《化工原理》课程复习大纲.docx
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《化工原理》课程复习大纲
《化工原理》
课程学习资料
继续教育学院
《化工原理》课程复习大纲
一、考试要求
本课程是在学生学完预修课程:
高等数学、物理学和物理化学等课程学习的基础上开设的一门专业基础课,是一门工程学科的课程。
使学生掌握研究化工生产中各种单元操作的基本原理,过程设备和计算方法。
培养学生具有运用课程有关理论来分析和解决化工生产过程中常见实际问题的能力。
并为后续专业课程的学习打下必要的基础。
教学要求:
熟练掌握最基本的单元操作的基本概念和基础理论,对单元过程的典型设备具备基础的判断和选择能力;掌握本大纲所要求的单元操作的常规计算方法,常见过程的计算和典型设备的设计计算或选型;熟悉运用过程的基本原理,根据生产上的具体要求,对各单元操作进行调节;了解化工生产的各单元操作中的故障,能够寻找和分析原因,并提出消除故障和改进过程及设备的途径。
据此,本课程的考试着重基本知识考查和应用能力考查两个方面,包括识记、理解、应用三个层次。
各层次含义如下:
识记:
指学习后应当记住的内容,包括概念、原则、方法的含义等。
这是最低层次的要求。
理解:
指在识记的基础上,全面把握基本概念、基本原则、基本方法,并能表达其基本内容和基本原理,能够分析和说明相关问题的区别与联系。
这是较高层次的要求。
应用:
指能够用学习过的知识分析、计算和处理涉及一两个知识点或多个知识点的会计问题,包括简单应用和综合应用。
二、考试方式
闭卷笔试,时间120分钟
三、考试题型
●选择题:
20%
●填空题:
20%
●计算题:
60%
四、考核的内容和要求(基本要求、重点、难点)
第一章流体流动
基本要求:
熟练掌握流体静力学基本方程式,连续性方程式和柏努利方程式及其应用;正确理解流体的流动类型和流动阻力的概念;掌握流体流动阻力的计算,简单管路的设计型计算和输送能力的核算。
了解测速管,文丘里流量计,孔板流量计和转子流量计的工作原理和基本计算。
重点:
流体流动过程中的基本原理及流体在管内的流动规律;柏努利方程式的应用;流体在管道内的流动阻力产生的原因和摩擦阻力的计算;简单管路的计算。
难点:
流体的不同流型的摩擦系数及其计算,简单管路的设计型计算和输送能力的核算。
第二章流体输送机械
基本要求:
掌握离心泵的性能参数、泵的特性曲线、工作点和流量调节;了解离心泵安装高度的确定原则;正确选用离心泵的型号。
重点:
离心泵的特性曲线及其影响因素;管路特性曲线方程式。
难点:
离心泵的工作点的改变;离心泵安装高度的计算。
第三章传热及换热器
基本要求:
熟练掌握热传导的基本原理,傅立利定律,平壁与圆筒壁的稳定热传导及计算,掌握对流传热的基本原理,牛顿冷却定律,对流传热系数关联式的用法和条件;熟练运用传热速率方程并对热负荷、平均温度差、总传热系数进行计算;要求能够根据计算结果及工艺要求选用合适的换热器。
了解列管换热器的结构特点及其应用。
重点:
傅立叶定律及其一维稳态热传导应用;牛顿冷却定律和影响对流传热系数的主要因素;流体在圆形直管内强制湍流传热及对流传热系数的计算;换热器的热负荷计算,对数平均温度差的计算;总传热系数的计算;换热器的设计型计算。
难点:
传热过程中传热速率、传热推动力和热阻的基本概念;流体的相态的物理性质,流动状况和类型以及传热设备的型式对对流传热过程的影响;对流传热系数的类比法的应用,换热器的总传热系数与对流传热系数的关系及其简化应用;换热器的核算型计算。
第四章气体吸收
基本要求:
掌握吸收的概念、类型和目的;了解解吸的概念;掌握溶剂选择的原则;掌握亨利定律三种表达形式及相关的计算;掌握吸收与解吸的过程方向判断及过程推动力的计算。
了解菲克定律的适用范围;掌握等摩尔相向分子扩散和分子单向扩散时,分子扩散速率与传质速率之间的关系;掌握摩尔相向分子扩散和分子单向扩散传质速率积分式的区别;了解气、液相分子扩散系数。
了解吸收过程;掌握双膜理论;掌握汽、液相总传质系数的计算方法,以及推动力与阻力的关系;掌握气膜控制和液膜控制;掌握物料衡算和操作线方程;掌握汽、液相总传质单元高度及总传质单元数常用的计算方法;掌握设计型和操作型计算;了解其它吸收流程。
重点:
溶剂选择,亨利定律,菲克定律,双膜理论,汽、液相总传质系数,操作线,平衡线,设计型和操作型计算。
难点:
分子扩散传质速率积分式;操作型的计算及判断题。
第五章液体蒸馏
基本要求:
了解蒸馏与蒸发的区别;掌握相对挥发的定义;了解闪蒸的原理;掌握用安托因方程计算平衡的汽液相组成;掌握“t~x~y”图线、泡点线和露点线;了解总压对泡点线和露点线的影响;了解正、负偏差溶液的形成和特点。
了解简单蒸馏的计算;掌握精馏原理及回流的定义;掌握全塔物料衡算;掌握恒摩尔流假设;掌握五种进料状态;掌握平衡线、q线、精馏段操作线和提馏段操作线;掌握理论板的定义及全塔效率的概念。
掌握全回流、最小回流比和最佳加料板位置的概念;掌握进料状态对理论塔板数的影响;掌握设计型计算中图解法、逐板计算法求解理论塔板数的方法;了解吉利兰快速估值法和芬斯克方程求最少理论塔板数。
在操作型计算中,掌握进料浓度、回流比的变化对塔顶产品和塔底产品的影响。
了解直接蒸汽加热、分凝器、冷液回流、侧线出料和回收塔各自的特点。
重点:
相对挥发度,“t~x~y”图线,精馏原理,恒摩尔流假设,进料状态,操作线方程,操作型计算和设计型计算。
难点:
“t~x~y”图线,精馏原理,操作型计算与判断。
第六章固体干燥
基本要求:
了解湿分的定义、去湿的方法及干燥的分类;了解干燥过程的必要条件和干燥推动力。
掌握湿空气的主要性质,它们的定义和计算公式;掌握湿空气的“I—H”图及其中的五种线;掌握确定湿空气状态的三种条件及由状态点确定空气有关参量。
掌握物干燥过程的物料衡算和热量衡算;掌握等焓和非等焓干燥过程确定干燥器出口状态空气;掌握干燥器的热效率和干燥效率的定义。
了解物料中所含水分性质;掌握平衡水分与自由水分、结合水分与非结合水分的概念;掌握干燥速率的定义及干燥速率曲线;掌握临界水含量的概念;了解影响恒速干燥和降速干燥的因素。
掌握恒速和降速段干燥时间的计算方法。
了解干燥器的主要型式及它们的特点。
重点:
湿空气性质,物料衡算和热量衡算,干燥速率和干燥速率曲线,临界水含量,干燥时间的计算。
难点:
露点,湿球温度,绝热饱和温度,影响恒速干燥和降速干燥的因素。
五、参考教材
1.管国锋,赵汝溥.《化工原理》(第三版),化学工业出版社,2008.5
2.陈敏恒,丛德滋,方图南,齐鸣斋.《化工原理》上册(第二版),化学工业出版社,1999
3.陈敏恒,丛德滋,方图南,齐鸣斋.《化工原理》下册(第二版),化学工业出版社,2000
六、复习样题及参考答案
一、填空题:
1.流体在圆形直管中作层流(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,摩擦系数与Re的关系为。
2.空气的粘度随温度的升高而,水的粘度随温度的升高而。
3.液体的密度只与有关,而与无关,液体被称之为,这种特性被称为流体的,气体的密度不仅与有关,而且与有关,气体被称为。
4.流体在管内作湍流流动时,其摩擦系数一般随和而变,而在完全湍流区,其摩擦系数只随而变,而与无关。
5.理想流体流过垂直等径圆管时,如果从上往下流,则其动能,位能,静压能;又如果从下往上流,则其动能,位能,静压能。
6.流体在水平等径直管中流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的
项。
7.理想流体流过水平的扩大管时,其动能,静压能,位能;又理想流体流过水平的缩小管时,其动能,静压能,位能。
8.当地大气压为750mmHg,测得一容器内的绝对压强为350mmHg,则真空度为,测得一容器内的表压强为1360mmHg,则其绝对压强为。
9.套管由57×2.5mm和25×2.5mm的钢管组成,则环隙的流道截面积等于m2,润湿周边长等于m,当量直径等于m。
10.测量管内流体流速的仪表有,测量流体流量的仪表有、、。
11.转子流量计读取流量的方法为。
当被测流体的性质与标定的流体不同时,转子流量计的流量指示值需
12.阀门的种类很多,请列举出五种类型阀门,分别为、、、和
等。
13.管件的种类很多,请列举出五种不同的管件,它们为、、、和等。
14.离心泵的工作点是曲线和曲线的交点。
15.离心泵的安装高度超过允许安装高度时,离心泵会发生现象。
16.离心泵的轴封装置主要有两种:
和。
17.若被输送的液体粘度增高,则离心泵的扬程,流量,效率,轴功率。
18.离心泵输送的液体密度增加时,离心泵的、及均保持不变,而
增加。
19.离心泵的主要部件有、和。
20.离心泵的流量调节阀安装在离心泵的管路上,关小出口阀后,真空表的读数,压力表的读数。
21.离心泵的性能曲线有、、等,这些曲线是在一定下输送某种特定的液体时泵的性能。
22.离心泵常采用调节流量,往复泵常采用调节流量。
23.一列管换热器,列管规格为252.5,管长为3,管子根数为252根,则以外表面积计的传热面积A0=m2,以内表面积计的传热面积Ai=m2。
24.在包有二层相同厚度保温材料的圆形管道上,应该将材料包在内层,其原因是、。
25.列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用是、,折流挡板的形状有
和等。
26.在确定列管换热器内冷热流体的流程时,一般来说,蒸汽走管,易结垢的流体走管,高压流体走管,有腐蚀性流体走管。
27.在一卧式换热器中,利用水蒸气冷凝来加热某种液体,应让加热蒸汽在程流动,加热器顶部设置排气阀是为了。
28.列管换热器中,用饱和水蒸气加热空气。
空气走管内,蒸汽走管间,则管壁温度接近的温度,总传热系数接近的给热系数(对流传热系数)。
29.举出五种间壁式换热器、、、和。
提高间壁式换热器传热系数的主要方法是。
30.消除列管换热器的温差应力常用的方法有三种,即在壳体上加结构或采用
结构。
31.操作中的吸收塔,若使用液气比小于设计时的最小液气比,则其操作结果是吸收效果___。
32.含溶质A为10%(体积)的气体混合物与浓度C为0.020Kmol/m3的溶质A水溶液在一个大气压下相接触。
操作条件下两相的平衡关系为pe=1.62C(大气压),则溶质A将从相向__相转移,以气相组成表示的传质总推动力为__大气压,以液相组成表示的传质总推动力为__Kmol/m3。
33.在1atm,20℃下某低浓度气体被清水吸收,气膜吸收分系数(气相传质分系数)kg=0.1kmol/(m2.h.atm),液膜吸收分系数kL=0.25kmol/(m2.h.Kmol/m3),溶质的溶解度系数H=150kmol/(m3.atm),则该溶质为__溶气体,气相总传质系数Ky=__kmol/(m2.h.Δy),液相总传质系数Kx=__kmol/(m2.h.Δx)
34.在逆流吸收塔操作时,物系为低浓度气膜控制系统,如其它操作条件不变,而气液流量按比例同步增大,则此时气体出口组成y2将,而液体出口组成x1将,回收率将。
35.当分离要求和回流比均为一定时,在五种进料状况中,进料的q值最大,其温度_,此时,提馏段操作线与平衡线之间的距离,分离所需的总理论板数__。
36.某二元物系的相对挥发度α=4,在具有理论塔板的精馏塔内于全回流条件下作精馏操作,已知yn=0.4,则yn+1=_。
(由塔顶往下数)。
全回流操作应用场合通常是__。
37.精馏操作时,增大回流比,若F,Xf,q不变,则精馏段液汽比L/V__,提馏段液汽比L/V__,塔顶XD__,塔底Xw__。
38.连续精馏塔操作时,增大塔釜蒸汽用量,而回流量及进料状态(F,xf,q)不变,则精馏段液汽比L/V__,xD__,xw__。
39.试述五种不同进料状态下的q值:
(1)冷液进料_;(2)泡点液体进料
_;(3)汽液混合物进料__;(4)饱和蒸汽进料__;
(5)过热蒸汽进料。
40.对不饱和空气进行加热,使温度由t1升至t2,此时其湿球温度_,相对湿度__,露点__,湿度__。
41.以空气作为湿物料的干燥介质当所用空气的相对湿度较大时,湿物料的平衡水份相
应__,自由水份相应_。
二、多项选择题:
1.某液体在内径为d1的水平管路中稳定流动,其平均流速为u1,当它以相同的体积流量通过内径为d2(d2=d1/2)的管子时,则其流速为原来的_________。
(A)2倍;(B)4倍;(C)8倍;(D)16倍
2.如单位质量流体在管路中的阻力损失以∑hf表示,单位重量流体在同一管路中的
阻力损失以∑Hf表示,则二者的关系为()
(A)∑Hf>∑hf(B)∑Hf=∑hf/g
(C)∑Hf=g∑hf(D)∑hf=∑Hf
3.离心泵最常用的流量调节方法是()
(A)改变吸入管路中阀门开度
(B)改变压出管路中阀门的开度
(C)安置回流支路,改变循环量的大小
(D)车削离心泵的叶轮
4.
离心泵的调节阀()
(A)只能安在进口管路上
(B)只能安在出口管路上
(C)安装在进口管路和出口管路上均可
(D)只能安在旁路上
②离心泵调节阀的开度改变时,则()
(A)不会改变管路性能曲线
(B)不会改变工作点
(C)不会改变泵的特性曲线
(D)不会改变管路所需的压头
5.
离心泵效率最高的点称为()
(A)工作点(B)操作点
(C)设计点(D)计算点
6.
离心泵铭牌上标明的扬程是指()
(A)功率最大时的扬程(B)最大流量时的扬程
(C)泵的最大扬程(D)效率最高时的扬程
②以下物理量不属于离心泵的性能参数(D)
(A)扬程(B)效率
(C)轴功率(D)理论功率(有效功率)
7.
离心泵的扬程是()
(A)实际的升扬高度
(B)泵的吸液高度
(C)液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度
(D)单位重量液体出泵和进泵的机械能差值
②离心泵的效率不包括()
(A)水力效率(B)机械效率
(C)原动机效率(D)容积效率
8.某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气,设饱和蒸汽温度为110℃,空气
进口温度为20℃,出口温度为80℃,问此套管换热器内管壁温应是________。
(A)接近空气平均温度;
(B)接近饱和蒸汽和空气的平均温度;
(C)接近饱和蒸汽温度
9.碳钢的导热系数为___;不锈钢的导热系数为____;铜的导热系数为___,
常压常温空气的导热系数为____;常温水的导热系数为____。
(A)370W/m℃
(B)45W/m℃
(C)16W/m℃
(D)0.62W/m℃
(E)0.025W/m℃
10.在蒸汽冷凝传热中,不凝性气体的存在对α的影响是__________。
(A)不凝性气体存在会使α(值)大大降低。
(B)不凝性气体存在会使α(值)升高。
(C)不凝性气体的存在与否,对数据无影响。
11.用纯溶剂吸收混合气中的溶质。
在操作范围内,平衡关系满足亨利定律,逆流操作。
当入塔气体浓度y1上升,而其它入塔条件不变,则气体出塔浓度y2和吸收率η的变化为:
()。
(A)y2上升,η下降;(B)y2下降,η上升;
(C)y2上升,η不变;(D)y2上升,η变化不确定。
12.某真空操作精馏塔,因故真空度减小,而F,D,xf,q,加料位置,回流比R都不变。
则塔底残液xw变化为:
()
(A)变小(B)变大(C)不变(D)不确定
13.精馏操作时,若F,D,xf,q,加料板位置,R都不变,而将塔顶泡点回流改为冷回流,则塔顶产品组成xD变化为:
()
(A)变小(B)变大(C)不变(D)不确定
14.某二元混合物,进料量为200Kmol/h,xf=0.6,要求得到塔顶xD不小于0.9,则塔顶最大产量为:
()
(A)120Kmol/h(B)133.3Kmol/h
(C)180Kmol/h(D)不能定
15.湿空气在预热过程中不变化的参数是()
(A)焓;(B)相对湿度;(C)露点温度;(D)湿球温度。
16.物料的平衡水份一定是()
(A)非结合水份(B)自由水份(C)结合水份(D)临界水份
17.空气的干球温度为t,湿球温度为tw,露点为td,当空气的相对湿度
φ=98%时,则()
(A)t=tw=td(B)t>tw>td
(C)t<tw<td(D)t>tw=td
18.当湿度和温度相同时,相对湿度与总压的关系是:
()。
(A)成正比;(B)成反比;(C)无关。
19.一定湿度H的湿空气,随着总压的升高,露点相应地:
()。
(A)升高;(B)降低;(C)不变。
三、计算题:
1.一水塔供水系统,管路总长L=300m(包括局部阻力在内当量长度),水塔和低位槽均为敞口,且液面保持恒定。
两液面的高度差H=10m,规定供水量V=30m3/h。
当忽略局部阻力和动压头损失时,管路摩擦系数λ=0.023。
试求管道最小直径dmin。
2.用离心泵将水由水槽送至某塔中,塔内的表压为9.807×104N/m2,水槽液面恒定,其上方通大气,水槽液面与输送管出口端的垂直距离为10m,在某送液量下,泵对水作的功为317.7J/kg,管内摩擦系数λ为0.028,吸入和压出管路总长为110m(包括管件及入口的当量长度,但不包括出口的当量长度)输送管尺寸为φ108×4mm,水的密度为1000kg/m3。
求输水量为多少m3/h。
3.一输水系统的管路总长度(包括所有局部阻力当量长度)为100m,高位槽和低位槽均为敞口,且液面保持恒定。
两液面的高度差H=30m,管路摩擦系数λ=0.025,管子内径为0.05m,水的密度ρ=1000kg/m3,泵的效率为0.8,输水量为10m3/h,求:
(1)泵对水作的功;
(2)水的质量流量;
(3)泵的有效功率;
(4)泵的轴功率。
4.一单壳程单管程列管换热器,由多根φ25×2.5mm的钢管组成管束,管程走某有机溶液,流速为0.5m/s,流量为15000kg/h,比热为1.76kJ/kg.K,密度为858kg/m3,温度由20℃加热至50℃。
壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。
管程、壳程的对流传热系数分别为700W/m2K和10000W/m2K。
钢导热系数为45W/mK。
垢层热阻忽略不计。
求:
A)换热器热负荷;
B)总传热系数;
C)管子根数
D)管子管长;
5.某车间有一台换热面积(以外表面积计)为2.5m2的单程列管换热器。
用180℃的热废气预热轻油,轻油走管外,其流量为200kg/h,比热为2kJ/kg℃,温度由30℃升至80℃。
轻油与热气体作逆流流动。
热废气出口温度为70℃。
求:
A)换热器的热负荷;
B)总传热系数;
6.用一传热面积为3m2由φ25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器,用初温为10℃的水将机油由200℃冷却至100℃,水走管内,油走管间。
已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h,其比热分别为4.18kJ/kg.K和2.0kJ/kg.K;水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/m2.K和250W/m2.K,两流体呈逆流流动,忽略管壁和污垢热阻。
A)换热器的热负荷;
B)总传热系数;
C)对数平均温差;
D)计算说明换热器是否适用?
7.在一传热面为30m2的列管式换热器中,用130℃的饱和蒸汽冷凝将气体从30℃加热到80℃,气体走管内,流量为5000m3/h,密度为1kg/m3(均按入口状态计)。
比热为1kJ/kg.K,估算此换热器的总传热系数。
若气量减少了30%,估算在加热蒸汽压力和气体入口温度不变的条件下,气体出口温度变为多少?
8.在常压逆流操作的填料塔内,用纯溶剂S吸收混合气体中的可溶组分A。
入塔气体中A的摩尔分率为0.03,要求吸收率为95%。
已知操作条件下的解吸因数为0.8,物系服从亨利定律,与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03(摩尔分率)。
试计算:
①操作液气比为最小液气比的倍数;
②出塔液体的浓度;
③完成上述分离任务所需的气相总传质单元数NOG。
9.有一逆流填料吸收塔,塔径为0.5m,用纯溶剂吸收混合气中的溶质。
入塔气体量为100kmol/h,,溶质浓度为0.01(摩尔分率),回收率要求达到90%,液气比为1.5,平衡关系ye=x。
试求:
①液体出塔浓度;
②测得气相总体积传质系数Kya=0.10kmol/m3.s,问该塔填料层高度为多少?
10.在直径为0.8m的填料塔中,用2000kg/h的清水吸收空气中某溶质A。
混合气量为89.2kmol/h,混合气含溶质A为1.3%(体积),要求回收率99.5%,操作条件为20℃、1atm,平衡关系为ye=0.75x,总体积传质系数Kya=0.055Kmol/m3.s,试求
(1)液体出口浓度;
(2)填料层高度。
11.在常压填料吸收塔中,用清水吸收废气中的氨气。
废气流量为223.2kmol/h,废气中氨的浓度为0.02(摩尔分率),要求回收率不低于98%。
若吸收剂用量为200kmol/h操作条件下的平衡关系为ye=0.8x,气相总传质单元高度为0.7m。
试求:
A塔底、塔顶及全塔的吸收推动力(气相);
B气相总传质单元数;
C总填料层高。
12.今拟在某一直径为0.5m的填料塔中,在20℃、760mmHg下用清水对空气—氨混合气进行逆流吸收操作,每小时向塔送入含NH3为1.5mol%的混合气20kmol/h,要求NH3的回收率为98%。
已知20℃的平衡关系为ye=0.75x
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- 化工原理 化工 原理 课程 复习 大纲