量不均匀,不随管路特性而变.前者不易达到高压头,后者可达高压头.前者流量调节用泵出口阀,无自吸作用,启动时关出口阀；后者流量调节用旁路阀,有自吸作用,启动时开足管路阀门.通风机的全压、动风压通风机给每立方米气体加入的能量为全压Pa=J/m3,其中动能部分为动风压.真空泵的主要性能参数①极限真空；②抽气速率.第三章液体的搅拌搅拌目的均相液体的混合,多相物体液液,气液,液固的分散和接触,强化传热.搅拌器按工作原理分类搅拌器按工作原理可分为旋桨式,涡轮式两大类.旋桨式大流量,低压头；涡轮式小流量,高压头.混合效果搅拌器的混合效果可以用调匀度、分隔尺度来度量.宏观混合总体流动是大尺度的宏观混合；强烈的湍动或强剪切力场是小尺度的宏观混合.微观混合只有分子扩散才能达到微观混合.总体流动和强剪切力场虽然本身不是微观混合,但是可以促进微观混合,缩短分子扩散的时间.搅拌器的两个功能产生总体流动；同时形成湍动或强剪切力场.改善搅拌效果的工程措施改善搅拌效果可采取增加搅拌转速、加挡板、偏心安装搅拌器、装导流筒等措施.第四章流体通过颗粒层的流动非球形颗粒的当量直径球形颗粒与实际非球形颗粒在某一方面相等,该球形的直径为非球形颗粒的当量直径,如体积当量直径、面积当量直径、比表面积当量直径等.形状系数等体积球形的表面积与非球形颗粒的表面积之比.分布函数小于某一直径的颗粒占总量的分率.频率函数某一粒径范围内的颗粒占总量的分率与粒径范围之比.颗粒群平均直径的基准颗粒群的平均直径以比表面积相等为基准.因为颗粒层内流体为爬流流动,流动阻力主要与颗粒表面积的大小有关.床层比表面单位床层体积内的颗粒表面积.床层空隙率单位床层体积内的空隙体积.数学模型法的主要步骤数学模型法的主要步骤有①简化物理模型②建立数学模型③模型检验,实验确定模型参数.架桥现象尽管颗粒比网孔小,因相互拥挤而通不过网孔的现象.过滤常数及影响因素过滤常数是指 K、qe.K与压差、悬浮液浓度、滤饼比阻、滤液粘度有关；qe与过滤介质阻力有关.它们在恒压下才为常数.过滤机的生产能力滤液量与总时间过滤时间和辅助时间之比.最优过滤时间使生产能力达到最大的过滤时间.加快过滤速率的途径①改变滤饼结构；②改变颗粒聚集状态；③动态过滤.第五章颗粒的沉降和流态化曳力表面曳力、形体曳力曳力是流体对固体的作用力,而阻力是固体壁对流体的力,两者为作用力与反作用力的关系.表面曳力由作用在颗粒表面上的剪切力引起,形体曳力由作用在颗粒表面上的压强力扣除浮力的部分引起.自由沉降速度颗粒自由沉降过程中,曳力、重力、浮力三者达到平衡时的相对运动速度.离心分离因数离心力与重力之比.旋风分离器主要评价指标分离效率、压降.总效率进入分离器后,除去的颗粒所占比例.粒级效率某一直径的颗粒的去除效率.分割直径粒级效率为50%的颗粒直径.流化床的特点混合均匀、传热传质快；压降恒定、与气速无关.两种流化现象散式流化和聚式流化.聚式流化的两种极端情况腾涌和沟流.起始流化速度随着操作气速逐渐增大,颗粒床层从固定床向流化床转变的空床速度.带出速度随着操作气速逐渐增大,流化床内颗粒全被带出的空床速度.气力输送利用气体在管内的流动来输送粉粒状固体的方法.第六章传热传热过程的三种基本方式直接接触式、间壁式、蓄热式.载热体为将冷工艺物料加热或热工艺物料冷却,必须用另一种流体供给或取走热量,此流体称为载热体.用于加热的称为加热剂；用于冷却的称为冷却剂.三种传热机理的物理本质传导的物理本质是分子热运动、分子碰撞及自由电子迁移；对流的物理本质是流动流体载热；热辐射的物理本质是电磁波. 间壁换热传热过程的三个步骤热量从热流体对流至壁面,经壁内热传导至另一侧,由壁面对流至冷流体.导热系数物质的导热系数与物质的种类、物态、温度、压力有关.热阻将传热速率表达成温差推动力除以阻力的形式,该阻力即为热阻.推动力高温物体向低温传热,两者的温度差就是推动力.流动对传热的贡献流动流体载热.强制对流传热在人为造成强制流动条件下的对流传热.自然对流传热因温差引起密度差,造成宏观流动条件下的对流传热.自然对流传热时,加热、冷却面的位置应该是加热面在下,制冷面在上,这样有利于形成充分的对流流动.努塞尔数、普朗特数的物理意义努塞尔数的物理意义是对流传热速率与导热传热速率之比.普朗特数的物理意义是动量扩散系数与热量扩散系数之比,在α关联式中表示了物性对传热的贡献.α关联式的定性尺寸、定性温度用于确定关联式中的雷诺数等准数的长度变量、物性数据的温度.比如,圆管内的强制对流传热,定性尺寸为管径d、定性温度为进出口平均温度.大容积自然对流的自动模化区自然对流α与高度h无关的区域.液体沸腾的两个必要条件过热度tw-ts、汽化核心.核状沸腾汽泡依次产生和脱离加热面,对液体剧烈搅动,使α随Δt急剧上升.第七章蒸发蒸发操作及其目的蒸发过程的特点二次蒸汽溶液沸点升高疏水器气液两相流的环状流动区域加热蒸汽的经济性蒸发器的生产强度提高生产强度的途径提高液体循环速度的意义节能措施杜林法则多效蒸发的效数在技术经济上的限制第八章气体吸收吸收的目的和基本依据吸收的目的是分离气体混合物,吸收的基本依据是混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同.主要操作费溶剂再生费用,溶剂损失费用.解吸方法升温、减压、吹气.选择吸收溶剂的主要依据溶解度大,选择性高,再生方便,蒸汽压低损失小.相平衡常数及影响因素m、E、H均随温度上升而增大,E、H与总压无关,m 反比于总压.漂流因子P/PBm表示了主体流动对传质的贡献.气、液扩散系数的影响因素气体扩散系数与温度、压力有关；液体扩散系数与温度、粘度有关.传质机理分子扩散、对流传质.气液相际物质传递步骤气相对流,相界面溶解,液相对流.有效膜理论与溶质渗透理论的结果差别有效膜理论获得的结为k∝D,溶质渗透理论考虑到微元传质的非定态性,获得的结果为k∝.传质速率方程式传质速率为浓度差推动力与传质系数的乘积.因工程上浓度有多种表达,推动力也就有多种形式,传质系数也有多种形式,使用时注意一一对应.传质阻力控制传质总阻力可分为两部分,气相阻力和液相阻力.当mky<<kx 时,为气相阻力控制；当mky>>kx时,为液相阻力控制.低浓度气体吸收特点①G、L为常量,②等温过程,③传质系数沿塔高不变. 建立操作线方程的依据塔段的物料衡算.返混少量流体自身由下游返回至上游的现象.最小液气比完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比.NOG的计算方法对数平均推动力法,吸收因数法,数值积分法.HOG的含义塔段为一个传质单元高,气体流经一个传质单元的浓度变化等于该单元内的平均推动力.常用设备的HOG值～m.吸收剂三要素及对吸收结果的影响吸收剂三要素是指t、x2、L.t↓,x2↓,L↑均有利于吸收.化学吸收与物理吸收的区别溶质是否与液相组分发生化学反应.增强因子化学吸收速率与物理吸收速率之比.容积过程慢反应使吸收成容积过程.表面过程快反应使吸收成表面过程.第九章液体精馏蒸馏的目的及基本依据蒸馏的目的是分离液体混合物,它的基本依据原理是液体中各组分挥发度的不同.主要操作费用塔釜的加热和塔顶的冷却.双组份汽液平衡自由度自由度为2P一定,t～x或y；t一定,P～x或y；P 一定后,自由度为1.泡点泡点指液相混合物加热至出现第一个汽泡时的温度.露点露点指气相混合物冷却至出现第一个液滴时的温度.非理想物系汽液相平衡关系偏离拉乌尔定律的成为非理想物系.总压对相对挥发度的影响压力降低,相对挥发度增加.平衡蒸馏连续过程且一级平衡.简单蒸馏间歇过程且瞬时一级平衡.连续精馏连续过程且多级平衡.间歇精馏时变过程且多级平衡.特殊精馏恒沸精馏、萃取精馏等加第三组分改变α.实现精馏的必要条件回流液的逐板下降和蒸汽逐板上升,实现汽液传质、高度分离.理论板离开该板的汽液两相达到相平衡的理想化塔板.板效率经过一块塔板之后的实际增浓与理想增浓之比.恒摩尔流假设及主要条件在没有加料、出料的情况下,塔段内的汽相或液相摩尔流率各自不变.组分摩尔汽化热相近,热损失不计,显热差不计.加料热状态参数q值的含义及取值范围一摩尔加料加热至饱和汽体所需热量与摩尔汽化潜热之比,表明加料热状态.取值范围：q<0过热蒸汽,q=0饱和蒸汽,0<q<1汽液混和物,q=1饱和液体,q>1冷液.建立操作线的依据塔段物料衡算.操作线为直线的条件液汽比为常数恒摩尔流.最优加料位置在该位置加料,使每一块理论板的提浓度达到最大.挟点恒浓区的特征汽液两相浓度在恒浓区几乎不变.芬斯克方程求取全回流条件下,塔顶塔低浓度达到要求时的最少理论板数.最小回流比达到指定分离要求所需理论板数为无穷多时的回流比,是设计型计算特有的问题.最适宜回流比使设备费、操作费之和最小的回流比.灵敏板塔板温度对外界干扰反映最灵敏的塔板,用于预示塔顶产品浓度变化.间歇精馏的特点操作灵活、适用于小批量物料分离.恒沸精馏与萃取精馏的主要异同点相同点：都加入第三组份改变相对挥发度；区别：①前者生成新的最低恒沸物,加入组分从塔顶出；后者不形成新恒沸物,加入组分从塔底出.②操作方式前者可间歇,较方便.③前者消耗热量在汽化潜热,后者在显热.多组分精馏流程方案选择选择多组分精馏的流程方案需考虑①经济上优化；②物性；③产品纯度.关键组分对分离起控制作用的两个组分为关键组分,挥发度大的为轻关键组分；挥发度小的为重关键组分.清晰分割法清晰分割法假定轻组分在塔底的浓度为零,重组分在塔顶的浓度为零.全回流近似法全回流近似法假定塔顶、塔底的浓度分布与全回流时相近第十章气液传质设备板式塔的设计意图①气液两相在塔板上充分接触,②总体上气液逆流,提供最大推动力.对传质过程最有利的理想流动条件总体两相逆流,每块板上均匀错流.三种气液接触状态鼓泡状态：气量低,气泡数量少,液层清晰.泡沫状态：气量较大,液体大部分以液膜形式存在于气泡之间,但仍为连续相.喷射状态：气量很大,液体以液滴形式存在,气相为连续相.转相点由泡沫状态转为喷射状态的临界点.板式塔内主要的非理想流动液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀流动.板式塔的不正常操作现象夹带液泛、溢流液泛、漏液.筛板塔负荷性能图将筛板塔的可操作范围在汽、液流量图上表示出来. 湿板效率考虑了液沫夹带影响的塔板效率.全塔效率全塔的理论板数与实际板数之比.操作弹性上、下操作极限的气体流量之比.常用塔板类型筛孔塔板、泡罩塔板、浮阀塔板、舌形塔板、网孔塔板等. 填料的主要特性参数①比表面积ａ,②空隙率ε,③填料的几何形状.常用填料类型拉西环,鲍尔环,弧鞍形填料,矩鞍形填料,阶梯形填料,网体填料等.载点填料塔内随着气速逐渐由小到大,气液两相流动的交互影响开始变得比较显着时的操作状态为载点.泛点气速增大至出现每米填料压降陡增的转折点即为泛点.最小喷淋密度保证填料表面润湿、保持一定的传质效果所需的液体速度. 等板高度HETP分离效果相当于一块理论板的填料层高度.填料塔与板式塔的比较填料塔操作范围小,宜处理不易聚合的清洁物料,不易中间换热,处理量较小,造价便宜,较宜处理易起泡、腐蚀性、热敏性物料,能适应真空操作.板式塔适合于要求操作范围大,易聚合或含固体悬浮物,处理量较大,设计要求比较准确的场合.第十一章液液萃取萃取的目的及原理目的是分离液液混合物.原理是混合物各组分溶解度的不同.溶剂的必要条件①与物料中的Ｂ组份不完全互溶,②对Ａ组份具有选择性的溶解度.临界混溶点相平衡的两相无限趋近变成一相时的组成所对应的点.和点两股流量的平均浓度在相图所对应的点.差点和点的流量减去一股流量后剩余的浓度在相图所对应的点.分配曲线相平衡的yA ~ xA曲线.最小溶剂比当萃取相达到指定浓度所需理论级为无穷多时,相应的S/F为最小溶剂比.选择性系数β=yA/yB/xA/xB.操作温度对萃取的影响温度低,B、S互溶度小,相平衡有利些,但粘度大等对操作不利,所以要适当选择.第十二章其他传质分离方法溶液结晶操作的基本原理溶液的过饱和.造成过饱和度方法冷却,蒸发浓缩.晶习各晶面速率生长不同,形成不同晶体外形的习性.溶解度曲线结晶体与溶液达到相平衡时,溶液浓度随温度的变化曲线. 超溶解度曲线溶液开始析出结晶的浓度大于溶解度,溶液浓度随温度的变化曲线为超溶解度曲线,超溶解度曲线在溶解度曲线之上.溶液结晶的两个阶段晶核生成,晶体成长.晶核的生成方式初级均相成核,初级非均相成核,二次成核.再结晶现象小晶体溶解与大晶体成长同时发生的现象.过饱和度对结晶速率的影响过饱和度ΔC大,有利于成核；过饱和度ΔC 小,有利于晶体成长.吸附现象流体中的吸附质借助于范德华力而富集于吸附剂固体表面的现象.物理吸附与化学吸附的区别物理吸附靠吸附剂与吸附质之间的范德华力,吸附热较小；化学吸附靠吸附剂与吸附质之间的化学键合,吸附热较大. 吸附分离的基本原理吸附剂对流体中各组分选择性的吸附.常用的吸附解吸循环变温吸附,变压吸附,变浓度吸附,置换吸附.常用吸附剂活性炭,硅胶,活性氧化铝,活性土,沸石分子筛,吸附树脂等. 吸附等温线在一定的温度下,吸附相平衡浓度随流体相浓度变化的曲线. 传质内扩散的四种类型分子扩散,努森扩散,表面扩散,固体晶体扩散. 负荷曲线固定床吸附器中,固体相浓度随距离的变化曲线称为负荷曲线. 浓度波固定床吸附器中,流体相浓度随距离的变化曲线称为浓度波.透过曲线吸附器出口流体相浓度随时间的变化称为透过曲线.透过点透过曲线中,出口浓度达到5%进口浓度时,对应的点称为透过点.饱和点透过曲线中,出口浓度达到95%进口浓度时,对应的点称为饱和点. 膜分离基本原理利用固体膜对流体混合物各组分的选择性渗透,实现分离.分离过程对膜的基本要求截留率,透过速率,截留分子量.膜分离推动力压力差,电位差.浓差极化溶质在膜表面被截留,形成高浓度区的现象.阴膜阴膜电离后固定基团带正电,只让阴离子通过.阳膜阳膜电离后固定基团带负电,只让阳离子通过.气体混合物膜分离机理努森流的分离作用；均质膜的溶解、扩散、解吸.第十四章固体干燥物料去湿的常用方法机械去湿、吸附或抽真空去湿、供热干燥等.对流干燥过程的特点热质同时传递.主要操作费用空气预热、中间加热. tas与tW在物理含义上的差别 tas由热量衡算导出,属于静力学问题；tW 是传热传质速率均衡的结果,属于动力学问题.改变湿空气温度、湿度的工程措施加热、冷却可以改变湿空气温度；喷水可以增加湿空气的湿度,也可以降低湿空气的湿度,比如喷的是冷水,使湿空气中的水分析出.平衡蒸汽压曲线物料平衡含水量与空气相对湿度的关系曲线.结合水与非结合水平衡水蒸汽压开始小于饱和蒸汽压的含水量为结合水,超出部分为非结合水.。
化工习题解析
课后解析化工原理学院：环境与化学工程学院班级：化学工程与工艺1201班学号：姓名：日期： 2014年6月20日第一章流体流动2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/㎥的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油≤σ螺解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要7个螺钉3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附图所示。
测得R1 = 400 mm ， R2 = 50 mm，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，其高度R3= 50 mm。
试求A﹑B两处的表压强。
分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a–a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。
解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2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= 7.16×103 Pab-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103=6.05×103Pa4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。
化工原理——流体输送机械
3）轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。 A 轴封的作用
为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出， 或者外界空气漏入泵壳内。
B 轴封的分类 主要由填料函壳、软填料和填料 填料密封：压盖组成，普通离心泵采用这种
轴封
密封。
装置
机械密封：主要由装在泵轴上随之转动的动环 和固定于泵壳上的静环组成，两个
2）按叶轮上吸入口的数目 单吸泵 叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量不 大的情况。
双吸泵 叶轮上有两个吸入口，适用于输送量很大 的情况。
3）按离心泵的不同用途
水泵 输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且 杂质很少的液体的泵, （B型）
耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀 材料制成。要求：结构简单、零件容易更 换、维修方便、密封可靠、用于耐腐蚀泵 的材料有：铸铁、高硅铁、各种合金钢、 塑料、玻璃等。（F型）
油泵
杂质泵
油泵 输送石油产品的泵 ，要求密封完善。(Y 型）
输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的 杂质泵 泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要
求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮 流道宽、叶片数目少。( P 型 )
叶轮轴向力问题
闭式或半闭式叶轮后盖板 与泵壳之间空腔液体的压 强较吸入口侧高，这使叶 轮遭受指向吸入口方向的 轴向推力，这使叶轮向吸 入口侧位移，引起叶轮与 泵壳接触处的磨损。
往复泵：利用活塞的往复运动，将能量传 给液体，以完成输送任务。
回转泵：靠泵内一个或一个以上的转子旋 转来吸入和排出液体。
旋涡泵：一种特殊类型的离心泵。
掌握要求 基本原理 主要结构 性能参数
本章的目的：
选择泵、计算功率 确定安装位置
结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作
化工原理（上）课后习题解答-天大柴诚敬主编
化⼯原理（上）课后习题解答-天⼤柴诚敬主编第⼀章流体流动10．有⼀装满⽔的储槽，直径1.2 m ，⾼3 m 。
现由槽底部的⼩孔向外排⽔。
⼩孔的直径为4 cm ，测得⽔流过⼩孔的平均流速u 0与槽内⽔⾯⾼度z 的关系为： zg u 262.00=试求算（1）放出1 m 3⽔所需的时间（设⽔的密度为1000 kg/m 3）；（2）⼜若槽中装满煤油，其它条件不变，放出1m 3煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800 kg/m 3）？解：放出1m 3⽔后液⾯⾼度降⾄z 1，则 ()m 115.2m 8846.032.1785.01201=-=?-=z z由质量守恒，得21d 0d M w w θ-+=，01=w （⽆⽔补充）200000.622w u A A gzA ρρ==（为⼩孔截⾯积）AZ M ρ= (A 为储槽截⾯积) 故有 0262.00=+θρρd dz A gz A即θd AA gzdz 062.02-= 上式积分得 ))((262.022112100z z A A g -=θ ()m i n 1.2s 4.126s 115.2304.0181.9262.0221212==-??? ???=18．某液体以⼀定的质量流量在⽔平直圆管内作湍流流动。
若管长及液体物性不变，将管径减⾄原来的1/2，问因流动阻⼒⽽产⽣的能量损失为原来的多少倍？解：流体在⽔平光滑直圆管中作湍流流动时 f p ?=f h ρ∑ 或f h ∑=f p ?/ρ=λ2b 2u L d ρ∑∑f1f2hh =（2b1b22112))()(u u d d λλ式中 21d d =2 ，b2b1u u =（21d d）2 =4因此∑∑f1f2hh=221()(2)(4)λλ=3212λλ⼜由于 25.0Re316.0=λ12λλ=（25021.)Re Re =（0.251b12b2)d u d u =（2×25041.)=（0.5）0.25=0.841 故∑∑f1f2hh =32×0.84=26.919．⽤泵将2×104 kg/h 的溶液⾃反应器送⾄⾼位槽（见本题附图）。
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适用条件 叶轮直径的变化不大于 10%
小结
离心泵的性能参数
流量、压头、效率、功率
离心泵的特性曲线
H f (Q)
N f (Q)
f (Q)
影响离心泵性能的因素
液体的密度、黏度 离心泵的转速和叶轮的直径
再见
第2章 流体输送机械
2.2c 离心泵的流量调节
一、离心泵的工作点
离心泵在管路中正常运行时，泵所提供的流量与压头应与 管路系统所要求的数值一致。
第2章 流体输送机械
2.2a 离心泵的结构及其工作原理
一、离心泵的基本结构
一、离心泵的基本结构
1- 叶轮 2- 泵壳 3- 泵轴 4- 吸入口 5- 吸入管 6- 底阀 7- 滤网 8- 排出口 9- 排出管 10- 调节阀
离心泵装置简图
1.叶 轮 叶轮的作用是将原动机的机械能传给液体。
按机械结构分类
依靠叶轮的不停转动，液体便连续地被吸入和排 出，达到了输送液体的目的。
动画演示
二、离心泵的工作原理
离心泵启动时，如果泵内存有空气，由于空气密 度相对于输送液体很低，旋转后产生的离心力小， 因而叶轮中心区所形成的低压不足以将液体吸入 泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。
——气缚现象
动画演示
小结
离心泵的基本结构 离心泵的工作原理
再见
第2章 流体输送机械
2.2b 离心泵的性能参数与特性曲线
一、离心泵的性能参数
1.流量 定义 单位时间内排到管路系统的液体体积。
符号 Q
单位 m3/s m3/h L/s
影响 因素
一、离心泵的性能参数
2.压头（扬程） 定义 离心泵对单位重量（1N）流体所提供的有效能量。
符号 H
单位 J / N (m)
影响 因素
泵的结构、尺寸、转速、流量
一、离心泵的性能参数
3.效率
定义 反映离心泵能量损失大小的参数。
符号
单位 ％
影响 因素
泵的类型、尺寸、加工精度、液体流量和性质。
一、离心泵的性能参数
4.功率 （1）轴功率
定义 由电动机输入泵轴的功率 。
符号 N
单位 W（kW） （2）有效功率
定义 液体在单位时间内从叶轮获得的能量 。
黏度校正系数；
Q、H、 — 离心泵输送清水时的流量、压
头、效率；
Q、H 、 — 离心泵输送黏度 时的流量、
压头、效率；
三、影响离心泵性能的因素
2.离心泵转速的影响
设 Q、H、N — 转速为 n 时泵的性能；
Q、H 、N — 转速为 n时泵的性能；
Q n Qn
H (n)2 Hn
N ( n)3 Nn
～B
～He
关小
原开度
He 开大
改变阀门的开度时工作点变化
通过改变阀门的开度来改变泵的工作点：
优点
v流量可连续调节 v操作快速简便
缺点
v 能量损失大
2.改变泵的特性曲线
根据比例定律 Q n Qn
改变泵的转速，可调节泵的流 量，从而改变泵的特性曲线。
根据切割定律
Q D2 Q D2
改变泵的叶轮直径，可调节泵的 流量，从而改变泵的特性曲线。
要求：安装于管路的离心泵必须同时满足管路特性方程 与泵的特性方程。
管路特性方程
He K BQe2
泵的特性方程
H Aa GQ2
离心泵 工作点
H He Q Qe
管路特 性曲线
泵的特 性曲线
泵的工 作点
二、离心泵的流量调节
1.改变阀门的开度
He K BQe2
阀门 开度
～B
～He
阀门 开度
1）密度的影响
Q H 与密度无关
H Q曲线
Q曲线
保持不变
三、影响离心泵性能的因素
2）黏度的影响
当被输送液体的黏度 > 常温水的黏度
Q
泵内液体能
H
量损失增大
N
泵的特性 曲线发生
改变
当被输送液体的运动黏度 20 10 7 m2/s
Q cQQ H cH H c cQ、cH、c — 离心泵的流量、压头、效率的
闭 输送清 式 洁液体
叶 轮
半 闭 式
输送悬
开 浮液
式
闭式叶轮
1.叶 轮 叶轮的作用是将原动机的机械能传给液体。
按机械结构分类
闭 输送清 式 洁液体
叶 轮半 闭 式输源自悬开 浮液式半闭式叶轮
1.叶 轮 叶轮的作用是将原动机的机械能传给液体。
按机械结构分类
闭 输送清 式 洁液体
叶 轮
半 闭 式
输送悬
符号 Ne
单位 W（kW）
二、离心泵的特性曲线
离心泵的 特性曲线
H
QN
H f (Q) N f (Q)
f (Q)
离心泵的特性曲线
二、离心泵的特性曲线
离心泵 铭牌标 注参数
Hs
最佳工 况参数
Ns
Qs
设计点 Hs
高效率区 工作范围
92%max
Ns
Qs
三、影响离心泵性能的因素
1.液体物性的影响
流量为单台泵的两倍
单泵特 性曲线
两泵并联 特性曲线
H
Q 2Q
离心泵的并联
并联后的总流量必低 于单台泵流量的两倍， 而并联压头略高于单 台泵的压头。并联泵 的总效率与单台的效 率相同。
两泵并联 时的工作
点
2）离心泵的串联
两台型号相同的泵串联于 管路系统。 故此
v两台泵流量和压头相同 v在同一流量下，串联泵的
开 浮液
式
开式叶轮
按吸液方式分类
叶轮
单吸式 双吸式
离心泵的吸液方式
(a) 单吸式 (b) 双吸式
2.泵壳
泵壳制成蜗牛形 — 蜗壳。
二、离心泵的工作原理
高速旋转的叶轮使叶片间的液体在惯性离心力的 作用下，被甩向叶轮外缘并获得能量，静压能提 高，经蜗形泵壳的流道流入水泵的压出管路。
泵叶轮的中心处，由于液体在离心力的作用下被 甩出后形成真空，在储槽液面与叶轮中心总势能 差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。
离心泵的 比例定律
适用条件 离心泵的转速变化不大于 20%
三、影响离心泵性能的因素
3.离心泵叶轮直径的影响
设 Q、H 、N — 叶轮直径为 D2 时泵的性能；
Q、H、N — 叶轮直径为 D2时泵的性能；
Q D2 Q D2
H ( D2 )2 H D2
N ( D2 )3 N D2
离心泵的 切割定律
压头为单台泵的两倍
单泵特 性曲线
两泵串联 特性曲线
2H
H
Q
离心泵的串联
两台泵串联操作的 总压头必低于单台泵压 头的两倍，流量大于单 台泵的流量。串联泵的 效率为Q串下单台泵的效 率。
原转速
增加 转速
减小 转速
改变泵转速时工作点变化
3.离心泵的并联与串联
在实际生产中，若单台泵不能满足输送任务时，可采用 离心泵的并联或串联操作。
离心泵的并联
离心泵的串联
1）离心泵的并联
两台型号相同的泵并联于 管路系统，且各自的吸入 管路相同。 故此
v两台泵流量和压头相同 v在同一压头下，并联泵的