2014考研化工原理考研辅导讲义超级总结

第一章 流体流动

以单位质量流体为基准：z1g?12p112pu1??We?z2g?u2?2??Wf，J/kg 2?2?以单位重量流体为基准：z1?p12p112u1??He?z2?u2?2??hf，m 2g?g2g?g11?u12?p1?HT??gz2??u22?p2??Pf，Pa 22以单位体积流体为基准： ?gz1?一、

p?－静压能

1、?－流体密度，Kg/m3 气体密度??比容v?pM RTV1? m?2、P－压强

（1）压力的表示方法：绝对压力、表压 、真空度 （2）静力学基本方程：

p1??z1g?p2??z2g，p2?pa??gh

静力学基本方程适用于在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体

①总势能守恒；②等压面的概念；③压力具有传递性；④压力或压力差可用液柱高度表示。 （3）静力学基本方程的应用：U形管压差计，关键在于等压面的选取。 二、gZ－位能，基准面的选取 三、

12u－动能 21、u的定义 u?wV?Vsws，G?s?s?u?，d??AAA?A4Vs ?u2?d2?uA?2、连续性方程Vs?u1A1?u2A2???uA?常数，1?2?? ??u2A1?d1?3、u可由伯努力方程算出。（当两截面面积相差较大时，大截面的u＝0） 4、流速的测量

皮托管、孔板流量计、转子流量计的工作原理、基本结构和计算 四、?hf?hf?hf管路阻力损失 1、静止或理想流体，?hf?0

'lu22、直管阻力损失hf??

d2（1）牛顿粘性定律???du， dy.粘度的物理意义 流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力 （2）边界层的概念；边界层的产生、发展、分离。 （3）流体的流动形态：层流和湍流 层流（Re≤2000）：u?.?pf4?l(R2?r2)

① 速度分布为抛物线方程 ② 管中心处速度最大，umax??pf4?lR2，管壁处速度为0

?pf21③ 管截面的平均流速u?umax?R

28?l④ 哈根-泊谡叶方程式?pf?32?lu64??，

Red2湍流Re≥4000：u?0.82umax （4）摩擦系数λ：①层流区 ??64②过渡区 将湍流时的曲线延伸，以查取λ值。③湍流区，当 ?d一定时，Reλ随Re的增大而减小，Re增大至某一数值后，λ下降缓慢；当R e一定时，λ随?d的增加而增大。④完全湍流区，

Wf?u2?dλ与Re无关，只与有关 ，阻力平方区。

leu2u2'3、局部阻力损失：h??，hf??

2d2'f4、非圆形管道的流动阻力：de?4?流通截面积A＝4?

润湿周边??l??le?u2?hf?hf?hf???????

d??2'五、We－净功（有效功）

1、不含输送设备，We＝0

2、Ne＝WeWs＝WeVsρ＝He gVsρ 3、He?We，m，压头，选泵的主要依据 g?HeVS?

102?4、N?Ne?六、伯努力方程的应用

1、几点说明

①如果系统中的流体处于静止状态，z1g?p1??z2g?p2?

②柏努利方程式表明理想流体在流动过程中任意截面上总机械能、总压头为常数。 ③适用于不可压缩性流体

2、应用伯努力方程解题时注意的问题

①截面的选取②基准水平面的选取③计算中要注意各物理量的单位保持一致，，尤其在计算截面上的静压能时，p1、p2不仅单位要一致，同时表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压。

第二章 流体输送机械-

一、工作原理

基本部件：叶轮（6~12片后弯叶片）；泵壳（蜗壳）（集液和能量转换装置）；轴封装置（填料函、机械端面密封）。 原理：借助高速旋转的叶轮不断吸入、排出液体。

注意：离心泵无自吸能力，因此在启动前必须先灌泵，且吸入管路必须有底阀，否则将发生“气缚”现象。 某离心泵运行一年后如发现有气缚现象，则应检查进口管路是否有泄漏现象。 二、性能参数及特性曲线

uucot?21、离心泵的理论压头H??2?2QT

gg?D2b2采用后弯叶片，当采用后弯片时，ctg?为正，可知理论压头随叶轮直径、转速及叶轮周边宽度的增加而增加，随流量的增加呈线性规律下降。 理论压头与流体的性质无关。 2、离心泵的主要性能参数

①流量Q：以体积流量来表示的泵的输液能力，与叶轮结构、尺寸和转速有关。

②压头（扬程）H：泵向单位重量流体提供的机械能。与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关。扬程并不代表升举高度。

2H??Z??p?Hf ?g轴功率N?HQ?102?(kw)

③有效功率 Ne?We?s?HgQ?④效率?

3、离心泵的特性曲线

常包括H?Q,N?Q,??Q曲线，这些曲线表示在一定转速下输送某种特定的液体时泵的性能。 ① 由N?Q线上可看出：Q?0时，N?Nmin，所以启动泵和停泵都应关闭泵的出口阀。

② 离心泵特性曲线测定实验，泵启动后出水管不出水，而泵进口处真空表指示真空度很高，可能出现的故障原因是吸

入管路堵塞。

③ 若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头减小，流量减小，效率减小，轴功率增大。 4、离心泵特性的影响因素

①流体的性质：（A）液体的密度变化Q,H,?不变，但是N??(Q,H,?受管路制约)（B）?加大：Q?H???N?②转速:比例定律Q2/Q1?n2/n1；H2/H1?(n2/n1)；N2/N1?(n2/n1) ③叶轮直径Q2/Q1?D2/D1；H2/H1?(D2/D1)；N2/N1?(D2/D1) 三、离心泵的工作点

1、泵在管路中的工作点为离心泵特性曲线（H?Q）与管路特性曲线（He?Qe）的交点。管路特性曲线为：

2323He?K?BQe2。

2、工作点的调节：既可改变H?Q来实现，又可通过改变He?Qe来实现。具体措施有改变阀门的开度，改变泵的转速，叶轮的直径及泵的串、并联操作。

离心泵的流量调节阀安装在离心泵的出口管路上，开大该阀门后，真空表读数增大，压力表读数减小，泵的扬程将减小，轴功率将增大。

两台同样的离心泵并联压头不变而流量加倍，串联则流量不变压头加倍。对于高阻管路，串联比并联组合获得的Q增值大；但对于低阻管路，则是并联比串联获得的Q增量多。 四、离心泵的安装高度Hg

为避免气蚀现象的发生，离心泵的安装高度≤Hg，注意气蚀现象产生的原因。 1三个基本概念

?p1u2?pv???①允许汽蚀余量NPSH：NPSH??

??g2g??g??②允许吸上真空度HS'?2、泵的允许安装高度

pa?p1 ?gu12①Hg?H??Hf0?1 Hs'为操作条件下的允许吸上真空度，mHf0?1为吸入管路的压头损失，m。

2g's②Hg?pa?pv?NPSH?Hf0?1 ?g3、汽蚀现象的产生的原因：①离心泵的安装高度太高；②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；③吸入管路的阻力或压头损失太高。

计算出的允许安装高度为负值，这说明该泵应该安装在液体贮槽液面以下。 五、离心泵的选择、安装和操作

第三章非均相分离

一、颗粒及颗粒床层的特性

1、颗粒：球形a?S/V?6/d，非球形de?36Vp/?,?s?S/Sp,a?SP/VP?6/de?s 2颗粒床层：?空隙率；ab?(1??)a 二、重力沉降 1、沉降公式ut?2、降尘室?t?d2??s???g4dE??s???g24,层流区ReT?1,??——ut?

Re183??0Hl???,VS?utbl,多层VS?(n?1)utbl utud2??s???g①临界粒径的计算ut?，VS?utbl，dmin

18u?Hd?12 ②直径为d的颗粒的回收率＝1?t1Hutmin?dmin三、离心沉降

4d??s???ut2沉降公式ur?

3??r2四、过滤

1、基本概念：深床过滤和饼层过滤，过滤介质，助滤剂

dVA2?p1?sdVKA22、过滤基本方程式：， ??d??r'v?V?Ve?d??V?Ve?(V?Ve)2?KA2(???e)3、恒压过滤：

(q?qe)2?K(???e)

V2?2VVe?KA2?V?KA?Ve?KA2?e222q2?2qqe?K?q?K?qe?K?e22

4、先恒压后恒速

dVdqK???常数，?P?a??b??R,qR Ad?d??q?qe?2qd?2?q?e dqKK5、恒压过滤常数的测定：

KA2KA21?dV??dV??dV??dV?6、虑饼洗涤：①洗涤速率：板框?叶虑机? ???????????d??W4?d??E8(V终了?Ve)?d??W?d??E2(V终了?Ve)②洗涤时间?w?Vw/??dV?? ?d??WV7、生产能力:间歇式???D??W??R，Q??D??W??R

第四章 传 热

热传导（导热）、热对流（对流）和热辐射，传热速率Q，热通量q 一、热传导 1、dQ???dS?t，λ––––导热系数 ?nb?SRt?t2、平壁：Q?t1?t2??t，

Q?1nn?1?bi?i?1?iS??t

?Rni?13、圆筒壁的稳定热传导：

t?t2?t 或 Q?1?bR?SmQ?S?S1r?r2?l?(t1?t2)，Sm?2?2?rml?2?l21

Srrln2ln2ln2S1r1r1多层（n层）圆筒壁：Q?t1?tn?12?l(t1?tn?1)或 Q?nbi1ri?1ln???S?rii?1imii一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应降低，主要原因是因水的导热系数大于保温材料的导热系数，受潮后，使保温层材料导热系数增大，保温效果降低。

在包有两层相同厚度保温材料的圆形管道上，应该将导热系数小的材料包在内层，其原因是为了减少热损失，降低壁面温度。 二、对流传热概述

1．对流传热基本方程––––牛顿冷却定律Q??S?t

α––––对流传热系数，单位为：W/（m2·℃），在换热器中与传热面积和温度差相对应。 2．对流传热系数

①流体在圆形直管中作强制湍流流动

对气体或低粘度的液体Nu?0.023Re0.8cp?k?du?Prk ??0.023(i)0.8()

d??流体被加热时，n=0.4；液体被冷却时，n=0.3。 定性几何尺寸为管子内径di。

定性温度取流体进、出口温度的算术平均值。

无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在传热边界层或滞流层内，减少热阻的最有效的措施是提高流体湍动程度。

水在管内作湍流流动时，若使流速提高至原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 20.8倍。若管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的40.8×20.2倍。（设条件改变后，仍在湍流范围） ②蒸汽冷凝：滴状冷凝的传热系数大于膜状冷凝传热系数。

③沸腾传热可分为三个区域，它们是自然对流区、泡状沸腾区和膜状沸腾区，生产中的沸腾传热过程应维持在泡壮沸腾区操作。

注意：在这三种情况下，提高对流传热系数的方法。

7

4、保温层的临界直径dc?2?/?

to?tWtw?ti5、壁温的估算 ?11?Ro?Ro?o?i三、两流体通过间壁换热 Q=KSΔtm 1、Q传热速率，W(J/S)

Q?WhCph(T1?T2)?WcCpc(t2?t1),Q?Whr?WcCpc(t2?t1),Q?Wh[r?Cph(Ts?T2)]?WcCpc(t2?t1)

2、总传热系数K（串联热阻）

d11dobdo1??Rsio???Rso（基于外表面） Ko?ididi?dm?oK取决于α小的那一侧，?i,?o的影响因素及关联式。 3、换热面积S?Q,S?n?dl K?tm4、平均温度差?tm?5、??NTU法 ①?h??t1??t2当Δt1/Δt2< 2时，Δtm可取算术平均值，即：Δtm=（Δt1+Δt2）/2

ln(?t1/?t2)t?tKST1?T2,?c?21,

WhCphT1?t1T1?t1T?Tt?tKSKS?12,NTU)c??21

WhCphtmWcCpctm②(NTU)h?6、换热计算：运用热平衡方程和传热速率方程求解 四、换热器

间壁式换热器有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式、螺旋板式、板翅式等。提高间壁式换热器传热系数的主要途径是提高流体流速、增强人工扰动；防止结垢，及时清除污垢。消除列管换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加膨胀节，采用浮头式结构或采用U型管式结构。翅片式换热器安装翅片的目的是增加传热面积；增强流体的湍动程度以提高α。为提高冷凝器的冷凝效果，操作时要及时排除不凝气和冷凝水。

间壁换热器管壁温度tw接近α大的一侧的流体温度；总传热系数K的数值接近热阻大的一侧的α值。如在传热实验中用饱和水蒸气加热空气，总传热系数接近于空气侧的对流传热膜系数，而壁温接近于水蒸气侧的温度。

对于间壁换热器m1Cp1(T1-T2)=m2Cp2(t1-t2)=KSΔtm等式成立的条件是稳定传热、无热损失、无相变化。 列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高α值，支撑管子。 在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管外；易结垢的流体走管内；高压流体走管内；有腐蚀性的流体走管内；粘度大或流量小的流体走管外。 五、辐射传热

1、基本概念：黑体、白体、灰体

8

2、两固体间的相互辐射：Q1?2?C1?2?1?2S?(T?T14?)?(2)4?

100??100六、间壁式换热气强化传热的途径 方程：Q?KA?tm

1、增大传热平均温度差?tm

（1）两侧变温情况下，尽量采用逆流流动；

（2）提高加热剂T1的温度（如用蒸汽加热，可提高蒸汽的压力来达到提高其饱和温度的目的）；降低冷却剂t1

的温度。

利用?tm?来强化传热是有限的。 2、增大总传热系数K

A11bA11?(?R1)??(?R2)1 K?1?Am?2A2（1）尽可能利用有相变的热载体（?大）； （2）用?大的热载体，如液体金属Na等；

（3）减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻； （4）提高a较小一侧有效。 提高

的方法

无相变传热：1）增大大流速；2）管内加扰流元件；3）改变传热面形状和增加粗糙度。 3、增大单位体积的传热面积A/V

（1）直接接触传热：可增大A和湍动程度，使Q? （2）采用高效新型换热器

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第五章 蒸 馏

利用各组分挥发度不同将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作称为蒸馏。对于均相物系，必须造成一个两相物系才能将均相混合物分离。蒸馏操作采用改变状态参数的办法（如加热和冷却）使混合物系内部产生出第二个物相（气相）；吸收操作中则采用从外界引入另一相物质（吸收剂）的办法形成两相系统。 一、两组分溶液的气液平衡 1． 气液平衡方程：xA?p?pBPAopAp?pBy?， AoooppA?pB?PBooo y?2． 气液平衡相图

?p/x?x，??A?AA

1?(??1)x?BpB/xB（1）温度—组成（t-x-y）图

气液两相呈平衡状态时，气液两相温度相同，但气相组成大于液相组成；若气液两相组成相同，则气相露点温度大于液相泡点温度。 （2）x-y图 二、精馏原理

精馏过程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理进行的，精馏操作的依据是混合物中各组分挥发度的差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底产生上升蒸汽。精馏塔中各级易挥发组分浓度由上至下逐级降低；精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，原因之一是：塔顶易挥发组分浓度高于塔底，相应沸点较低；原因之二是：存在压降使塔底压力高于塔顶，塔底沸点较高。

当塔板中离开的气相与液相之间达到相平衡时，该塔板称为理论板。

精馏过程中，再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证由适宜的液相回流。

三、两组分连续精馏的计算 1．全塔物料衡算

总物料衡算： F=D+W

易挥发组分： FxF?DxD?WxW 塔顶易挥发组分回收率： ?D?DxD?10%0 FxFW(1?xD)?100%

F(1?xF)LDR1xn?xD?xn?xDVVR?1R?1

塔底难挥发组分回收率： ?W?2．精馏段物料衡算和操作线方程yn?1?上式表示在一定操作条件下，精馏段内自任意第n层板下降的液相组成xn与其相邻的下一层板（第n+1层板）上升蒸汽相组成yn+1之间的关系。在x—y坐标上为直线，斜率为R/R+1，截距为xD/R+1。

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第七章 干 燥

一、湿空气的性质 1、湿度

，

2、.相对湿度φ

，

，

φ=1（或100%），表示空气已被水蒸汽饱和,不能再吸收水汽，已无干燥能力。φ愈小，即Pv与Ps差距愈大，表示湿空气偏离饱和程度愈远，干燥能力愈大。

3、比热：将1kg干空气和其所带的Hkg水蒸气的温度升高1℃所需的热量

cH?cg?cvH?1.01?1.88H，kJ/kg干空气·℃

4、焓：单位质量干空气的焓和其所带Hkg水蒸汽的焓之和。

I?cgt?(r0?cvt)H?r0H?(cg?cvH)t?2492H?(1.01?1.88H)t， kJ/kg干空气

5、.湿空气比容?H：每单位质量绝干空气中所具有的空气和水蒸汽的总体积。

273?t101.3?102?H??g??wH?(0.773?1.244H)?273Pm3/kg干气

6、干、湿球温度：湿球温度tw为湿空气温度t和湿度H的函数。

7、绝热饱和温度tas：绝热饱和过程又可当作等焓过程处理。

不饱和空气：t>tas(或tw)>td.；饱和空气：t=tas=td. 8、露点td：H?0.6229、湿焓图

不饱和湿空气当温度升高时，湿球温度升高，绝对湿度不变，相对湿度降低，露点不变，比容增大，焓增大。 二、物料衡算与热量衡算 1、物料性质 ①含水量w?ps,tdP?ps,td

Xw，X? 1?X1?w②比热和焓：cm?cs?Xcw?cs?4.187cw，I'?(cs?Xcw)??cm? 2、物料衡算

①W?L(H2?H1)?G(X1?X2) ②L?W：湿空气用量：L'?L(1?H0) kg湿气/h 或l'?l(1?H0) kg湿气/kg水

H2?H1湿空气体积：Vs?L?H m3湿气/h 或Vs'?l?H m3湿气/kg水

3、热量衡算

①QP?L(I1?I0)?LcH(t1?t0)?L(1.01?1.88H)(t1?t0)

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②QD?L(I2?I1)?G'(I2'?I1')?QL ③

Q?QP?QD?L(I2?I0)?G'(I2'?I1')?QL?L(1.01?1.88H)(t2?t0)?W(2490?1.88t2?4.187?1)?Gcm2(?2??1)?QLW(2490?1.88t2)

Q

④??④ 提高热效率途径：a、当t0，t1一定时，t2????；H2????。 b、当t0，t2一定时，t1????。 c、尽量利用废气中的热量 三、干燥速率与干燥时间

1、水分的性质：平衡水分和自由水分，结合水分和非结合水分

物料中总水分可分为非结合水分与结合水分，也可分为自由水分和平衡水分。物料中水分超过平衡水分的部分水分为自由水分，可用干燥方法除去；水分大于xB*（与φ=100%湿空气接触时的平衡水分）部分为非结合水，小于xB*水分为结合水。

区除可除水分与不可除水分的分界点是平衡湿含量。 2、干燥速率曲线

恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括恒速干燥阶段（包括预热段）和降速干燥阶段，其中两干燥阶段的交点对应的物料含水量称为临界含水量。

恒速干燥阶段也称为表面汽化控制阶段，物料表面的温度为空气的湿球温度，影响干燥速率的因素为干燥介质的状况。

降速阶段也称为内部迁移控制阶段。物料表面的温度高于空气的湿球温度，影响干燥速率的因素为物料结构尺寸和形状

临界含水量与物料性质和干燥介质的状况有关，同一物料，如恒速段的干燥速率增加，则临界含水量增大，物料平衡水分随温度升高而减小。 3、恒定干燥条件下干燥时间的计算 ①恒速阶段：?1?G'(X1?Xc) SUc②降速阶段?2?

G'XcdXG'(XC?X?)XC?X? ?ln?X2SUSUCX2?X?

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附：化工原理实验技术

1.流体流动阻力测定实验

基本要求：测定流体流过光滑管与粗糙管的直管阻力，作出实测的摩擦系数与雷诺数曲线，并与教材中推荐的经验曲线或理论关系曲线相比较；测出一定开启度的闸阀的局部阻力系数数值。

重点：保证实验中的流动稳定，正确读取转子流量计读数和Ｕ型压差计及压差传感器的读数。 难 点：实验系统的气体排除，倒Ｕ型管压差计及压差传感器的的使用。 2.离心泵性能特性曲线测定实验

基本要求：测定离心泵一定转速下输送水的特性曲线，即压头、轴功率和泵效率与流量曲线。 重 点：了解离心泵的结构，操作要点；仪器的使用方法各操作参数的测定方法。

难 点：离心泵的灌泵和启动；真空表和压力表的正确读数；涡轮流量计的正确使用；扭矩仪及压差传感器的正确读数。

3.恒压过滤常数测定实验

基本要求：熟悉板框压滤机的结构与操作，对碳酸钙与水悬浮液作恒压过滤实验，测出恒压下的过滤常数，并根据不同压力下的过滤常数值回归出压缩性指数值。

重 点：悬浮液的配制和输送；过滤过程管路中的阀门正确操作；滤液计量的准确可靠。 难 点：控制悬浮液的浓度均匀，防止固体颗粒沉淀。 4. 固体流态化实验

基本要求：熟悉固体颗粒床层的结构与操作，测出气固相床层的流体力学特性曲线，即流动压降与表观气速关系曲线。

重 点：颗粒床层的均匀性；流动压降的正确测定。 难 点：控制流量均匀，防止颗粒床层严重的沟流和节涌。 5.对流给热系数测定实验

基本要求:观察水蒸气在管外壁面冷凝的现象;学会用热电阻测量内管壁温的原理及测定方法,测出“水与水蒸汽”或“空气与水蒸汽”体系的传热膜系数，并与由经验式计算值比较。

重 点：了解套管换热器的结构；蒸汽中冷凝水和不凝性气体排放；流体流量的稳定；热电阻的温度正确读取。 难 点：保持蒸汽压力恒定；使传热处于稳定状态；冷凝液的液面恒定。 6.吸收（解吸）实验

基本要求:观察填料塔内的气液流动现象;学会气相色谱仪、二氧化碳气敏电极的测定方法及原理,测出“二氧化碳、空气与水”体系的体积传质系数。

重 点：了解填料塔的结构，气液流量的稳定；二氧化碳浓度的正确测定。 难 点：二氧化碳气敏电极的熟练使用；使传质处于稳定状态；塔底液位的恒定。 7.精馏实验

基本要求:掌握双组分连续精馏塔的实验原理及测定方法,测定“乙醇与水”体系的全塔效率或等板高度。

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重 点：了解精馏塔的结构；全回流条件下的总板效率或等板高度的测定。 难 点：非理想物系的理论塔板数的求取。 8.干燥速率曲线测定实验

基本要求:在恒定干燥条件下测定干燥曲线，求出“湿空气，湿毡与水体系”的临界含水量及临界干燥速率；了解称重传感器、自动记录仪和电加热控温仪的原理和使用方法。

重 点：恒定干燥条件的建立；湿物料的正确配制和秤量。干燥过程中湿物料的含水量随时间的变化规律。 难 点：准确掌握湿物料的加入水量；正确调节和使用称重传感器。

掌握上述实验的实验原理，能合理安排其流程，并分析所需测定参数及所用仪器和仪表。

第一章典型习题

一、客观题

（一）压强及静力学方程式 1．某设备的表压强为100kPa，则它的绝对压强为____kPa；另一设备的真空度为400mmHg，则它的绝对压强为____。（当地大气压为101.33 kPa） [答：201.33 kPa，360mmHg] 2．在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B连接一U型压差计,当流体流过该管时,压差计读数R值反映(A). A．A、B两截面间的压强差 B．A、B两截面间的流动阻力 C．A、B两截面间动压头变化 D．突然扩大或缩小的局部阻力 （二）流体的流动规律及流动阻力

1．流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是____型曲线。其管中心最大流速为平均流速的____倍，摩擦系数λ与Re关系为____。 [答：抛物线，2， =64/Re]

2．流体在钢管内作湍流流动时，摩擦系数λ与____和____有关；若其作完全湍流（阻力平方区），则λ仅与____有关。

[答：Re， ； ]

3．流体作湍流流动时，邻近管壁处存在一____，雷诺数愈大，湍流程度愈剧烈，则该层厚度____。 [答：滞流内层；愈薄]

4．因次分析的依据是____。 [答：因次一致性]

5．从液面恒定的高位槽向常压容器加水，若将放水管路上的阀门开度关小，则管内水流量将____，管路的局部阻力将____，直管阻力将____，管路总阻力将____。（设动能项可忽略。） [答：变小、变大、变小、不变]

6．牛顿粘性定律的表达式为____，该式应用条件为____流体作____流动。 [答： ，牛顿型，滞流]

7．水力半径的定义式为____，当量直径为____倍水力半径。

[答： ，4]

8．局部阻力的计算方法有____和____。 [答：阻力系数法，当量长度法]

9、连续性介质假定是指__________________________。

10、流体阻力产生的根源是__________________________。粘性是指__________________________。

19

11、在连续稳定流动过程中，流速与管径的（ ）成正比。均匀圆管内流体的流速不因流阻的存在而（ ）。

12、流体流动边界层是指（ ）。流体流过某一障碍物发生边界层脱体的原因是（ ）。由于固体表面形状而造成边界层分离所引起的能量损失，称为（ ）。粘性流体绕过固体表面的阻力为摩擦阻力和（ ）之和，又称为局部阻力。

13、流体流动边界层形成的原因为（ ）。 14．通常流体粘度μ随温度t的变化规律为(C)。 A．t升高、μ减小 B．t升高、μ增大

C．对液体粘度t升高μ减小，对气体则相反. D．对液体t升高μ增大，对气体则相反

15．流体在圆形直管中流动时，若其已进入阻力平方区，则摩擦系数λ与雷诺数Re的关系为(C)。 A．Re增加，λ增大 B．Re增加，λ减小

C．Re增加，λ基本上不变 D．Re增加，λ先增加大后减小 16．滞流和湍流的本质区别是(D)。

A．湍流流速大于滞流流速 B．滞流时Re数小于湍流时Re数

C．流道截面大时为湍流，截面小的为滞流 D．滞流无径向脉动，而湍流有径向脉动 17．因次方析的目的在于(B)。

A．得到各变量间的确切定量关系. B．用无因次数群代替变量,使实验与关联简化. C．得到无因次数群间定量关系. D．无需进行实验，即可得到关联式. 18．滞流内层越薄,则以下结论是正确的(D)。

A．近壁面处速度梯度越小 B．流体湍动程度越低 C．流动阻力越小 D．流动阻力越大

19、层流底层越薄，则以下结论正确的是（ ）。

A.近壁处速度梯度越小 B.流动阻力越小 C.流动阻力越大 D.流体湍动程度越小 （三）伯努力方程的应用 1．水流经图示的管路系统从细管喷出。已知d1管段的压头损失Hf1=1m（包括局部阻力）d2管段的压头损失Hf,2=2m（不包括出口损失）。则管口喷出时水的速度 u3=____m/s，d1管段的速度u1=____m/s，水的流量V=____m3/h，水喷射到地面的水平距离x=____m。

[答：7，1.75，1.98，8.06]

2．流体流过两个并联管路管1和2，两管内均呈滞流。两管的管长L1=L2、管内径d1=2d2，则体积流量V2/V1为（C）。

A．1/2 B．1/4 C．1/8 D．1/16

3、并联管路的特点是（ ）。 分支管路的特点是（ ）。

4、在一稳定流动系统中，水由细管流入粗管，细管与粗管的流速分别为2m/s与1m/s。细管与粗管连接处的局部阻力系数ζ=0。27，则水通过的局部阻力所产生的压强降为（ ）Pa。

5、流量相同，若d1/d2=2, 则Re1/Re2=_______, 若相对粗糙度相同。且均在阻力平方区流动，则相同管长的直管阻力损失hf1/hf2=________。

6、两管并联，当两管中流体均作层流流动时，V1/V2=______。 (A) 2 (B) 4 (C) 8 (D) 1/2 (E) 1

当两管中流体均作湍流流动时，并取λ1=λ2，则V1/V2=_______。 (A) 2 (B) 4 (C) 8 (D) 1/2 (E) 1/4 （四）流量测量

1、孔板流量计是通过（ ）来反映流量的大小，又称为（ ）流量计，而转子流量计是流体流过节流口的压强差保持恒定，通过变动的（ ）反映流量的大小，又称（ ）。

20

2．一转子流量计，当通过水流量为1m3/h时，测得该流量计进、出间压强降为20Pa；当流量增加到1.5m3/h时，相应的压强降____。 [答：不变。]

3、测流体流量时，随着流体流量的增加，孔板流量计两侧压差将（ ），若改用转子流量计测量，当流量增大时，转子两端的压差值将（ ）。

二、主观题

（一）静压强及其应用

1. 用图示的U形压差计测量管道A点的压强，U形压差计与管道的连接导管中充满水。指示剂为汞，读数R=120mm，当地大气压pa=760mmHg，试求： (1) A点的绝对压强，Pa； (2) A点的表压，mH2O。

习题1附图 习题2附图

2. 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数为R=130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨？

3. 用一复式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N/m2为单位表示A、B两点的压差Δp。

4. 附图为一气柜，其内径9m，钟罩及其附件共重10吨，忽略其浸在水中部分所受之浮力，进入气柜的气速很低，动能及阻力可忽略。求钟罩上浮时，气柜内气体的压强和钟罩内外水位差Δh (即“水封高”)为多少？

习题3附图 习题4附图 （二）管路计算

1、用压缩空气将密闭容器(酸蛋)中的硫酸压送至敞口高位槽。输送流量为0.10m3/min，输送管路为φ38×3mm无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，在压送过程中设为不变。管路总长20m，设有一个闸阀(全开)，8个标准。

90弯头。求压缩空气所需的压强为多少MPa(表压)？ 操作温度下硫酸的物性为ρ=1830kg/m3，μ=12 mPa·s。

2、某水泵的吸入口与水池液面的垂直距离为3m,吸入管直径为50mm的水煤气管(ε=0.2mm)。管下端装有一带滤水网的底

。

阀，泵吸入口附近装一真空表。底阀至真空表间的直管长8m，其间有一个90标准弯头。试估计当泵的吸水量为20m3/h时真空表的读数为多少kPa？操作温度为20℃。又问当泵的吸水量增加时，该真空表的读数是增大还是减少？

21

习题1附图 习题2附图 3、附图所示管路，用一台泵将液体从低位槽送往高位槽。输送流量要求为2.5×10-3m3/s。高位槽上方气体压强为0.2MPa(表

3

压)，两槽液面高差为6m，液体密度为1100kg/m。管道φ40×3mm，总长(包括局部阻力)为50m，摩擦系数λ为0.024。求泵给每牛顿液体提供的能量为多少？ 4、水位恒定的高位槽从C、D两支管同时放水。AB段管长6m，内径41mm。BC段长15m，内径25mm。BD段长24m，内径25mm。上述管长均包括阀门及其它局部阻力的当量长度，但不包括出口动能项，分支点B的能量损失可忽略，试求：

(1)D、C两支管的流量及水槽的总排水量；(2)当D阀关闭，求水槽由C支管流出的出水量； 设全部管路的摩擦系数均可取0.03，且不变化，出口损失应另作考虑。

习题3附图 习题4附图

(05年大连理工)①流体以层流状态流过串联的管段1和管段2，已知两管段的长度相等，管段1内径d1＝0.1m管段2内径d2＝0.2m，则流体流过两管段阻力损失的比值hf1/hf2= ,若流动处于完全湍流状态，且两管段的相对粗糙度相同，则hf1/hf2= 。 ②流体在圆形直管内流动，若流动为层流流动，则流体在管内 处的速度最大，且等于管内平均流苏的 倍③流体在内径为d的直管中流动，当流动充分发展以后，其流动边界层厚度为 。 (09年华南理工)

5

1、某设备内真空表的读数为375mmHg，其绝压等于 MPa，(设当地的大气压为1.013×10Pa)。 2、 流体在圆管内作层流流动时，其流体阻力损失与管内流速u_______次方成正比。 3、 边长为0.5m的正方形通风管，该管道的当量直径为 。

(10年华南理工)（20分） 水以15m/h的流量流过倾斜收缩管，如图示，管内径由100mm缩小到50mm。A、B两点的垂直距离为0.1m。在两点间连接一U形压差计，指示剂的密度为1590 kg/m。若收缩管A-B的阻力系数为0.3，试求：

（1） U形管中两侧的指示剂液面哪侧高，相差多少mm？

（2） 若保持流量及其他条件不变，而将管路改为水平放置，则压差计的读数有何变化?

3

3

22

(08年中国石油)

(20分)如图所示，用效率为65%的离心泵将水由敞口水池输送至敞口高位槽E和F，调节阀门V2（E、F内液面高度保持不变），使R1降为零时，D点压力表读数为0.05MPa。

现重新调节阀门V2，使离心泵入口真空表B的读数为12kPa，与孔板流量计相连接的U形管压差计读数R2=400mmHg，求此时泵的轴功率。

已知：各管段直管及所有局部阻力的总当量长度如下表。各段管路的摩擦阻力系

数均取为0.03，孔板流量计的孔径为25mm，流量系数Co=0.625，流量计算公式为：V?Co?Ao?

2?ΔP。其他ρ数据见附图。 AB CD DE DF 管段代号 108×4 108×4 76×3.5 76×3.5 管规格/mm 5 80 30 -- 总当量长度/m （05年浙江大学） 1、（12 分）如下图所示，用管路连接水槽A、B、C。已知管径都为32*2.5 点O 至槽A、B、C 的管长分别为6m、3m、5m（包括进出口、弯头以及三通管件的局部当量长度），三槽水面维持恒定；支管OC 上有一闸阀K，管的摩擦因素估计为0.02，流体为常温水。已知当闸阀处于阻力系数为2.96 的开度时，支管OB 中流速为零。记管AO 中流速为U1 管OB 中流速为U2，管OC 中流速为U3。 ?

（1）若闸阀处于阻力系数为3.5 的开度，则截面A、C 之间的机械能衡算为（以单位质量流体为基准，不必化简） ： ；

（2）继续关小闸阀，则U1 U2 U3 。

2005 浙江大学

从地下开采出来的原油由油、水、气组成，下图为一原油连续计量装置的示意图，其原理是将原油中的油、水、气汇合一起流向下游。具体工艺如下：原油首先切向进入一旋风分离器，使气与液体（油和水）分开，气体从旋风分离器顶部流出，计量后进入油、水、气汇合点。除去气的液体（油和水）从旋风分离器的下部流出，经挡板后进入一沉降区，在沉降区中由于油、水的密度差，油逐渐向上走，水逐渐向下走，实现油与水的分离，分离后的油（含有部分水）从上部流出计量，分离后的水（含有少量油）从下部流出计量。

（图中三个阀门均为调节阀，其作用是通过调节阀门的开度来维持气油界面、油水界面的稳定） 问：

⑴对于给定的原油连续计量装置，若原油的流量增加，则油路（含油流量计的支管）中油中含水率将如何变化？水

23

路（含水流量计的支管）中水中含油率将如何变化？简要说明理由。

⑵在某计量过程中，发现水路流动正常，当油路流动不畅发生部分堵塞现象（即使油路阀门全开，仍流动不畅），且油的温度并无明显变化。请分析油路流动不畅的原因，并提出解决的办法。 【2009年 中国石油大学 华东】

1、流体在一段水平管中流动，测得平均流速是0.5m/s，压强降为10Pa，雷诺数为1000， 则管中心线上速度为_____m/s。若平均流速增大到1m/s，则压强降变为_____Pa。 2、流体静力学中，等压面满足的条件是_____ A.同一液体内部B.连通的两种液体

C.同一连续液体D.同一水平面上，同一种连续的液体 3、（简答，5分）如附图2 所示的并联管路，空气在其中流动，已知两支管的管壁粗糙度ε1=ε2，两支管直径d1=d2，两支管管长（包括局部阻力的当量长度）l1=l2，设流动均已进入阻力平方区，试分析比较两支管内空气的质量流量大小及雷诺准数的大小。

24

第二章 离心泵

一、客观题

(一)离心泵的基本工作原理

1．离心泵的主要部件有 、 和 。

2．离心泵的泵壳制成蜗壳状，其作用是 。 （二）离心泵的性能参数与特性曲线

3．离心泵的主要特性曲线包括 、 和 三条曲线。

4．离心泵特性曲线是在一定 下，用常温 为介质，通过实验测定得到的。 17．离心泵的效率η和流量Q的关系为（ ）

A.Q增大，η增大 B.Q增大，η先增大后减小C.Q增大，η减小 D.Q增大，η先减小后增大 18．离心泵的轴功率N和流量Q的关系为（ ）

A.Q增大，N增大 B.Q增大，N先增大后减小C.Q增大，N减小 D.Q增大，N先减小后增大 19．离心泵在一定管路系统下工作时，压头与被输送液体的密度无关的条件是（ ） A. Z2-Z1=0 B. ∑hf =0 C. u22/2 – u12/2=0 D. p2-p1=0

22．在测定离心泵性能时，若将压力表装在调节阀以后，则压力表读数p2将（ ），而当压力表装在调节阀以前，则压力表读数p1将（ ），

A.随流量增大而减小 B.随流量增大而增大

C.随流量增大而基本不变 D.随真空表读数的增大而减小 23．离心泵铭牌上标出的流量和压头数值是（ ）。

A.最高效率点对应值 B.操作点对应值C.最大流量下对应值 D.计算数据 26．离心泵铭牌上标明的是泵在( )时的主要性能参数。 A 流量最大； C. 效率最高； B. 压头最大； D. 轴功率最小。 答案：C

8．若被输送的流体的粘度增高，则离心泵的压头 、流量 、效率 、轴功率 。

30. 用离心泵在两敞口容器间输液, 在同一管路中，若用离心泵输送ρ＝1200kg?m?3 的某液体(该溶液的其它性质与水相同），与输送水相比，离心泵的流量＿＿＿＿＿＿＿,扬程＿＿＿＿＿,泵出口压力＿＿＿＿,轴功率＿＿＿。 （三）离心泵的操作及流量调节

5．离心泵启动前需要先向泵内充满被输送的液体，否则将可能发生 现象。而当离心泵的安装高度超过允许安装高度时，将可能发生 现象。

6．若离心泵入口真空表读数为700mmHg，当地大气压为101.33kPa，则输送上42℃水时（饱和蒸汽压为8.2kPa）泵内 发生 现象。

7．离心泵安装在一定管路上，其工作点是指 。

9．离心泵通常采用 调节流量；往复泵采用 调节流量。 10．离心泵允许汽蚀余量定义式为 。

11．离心泵在一管路系统中工作，管路要求流量为Qe，阀门全开时管路所需压头为He，而与相对应的泵所提供的压头为Hm，则阀门关小压头损失百分数为 ％。

25．关于离心泵的并联、串联，下述说法中错误的是( )。

A 两台相同的泵并联后，并联管路流量增大，相应的流体阻力要增加； B. 两台相应的泵串联后，每台泵均在较大流量、较低压关下工作；

C. 当吸液液位变化较大时，可根据所需压头的大小，采用两台或多台泵串联起来使用； D. 离心泵并联的台数越多，流量增加得越多。 答案：D

分析：注意D 的说法：并联的台数越多，流量增加得越多。实际上，并联的台数越多，流量增加得越小，原因见A。所以离心泵很少有3台以上并联操作的实例。 28．离心泵吸入管路底阀的作用是（ ）

A．阻拦液体中的固体颗粒； C．避免出现气蚀现象； B．防止启动充入的液体从泵内漏出；D．维持最低的允许吸上高度

29. 当离心泵出口阀门开大时，流量＿＿＿，泵出口压力＿＿＿_。(变大,变小,不变)

34. 离心泵在启动时应先将出口阀_______，目的是___________________。往复泵在启动时，其出口阀必须___________.

35. 用离心泵向锅炉供水，若锅炉中的压力突然升高，则泵提供的流量_____，扬程_____________。 （四）往复泵与通风机的基本概念

12．离心通风机的全风压是指 ，它的单位是 。

13．离心通风机的特性曲线包括 、 、 和 四条曲线。 14．往复泵的往复次数增加时，流量 ，扬程 。

15．齿轮泵的特点是，适宜于输送 液体，而不宜于输送 。

25

16．写出三种正位移泵的名称，即 ， ， 。 21．往复泵适用于（ ）

A.大流量且要求流量特别均匀的场合 B.介质腐蚀性特别强的场合 C.流量较小，压头较高的场合 D.投资较小的场合 24．有自吸能力的泵是（ ）

A.离心泵与旋涡泵 B.往复泵与回转泵C.齿轮泵与离心泵 D.回转泵与旋涡泵 27．完成下面各类泵的比较：

(1) 离心泵( )； (2) 往复泵( )； (3) 旋转泵( )。 A． 流量可变，压头不很高，适用于粘性大的流体； B． 流量不均匀，压头根据系统需要而定，用旁路阀调节流量； C． 流量恒定，压头随流量变化，往复运动振动很大； D． 流量较小，压头可达很高，适于输送油类及粘稠性液体； E． 流量均匀，压头随流量而变，操作方便。 答案： (1) E ；(2) B ；(3) D 二、主观题

1. 用一台离心泵将水池中的水(密度为1000kg/m3)送至一表压为59kPa的水洗塔顶，其流程如图所示 已知离心泵吸入管段长度（包括局部阻力的当量长度，含入口阻力损失，下同）为50m，泵出口阀 半开时排出管线长度150m（含出口阻力损失），全部管路均用φ108×4的碳钢管，管内流体流动摩 擦系数均为0.025，其它数据如图所示。 试求：（1）.当系统水的流量为42.5m3/h时，离心泵入口处的真空表读数（kPa）； （2）.泵的压头，若离心泵的效率为70%，泵的轴功率（kW）；

0.31（3）.泵出口阀门半开时管路的特性曲线方程；

（4）若塔顶表压增加到98.1kPa时，测得系统中水的流量为35m3/h，假设泵的特性 曲线方程可以表示为H?A?BQ，求泵的特性曲线方程。 2（05年大连理工）

224.3

26

【05年浙江大学】（6 分）在一管路系统中，用一台离心泵将密度为10000kg/m3 的清水从敞口地面水池输送到高位密封贮槽（其表压为9.8*104Pa），两段液面的位差z=10m，管路总长L=50m（包括所有局部阻力的当量长度），管内径均为40mm，摩擦因数=0.02.则该管路的特性曲线方程为（不必化简） 。若离心泵的特性曲线方程为H=40-222Q2 （H 为压力，m；Q 为流量，m3/min),则求解该管路输送量Q 的方程等式为（该方程须仅含Q 一个未知量，不必化简） 。

【04年浙江大学】如下图所示的送水系统中，两支管路上个装一个阀门k1和k2，AB管段的长度为10m（包括局部阻力的当量长度在内），B点为泵出口处。各管路的内径均为38mm。阀门k1和k2适当开启时，泵只向槽1送水而不向槽2送水，槽2的水也不向下流，此时泵入口e出真空表读数为23.4KPa。已知摩擦因数?均为0.025，水的密度为1000Kg/m3。两水槽中液位恒定，且与大气相通。忽略e、B间高度差。试求： ⑴管段BC（包括所有局部阻力）的总长度为多少m?

⑵若要泵同时向槽1-6、槽2输水，应如何调节两个阀门？

【2009 天津大学】

如图所示，用离心泵将敞口容器中的清水输送至某高位密闭容器，已知离心泵的特性 方程为H?42.0?5.248?10Q（式中H的单位为m，Q的单位为m3/s）。保持离心泵

42

出口阀开度一定，当输送至某一时刻时，两容器液面落差为20m，此时管路系统的 特性方程为H?30.0?2.432?10Q（式中He的单位为m，Qe的单位为m3/s）。

42ee假设此时清水在完全阻力平方区流动。 （1）求此时清水的输送流量（m3/h）；（5分） （2）求此时密闭容器压力表A的读数（kPa）；（5分）

（3）若将清水换成密度为1260kg/m3的某种液体，试求输送至此时离心泵的有效功率（kW）；（假设该液体的其它物性参数与清水相同。）；（6分）

（4）此时若将出口阀开至全开，试计算说明此时清水输送流量不可能超过多少（m3/h）；（4分）(清水密度近似取

32

为1000kg/m，重力加速度为9.81m/s) 【2008 中国石油北京】

某离心泵，其特性曲线方程为H?40?7.2?10V(H单位：m；V单位：m/s)，用该泵将敞口水槽中的水抽送到一密闭容器中。两液面高度差为10m。密闭容器顶部压力表读书为1Kgf/cm2,当供水量为10L/s时，管内流动已进入阻力平方区，若用此泵输送密度为1200Kg/m3的碱液，阀门开度及管路其他条件不变，试问： （1）10分 输送碱液时的流量

（2）6 分 输送水和碱液时离心泵的有效功率分别为多少？ 【2009年 中国石油大学 华东】

1、若离心泵入口处真空表读数为95.5KPa，当地大气压强为750mmHg，则输送42℃水（饱 和蒸汽压为8.2KPa）时，则泵内______发生气蚀。

2、往复泵的往复次数增加时，流量______，扬程______。

423 27

3、（20 分）某离心泵的特性曲线方程为：H=25-2.0Q2（式中H 的单位为m，Q 的单位为m2/min）。若用该泵将20℃的水从贮槽输送到某设备，如附图3 所示。已知P2=98.07KPa（表压），输送管路直径为Φ140×5mm，管路总长为150m（包括所有局部阻力的当量长度在内，但调节阀为全开），磨擦阻力系数为定值，可取为0.02。 试求：①离心泵操作时的流量Q（m3/h）和压头H（m）；

②将调节阀关小，使工作点的流量变为55m3/h，试求因关小阀门多消耗的压头，m； ③关小阀门后的管路特性曲线方程。

28

第三章 非均相分离

一、客观题 （一）重力沉降

1．固体粒子的沉降过程分____阶段和____阶段。沉降速度是指____阶段颗粒相对于____的速度。 2．在重力场中，固粒的自由沉降速度与下列因素无关（ ）

A）粒子几何形状B）粒子几何尺寸C）粒子及流体密度D）流体的流速

3．在降尘室中除去某粒径的颗粒时，若降尘室高度增加一倍，则颗粒的沉降时间____，气流速度____，生产能力____。

4．在斯托克斯区，颗粒的沉降速度与其直径的____次方成正比，而在牛顿区，与其直径的次方成正比。 5．沉降雷诺准数Ret越大，流体粘性对沉降速度的影响____。 6．一球形石英粒子在空气中作滞流自由沉降。若空气温度由20℃提高至50℃，则其沉降速度将____。 7．降尘室操作时，气体的流动应控制在____区。 8．含尘气体通过长4m、宽3m、高1m的降尘室，颗粒的沉降速度为0.03m/s，则降尘室的最大生产能力为____m3/s。 9．降尘室内，固粒可被分离的条件是____。

10．理论上降尘室的生产能力与____和____有关，而与____无关。

11．在降尘室内，粒径为60μm的颗粒理论上能全部除去，则粒径为42μm的颗粒能被除去的分率为____。（沉降在滞流区）

12．一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在水中的沉降速度将 ，在空气中的沉降速度将 。

13．一降尘室长8m，宽4m，高1.5m，中间装有14块隔板，隔板间距为0.1m。现颗粒最小直径为12?m，其沉降速度为0.02 m/s，欲将最小直径的颗粒全部沉降下来， 则含尘气体的最大流速不能超过 m/s。

14．含尘气体在某降尘室停留时间为6s时，可使直径为80?m尘粒的70%得以沉降下来。现将生产能力提高1倍（气速乃在正常操作的允许范围内），则该直径颗粒可分离的百分率为 。 15．重力沉降速度随着颗粒直径的增加而 。答案：增大

16．含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降。理论上能完全除去30?m的粒子，现气体处理量增大1倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为 。

A．2?30?m； B。1/2?3?m；C。30?m； D。2?30?m 答案：D 17．

（二）离心分离 1．在离心分离操作中，分离因数是指____。某颗粒所在旋风分离器位置上的旋转半径R＝0.2m，切向速度uT=20m/s，则分离因数为____。

2．选择旋风分离器的依据是：____、____、____。

3．化工生产中，除去气体中尘粒的设备有____、____、____、____等。

4．当进气口气速一定时，旋风分离器的直径越大，其分离因数越 ；转速一定的离心分离机随着转鼓直径的增大其分离因数越 。 答案：下降；增加

1．最广泛的间歇压滤机有____和____，连续吸滤型过滤机为____。 2．用板框压滤机恒压过滤某种悬浮液，其过滤方程式为q2+0.062q=5×10-5θ，式中q的单位为m3/m2，θ的单位为s，则过滤常数值及其单位为：K＝____，qe＝____，θe＝____。 若该过滤机由635×635×2mm的10个框组成，则其过滤面积A＝____m2，介质的虚拟滤液体积Ve＝____m3。

3．根据过滤基本方程式（ ）说明提高过滤机生产能力的措施是（最少写出三条）____、____、____。

4．在板框压滤机中，若过滤压力差增加一倍，则过滤速率变为原来的 倍，生产能力 倍

A） B）2 C）1 D）4（过滤介质阻力忽略不计，滤饼不可压缩）答案：B A

5．板框压滤机中横穿洗涤法的洗涤速率与最终过滤速率之比为；叶滤机置换洗涤法的洗涤速率与最终过滤速率之比为( )。

（Δp、μ在过滤最终与洗涤相同） A）1/4 B）1/2 C）4 D）1

6．恒压过滤某种悬浮液（介质阻力可忽略，滤饼不可压缩），已知10min单位过滤面积上得滤液0.1m3。若1h得滤液2m3,则所需过滤面积为____m。 7．连续真空过滤机的生产能力为Q∝AanbΔpc（A为过滤面积，m2；n为转筒转速，r/min；Δp为过滤压力差，Pa；介质阻力可忽略，滤饼不可压缩），则式中的a=____，b=____，c=____。

29

8．叶滤机过滤某种悬浮液，介质阻力可忽略，滤饼不可压缩，K＝2.5×10-3m2/s。若过滤终了时，q＝2.5m3/m2，每m2过滤面积上用0.5m3清水洗涤（Δp、μ与过滤终了相同），则所需过滤时间θ＝____s，洗涤时间θw=____s。 9．在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是 而不是 。 答案：滤饼层；过滤介质

10．在恒压操作一个周期中，已知过滤时间为θ，获得的滤液量为V，现仅将过滤压差增加2倍，则过滤时间变为 (设滤饼不可压缩，且介质阻力不计)。答案：

? 311．下述说法中正确的是 。

A．过滤速率与过滤面积成正比 B．过滤速率与过滤面积的平方成正比；

C．过滤速率与滤布阻力成反比；D．过滤速率与操作压差的平方成正比；答案：B 12．下面哪个是过滤推动力 。

A液体经过滤机的压强降B滤饼两侧的压差；C．介质两侧的压差；D介质两侧压差加上滤饼两侧压差 答案：D

13．恒压过滤时，当过滤时间增加1倍则过滤速率为原来的 （设介质阻力可忽略，滤饼不可压缩）。 A．2倍； B．二、主观题

1、用降尘室净化烟气，已知烟气流量为3600m/h，密度为0.6kg/m3，粘度为0.03mPa?s，尘粒密度为4300kg/m3。要求除去6?m以上的尘粒。试求： （1） 所需的沉降面积；

（2） 若降尘室底面积为15m，则需多少层。

2、有一降尘室，长6m，宽3m，共20层，每层100mm，用以除去炉气中的矿尘，矿尘密度?s?3000kg/m3，炉气密度0.5kg/m3，粘度0.035mPa?s，现要除去炉气中10?m以上的颗粒，试求： （1） 为完成上述任务，可允许的最大气流速度为多少？ （2） 每小时最多可送入炉气若干？

（3） 若取消隔板，为完成任务该降尘室的最大处理量为多少？

3、.（10分）用板框过滤机恒压下过滤某种悬浮液，过滤机的尺寸为：滤框的边长为810mm(正方形)，每框厚度为42mm，共10个框。现已测得：过滤10分钟得到滤液1.31m3,再过滤10分钟共得到滤液1.905m3,已知每m3滤液可形成0.1m3的滤饼，试计算： （1）过滤常数K为多少m2/s?

（2）将滤框完全充满滤饼所需的过滤时间为多少分钟 ?

（3）若洗涤时间和辅助时间共30分钟，求该机生产能力为多少m3滤液/h ?

4、某板框过滤机在恒压下操作，过滤阶段的时间为2h，已知第1h过滤得8m滤液，滤饼不可压缩，滤布阻力可忽略，试求：

（1）第2h可得多少过滤液；

（2）过滤2h后用2m清水（粘度与滤液相近），在同样压力下对滤饼进行横穿洗涤，求洗涤时间； （3）若滤液量不变，仅将过滤压差提高1倍，问过滤时间为多少？ （4）若过滤时间不变，仅将过滤压强提高1倍，问滤液量为多少？

5、用一板框压滤机在98kPa(1at)下过滤某悬浮水溶液，已知过滤常数K?3.9?10m/s，过滤介质的当量滤液体积Ve?0.16m3，悬浮液固相含为2.5%（质），滤饼含水量30%（质）且不可压缩，固体密度为2100kg/m3,现要求每一操作周期得8.6m滤液，过滤时间为1.5h。试计算：

（1）所需

（2）现进行工艺改造，将操作压差提高至196kPa(2at)，有一台板框过滤机，每个框的尺寸为450?450?25（长?宽?高，单位mm）若要求每个过滤周期所得滤液量仍为8.6m，过滤时间不得超过1.5h，则至少需要多少个框才能满足要求？计算时忽略?p对Ve 的影响。

312倍 ； C．2倍 D．

1倍 答案：B 23233?523 30

四.（20分）拟用125℃、汽化热为2191.8kJ/kg的饱和蒸汽将空气由20℃加热到120℃，空气的流量为9000kg/h，空气在其平均温度下的物性数据为：粘度??2.06?10?5Pa?s，比热容CPc=1.017kJ/(kg·K)，热导率??0.02996W/(m?K)。若忽略热损失，试求：

（1）蒸汽消耗量是多少（kg/h）？

（2）已设计一台单壳程单管程换热器，其传热管规格为Φ19×2，管长为2m，管子数目为900根，在蒸汽侧对流传热热阻及管壁与污垢热阻均可忽略的条件下，该换热器是否够用？此时空气的出口温度为多少？

（3）如果把该换热器改为双管程，则空气的出口温度为多少？若使空气的出口温度恰好达到120℃，应在操作上采取何种措施？（通过定量计算说明） 【2010华南理工】 3．（20分）选择一冷凝器用冷却水将酒精精馏塔的塔顶产品蒸气冷凝成饱和液体，塔顶蒸气量为0.4kg/s，其平均潜热为1048kJ/kg，饱和温度约为78C，蒸气走管外，其冷凝传热系数为3000W/m. C。设计冷却水的进出口温度分别为25C，35C，其平均比热容为4.174kJ/kg. C，密度为996kg/m，粘度为8×10Pas，导热系数0.62W/m. C。①求冷却水的用量；②某厂提供参数相同但管程不同的两种列管冷凝器，一种型号为单管程，另一种为双管程，列管数100根，管长1.2m,管径Φ23×1.5，计算确定是否两种型号冷凝器均能完成冷凝任务。（注：管壁热阻及污垢热阻均可忽略不计）

【2009天津大学】四、【传热】（共15分）

某单程列管式换热器，壳程采用108℃的饱和蒸汽冷凝，以加热管内呈湍流流动的某低黏度液体。蒸汽冷凝的对流

22

传热系数为11kW/(m·℃),管程流体由20℃被加热到50℃，此时管内对流传热系数为324.7 W /(m·℃)。若将管程流体的流量增加25%， 试求：（1）流量增加后换热器的总传热系数；（7分） （2）流量增加后管程流体的出口温度。（8分）

（忽略换热器的热损失；换热管壁很薄，不考虑管壁热阻及可能形成的污垢热阻；假设两种情况下蒸汽冷凝对流传热系数不变；在操作温度范围内管程流体的物性参数不变。） 【2008 中国石油 北京】

某溶液在新清洗的套管换热器中用冷水进行冷却。溶液的流量为1000kg/h，比热为3.34Kj/（kg·℃）。从150℃被

2

冷却到80℃，溶液向管壁的对流传热系数为1163W/(m·℃)。水在内管内与环隙的溶液呈逆流流动，从15℃升到

3

65℃。平均温度下水的比热为4.18kJ/(kg·℃)，密度为992.2kg/m，导热系数为0.634 W(m·℃)，粘度为0.653mPa·s。内管直径为Φ25×2.5mm。忽略热损失及管壁热阻。试求：

（1）（8分）水与管壁的对流传热系数αi及以外表面计的总传热系数Ko； （2）（8分）换热器使用6个月后，由于生成水垢而影响换热效果。在水的流量不变的情况下，测得水的出口温度降至60℃。求溶液出口的温度T2'及水垢的热阻Rm； （3）（10分）若仍希望溶液冷却到80℃，将冷却水量提高一倍，问能否达到要求？（设水的物性参数不变） 【2008 中国石油华东】

（20分）现有一单程列管式换热器，管子尺寸Φ19×2mm，管长为3.0m，共有40根，拟用来将2×104kg/h的苯从20℃加热到55℃，壳程（管外）为130℃的水蒸气冷凝。管内苯侧的污垢热阻为Ri=8.5×10-4 m2·K/W，管外的污垢热阻及换热器热损失忽略不计。试求：

①换热器的总传热系数Ko，W/(m2·K)；（7分）②判断该换热器是否可用；（6分） ③若使用上述换热器，实际操作过程中苯的出口温度；（3分） ④操作过程中可以采取哪些措施使苯的出口温度达到原工艺要求。（4分） 已知：管材的导热系数为45 W/(m·K)；水蒸汽的冷凝传热系数αo为104W/(m2·K) 定性温度下苯的物性参数可视为常数：密度ρ=900kg/m3，粘度μ=0.47cP，定压比热CP=1.80kJ/(kg·K)，导热系数λ=0.14 W/(m·K)。

【2009年 中国石油大学 华东】

1、通过三层平壁的稳定热传导，各层界面接触良好，第一层两侧温度为120℃和80℃，第三层外表面温度为40℃，则第一层热阻R1和第二、三层R2、R3的大小为______。 A、R1>(R2+R3) B、R1<(R2+R3) C、无法确定D、R1=R2+R3

2、蒸汽在套管换热器中的环隙冷凝以加热管内的空气，则总传热系数K 值接近与______的 对流传热系数；管壁的温度接近于________的温度。 3、提高加热炉效率的途径有哪些。

4、（20 分）在一单台操作的管式换热器中，热流体走壳程，冷流体走管程，二者逆流操作，控制性热阻在热流体侧。热流体的进、出口温度分别为138℃和93℃，冷流体的进、出口温度分别为25℃和65℃，忽略散热损失。现另有一台完全相同的换热器。试求：①保持冷、热流体的总流量、进口温度及物性不变，将两台换热器串联操作，冷、热流体保持逆流流动，冷、热流体的出口温度分别是多少？

②保持冷、热流体的总流量、进口温度及物性不变，已知单台操作时，热流体αo=90W/(m2·K)，将两台换热器并联操作，冷、热流体皆均匀分配，壳程热流体的α与流速的0.55 次方成正比，求并联操作时冷、热流体的出口温度。

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o

o

o

3

- 4

o

o

2

o

第五章蒸馏

一、客观题

（一）简单蒸馏和平衡蒸馏及其他精馏

1 简单蒸馏的主要特征是________和______。答案：不稳定操作或过程不连续；无回流

2若原料组成、料液量、操作压力和最终温度都相同，二元理想溶液的简单蒸馏和平衡蒸馏相比较的结果有：①所得馏出物平均浓度______；②______;③馏出物总量______。

答案：①简单蒸馏的馏出物平均浓度大于平衡蒸馏的馏出物平均浓度；②两种情况的残液浓度相同；③平衡蒸馏的馏出物总量大于简单蒸馏的馏出物总量。

3 恒沸精馏和萃取精馏主要针对_____和 ______物系，这两种特殊精馏均采取加入第三组分的办法以改变原物系的_______。

答案：沸点差很小；具有恒沸物体系；相对挥发度

4 恒沸精馏和萃取精馏的主要区别是① ______； ②______ 。

答案：恒沸精馏添加剂应与被分离组分形成新的恒沸物；萃取精馏中的萃取剂则应具有沸点比原料中组分的沸点高得多的特性

5某二元理想溶液中轻组分组成为0.4（摩尔分数），经平衡蒸馏后，闪蒸罐顶的气体量与罐底的液体量的比率为2:3（摩尔），相对挥发度为2.5，闪蒸后气相中易挥发组成为 _________, 液相中易挥发组成为 ___________. 答案：0 .688；0.312

6间歇精馏和平衡蒸馏的主要区别在于________；间歇精馏操作中，若保持回流比不变，则馏出液组成_______ ；若保持馏出液组成不变，回流比需不断________ 。 （二）气液相平衡

1. 汽液两相呈平衡状态时，汽液两相温度__________，但汽相组成__________液相组成。 2. 汽液两相呈平衡状态时，若汽液两相组成相同，则汽相露点温度_____ 液相泡点温度。A. 相等； B. 大于；C. 小于；D. 不确定。

3总压为99.7kPa(748mmHg),100℃时苯与甲苯的饱和蒸气压分别是179.18kPa(1344mmHg),平衡)和74.53kPa(559mmHg时苯的气相组成为_____,甲苯的液相组成为_______,（以摩尔分数表示）。苯与甲苯的相对挥发度为______ 。答案：0.241;0.567;2.40;

(三)精馏基本原理与简单计算

1平衡常数K?1.2的溶液能否用普通精馏的方法分离 _____，K的定义式为________。 答案：能；K?yx

2. 所谓理论板是指___________________________________，且____________________。 3.某二元物系，相对挥发度 __________________。

4. 精馏塔中由塔顶向下的第 A.

； B.

、 ，对 、

、 、

两层理论板，在全回流条件下，已知 层塔板，其汽相组成关系为_________。

； D. 不确定。

，则该精馏塔的操作回流比为________，馏出液组成为________。 、<

（均为摩尔分率），已知

，

，则第三层塔，则

； C.

5. 某精馏塔的精馏段操作线方程为 6. 在塔的精馏段测得

板的 _________。

7 精馏过程是利用 和 的原理进行完成的。 答案：多次部分气化；多次部分冷凝 8 最小回流比是指 。

答案：塔板数为无穷时的回流比的极限值

9当分离要求和回流比一定时， 进料的q值最小，此时分离所需的理论板数 。 答案：过热蒸气；最多

10 精馏操作的依据是 ______ 。精馏操作得以实现的必要条件包括______和 ______。 答案：混合液中各组分的挥发度的差异；自塔顶向下的液流和自塔底向上的气流

11 若精馏塔塔顶某理论板上气相露点温度为t1，液相泡点温度为t2；塔底某理论板上气相露点温度为t3，液相露点温度为t4。请将4个温度间关系用>、=、<符号顺序排列如下_____。答案：t1?t2?t3?t4

12 用图解法求理论塔板时，在?、xF、xD、xW、q、R、F和操作压力p诸参数中， 与解无关。 答案：进料流率F

13 某精馏塔塔顶上升的蒸气组成为y1，温度为T，经全凝器全部冷凝至泡点后，部分回流入塔，组成为x0，温度为t，试用>、=、<判断下列关系：T t，y1 x。答案：>；=

14 某二元理想物系的相对挥发度为2.5，全回流操作时，已知塔内某块理论板的气相组成为0.625，则下层塔板的气相组成为 。答案：0.4

37

15 当二元理想溶液精馏时，在F、xF、xD、xW不变的条件下，最小回流比随原料中液相分率的减小 ，塔釜热负荷随原料中液相分率的减小 。答案：而增加；而降低

16全回流时，塔顶产品量为_______,塔底产品量为_______,进料量为 _______,回流比_______,理论板数为_______,全回流适用的场合通常是________。

答案：D?0;W?0;F?0;R??;NT?Nmin;精馏生产开工或实验研究

17精馏塔的塔底温度总是________塔顶温度，其原因一是_______,二是________。

答案：高于；由于塔顶轻组分浓度高于塔底的，相应的泡点较低；由于塔内压降使塔底压力高于塔顶，因而塔底的泡点较高

（四）影响精馏操作因素的分析

1 操作中的精馏塔，保持 、 、 、 A. 增加； B. 不变；C. 不确定；D.减小。

不变，增加

，则

_______，

______。

2. 操作中的精馏塔，保持 、 、 、 、 不变，减小 ，则有_________。 A. D增加，R减小；B. D不变，R增加；C. D减小，R增加；D. D减小，R不变。 3 当增大操作压强时，精馏过程中物系的相对挥发度 ，塔顶温度 ， 塔釜温度 。答案：减小；增加；增加

4连续精馏操作时，操作压力越大，对分离越 ，若进料气液比为1:4（摩尔）时，则进料热状况参数q为 。答案：不利；0.2

5 精馏塔设计时，若工艺要求一定，减少需要的理论板数，回流比应 ，蒸馏釜中所需的加热蒸气消耗量应 ，所需塔径应 ，操作费和设备费的总投资将是 的变化过程。 答案：增大；增大；增大；急速下降至一最低后又上升

6 精馏操作时，若进料的组成、流量和气化率不变，增大回流比，则精馏段操作线方程的斜率 ，提馏段操作线方程的斜率_______,塔顶组成 _______,塔底组成 _______.答案：增加；减小；增加；降低 7精馏塔结构不变,操作时若保持进料的组成 、流率、热状况及塔顶流率一定,只减少塔釜的热负荷,则塔顶xD______,塔底xW______,提馏段操作线斜率_____。答案

8精馏塔设计时，若将塔釜由原来的间接蒸气热改为直接蒸气加热，同时保持xF、xD、D/F、q及R不变，则

W/F______，xW______________，提馏段操作线斜率_______,理论板数__________。 答案：增加；减小；不变；增

加

9 精馏塔设计时将参数F、xF、q、D、xD、R确定后，将塔顶内原来的泡点回流改为过冷液体回流，若塔釜加热量做相应改变，则此时塔内实际下降液体量________,塔内实际上升蒸气量_______，精馏塔内液气比_______，所需理论板数_________.

答案：增大；增大；增大；减少

10某精馏塔操作时，加料热状态由原来的饱和液体改为过冷液体，且保持进料流率及组成、回流比和提馏段上升蒸气量不变，此时塔顶流率D_______，塔顶组成xD________ ，塔底流率W________ ，塔底组成xW______。 答案：减少；增加；增加；不能确定

11某精馏操作时，加料由饱和液体改为过冷液体，且保持进料流率及组成、塔顶蒸气量和塔顶产品量不变，则此时塔顶组成xD ，塔底组成xW ，回流比R ，精馏段操作线斜率L/V 。 答案：增加；减少；不变；不变

12 某精馏塔操作时，在进料流量及组成、进料热状况和塔顶流率不变的条件下，增加回流比，则此时塔顶产品组成 ，塔底产品组成 ，精馏段蒸气量 ， 精馏段液气比 。

答案：增加；减少；增加；增加

13某精馏塔操作时，若保持进料流率及组成、进料热状况和塔顶蒸气量不变，增加回流比，则此时塔顶产品组成xD ，塔底产品组成xW ，塔顶产品流率

，精馏段液气比 。 答案：增加；减少；减少；增加

14某精馏塔的设计任务是：原料为F、xF，分离要求为xD、xW。设计时若选定回流比R不变，加料状况由原来的气液混合改为过冷液体加料，则所需的理论板数NT ，精馏段和提馏段的气液相流量的变化趋势V ，L ，V' ，L' 。若加料热状况不变，将回流比增大。上述5个量的变化趋势：NT ，V ，L ，V' ，L' 。

答案：减少；不变；不变；增加；增加；减少；增大；增大；增大；增大

15某精馏塔的设计任务，原料为F、xF, 分离要求为xD和xW,设计时若确定塔釜产生的蒸气量V'恒定,当加料由原来的过热蒸气加料改为过冷液体加料,则所需的理论板NT_____,精馏段上升蒸气量V______,精馏段下降液体量

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L______,提馏段下降液体量L'______,精馏段液气比

L___________。 V答案:增加；减少；减少；不变；降低 （五）精馏塔设备

1、等板高度(HETP)的意义是 ____。若某填料塔的填料层高度为10m，完成分离要求共需22块理论塔板（包括塔顶的部分冷凝器和塔底的再沸器），则等板高度HETP? 。

答案：与一块理论塔板传质作用相当的填料层高度；HETP?10/(22?2)?0.5m

2、将板式塔中泡罩塔、浮阀塔、筛板塔相比较,操作弹性最大的是______,造价最昂贵的是____， 单板压降最小的是_______.。

答案: 浮阀塔; 泡罩塔;筛板塔。

3、板式塔塔板上气液两相接触状态有______种, 它们是_____。板式塔不正常操作现象常见的有_______，它们是_______。

答案：3种；鼓泡接触状态，泡沫接触状态，喷射接触状态；3种；严重漏液、溢流液泛、严重雾沫夹带。 4 、评价塔板性能的标准主要是______条，它们是______。塔板负荷性能图中有______条线，分别是______。 答案：5；（1）通过能力大，（2）塔板效率高，（3）塔板压降低，（4）操作弹性大，（5）结构简单，造价低；5；（1）液泛线，（2）雾沫夹带线，（3）漏液线，（4）液相上限线，（5）液相下限线

5 、板式塔中塔板上溢流堰的作用主要是______，填料塔中填料的作用是______。

答案：保证塔板上有一定高度的液层，以便气液两相充分接触传质；让液体在表面上形成液膜并沿填料间空隙下流，同时让气体在填料空隙间上升并在润湿的填料表面上进行气液两相间的传质。

6、常见的连续接触式的气液传质设备是______塔，塔内______为分散相，______为连续相，为保证操作过程中两相的接触良好，塔内顶部应设 装置，中部应设 装置。 答案：填料；液体；气体；液体分布装置；液体再分布装置

7、板式塔中气、液两相发生与主体流动方向相反的流动，称 现象，它们主要是：①液沫夹带（雾沫夹带），产生的原因为 ，②气泡夹带，产生的原因为 。

答案：返混现象；小液滴因其沉降速度小于气流速度被气流夹带至上层塔板和大滴液因板间距小于液滴的弹溅高度而被气流带至上层塔板；液体在降液管中停留时间过短，气泡来不及从液体中分离返回至板面而被液体卷入下层塔板。

8、板式塔中板上液面差过大导致 ，造成液面落差的主要原因有 。为减小液面落差，设计时可采用的措施常见的有 。

答案：气流分布不均匀，影响汽液间传质；塔板结构，液相流量，液流长度（塔径）； 采用结构简单的筛板塔， 溢流 装置采用双溢流或多溢流。

9、板式塔中气体通过塔板的阻力主要有 和 两部分。塔板结构设计时，溢流堰长度应适当，过长则会 ，过短则会 。溢流堰高度也应适当，过高会 ，过低会 。

答案：干板降压；液层降压；降低塔板面积有效利用率；由于降液管截面过小导致流不畅，同时塔板上液流分布不均；使塔板压降增大并易发生雾沫夹带；由于液层高度太小，液体在堰上分布不均，影响传质效果。

10 、板式塔的塔板有 和 两种，塔径较大的塔常采用 塔板，以便 。塔板面积可分为4个区域，它们分别是 ，各自的作用是 。

答案：整块式；分块式；分块式；通过入孔装拆塔板；①鼓泡区，设置筛孔、浮阀或泡罩的区域，为气液传质的有效区域。②溢流区，为降液管和受液盘所占的区域。③破沫区，又称安定区，位于鼓泡区和湍流区之间，分两条，入口侧防止漏液，出口侧使液体中夹带的泡沫进入降液管前可部分脱离液体。④边缘区，又称无效区，是靠近塔壁的一圈边缘区，供支承塔板之用。 二、主观题

1、在一连续精馏塔中分离二元理想混合液。原料液为饱和液体，其组成为0.5，要求塔顶馏出液组成不小于0.95,釜残液组成不大于0.05(以上均为轻组分A的摩尔分数)。塔顶蒸汽先进入一分凝器，所得冷凝液全部作为塔顶回流,而未凝的蒸气进入全凝器，全部冷凝后作为塔顶产品。全塔平均相对挥发度为2.5,操作回流比R?1.5Rmin。当馏出液流量为100kmol/h时，试求：

（1）塔顶第1块理论板上升的蒸汽组成； （2）提馏段上升的气体量。

2、在一常压连续精馏塔中分离二元理想混合物。塔顶上升的蒸气通过分凝器后，3/5的蒸气冷凝成液体作为回流液，其浓度为0.86。其余未凝的蒸气经全凝器后全部冷凝为塔顶产品，其浓度为0.9（以上均为轻组分A的摩尔分数）。若已知回流比为最小回流比的1.2倍，当泡点进料时，试求：

（1）第1块板下降的液体组成； （2）料液的组成。

3、一无提馏段的精馏塔只有一层塔板，气相板效率EmV?0.84。进料为饱和气态的双组分混合物，其组成为0.65。

39

物系的相对挥发度为2.2，塔顶回流为饱和液体，塔顶产品收率控制为13。试求： (1) 当塔顶为全凝器冷凝回流时的产品组成；

(2) 若塔顶改用分凝器后，回流比不变，产品质量有何影响？

4、一常压连续精馏过程分离乙醇-水混合溶液。料液组成为0.2,以2360kg/h的流率

加入。塔顶采用全凝器。工艺要求塔顶馏出液组成为0.8，釜液组成为0.05。精馏段内某块 理论板的液相组成为0.5，由下一层板上升的汽相组成为0.6（以上均为轻组分A的摩尔分数）。此物系的汽液平衡关系如图4-13，试求：

（1）回流液的流量；

（2）回流比与最小回流比的比值；

（3）在釜液组成与塔顶组成下乙醇对水的相对挥发度。

5、精馏塔分离双组分混合液，组成为0.5，流量为20kmol/s的料液在q为0.4的状况下加入塔内,塔的侧线有组成为0.95、流量为3kmol/s的饱和液体抽出。塔顶为全凝器，泡点回流，冷凝液组成为0.99，塔底产品组成为0.035，系统的相对挥发度为３，若回流比为最小回流比的2.5倍，求塔内最后一块塔板的液相组成。 【2005 大连理工】

五.（20分）在连续精馏塔中分离苯-甲苯溶液，塔釜间接蒸汽加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。进料为100kmol/h的含苯0.35（摩尔分率，下同）的饱和蒸汽，塔顶馏出液量为40kmol/h，系统的相对挥发度为2.5。且知精馏段操作线方程为y=0.8x+0.16，试求： （1）该操作条件下的最小回流比； （2）提馏段操作线方程；

（3）若塔顶第一块板下降的液相中含苯0.70，求该板以气相组成表示的Murphree板效率。 【2010 华南理工】

4.（20分）在一常压连续操作的精馏塔中分离某双组分混合液，塔釜采用间接蒸汽加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。已知该物系的平均相对挥发度为2.5，进料为饱和蒸汽，其组成为0.35（易挥发组分的摩尔分数，下同），进料量为100kmol/h。塔顶馏出液量为40kmol/h，精馏段操作线方程为16.08.01+=+nnxy。 试计算：

（1）提馏段操作线方程;

（2）若测得塔顶第一块板下降的液相组成为x=0.7，求该板的气相默弗里板效率E；

1

mv,1

（3）当塔釜停止供应蒸汽，保持回流比不变，若塔板数无穷多，塔釜产品浓度将为多少？ 【2009天津大学】 五、【精馏】（共16分）

在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合物，原料中含苯0.44（摩尔分数），进料量100kmol/h，操作条件下平均相对挥发度为2.5，精馏段操作线方程为y=0.71x+0.278，提馏段操作线方程为y=1.44x-0.0044。 试求：（1）塔顶馏出液组成xD和塔底釜残液的组成xW；（6分） （2）q线方程，并说明进料热状况；（6分） （3）提馏段气、液相负荷（流量）（kmol/h）。（4分） 【2008 中国石油北京】 六、（28分）

某苯-甲苯混合物中含苯的摩尔百分率为50%，流量为100kmol/h，拟采用精馏操作在常压下加以分离。要求塔顶苯的回收率不低于90%，塔底甲苯的回收率不低于90%，原料预热到泡点加入塔内，塔顶设有全凝器，塔底设有再沸器，液体在泡点下进行回流，回流比R=1.5Rmin ，已知在操作条件下物系的相对挥发度α为2.47。试求： （1）（10分）塔顶产品和塔底产品的组成和摩尔流率； （2）（9分）操作回流比；

（3）（9分）如果保持塔顶产品组成和流量不变，从进料口下方的塔段内抽出一股侧线，侧线的流量为0.2D（塔顶产品量为D），侧线组成中苯的摩尔分率为0.3，请写出侧线以下提馏段操作线方程。 【2008 中国石油 华东】

（20分）在常压下采用精馏的方法分离进料量为100kmol/h，进料组成为0.35（摩尔分率，下同）的苯、甲苯混合物，泡点进料，要求塔顶馏出液中苯含量不低于0.95，其回收率φ不低于98%，塔顶设全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的1.4倍，塔底设一釜式再沸器，苯对甲苯的相对挥发度为2.47。 试求：①塔底产品组成xWw；（5分）

②操作回流比R；（5分） ③将再沸器视为一块理论板，求再沸器入口液体组成及出口气相组成；（6分） ④在回流比R=2.5的实际工况条件下，在精馏段取2个取样点，取样点间有4块实际塔板，取样点所在板上的气相组成分别为：第j板：yj=0.825；第j+3板：yj+3=0.66，试求该塔段的总板效率ET。（4分） 【2005浙江大学】

4.（22 分）某二元混合物以饱和蒸汽状态加入精馏塔的中部，已知xF=0.5(摩尔分率，下同)， xD=0.9,xW=0.05，相对挥发度=3，回流比R=2Rmin，塔顶设有全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。试求： ?

40

试求：①操作液气比L/G；

②逆流操作时的传质单元数NOG； ③逆流操作时液体出塔组成xb；

④若操作条件不变，改为并流操作，求气体出口的组成ya。

46

第七章干燥

一、客观题

（一）湿空气的性质

1. 某常压湿空气由t1被加热到t2，则空气的性质参数变化为： H φ I td tw tas cH vH ① 大于 ② 等于 ③ 小于 ④ 不确定

2. 将不饱和空气在总压和湿度不变的情况下进行冷却而达到饱和时的温度，称为湿空气的___________。 3. 湿空气H–I图由（）线群、（）线群、（）线群、（）线群和（）线群组成。 4. 若已知湿空气的性质参数（），则可在H–I图确定湿空气的状态。 ① H、t ② H、td③ I、tw④ I、j⑤ H、tw⑥ H、j 5．冬季将洗好的衣服晾在室外，室外气温在零度以上，衣服有无可能结冰？________，其原因是___________________. 6. 当空气的湿含量一定时，其温度愈高，则相对湿度愈______________，表明空气吸湿能力愈______________，所以湿空气在进干燥器______________都要经预热器预热。

7. 相对湿度的大小可以反映湿空气吸收水分能力的大小，当相对湿度为0时，表示该空气为___________。

8. 对于不饱和空气，表示该空气的三个温度，即：干球温度t, 湿球温度tw和露点td间的关系为___________。 9. 总压恒定时，某湿空气的干球温度一定，而湿球温度tw增大，则以下参数如何变化？p水汽 ___H__ td__ I__ 10. 总压恒定时，某湿空气的干球温度一定，而其露点温度td增大，则以下参数如何变化？p水汽__ H___ tw__ I__ 11. 不饱和冷空气与热水在凉水塔内逆流接触，已知塔底传热方向由水到气，传质方向由水到气，则整个塔内的传递方向_________。

12. 在湿空气预热过程中，不发生变化的参数是_________。 A 焓 B 湿球温度 C 露点 D 相对湿度

13．当湿空气湿度不变，温度不变，而空气的压力增加时，则空气的相对湿度φ将是（ ）

A、上升的 B、下降的 C、不变的 D、无法判断。

14在对流干燥过程中，湿空气经过预热器后，下面描述不正确的是（ ）

A、湿空气的比容增加 B、湿空气的焓增加 C、湿空气的湿度下降 D、空气的吸湿能力增加。

16湿度H一定的空气，在温度不变的情况下，将操作压力由真空变为常压，则其比容VH将（ ）

A、减小 B、增加 C、不变 D、以上三种情况都有可能出现

17某一对流干燥流程需一风机：（1）风机装在预热器之前，即新鲜空气入口处；（2）风机装在预热器之后。比较（1）、（2）两种情况下风机的风量VS1和VS2，则有（ ）

A、VS1=VS2 B、VS1>VS2 C、VS1

18以知1atm,T=330K,H=0.024[Kg水/Kg绝干空气]的湿空气，其露点为305K，则T=320K，H=0.024[Kg水/Kg绝干空气]的湿空气的露点为（ ）

A、大于305K B、小于305K C、等于305K D、无法判断

19、已知常压下，温度为303K时，湿度H=0.024[Kg水/Kg绝干空气]的湿空气，其湿球湿度tw1=302.5K，另有空气温度也是303K，但湿度H=0.018[Kg水/Kg绝干空气]，其湿球温度为tw2,比较tw1和tw2,正确的关系为（ ）

A、tw1=tw2 B、tw1>tw2 C、tw1

20已知常压下干球温度为293K，湿度H=0.0075[Kg水/Kg绝干空气]，其绝热饱和温度为避免87K，另有空气湿度也是0.0075[Kg水/Kg绝干空气]，但干球温度为303K，起绝热饱和温度为Tas，关于Tas大小下面选项正确的是（ ）。

A、Tas>287K B、Tas=287K C、Tas<287K D、以上三种情况都有可能出现

21在下面几种有关湿度图中绝热冷却线的描述，不正确的是（ ）。

A、处于同根绝热冷却线上各点的湿空气具有相同的焓值；

B、处于同根绝热冷却线上各点的湿空气具有相同的绝热饱和温度； C、处于同根绝热冷却线上各点的湿空气具有相同的湿球温度； D、处于同根绝热冷却线上各点的湿空气具有相同的露点。

22、在同一根绝热冷却线上有A、B两点：A点温度为T1，湿度为H1；B点温度为T2，湿度为H2。已知T1>T2，则H1和H2之间的关系为（ ）。

A、H1>H2 B、H1=H2 C、H1

23、有一空气状态点A（T1，H1），其对应的焓值为IH1，另一空气状态点B（T2，H2），其对应的焓值为IH2，已知A，B两点在同一绝热冷却线上，T1(T2，比较IH1、IH2的大小，正确的答案是（ ）。

A、IH1IH2 C、IH1=IH2 D、无法判断

24、有一空气状态点A（T1，H1），另一空气状态点B（T2，H2）。已知A、B两点空气具有相同的φ值，T1>T2，则H1与H2之间的关系是（ ）。

A、H1>H2 B、H1=H2 C、H1

25、在φ=50%的等φ线上，有A、B两点。已知HA>HB，则TA与TB之间的关系为（ ）。

A、TA>TB B、TA=TB C、TA>TB D、无法判断

26在空气的T-H图中，所有露点相同的湿空气的状态点在（ ）线上。

47

A、等温线上 B、等湿线上 C、等相对湿度线上 D、等焓线上

27、空气容纳水分的极限能力，可用下面（ ）选项中的参数来表示。

A、湿度H B、饱和湿度Hs C、相对湿度（φ） D、平衡水分

（二）干燥的物料衡算与热量衡算

1、干燥按操作压力分为： 、 ；按热能传给湿物料的方式不同，干燥可分为 。

2、在对流干燥过程中，作为干燥介质的湿空气，既是 又是 。干燥过程是一个传热和传相结合的过程。 3、干燥过程继续进行的必要条件是 。 4.干燥系统所消耗的热量主要用于( )、（）、（）和（）。 5.干燥系统的热效率是指（）。

6、在理想干燥器中干燥某物料，物料的水份蒸发量不变，保持空气的进口状态t1、H1不变，降低空气的出口温度t2，则空气消耗量L将（ ）。

A、不变 B、增加 C、减小 D、无法判断

7、干燥操作中的单位空气消耗量l的单位是（ ）。

A、Kg绝干空气/S B、Kg绝干空气/h C、Kg绝干空气/Kg绝干物料 DKg绝干空气/Kg水

（三）干燥速率与干燥时间

1. 内部迁移控制阶段指______________________，其干燥速度___________。

2. 湿空气经预热后相对湿度 将_______。干燥操作的必要条件是_______，干燥过程是_______相结合的过程。 3. 在用热空气干燥某固体物料的实验中，干湿球温度计的读数的用处是________________。

4. 干燥过程中，在同样的条件下，湿物料的尺寸减小，则临界含水量_______，平衡含水量____。

5. 将含水量为0.5 kg水/kg绝干料的某物料与一定状态的空气接触，测出物料的平衡水分为0.05 kg水/kg绝干料，则此物料的自由水分为______________________。 6. 对热空气掠过某湿物料表面所进行的干燥过程，若空气流速、温度不变，湿度增加，则恒速阶段干燥速率___________,物料的临界含水量___________________。

7. 用某湿空气干燥物料至其含水量低于临界含水量，则干燥终了时物料表面温度___________空气湿球温度tw。

8. 间歇恒定干燥时，如进入干燥器的空气中水汽分压增加，温度不变，则恒速阶段物料温度___________，恒速阶段干燥速率___________，临界含水量Xc___________。

9. 等速干燥阶段物料表面的温度等于________________________________。

11. 若空气中湿含量及温度均提高以保持相对湿度不变，则对同一湿物料，平衡含水量________，结合水含量______。 12. 对于恒速干燥阶段，下列哪个描述是错误的？

A.干燥速度与物料种类有关 B.干燥速度与气体的流向有关 C.干燥速度与气体的流速有关 D.干燥速度与气体的性质有关

13. 在一定空气状态下，用对流干燥方法干燥湿物料时，能除去的水分为_________，不能除去的水分为______。 A.平衡水分 B. 结合水分 C.非结合水分 D. 自由水分

14. 空气的湿含量一定时，其温度愈高，则它的相对湿度____________。 A.愈低 B.愈低 C.不变

15. 物料中非结合水的特点之一是其产生的水蒸汽压_____________同温度下纯水的饱和蒸汽压。 A. 小于 B. 等于 C. 大于 D.不确定

16. 影响恒速干燥速率的主要因素是_________。 A. 空气的状态 B.物料的含水量 C.物料的性质

17. 在一定的干燥条件下，物料厚度增加，物料的临界含水量Xc________，而干燥所需的时间_________。 A.增加 B.减少 C.不变

18. 在恒定的干燥条件下，将含水20%的湿物料进行干燥，开始时干燥速率恒定，当干燥至含水量为5%时，干燥速率开始下降，再继续干燥至物料恒重，并测得此时物料含水量为0.05%，则物料的临界含水量为________，临界自由含水量为____。

A.5% B.20% C.0.05% D.4.55% （四）干燥器

1.干燥器的主要形式有（）。

2.气流干燥器的干燥作用主要发生在（）。 ① 干燥管的进口段 ② 干燥管的出口段 ③ 干燥管的中间段 ④ 整个干燥管内 3.流化床干燥器的主要特点是（）。

4. 在连续干燥过程中，经常采用湿物料与热空气并流操作，其目的在于___________，其代价是______________。 5. 在干燥过程中，采用中间加热方式的优点是________________________，其代价是__________________________。

48

6. 在干燥过程中，采用废气再循环的目的是_____________________________，其代价是_________________________。 7. 当某物料的干燥过程存在较长的降速阶段时,气流干燥器和流化床干燥器二者中应选用_______________较为有利. 8. 对高温下不太敏感的块状和散粒状的物料的干燥，通常可采用______________干燥器，当干燥液状或浆状物料时，常采用___________干燥器。 二、主观题

1. 今有一干燥器，湿物料处理量为800kg/h。要求物料干燥后含水量由30%减至4%（均为湿基）。干燥介质为空气，初温15℃，相对湿度为50%，经预热器加热至120℃进入干燥器，出干燥器时降温至45℃，相对湿度为80%。 试求：（a）水分蒸发量W； （b）空气消耗量L、单位空气消耗量l；

（c）如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量V。 2. 【例7-4】采用常压气流干燥器干燥某种湿物料。 在干燥器内，湿空气以一定的速度吹送物料的同时并

对物料进行干燥。已知的操作条件均标于本例附图1中。试求： （1）新鲜空气消耗量；

（2）单位时间内预热器消耗的热量，

忽略预热器的热损失； （3）干燥器的热效率。

3．在常压连续干燥器中，将某物料从含水量5%干燥至0.2% (均为湿基)，绝干物料比热为1.9kJ/(kg.℃)，干燥器的生产能力 为7200kg湿物料/h，空气进入预热器的干、湿球温度分别为25℃ 和20℃。离开预热器的温度为100℃，离开干燥器的温度为60℃， 湿物料进入干燥器时温度为25℃，离开干燥器为35℃，干燥器的

热损失为580kJ/kg汽化水分。试求产品量、空气消耗量和干燥器热效率。

4、常压，温度为20℃，湿度为0.009 [kg水/kg绝干空气]的湿空气经预热器温度升高到50℃送入干燥器，空气在干燥器内为绝热 增湿过程，离开干燥器时，空气的湿度为0.0162[kg水/kg绝干空气]。试求

(1) 空气离开干燥时的焓和温度℃

(2) 100m3新鲜空气通过干燥器后从湿物料中带走的水分kg。 (3) 预热100m3新鲜空气时，预热器所需加入的热量？

5、某糖厂用对流干燥器每小时处理5000kg湿糖，使其含水量由1.5%降至0.2%(均为湿基)，干燥用空气的初始状态为干球温度为20℃，湿度H0=0.013kg水/(kg绝干空气)，在预热器被预热到98℃送入干燥器，由干燥器排出的废气温度为40℃，湿度为H2=0.029kg水/(kg绝干空气)，预热内用200kPa的蒸汽加热，冷凝水在饱和温度下排出。求：(1)每小时空气消耗量和单位空气消耗量。(2)预热器的热损失为加热量的5%时，每小时需消耗多少kg加热蒸汽？ 【2010 华南理工】

（10分）在常压绝热干燥器内用热空气干燥某湿物料，已知湿物料处理量为600kg/h，湿物料从含水量为20%干燥至2%（均为湿基含水量）。空气进入加热器前的初始温度为20℃，相对湿度为30%，离开干燥器时空气的温度为80℃，湿度为0.02kg水/kg绝干空气。(已知20℃时水的饱和蒸汽压为2.33kN/m) 。 试求：

（1）离开预热器时空气的温度和湿度(kg水/kg绝干空气)；

（2）预热器中用r = 2250 kJ/ kg的水蒸汽(饱和)加热湿空气，假设预热器热损失为换热量的6%，求饱和水蒸汽的用量。 【2009 天津大学】

在理想干燥器中干燥某湿物料，物料经干燥后被除去的水分量为80kg水/h。温度为20℃、湿度为0.005kg水/kg绝干气的湿空气，在预热器中升温至120℃后进入干燥器，空气出干燥器的温度为60℃。 试求：（1）绝干空气的消耗量（kg绝干气/h）;(6分) （2）预热器的加热速率（kW）;(3分) （3）干燥系统的热效率。（3分） 【2005 浙江大学】

（18 分）将含水量为20%（质量百分率的物料200kg）置于温度为61°C，相对湿度为20%的空气中，空气平行流过物料。试求除去30kg 水分所需的干燥时间为若干小时？

已知操作在恒定干燥条件下进行，对流传热系数为65w/(m2.°C)，干燥面积为5m2，湿物料在该条件下的临界含水量为0.15kg 水/kg 干料，平衡含水量为0.02kg 水/kg 干料，降速段可视为直线。 汽化潜热可由下式计算：=2491.3-2.303t，t 的单位°C；的单位kJ/kg。 ? ?

2

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【2005年大连理工】

在一常压绝热干燥器内干燥某种物料，干燥器有效传质，面积为5m2.空气进入预热器的温度为15℃，湿含量为0.0073kg/kg干空气。空气进入干燥器的温度为90℃，空气出干燥器的温度为50℃，干燥过程可近似为等焓过程。进入干燥器的湿物料干基含水量为0.15kg水/kg绝干物料，产品干基含水量为0.01kg水/kg绝干物料；干燥器的生产能力为280kg/h（以干燥产品计）。试求： （1） 干空气消耗量（kg干空气/h）

（2） 预热器加入的热量（KW）(预热器热损失忽略)

（3） 若实验测得该条件下的干燥速率曲线如图所示，试求恒速干燥阶段的干燥时间。

【07年 中科院】 某湿物料10Kg，均匀的平铺在面积为0.5m2的平底浅盘内，并在恒定干燥条件下进行干燥。物料的初始含水量为15%，已知在此条件下物料的平衡含水量为1%，临界含水量为6%（均为湿基），并已测出恒速阶段的干燥速率为

2

0.394kg/(m·h)，假设降速阶段的干燥速率与物料自由含水量（干基）成线性关系。试求（1）将物料干燥至含水量为2%（湿基），所需的总干燥时间为多少小时？（2）县将物料均匀地平铺在两个与上述尺寸相同的浅盘内，并且在同样的空气条件下进行干燥，只需要4个小时便可将物料的水分降至2%（湿基），问物料的临界含水量有何变化？恒速及降速两个干燥阶段的时间各为多少小时？（可假设一个物料临界含水量XC’试算）

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