最新化工原理下册第二章
化工原理第二章流体输送设备
化工原理-第二章-流体输送设备一、选择题1、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生（）。
AA. 气缚现象；B. 汽蚀现象；C. 汽化现象；D. 气浮现象。
2、离心泵最常用的调节方法是（）。
BA. 改变吸入管路中阀门开度；B. 改变压出管路中阀门的开度；C. 安置回流支路，改变循环量的大小；D. 车削离心泵的叶轮。
3、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的（）。
BA. 包括内能在内的总能量；B. 机械能；C. 压能；D. 位能（即实际的升扬高度）。
4、离心泵的扬程是（）。
DA. 实际的升扬高度；B. 泵的吸液高度；C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。
5、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因（）。
CA. 水温太高；B. 真空计坏了；C. 吸入管路堵塞；D. 排出管路堵塞。
6、为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（）输送温度下液体的饱和蒸汽压。
AA. 大于；B. 小于；C. 等于。
7、流量调节，离心泵常用（），往复泵常用（）。
A；CA. 出口阀B. 进口阀C. 旁路阀8、欲送润滑油到高压压缩机的气缸中，应采用（）。
输送大流量，低粘度的液体应采用（）。
C；AA. 离心泵；B. 往复泵；C. 齿轮泵。
9、1m3气体经风机所获得能量，称为（）。
AA. 全风压；B. 静风压；C. 扬程。
10、往复泵在启动之前，必须将出口阀（）。
AA. 打开；B. 关闭；C. 半开。
11、用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（）。
CA. 发生了气缚现象；B. 泵特性曲线变了；C. 管路特性曲线变了。
12、离心泵启动前____ ，是为了防止气缚现象发生。
DA 灌水；B 放气；C 灌油；D 灌泵。
13、离心泵装置中____ 的滤网可以阻拦液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵壳。
化工原理(天大版)---(下册)第二章 吸收
c c A c B 常数
根据菲克定律：
DAB DBA
dc A J A D AB dc z
dcB J B ห้องสมุดไป่ตู้BA dcz
1.
2-2-2 气相中的稳态分子扩散
等分子反方向扩散 pB1<pB2
第二章 吸收
• 吸收定义
利用组成混合气体各组分在溶剂中溶解度不同，来分离 气体混合物的操作，称为吸收操作。 溶质A 惰性组分B 溶剂S 吸收溶液 吸收尾气
• 吸收操作示意图 • 吸收在工业上的用途
分离混合气体以回收所需的组分 除去有害组分以净化气体 制备某种气体的溶液 工业废气的治理
• 吸收的分类
按有无化学反应 按溶质气体的数目
物理吸收 化学吸收
按有无明显热效应，
分单组分吸收 多组分吸收 等温吸收 非等温吸收
• 吸收与蒸馏的不同
原理不同 蒸馏可获得较纯的产品，而吸收则不能
2.1气体吸收的相平衡关系
2-1-1 气体的溶解度
• 相平衡 • 平衡分压（饱和分压） • 平衡浓度（饱和浓度） • 气体的溶解度：指气体在液相中的饱和浓度，用单位质
3. 指明传质过程进行的极限 yi2min≥y*i2=m xi2
xi1max≤x*i1=yi1/m
2.2 传质机理与吸收速率
2.2.1分子扩散与菲克定律
•
2.2.1分子扩散与菲克定律
扩散通量
J A D AB dc A dc z
菲克(Fick) 定律
JA：物质A在z方向上的分子扩散通量，kmo1/（m2· s） dcA/dcz：物质A的浓度梯度，kmol／ m4 DAB：物质A在介质B中的分子扩散系数， m2/s 当系统总压不高且各处温度均匀
化工原理下册第二章吸收1027教材
Z H O G N O G 2 .5 9 2 2 .5 m
26
5、 某吸收塔在101.325kpa,293k下用清水吸收空气中丙酮。当采 用2.1液气比时，丙酮回收率为95％。今拟在操作中将气体流量增加20 ％，而液气进口浓度不变。试估计该塔此时的回收率。
已知系统符合Y=1.18X关系，且Kya与气体流率的0.8次方成正比。 已知：
P 1 0 1 . 1 K P a , T 2 9 3 K , V L 2 . 1 , X 2 0 , 9 5 % , Y 1 . 1 8 X , K Y a V 0 . 8
求，当其它条件不变，V’=1.2V时，则φ’？
27
解：因V变化后，而塔高不变
ZH O G N O GH O 'GN O 'G
7
5、吸收速率方程
N A kG (p A G p A i) NAky(yyi) N AkL (cA icA)L NAkx(xi x)
ky pkG kx ckL
8
N AK G(pA GpA * )L
NAKy(yy*)
N AK L(cA * GcA)L NAKx(x*x)
NAK Y YAYA
23
4、某吸收系统y＝2x，入塔气含组分6％（体积），回收率90％ （摩尔比），用清水吸收，用水量为1800kg/h。
求1）液气比（V/L）。2）如果操作线与平行线平行，且知塔D ＝1m，KYa＝25.5Kmol/m3.h 。求出塔液X，及塔填料层Z。 已知： y=2x, y1=6%, X2=0,φ=90%, L=1800Kg/h, D=1m,
（1）出塔尾气的摩尔组成； （2）吸收剂的用量，Kg/h
(1)出塔尾气组成 已知y1=0.055，X2=0，φA=0.95
化工原理下册课件第二章 吸收第6次课解吸及其他条件下的吸收
V
6k 7m h -1ol
Z K ya N O G 1.0 3 k2 m m 3h o 1 l 0 .8 2 m 2 6 .3 7 8 .3m 2
4
点评：此题是对吸收章节的全面复习， 涉及到下面五个重要的知识点。 1．吸收平衡关系——亨利定律，涉及了m与H的换算
公式，H的单位，也复习到了。 2．操作线方程和最小液气比的计算。 3．传质系数及其关系的换算， 4．平均推动力法求算填料层高度。 5．吸收因数法求算填料层高度。还有吸收率和理想
L
思路就是由所求目标推至已知条件。
（ 1） 求 x1
L y1 y2 V x1 x2
y1 y2 y1
或
y2
1 y 1
L 1 .5 L 1 .5 y 1 y 2
V
V min
y1 / m x2
y1
x1
mE
s
P M s H P
解题过程是由已知到未知。即求出 m
L V
y2
已知：在操作条件下，亨利系数E=1.73×105kN/m²。水溶
液的密度取1000kg/ m³，CO2的分子量44。
7. 常压25℃下，气相溶质A的分压为0.054atm的混 合气体分别与
– 溶质A浓度为0.002mol/l的水溶液； – 溶质A浓度为0.001mol/l的水溶液； – 溶质A浓度为0.003mol/l的水溶液； 接触，求以上三种情况下，溶质A在二相间的转移
2. 对于难溶气体，吸收时属于＿＿＿＿＿＿控制 的吸收，强化吸收的手段是＿＿＿＿＿。
3. 物理吸收的极限取决于当时条件下＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，吸收速率取决于吸收质 从气相主体传入液相主体的＿＿＿＿＿＿＿。
4. 用Δp为推动力的气膜传质速率方程有两种,以气相 传质膜系数表达的传质速率方程为 ________________,以总传质系数表达的传质速率 方程为__________________。
《化工原理》(下)第二章 吸收第六次课
y2
−1
x2 L
此题中： x 2 = 0 , y 1 = 0.05 , V = 1500 22.4 = 67 kmol ⋅ h − 1
φ = 0 .95 , a = 93 m 2 ⋅ m -3 , H = 1 / 5 . 78 m ⋅ kN ⋅ kmol
思路就是由所求目标推至已知条件。 （ 1） 求 x 1
6
三、增大单位吸收传质面积
面积主要由设备来决定，对于填料塔，应该注意： 面积主要由设备来决定，对于填料塔，应该注意： 填料的选型，应尽量选比表面积大的填料。 填料的选型，应尽量选比表面积大的填料。 增大气液分散度，液体喷淋均匀，填料充分润湿， 增大气液分散度，液体喷淋均匀，填料充分润湿， 保证上升气泡和液层充分接触，达到传质目的。 保证上升气泡和液层充分接触，达到传质目的。 采用湍流塔，促使气液充分湍动， 采用湍流塔，促使气液充分湍动，两相接触面不 断更新，扩大了接触面积。 断更新，扩大了接触面积。
用量为最少用量的1.5 倍。该塔在30℃和101.3kN ⋅ m−2 压力下操作，在操作条件下的平衡 关系为 pe = 5.78C kN ⋅ m−2 ，试求： （已知吸收为逆流吸收过程。） （1）出塔溶液浓度 x1 ； （2）用平均推动力法求填料层高度 Z ； （3）用吸收因数法求 Z 。
12
首先列出已知条件，并用公式符号和标准单位表达出来。
4
对于易溶气体， 约等于k 是气膜控制过程; 对于易溶气体，KG约等于kG ,是气膜控制过程; 关键是降低气 膜层的厚度。增加气体总压，增加气流速度， 膜层的厚度。增加气体总压，增加气流速度，增大气相的湍动 程度，则膜分系数增大，KY=P·kG 。但是,气流速度应根据设备 但是, 程度，则膜分系数增大， =P· 大小来考虑,不能超过液流速度。 大小来考虑,不能超过液流速度。 对于难溶气体,K 约等于k 是液膜控制过程: 对于难溶气体,KL约等于kL ,是液膜控制过程: 关键是降低液膜 厚度。提高吸收剂的流速，增大液相的湍流程度， 厚度。提高吸收剂的流速，增大液相的湍流程度，使液膜分系 数增大，KX约等于C·kL 。 数增大， 约等于C 溶解度适中的气体，其吸收速度由两个膜控制，同时增大气相 溶解度适中的气体，其吸收速度由两个膜控制， 和液相流速，增大两相的湍动程度，从而减小两膜的厚度。 和液相流速，增大两相的湍动程度，从而减小两膜的厚度。
化工原理第二章-传递过程基本方程
z
o x
z
x y
y
2.1.5 控制体与控制面
柱坐标系（Cylindrical coordinates）：r，，z
= 0
z
z u
o
r
uz
r z
ur
2.1.5 控制体与控制面
球坐标系（ Spherical coordinates）：r，，
= 0
= 0
u r o
ur
r
u
作业 p.114-115 2.1，2.2
2.2 质量守恒与连续性方程
2.2.1 宏观质量恒算（总质量恒算）
恒算范围：宏观控制体
q m ,in qmi ,in
i 1,2,...,n
qm,out qmi ,out
i 1,2,...,n
若控制体内的流体包含 n 个组分，则对任一组分 i应用质 量守恒定律有：
对质点的其它物理量A也可进行上述运算
DA Dt
A t
A x
ux
A y uy
A z
uz
A t
u • A
DA/Dt称为物理量A的随体导数，A/t称 为局部导数，（u•)A称为对流导数
2.1.5 控制体与控制面
控制体与控制面 控制体：位置和大小固定的空间体积。可以是假想的，
对稳定流动过程，管道任一截面处的质量流量相等。
不可压缩流体 A2u2 A1u1 qV 对不可压缩流体，管道任一截面处的体积流量相等。
不可压缩流体在均匀管道内流动时，平均流速沿途保持 定值，并不因摩擦而减速!
【例2.4】
密度为920kg/m3、粘度为3.5cP的某油料，稳定流经一大 小管组成的串联管路。大小管尺寸分别为φ38×2.5mm和 φ25×2.5mm。已知油料在大管中的流速为0.8m/s，试分 别求该油料在大管和小管中的体积流量、质量流量及质 量流速。
化工原理第二章1
③工作点对应的各性能参数反映一台泵的实际工作状态。
14
3．离心泵的流量调节 （1）改变管路特性------变出口阀的开度
15
（2）改变泵的特性 ----变叶轮转速 nA＜nB，转速增加,流量和压头均
增加。
（3）改变泵的特性 ----切削叶轮直径
调节范围不大，只能变小，适合 长期性调整，操作中调整不可行
P63
例2－3
16
四
离心泵的组合操作
1．双泵并联 ①理论上，H不变，Q加倍； ②实际工作流量并未加倍（QB＜2QA），压头有所增加 ；n台完全相同的泵并联，组合泵的特性方程为： ③
H A B Q2 n2
2．双泵串联 ①理论上，Q不变，H加倍；
θ
28
3.往复泵特点：
(1) 流量只与泵缸尺寸、冲程、活塞往复次数有关，与泵的压
头、管路等无关。
(2) 理论上
单动泵的流量：QT＝ASnr 双动泵的流量：QT＝(2A-a)S nr 式中： QT —— 往复泵理论流量，m3/s； A —— 活塞截面积，m2；
a —— 活塞杆截面积，m2；
有效功率Ne ：单位时间离心泵对流体做的功。 Ne=gQH ；
轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的功。 效率η ：泵对外加能量的利用程度。 η = Ne /N 2．离心泵的性能曲线 ①H-Q曲线：随着流量的增加，泵的压头下降， 此规律对流量很小的情况可能不适用。 ② N-Q曲线：轴功率随流量的增加而增大，离心
部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域； ③当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时，大量液体以高频冲 击力冲击叶片，使叶轮损伤，这种现象称为“汽蚀”。
化工原理第二章 流体输送机械
注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。
一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。
例2-1 离心泵特性曲线的测定 附图为测定离心泵特性曲线的实验装置， 实验中已测出如下一组数据：泵进口处真 空表读数 p1=2.67×104 Pa(真空度) ，泵出 口处压强表读数 p2=2.55×105 Pa(表压) ， 泵的流量 q=12.5×10-3 m3 /s ，功率表测 得电动机所消耗功率为 6.2kW ，吸入管 直径 d1=80mm，压出管直径 d2=60mm ， 两测压点间垂直距离 Z2－Z1=0.5m，泵由 电动机直接带动，传动效率可视为 1，电 动机的效率为 0.93 ，实验介质为 20℃的 清水，试计算在此流量下泵的压头 H、轴 功率 N 和效率 η。
1
1
p K z g
u 2 0 2g
He K H f
压头损失—取决于管内布局及管内流速的大小
2 l le u H f d 2g
在管路中，通常用流量反应生产任务 u
l le 8 H f 2 4 qv2 d d g
转速
当液体的粘度不大且转速n变化不大时（小于20%），利用
出口速度三角形相似的近似假定，若不变，可推知：
q' n q n H n H n
2
H
转速增大
比例定律
n
n
p' n p n
3
0
Q
叶轮直径
当叶轮直径因切割而变小时，若变化程度小于20%，不 变，则
理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为 H
q-H
实际压 头
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第二章 吸收1. 从手册中查得101.33 KPa 、25 ℃时，若100 g 水中含氨1 g ，则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987 KPa 。
已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H (kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。
解：（1） 求H 由33NH NH C P H *=.求算.已知：30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出：以100g 水为基准，因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为31000/kg m .则：333331/170.582/100110000.582/0.590/()0.987NH NH NH a C kmol m H C P kmol m kP *==+∴===⋅ (2). 求m .由333333330.9870.00974101.331/170.01051/17100/180.00974/0.9280.0105NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x m y x ****======+=== 2. 101.33 kpa 、10 ℃时，氧气在水中的溶解度可用p O2=3.31×106x 表示。
式中：P O2为氧在气相中的分压，kPa 、x 为氧在液相中的摩尔分数。
试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中，每立方米溶有多少克氧。
解： 氧在空气中的摩尔分数为0.21.故：222266101.330.2121.2821.28 6.43103.31106 3.3110O O aO O P Py kP P x -==⨯====⨯⨯⨯ 因2O x 值甚小，故可以认为X x ≈即：2266.4310O O X x -≈=⨯ 所以：溶解度6522232()6.431032 1.1410()/()11.4118()g O kg O kg H O m H O --⎡⎤⨯⨯==⨯=⎢⎥⨯⎣⎦3. 某混合气体中含有2%(体积)CO 2，其余为空气。
混合气体的温度为30 ℃，总压强为506.6 kPa 。
从手册中查得30 ℃时CO 2在水中的亨利系数E =1.88x105 KPa ，试求溶解度系数H (kmol/（m 3·kPa 、）)及相平衡常数m ，并计算每100克与该气体相平衡的水中溶有多少克CO 2。
解：(1). 求H 由2H O H EM ρ=求算.24351000 2.95510/()1.881018a H O H kmol m kP EM ρ-===⨯⋅⨯⨯ (2). 求m51.8810371506.6Em ρ⨯=== (1) 当0.02y =时.100g 水溶解的2CO(2)(3) 2255506.60.0210.1310.13 5.39101.8810CO aCO P kP P x E **-=⨯====⨯⨯ 因x 很小，故可近似认为X x ≈552222422()()445.3910 5.3910()()18()()1.31810()kmol CO kg CO X kmol H O kg H O kg CO kg H O ---⎡⎤⎡⎤=⨯=⨯⨯⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎡⎤=⨯⎢⎥⎣⎦故100克水中溶有220.01318CO gCO4．在101.33 kPa 、0 ℃下的O 2与CO 混合气体中发生稳定的分子扩散过程。
已知相距0.2 cm 的两截面上O 2的分压分别为13.33 kPa 和6.67 kPa ，又知扩散系数为0.185 cm 2/s ，试计算下列两种情况下O 2的传递速率，kmol/(m 2·s)：(1) O 2与CO 两种气体作等分子反向扩散。
(2) CO 气体为停滞组分。
解： （1） 等分子反向扩散时2O 的传递速率：122523125523()0.185/ 1.8510/.273101.325.0.221013.33. 6.671.8510(13.33 6.67) 2.7110(/)8.314273210A A A a A a A aA D N P P RTZD cm s m s T K P kP Z cm mP kP P kP N kmol m s -----=-==⨯====⨯==⨯∴=⨯-=⨯⋅⨯⨯⨯（2） 2O 通过停滞CO 的扩散速率52123152 1.8510101.33101.33 6.67()ln ln 8.314273210101.3313.333.0110/B A A A Bm B P DP DP N P P RTZP RTZ P kmol m s---⨯⨯-=-==⨯⨯⨯-=⨯⋅5． 一浅盘内存有2 mm 厚的水层，在20 ℃的恒定温度下逐渐蒸发并扩散到大气中。
假定扩散始终是通过一层厚度为5 mm 的静止空气膜层，此空气膜层以外的水蒸气分压为零。
扩散系数为2.60×10-5 m 2/s ，大气压强为101.33 KPa 。
求蒸干水层所需的时间。
解： 这是属于组分()A 通过停滞组分的扩散。
已知扩散距离（静止空气膜厚度）为3510Z m -=⨯.水层表面的水蒸气分压(20)C 的饱和水蒸气压力为1 2.3346A a P kP =.静止空气膜层以外;水蒸气分压为0P =522.610/.101.33.27320293a D m s P kP T K -=⨯==+=单位面积上单位时间的水分蒸发量为52123162 2.610101.33101.33()ln ln 8.314293510101.33 2.33465.0310/()B A A A Bm B P DP DP N P P RTZP RTZ P kmol m s ---⨯⨯=-==⨯⨯⨯-=⨯⋅故液面下降速度：685.0310189.0710/998.2A A L d N M m s d δθρ--⋅⨯⨯===⨯ 水层蒸干的时间：348510 2.20510 6.125/9.0710h h s h d d θθ--⨯===⨯=⨯ 6. 试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算0 ℃、101.33 kPa 时氨和氯化氢在空气中的扩散系数D (m 2/s)，并将计算结果与表2-2中的数据相比较。
解：(1). 氨在空气中的扩散系数.查表2.4知道，空气的分子体积：329.9/B V cm mol =氨的分子体积：325.8/A V cm mol =又知29/.17/B A M g mol M g mol ==则0.101.33a C kP 时，氨在空气中的扩散系数可由Maxwea Gilliland 式计算. 353/21/2521/31/3114.3610(273)()17291061410/101.33(25.8)(29.9)NH D m s --⨯⨯⨯+==⨯⎡⎤⨯+⎣⎦(2) 同理求得521.32310/D m s -=⨯7. 在101.33 kPa 、27 ℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。
甲醇在气、液两相中的组成都很低，平衡关系服从亨利定律。
已知溶解度系数H =1.955 kmol/(m 3·kPa)，气膜吸收系数k G =1.55×10-5 kmol/(m 2·s·kPa)，液膜吸收系数k L =2.08×10-5 kmol/(m 2·kmol/m 3)。
试求总吸收系数K G ，并算出气膜阻力在总阻力中所占百分数。
解： 总吸收系数525511 1.12210/()11111.5510 1.955 2.0810G a G C K kmol m s kP k Hk ---===⨯⋅⋅++⨯⨯⨯气膜P 助在点P 助中所占百分数.1/ 1.12272.31/1/ 1.55G G C k k Hk ==+ 8. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇，操作温度27 ℃，压强101.33 KPa 。
稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为5 kPa ，液相中甲醇组成为2.11 kmol/m 3。
试根据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。
解： 吸收速率()A G A A N K P P *=-由上题已求出521.12210/()G a k kmol m s kP -=⨯⋅⋅又知：31.955/()a H kmol m kP =⋅则该截面上气相甲醇的平衡分压为/ 2.11/1.955 1.08.5.A a A a P C H kP P kP *====则55221.12210(5 1.08) 4.410/()0.1583/()A N kmol m s kmol m h --=⨯⨯-=⨯⋅=⋅9. 在逆流操作的吸收塔中，于101.33 kpa 、25 ℃下用清水吸收混合气中的H 2S ，将其组成由2%降至0.196 (体积)。
该系统符合亨利定律。
亨利系数E =5.52×16 kPa 。
若取吸收剂用量为理论最小用量的12倍，试计算操作液气比VL及出口液相组成1X 若压强改为1013 kPa ，其他条件不变，再求V L手及1X解： （1） 求101.33a kP 下，操作液气比及出口液相组成。
41112222 5.5210545.101.330.020.0204110.020.0010.001110.001E m P y Y y y Y y X ⨯======--===--= 最小液气比12min 120.02040.001()518.0.0204/545Y Y L Y V X m--===- 操作液气比为min 1.2() 1.2518622.L L V V=⨯=⨯= 出口液相浓度12125()10(0.02040.001) 3.1210622V X X Y Y L-=+-=+⨯-=⨯（2） 求1013a kP 下的操作液气比及出口液组成45.5210545.1013E m P ⨯=== 则：'12min 120.02040.0001()51.80.0204/5451.251.862.2Y Y L Y V X mL V--===-=⨯= 出口液相组成：''41212'1()0(0.02040.001) 3.121062.2V X X Y Y L -=+-=+⨯-=⨯ 11. 在101.33 kPa 下用水吸收据于空气中的氨。
已知氨的摩尔分数为0.1，混合气体于40 ℃下进入塔底，体积流量为0.556 m 3/s ，空塔气速为1.2 m/s 。
吸收剂用量为理论最小用量的1.1倍，氨的吸收率为95%，且已估算出塔内气相体积吸收总系数Ya K 的平均值为0.1112s)kmol/(m 3⋅。