化工原理1-3
化工原理下1-3 精馏的物料衡算(课堂PPT)
1(1.61)x1
x1 0.92
R
1
(2) y2R1x1R1xD
2210.9220.9150.93
（3） V （质）= ( R + 1 ) D(质）
= ( 2 + 1 )×50 kg / h = 150 kg / h M氯访= 119.35 kg / kmol M四氯化碳 = 153.8kg / kmol Mm= (0.95×119.35 + 0.05×153.8) kg / kmol
质量分率化为摩尔分率
x
xG/MA
xG/MA(1xG)/MB
摩尔分率化为质量分率
xGxMAx(1M Ax)MB
XG表示轻组分的质量分率
例题1:将5000kg/h含正戊烷0.4(摩尔分率)的正戊烷正 己烷混合液在连续精馏塔内分离,馏出液含正戊烷0.98, 釜液含正戊烷不高于0.03,求馏出液、釜液的流量及塔 顶易挥发组分的回收率。
yn1L内 L 内DxnL内 D DxD
若令 R内L内/D
则yn1R内 R内 1xnR内 xD 1
R内与R关系？ 令R内q回流 R
则 q回流 R R 内L L 内 //D DL L 内
LLLpC m (tbtR)/rm
L
L
q回流cpm(tb
tR)rm rm
例题2
例: 氯仿和四氯化碳的混合液在连续精馏塔内 分离，要求馏出液氯仿浓度为0.95(摩尔分率)，流
塔釜难挥发组分回收率
W (1 xW )
F(1xF)
思考
为什么不再对重组分进行物料衡算？ 答：由于xB=1-xA，并不是独立的，
对重组分物料衡算所得的方程：
F (1-xF) = D(1- xD)+ W (1-xW) 可由F = D + W 与
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
过程装备(化工原理)习题参考答案
习题参考答案第一章1-1. 略。
1-2. 杆BC 为二力杆，N BC =8.64kN ，BC 杆受压。
梁AB 在铰链A 处所受约束反力：N A X =-6.11kN ，N A Y =2.89Kn 。
1-3. 1.575kN （压力）。
1-4. N A X =G/2，N A Y =G ；N BX =G/2，N B Y =0；N C X =G/2，N C Y =G 。
1-5. 11.25kN 。
1-6. 杆EF 和CG 均为二力杆，N EF =0.943kN ，N CG =-0.167kN ；A 处约束反力：N A Y =0.667kN ，N A Y =0.5kN 。
1-7. γGbl 2=。
1-8. 51.76N 。
1-9. 22kN 。
1-10. 固定铰链给予轮子一个大小为P 方向向上的约束反力，与轮边缘作用的向下的力P 形成一个力偶，这样才能与轮子所受的力偶相平衡。
1-11. (1)塔底约束反力：N A x =17.4kN ，N A y =243.5kN ，M =202.2kN ·m ；(2)N A x =6.39kN ，N A y =23.5kN ；N B x =6.39kN ，N B y =0。
第二章2-1. 两边200mm 段中的应力为100MPa ，应变为0.0005，伸长量为0.1mm ；中段应力为60MPa ，应变为0.0003，伸长量为0.06mm ；总伸长为0.26mm 。
2-2. 略。
2-3. 细段应力127.4 MPa ，粗段应力38.2 MPa ，总伸长量为0.733mm 。
2-4. AB 杆中的应力110.3 MPa ，BC 杆中的应力31.8 MPa ，均小于许用应力，故支架是安全的。
2-5.（1）x=1.08m ；（2）杆1中的应力44 MPa ，杆2中的应力33 MPa 。
2-6. 活塞杆直径d ≥62mm ，可取d =62mm ，螺栓个数n ≥14.8，取n=16（偶数）。
化工原理上册课后习题及答案
第一章：流体流动二、本章思考题1-1 何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？1-2 何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？1-3 流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向？1-6何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？1-7 一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，将如何变化？1-8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？1-9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？1-10摩擦系数λ与雷诺数Re及相对粗糙度的关联图分为4个区域。
每个区域中，λ与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失与流速的一次方成正比？哪个区域的与成正比？光滑管流动时的摩擦损失与的几次方成正比？1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？三、本章例题例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。
已知贮槽直径D为3m，油品密度为900kg/m3。
压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。
已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。
试计算当右侧支管内油面向下移动30mm后，贮槽中排放出油品的质量。
HH1DR11CEFBA10mn11-1附图解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出排放量。
m首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。
化工原理第三版（陈敏恒）上、下册课后思考题答案（精心整理版）
化工原理第三版（陈敏恒）上、下册课后思考题答案（精心整理版）第一章流体流动1、什么是连续性假定?质点的含义是什么?有什么条件?连续性假设：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。
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比分子自由程却要大得多。
2、描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态；欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。
3、粘性的物理本质是什么?为什么温度上升,气体粘度上升,而液体粘度下降?粘性的物理本质是分子间的引力和分子的运动与碰撞。
通常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，温度上升，热运动加剧，粘度上升。
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，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。
4、静压强有什么特性?①静止流体中，任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于某一点不同方向上的静压强在数值上是相等的；③压强各向传递。
7、为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好?由静力学方程可以导出，所以H增加，压差增加，拔风量大。
8、什么叫均匀分布?什么叫均匀流段?均匀分布指速度分布大小均匀；均匀流段指速度方向平行、无迁移加速度。
9、伯努利方程的应用条件有哪些?重力场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系。
12、层流与湍流的本质区别是什么?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。
13、雷诺数的物理意义是什么?物理意义是它表征了流动流体惯性力与粘性力之比。
14、何谓泊谡叶方程?其应用条件有哪些?应用条件：不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻力损失计算。
15、何谓水力光滑管?何谓完全湍流粗糙管?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。
陈敏恒《化工原理》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(流体流动 课后习题详解)
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图 1-8 证明：已知：如图 1-8 所示，求证： 作 1-1 等压面，由静力学方程得
即
1-10 试利用流体平衡的一般表达式（1-9）推导大气压 P 与海拔高度 h 之间的关系。
因液体在器内及管内的流动缓慢，本题可作静力学处理。
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图 1-3 解：已知： 假定：由于液体流动速度缓慢，可作静力学处理
求：H（m）。
＝0.5 780 ＝0.39m 1000
1-5 如图 1-4 所示复式 U 形压差计测定水管 A、B 两点的压差。指示液为汞，其间充 满水。今测得 h1＝1.20m，h2＝0.3m，h3＝1.30m，h4＝0.25m。试以 Pa 为单位表示 A、 B 两点的压差△p。
解：已知：T＝20℃（苯），
求：（1）
入孔盖受力 F（N）；（2）槽底压强 P（Pa）。
（1）由于入孔盖对中心水平线有对称性，且静压强随深度作线性变化，所以能够以孔
盖中心处的压强ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ全面积求积得 F。
＝8809.819－0.6 0.785 0.52 ＝1.42 N
（2）P=ρgH=880×9.81×9=7.77×104（Pa）
图 1-2 解：已知： 气缓慢流动。求：储槽内液体的储存量 W。 （1）管道内空气缓慢鼓泡 u＝0，可用静力学原理求解。 （2）空气的 ρ 很小，忽略空气柱的影响。 ∴
H＝ i R＝13600 0.13＝1.8 980
∴
2 / 51
管道中空
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图 1-6
化工原理下1-3精馏的物料衡算
L内＝L外＋Φ V外＝V－Φ L外＝RD Φrm=L外Cpm(tb-tR) L外:塔外的液相回流量,kmol/h Φ:被冷凝下来的流量,kmol/h rm:回流液在泡点温度下的气化 潜热，kJ/kmol Cpm:回流液的平均比热，kJ/(kmol·K) tb:回流液的泡点温度，OC tR:冷回流液的温度，OC
y1 = xD= 0.95
解：
（3） V （质）= ( R + 1 ) D(质） = ( 2 + 1 )×50 kg / h = 150 kg / h M氯访= 119.35 kg / kmol M四氯化碳 = 153.8kg / kmol Mm= (0.95×119.35 + 0.05×153.8) kg / kmol =121.1 kg / kmol V = (150kg/h) /( 121.1kg/kmol) = 1.24 kmol / h L（质）= R﹒D = 2 ×50 kg / h = 100 kg / h L = 100 / 121.1 kmol / h = 0.826 kmol / h
V = L+D
精馏段轻组分物料衡算
V yn+1=Lxn + D xD V=L+D
2பைடு நூலகம்精馏段物料衡算及操作线方程
2
1
* 精馏段操作线方程的意义：
上升蒸汽组成y n+1之间的关系。
在一定的操作条件下，从任一塔板（n）向
下流的液体组成xn与相邻的下一块塔板（n+1）
L = R D V = L+ D =（R + 1）D
a
b
c
d
e
t
x(y)
化工原理第三版课后答案
化工原理第三版课后答案1. 介绍。
化工原理是化学工程专业的基础课程，它主要介绍了化工过程的基本原理和基本操作。
对于化工原理这门课程，学生们在学习过程中难免会遇到一些难题，需要课后答案进行参考和学习。
本文将为大家提供化工原理第三版课后答案，希望对大家的学习有所帮助。
2. 课后答案。
1) 第一章。
1.1 什么是化工原理？答，化工原理是研究化工过程中基本原理和基本操作的科学，它包括物质平衡、能量平衡、动量平衡等内容。
1.2 化工原理的研究对象有哪些？答，化工原理的研究对象包括化工过程中的物质、能量、动量等。
2) 第二章。
2.1 化工原理的基本原理是什么？答，化工原理的基本原理是根据物质平衡、能量平衡、动量平衡等基本原理，对化工过程进行分析和计算。
2.2 为什么要进行物质平衡？答，物质平衡是化工过程中最基本的平衡之一，它能够帮助我们了解化工过程中物质的流动和转化情况。
3) 第三章。
3.1 什么是化工过程？答，化工过程是指将原料通过一系列的物理、化学变化，转化成所需产品的过程。
3.2 化工过程中的能量平衡有何重要性？答，能量平衡能够帮助我们了解化工过程中的能量转化和利用情况，对于提高化工生产的效率和节能减排具有重要意义。
4) 第四章。
4.1 为什么要进行动量平衡？答，动量平衡是化工过程中流体流动的基本原理，它能够帮助我们了解流体在管道中的流动情况，对于设计和优化化工设备具有重要意义。
4.2 如何进行动量平衡的计算？答，进行动量平衡计算时，需要考虑流体的密度、流速、管道截面积等因素，通过动量守恒原理进行计算。
3. 结语。
以上就是化工原理第三版课后答案的相关内容，希望对大家的学习有所帮助。
化工原理是化学工程专业的重要基础课程，通过学习和掌握化工原理的基本原理和方法，能够为将来的学习和工作打下坚实的基础。
希望大家能够在学习过程中勤奋钻研，取得优异的成绩。
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26
二、雷诺应力与涡流传递
湍流时的动量传递不再服从牛顿黏性定律。但仍 可以牛顿黏性定律的形式表达
? r ? ? d (?ux )
Ne ? 2414.50W Ne ? 2.4KW
?例 20℃的水以7m3/h的流量流过如 图所示的文丘里管，在喉颈处接一 支管与下部水槽相通。已知 1-1截面 处的压强为 0.2at（表），管内径为 50mm，喉颈内径为15mm。设流动 无阻力损失，大气压为 101.3kPa， 水的密度取 1000kg/m3。试判断支 管中水的流向。
35
一、边界层的形成与发展
管内流动边界层
图1-18 圆管内的流动边界层 36
一、边界层的形成与发展
可将管内的流动分为两个区域：一是边界层 汇合以前的流动，称之为 进口段流动；另一是边 界层汇合以后的流动，称之为 充分发展了的流动 。
对于层流，进口段长度可采用下式计算
Lf ? 0.0575Re d
涡流运动黏度不是流体物理性质的函数，而是随 湍流强度、位置等因素改变。
28
第一章 流体流动
1.5 动量传递现象 1.5.1 层流—分子动量传递 1.5.2 湍流特性与涡流传递 1.5.3 边界层与边界层分离现象
29
一、边界层的形成与发展
速度变化很小 可视为理想流体
实际流体与固体 远离壁面的大部分区域 壁面间相对运动 壁面附近的一层很薄的流体层
10
解：如图所示，取 1? 1、2 ? （2 出口内侧） 以1? 1面为基准面，则柏努利 方程
? Z1g ?
u12 2
?
p1
?
? We ?
Z2g ?
u
2 2
2
?
p2
?
?
hf
p1 ? 0(表），Z1 ? 0, ? 水池的流通截面面积远 远大于管道
的流通截面积，? u1 ? 0
p2 ? 20kPa (表），管道直径 d ? 114 ? 2 ? 4 ? 106mm
2
三、对伯努利方程的讨论
2.有效功率：输送机械在单位时间内所作的有效 功称为有效功率，用下式计算
Pe ? qmWe
(1-39)
3
三、对伯努利方程的讨论
3.伯努利方程的其他形式：
将各项均除以重力加速度 g
令
H e ? We / g , H f ? ? hf g
式1-38变为
?z?
? u2 2g
?
?p
1.4 流体流动的基本方程 1.4.1 总质量衡算-连续性方程 1.4.2 总能量衡算方程 1.4.3 机械能衡算方程的应用
8
柏努利方程式 的应用
一、使用柏努利方程的注意事项 ? 衡算范围，控制面的选择 ? 压力
? 基准水平面的选取 ? 单位一致
? 二、柏努利方程的应用 ? ? 流速或流量 ? ? 流体输送设备的轴功率 ? ? 测量或计算管路的能耗 ? ? 驻点压强 ? ? 非定态系统中的瞬时流速或流量
? 设备间的相对位置 ? 管路系统中的压强分布 ? 判断流动方向
9
例 已知管道尺寸为 ? 114?4mm， 流量为 85m3/h，水在管路中流动 时的总摩擦损失为 10J/kg（不包 括出口阻力损失），喷头处压力 较塔内压力高 20kPa，水从塔中 流入下水道的摩擦损失可忽略不 计。（塔的操作压力为常压） 求：泵的有效功率。
41
动量传递小结
另一方面，当产生边界层分离时，由于逆 压作用的结果，流体将发生倒流形成尾涡，在 尾涡区，流体质点强烈碰撞与混合而消耗能量。 这种由于局部产生倒流和尾涡以及压力分布不 均所造成的能量损失称为形体阻力或局部阻力。
42
练习题目
思考题 1.在应用机械能衡算方程解题时需要注意哪些问 题？ 2.湍流用那些量来表征？ 3.流体在固体壁面上产生边界层分离的必要条件 时什么？试通过边界层分离现象分析形体阻力 （局部阻力）产生的原因。
43
脉动速度 (fluctuation
velocity)
除流速之外，湍流中的其它物理量，如温度、压 力、密度等等也都是脉动的，亦可采用同样的方 法来表征。
24
一、湍流的特点与表征
u x方向的时均速度 x 定义为：
? ux
?
1
?1
?1
0
u
x
d?
25
一、湍流的特点与表征
2．湍流强度
湍流强度的定义： I ? (u?x2 ? u?y2 ? u?z2 ) / 3 ux
解：设支管中的水处于静止状态。取1-1、2-2截面， 以3-3截面（水平面）为基准面，建立柏努利方程。
? Z1g ?
p1 ?
?
u12 2
? We ?
Z2g ?
p2
?
? u22 2
?
hf
? We ? 0，无阻力损失， hf ? 0，Z1 ? Z2 ? 3m
p1 ? pa ? 0.2 ? 9.81? 104 ? 120.9kPa
14
第一章 流体流动
1.5 动量传递现象 1.5.1 层流—分子动量传递
本节目的：分析阻力产生的根源
15
层流—分子动量传递
对于牛顿型不可压缩流体的层流流动，牛顿定 律可以写成
? ? ? d(?ux) ? ? d(?ux)
? dy
dy
(1-43)
考察式 1-43 各项物理量的因次：
16
层流—分子动量传递
4.若流动中既无外加压头又无压头损失，则任一 截面上的总压头为常数
Ht
?
z?
u2 2g
?
p
?g
?
常数
6
三、对伯努利方程的讨论
5. 如果流体静止，
gz1 ?
u12 2
?
p1
?
? We
?
gz2 ?
u22 2
?
p2
?
? ?hf
p1
?
?
gz1
?
p2
?
? gz2
流体静止仅是流体运动的特例。
7
第一章 流体流动
?g
?
He
?
Hf
或
z1
?
u12 2g
?
p1
?g
?
He
?
z2
?
u22 2g
?
p2
?g
?
Hf
(1-40) (1-40a)
4
三、对伯努利方程的讨论
z1
?
u12 2g
?
p1
?g
?
He
?
z2
?
u22 2g
?
p2
?g
?
Hf
(1-40a)
位头
速度头 动压头
压力头
外加 压头
压头损失
总压头
5
三、对伯努利方程的讨论
7
u1 ?
Vs ?
4
d
2 1
?
3600 0.785 ? (50 ? 10? 3 )2
?
0.991m / s
u2 ? u1(d1 d 2 )2 ? 0.991? (5015)2 ? 11.0m / s
p2
?
p1 ?
?
2
(u22
? u12 )
p2
?
120900
?
1000 2
(11 .02
?
0.9912 )
d (? ux )
dy
为动量浓度梯度
[?
]
?
[
? ?
]
?
kg [ m ?s
m3 kg
]
?
[
m2 s
]
称为动量扩散系数 （momentum diffusivity ）
18
层流—分子动量传递
据此可将式 1-43
? ? ? d(?ux) ? ? d(?ux)
? dy
dy
(1-43)
用文字表述为：
分子动量通量 =动量扩散系数×动量浓度梯度
?
60.8kPa
则2 ? 2截面处1kg流体的总势能：
E2
?
Z2 g ?
p2
?
? 3? 9.81?
60.8 ? 103 1000
? 90.2J
/ kg
13
则3 ? 3截面处1kg流体的总势能：
E3 ? Z3 g ? p3 ? ? 101.3J / kg
? E3 ? E2 ,? 支管中的水将向上流
流体能否流动或流动方向判断的实质是静力学问题。 一旦流动，流体中的能量转换服从柏努利方程。当水 槽中水向上流入文丘里管，则 2-2截面的压强将不再为 上面的计算值。
19
第一章 流体流动
1.5 动量传递现象 1.5.1 层流—分子动量传递 1.5.2 湍流特性与涡流传递
20
一、湍流的特点与表征
湍流的特点 1、质点的脉动 2、湍流的流动阻力远远大于层流 3、由于质点的高频脉动与混合，使得在与流 动垂直的方向上流体的速度分布较层流均匀。
21
一、湍流的特点与表征
dy
(1-48)
涡流动量通量＝涡流动量扩散系数 X 时均浓度梯度
湍流应力 （雷诺应力）
27
二、雷诺应力与涡流传递
湍流流动中的总动量通量可表示为
? t ? ? ? ? r ? (? ? ?) d (? ux )
dy
（1-49）
? ：涡流运动黏度 (eddy viscosity)或涡流动量扩