化工基础复习题

3、 流 体 -固 体 颗 粒 间 的 运 动 和 流 态 化a. 重 力 沉 降 速 度 4 3p sd gv pd pd vRe -颗 粒 直 径 ;v-沉 降 速 度 ; -流 体 密 度 ; -流 体 粘 度 ; 当 时 ， 沉 降 形 态 为 滞 流 ， 此 时 -斯 托 克 斯 公 式 ， 适 用 于 小 直 径 颗 粒 的 沉 降 。1Re 24 ,Re 4 4 243 3p s p sd g d gv Re 2 18p sd gv 当 时 ， 沉 降 形 态 为 湍 流 ， 此 时 阻 力 系 数 接 近于 一 定 值 。当 时 ， 对 球 形 颗 粒 ： ， 对 圆 柱形 颗 粒 ： ， 对 圆 盘 形 颗 粒 ： 。 此 时 球 形 颗 粒的 沉 降 速 度 为 ：此 式 为 牛 顿 沉 降 公 式 ， 适 用 直 径 较 大 的 颗 粒 的 沉 降 。 当 时 ， 沉 降 形 态 为 过 渡 态 ，此 时 得 到 的 沉 降 公 式 称 为 阿 仑 公 式 。500Re 0.618.5Re 0.44 1.0 1.2 1.74 5.45p s p sd g dv (1 500)Re (500 300000)Re b.离 心 沉 降 速 度 4 3p c sd av c. 泊 肃 叶 公 式 232 Lvp d 滞 流 ， 毛 细 管 内 径 为 ， 长 度 为 ， 流 体 流 速 为 d L v d. 恒 压 过 滤 （ 压 强 差 恒 定 ） 基 本 方 程V： 滤 液 体 积 ， Ve： 过 滤 介 质 的 当 量 滤 液 体 积 ， m32 22 eV VV KA 若 过 滤 介 质 阻 力 可 忽 略 不 计 ， 则 有 ： 2q K2 2V KA e. 恒 速 过 滤 （ 过 滤 速 率 恒 定 ） 基 本 方 程2 22e KV VV A 若 过 滤 介 质 阻 力 可 忽 略 不 计 ， 则 有 ： 2 2Kq 2 22KV A 例 1： 某 悬 浮 液 在 恒 压 下 过 滤 ， 滤 渣 是 不 可 压 缩 的 ，若 过 滤 介 质 的 阻 力 可 以 忽 略 ， 已 知 10 min单 位 过 滤 面 积上 得 滤 液 0.1 m3， 若 1 h得 滤 液 2 m3， 则 所 需 过 滤 面 积为 多 少 ？ 8 .1 6 m3 4、 传 热a. 傅 立 叶 定 律 ;dTA constd ;dTq A d b. 单 层 平 面 壁1 2 1 2( ) ( )T T T TA A 推 动 力阻 力c.多 层 平 面 壁 (假 定 各 壁 间 接 触 良 好 ) 2 3 3 41 21 2 31 2 3( ) ( )( ) T T T TT TA A A 1 4 31 21 2 3( )T TA A A 总 推 动 力总 阻 力 c. 单 层 圆 筒 壁 1 2 1 22 21 1( ) ( )2 ln ln2T T T TL r rr rL 推 动 力阻 力1 2 1 2 2 1 22 1 1( ) ( )2 ( ) 2( )ln mT T T TL r r r Lrr r r 1 2 1 2( ) ( )m mT T T TA A 2 1 2 121 , ; 2lnm m mr rr r r A r Lrr 其 中 d. 多 层 圆 筒 壁 1 1 1 11 11( ) ( )ln2 n nni in ii i mii iT T T Trr AL e. 牛 顿 传 热 方 程 ( ) WT T A ( )WT T A 流 体 被 加 热 时流 体 被 冷 却 时 热 流 体 向 器 壁 的 对 流 传 热 ：器 壁 的 传 导 传 热 ：器 壁 向 冷 流 体 的 对 流 传 热 ： 1 1 1 1 11 WW T TA T T A 2 2 2( )W W W WT t T tA A T Tw tw t T 1 T2 t1 t2 传热 3 2 3 2 31WW t tA t t A f.总 传 热 速 率 方 程 1 2 3 1 1 2 2 31 1W W W WT T T t t tA A A 1 1 2 2 31 1T tA A A g. 壁 温 的 计 算 1 1 2 21 1W W W WmT T T t t tA A A 金 属 壁 的 热 阻 可 以 忽 略 ， 即 ， 则 W WT t 1211WWT TT t h.平 均 传 热 温 差 的 计 算恒 温 差 定 态 传 热 的 传 热 温 差 :t T t 变 温 差 定 态 传 热 的 传 热 温 差 1 212( )ln( ) mt tKA KA ttt T1 t1 t2 逆 流 T2 t t2 t1 0 dA A式 中 分 别 为 换 热 器 进 、 出 口 处 热 、 冷 两 流体 的 温 差 。 1 1 2 2 2 1,t T t t T t 1 212( )ln( ) mt tKA KA ttt 1 1 1 2 2 2,t T t t T t 1 . 某 平 壁 炉 炉 壁 由 耐 火 砖 、 保 温 砖 和 建 筑 砖 三 种 材 料 组 成 ,相 邻 材 料 之 间 接 触 密 切 ,各 层 材 料 的 厚 度 和 导 热 系 数 依 次 为b1 =2 5 0 mm, 1 =1 .4 W/(mK)， b2 =1 3 0 mm， 2 =0 .1 5 W/(mK), b3 =2 0 0 mm, 3 =0 .8 W/(mK)。 已 测 得 耐 火 砖 与 保 温 砖 接 触 面上 的 温 度 t2 =8 2 0 , 保 温 砖 与 建 筑 砖 接 触 面 上 的 温 度t3 =2 6 0 ,试 求 ： 1 )各 种 材 料 层 的 单 位 面 积 计 的 热 阻 ； 2 )通 过炉 壁 的 热 量 通 量 。 3 )炉 壁 导 热 总 温 差 及 其 在 各 材 料 层 的 分 配 。2 . 在 内 管 为 1 8 9 1 0 mm的 套 管 换 热 器 中 ， 将 流 量 为 3 5 0 0 kg/h的 某 液 态 烃 从 1 0 0 冷 却 到 6 0 ， 其 平 均 比 热 为 2 .3 8 kJ/(kgK)， 环 隙 走 冷 却 水 ， 其 进 出 口 温 度 分 别 为 4 0 和 5 0 ，平 均 比 热 为 4 .1 7 kJ/(kgK)， 基 于 传 热 外 表 面 积 总 传 热 系 数Ko=2 0 0 0 w/(m 2 K)， 设 其 值 恒 定 ， 忽 略 热 损 失 。 试 求 ： 1 )冷 却水 用 量 ； 2 )分 别 计 算 两 流 体 为 逆 流 和 并 流 情 况 下 的 平 均 温 差及 所 需 管 长 。 5、 吸 收a.亨利定律* ,A Ap Ex *A Ac Hp* A Ay mxb.摩尔比1 11 1A AA AA AA AA A A Ay YY yy Yx XX xx X 或 或 对 于 稀 溶 液 ：*A Ay mxA AY mX c.费克定律AA dcN DA d A AA c pDN DA ART , A AA Bm Bmc pDN DA Ac pRTc p 2 121lnB BBm BBp pp pp d.双膜理论e.分吸收速率方程( )A A i BmGDdN p p dApRT p 气 膜 层 ( )A g A idN k p p dA ( )A y A idN k y y dA y gk pk 液 膜 层 ( )A i ASLDdN c c dAcc ( ) ( )A l i A x i AdN k c c dA k x x dA x lk k c ( ) ( )( ) ( )A g A i y A il i A x i AdN k p p dA k y y dAk c c dA k x x dA f.总吸收速率方程( ) ( )1 1A i A iA g yp p y ydN dA dAk k ( ) ( )1 1 i A i AA l xc c x xdN dA dAk k *( )A G A AdN K p p dA 1 ,1 1G l gK Hk k 令 11L l gK Hk k 令 *( )A L A AdN K c c dA * * *( ) ( ) ( )A G A A y A A Y A AdN K p p dA K y y dA K Y Y dA * * *( ) ( ) ( )A L A A x A A X A AdN K c c dA K x x dA K X X dA 总 吸 收 系 数 与 分 吸 收 系 数 之 间 的 关 系 ：总 吸 收 系 数 之 间 的 关 系 ：当 总 压 不 太 高 ， 对 于 稀 溶 液 ：11 1G l gK Hk k 11L l gK Hk k 11y y xK mk k 11 1x x yK k mk G LK HK x yK mK y GK pK x LK cKY y GK K pK X x LK K cK 对 于 溶 质 A， 气 相 溶 质 的 减 少 速 率 等 于液 相 溶 质 的 增 加 速 率 。回 收 率 ：Y1、 Y2： 分 别 为 进 塔 和 出 塔 气 体中 溶 质 组 分 的 摩 尔 比 。X 1、 X2： 分 别 为 出 塔 和 进 塔 液 体 中 溶 质 组 分 的 摩 尔 比 。, 1 2 , 1 2( ) ( )n V n Lq Y Y q X X 1 21 100%Y YY 逆 流 吸 收 塔 物 料 衡 算 g.填料吸收塔的计算 操 作 线 方 程 ： 操 作 线 方 程 ,表 明 塔 内 任 一 截 面 上 的 气 相组 成 Y与 液 相 组 成 X之 间 成 直 线 关 系 ，斜 率 为 液 气 比 。 通 过 点, 2 , 2( ) ( )n V n Lq Y Y q X X , 2 2, ( )n Ln VqY X X Yq 2 2 1 1( , ), ( , )A X Y B X Y,n Ln Vqq h.最小液气比 Y 1 B Y P Y 2 A O X2 X X1 逆 流 吸 收 塔 操 作 线 B B* 1X1X , , , , min, ,n L n Ln L n V n Vq qq q q , 1 2*, 1 2min ;n Ln Vq Y Yq X X i.填料层高度12, *0 0 Yn V G GYYq dYH H NK A a Y Y 12, *0 0 Xn L L LXXq dXH H NK A a X X 分 别 称 为 气 、 液 相 总 传 质 单 元 高 度 (m) 分 别 称 为 气 、 液 相 总 传 质 单 元 数 (无 因 次 ) ,G LH H,G LN N 解 析 法 ： 适 用 于 平 衡 线 近 似 为 直 线 的 情 况 。相 平 衡 关 系 ：操 作 线 方 程 ： , 2 2, ( )n Ln VqY X X Yq *Y Y Y Y 与 也 是 直 线 关 系*Y mX b * *1 1 2 2 1 21 2 1 2( ) ( )Y Y Y Y Y Yd YdY Y Y Y Y *X X X X 与 也 是 直 线 关 系 * *1 1 2 2 1 21 2 1 2( ) ( )X X X X X Xd XdX X X X X 12 *YG Y dYN Y Y 121 2 1 2 1 21 21 2 12( ) ;lnYY mY Y Y Y Y Yd Y Y YY Y Y YYY 1 212lnm Y YY YY *1 1 1 1 1*2 2 2 2 2Y Y Y Y mX bY Y Y Y mX b 1 12 21 2 1 2* 1 21 2 12( ) lnX XL X XX X X XdX d XN X XX X X X X XX 1 212lnm X XX XX 1 2mX XX *1 1 1*2 2 2X X XX X X 1 . 某 厂 吸 收 塔 填 料 层 高 度 为 4 m， 用 水 吸 收 尾 气 中 的 有 害 组 分A， 已 知 平 衡 关 系 为 Y=1 .5 X， 塔 顶 X2 =0 ， Y2 =0 .0 0 4 ， 塔 底X1 =0 .0 0 8 ， Y1 =0 .0 2 ， 求 ：(1 ) 气 相 总 传 质 单 元 高 度 ；(2 ) 操 作 液 气 比 为 最 小 液 气 比 的 多 少 倍 ；(3 ) 由 于 法 定 排 放 浓 度 Y2 必 须 小 于 0 .0 0 2 ， 所 以 拟 将 填 料 层 加 高 ，若 液 气 流 量 不 变 ， 传 质 单 元 高 度 的 变 化 亦 可 忽 略 不 计 ， 问 填料 层 应 加 高 多 少 ？2 . 在 常 压 下 逆 流 操 作 的 填 料 吸 收 塔 中 ， 用 纯 溶 剂 吸 收 混 合 气体 中 的 溶 质 组 分 ， 入 塔 气 体 流 量 为 1 1 2 0 m 3 /h （ 标 准 状 况 ） ，入 塔 气 体 中 溶 质 的 浓 度 为 5 %（ 体 积 ） ， 吸 收 率 为 0 .9 ， 操 作条 件 下 的 气 液 平 衡 关 系 为 Y*=1 .5 X， 液 气 比 L/V=3 ， 体 积 传 质系 数 KYa=1 0 0 kmol/(m2 h)， 塔 径 为 0 .8 m， 求 ：(1 ) 出 塔 液 体 浓 度 X1 ；(2 ) 所 需 填 料 层 高 度 H。 6、 精 馏1. 在 常 压 连 续 精 馏 塔 中 分 离 苯 -甲 苯 混 合 液 ， 原 料 药流 量 为 1000 kmol/h， 组 成 为 含 苯 0.4（ 摩 尔 分 数 ，下 同 ） ， 馏 出 液 组 成 为 含 苯 0.9， 苯 在 塔 顶 的 回 收 率为 0.9， 泡 点 进 料 ， 回 流 比 为 最 小 回 流 比 的 1.5倍 ，物 系 的 平 均 相 对 挥 发 度 为 2.5， 求 提 馏 段 的 操 作 线 方程 ？