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化学工程基础辅导化学工程基础辅导 n参考书:参考书:n陈敏恒主编陈敏恒主编 化工原理化工原理 上下册上下册 第二版第二版 1999n n 张浩勤张浩勤 教授教授 考试范围考试范围n动量传递动量传递:流体流动和流体输送机械流体流动和流体输送机械n热量传递:传热热量传递:传热n质量传递:吸收和精馏质量传递:吸收和精馏n题型题型: 填空填空16 单项选择单项选择16 计算计算68 流体流动复习要点流体流动复习要点n流体流动的三个基本方程流体流动的三个基本方程连续性方程 柏努力方程(静力学基本方程) 两个需要用到方程阻力计算方程 阻力系数计算(层流、湍流) 以串联管路计算为主 流体输送机械复习要点流体输送机械复习要点n重点 离心泵n如何求管路特性曲线方程(柏努力方程)n泵特性曲线方程n管路特性曲线方程和泵特性曲线方程的交点为泵的工作点。n安装高度计算动量传递动量传递 n1 用离心泵将水打到高位槽,泵入口处真空表读数为P1,泵出口阀门后压强表读数为P2,当流量增大时, P1 ,P2_。n2 为直管阻力损失计算式中摩擦系数。随Re增大,在层流时 ,在完全湍流时 。n3 理论上往复泵的流量_有关;压头_有关。 n4质量流量一定的气体在管内作定常流动,温度升高,雷诺数 。n5流体通过离心泵所获得的能量主要表现为 。n6液体粘度增大时,离心泵的流量 ,扬程 ,功率 ,效率 ;7液体密度增大时,离心泵的流量 ,扬程 ,功率 ,效率 。 1某定常输水系统,供水储槽通大气,受水容器内的表压为30kPa,两槽液面高差为10m。已知管内径为100mm,输送系统的管路当量长度为100m。压出管路总长80m。设摩擦系数为0.02。输水量为40m3/h,泵的效率为0.8求:泵轴功率N为多少? 泵出口压力表的读数为多少? 解题要点:(1)从 0-0 到 2-2 列机械能衡算方程: feHgpugzHgpugz222212112121 Z1=0 Z2=10m p1=0 p2=30000Pa u1=u2=0 feHgpzH22 (1) gudlHmf22 (2) 24dquv (3)gHqNv (4)N 轴=N/效率 (5) 就 3-3 与 2-2 截面做能量衡算,并取 3-3 为基准面 Z3+(p3/g)+(u32/g2)=Z2+(p2/g)+(u22/g2)+Hf 压 Z3=0 Z2=7(根据途中数据近似计算) p2=30000Pa u2=0 u3 以在第一问中解出 p3/g=Z2+ (p2/g) +Hf 压-(u32/g2) Hf 压=(压/d)(u32/g2) 注意:要用压出管路长度进行计算 p3= Pa(表) 1题小结所用知识:连续性方程 柏努力方程阻力计算方程关键:根据题目要求选好截面, 确定高度、压力基准 灵活运用 注意 单位一致思考题n在上题中,泵入口压强表读数为多少?n解题关键:在0-0 截面 和1-1截面之间列柏努力方程。2某定常输水系统,供水储槽通大气,受水容器内的表压为30kPa,两槽液面高差为10m。已知管内径为100mm,输送系统的管路当量长度为100m。设摩擦系数为0.02。管路中装有一台离心泵,泵特性曲线为 H=23.0-6.0104qv2,式中H为泵的扬程m,qv为泵的流量m3/s。求:(1)管路特性曲线方程和管路的流量。(2)若关小阀门,使流量减小为原来的一半,求此时输送系统的管路当量长度?(3)泵的有效功率为原来的多少倍? 解:(1)从 0-0 到 2-2 列机械能衡算方程: feHgpugzHgpugz222212112121 feHgpzH22 (1) gudlHmf22 (2) 24dquv (3) (2)和(3)代入(1) ,得2410654. 106.13veqH (4) 泵特性方程 H = A- Bqv2= 23.0-6.0104qv2 (5) (4)和(5)联立求解,得泵的工作点:smqv/3 H= m n流量减小为原来的一半n由(3)式求流速; n由(5)式求工作点的H; n由(1)式求Hf;n由(2)式求管路当量长度l;(3)功率计算泵的有效功率泵的有效功率n Pe= gqvHe (6 6) n泵的(总)效率泵的(总)效率 :n =P=Pe e/P/Pa a (7 7) 有效功率有效功率/ /轴功率轴功率因为gHqNv 前后工况对比 vvHqqHNN 2题总结n如何求管路特性曲线方程? 连续性方程 柏努力方程 阻力计算方程 (阻力系数给出) 题给 泵特性曲线方程n管路特性曲线方程和泵特性曲线方程的交点为泵的工作点。n关小阀门,使流量减小为原来的一半,管路特性曲线方程发生变化 所用基本方程次序发生变化3粘度为30cP、密度为900kg/m3的某油品自容器A流过内径50mm的管路进入容器B 。两容器均为敞口,液面视为不变。管路中有一阀门,阀前管长50m,阀后管长20m(均包括所有局部阻力的当量长度)。当阀门全关时,阀前后的压力表读数分别为88.3kPa和44.2kPa。现将阀门打开至1/4开度,阀门阻力的当量长度为40m。试求:(1)管路中油品的流量。 解:解:阀关闭时流体静止,由静力学基本方程可得: 1081. 99001083. 831gppzaAm 581. 99001042. 4321gppzaB m 当阀打开41开度时,在 AA与 BB截面间列柏努利方程: fBBBAAAhpugzpugz222121 其中: 0BApp(表压),0BAuu 则有2)(2udllgzzeBA 由于该油品的粘度较大,可设其流动为层流,则 ud64Re64 代入代入式(a) ,有 22)(32264)(dulludlludgzzeeBA )204050(10303281. 9)510(90005. 0)(32)(322eBAllgzzdu m/s 校核: 31030736. 090005. 0Reud xF2,则 。nA. Rm1 Rm2 D. 无法判断精馏复习要点n物料恒算方程 全塔物料恒算 理论板数计算 逐板计算方法 操作线方程2个 进料线方程 平衡线方程 回流比(最小回流比)n4同一二元物系,当总压升高时,混合液泡点温度将 ,相对挥发度 .n5某精馏塔设计时,进料状况和分离要求一定,当R增大,则N 。 n6某蒸馏过程中,进出塔物料量不变,进料状况不变,由于某种原因导致冷却水用量减少,对产品质量的影响如何。Xd ,xw 。n1某双组分理想溶液,在塔顶装有分凝器和全凝器各一台的连续精馏塔进行分离。饱和液体进料,已知进料量为1000kmol/h,进料组成xF=0.56,(摩尔分率,下同),要求塔顶馏出液组成xD0.98,塔底残液组成xw0.02,物料平均相对挥发度为4。求:(1)馏出液和釜液产量;(2)当R=1.5Rmin时,精馏段和提馏段的操作线;(3)求离开第一块板的蒸汽和液体的组成。(4)若回流比提高,试分析塔内气、液循环量和分凝器的温度如何变化.解: (1)物料衡算: WDF WDFWxDXFx D=562.5kmol/h W=437.5 kmol/h (2) 饱和液体进料,q=1 56. 0Fexx 56. 03156. 04) 1(1eeexxy 56. 08358. 08358. 098. 0mineeeDxyyxR 7843. 05288. 05 . 15 . 1minRR 精馏段操作线方程: 5492043960111.x.RxxRRynDnn 提馏段操作线方程: 2 .144110005 .5627843. 0FRDqFLL 7 .10035 .5627843. 1) 1()1 (DRFqVV 00872. 0436. 11xVWxxVLyWmm 222121111154923404396201980yyx.x.yyyx.xyD 4)回流比提高,会使分离效果变好,塔顶分凝器的温度降低;作为代价,塔内气、液循环量加大,能耗加大。 讨论n(1)饱和蒸汽进料? n (2)分凝器相当于一块理论板n(3)塔顶轻组分回收率 下题n精馏操作计算需要试差,很难不会考。n2用板式塔分离某混合液,塔顶全凝器,=2.47,F=150kmol/h,xF =0.4,饱和蒸汽进料,R=1.42Rmin,塔顶轻组分回收率为0.97, Xw=0.026,求(1) xD;(2)R;(3)精馏段,提馏段操作线方程;(4)理论板数。 操作线特征
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