年博士考试辅导材料

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