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1、（2012.06.14）化工单元操作技术期末复习答疑（文本）申奕：快考试了，希望大家抓紧时间复习，有问题可在此提问流体流动部分复习提纲1、流体的性质：密度、重度、黏度等。2、流体静力学：压强：在垂直方向上作用于流体单位面积上的力，称为流体的静压强，简称压强，计算公式： ；压强的单位及其换算；压强的表示方式：表压强绝对压强当地外界大气压强，真空度当地外界大气压强绝对压强；流体静力学方程式及其应用： ，该式适用于在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体。利用静力学基本原理可以测量流体的压强、容器中液位及计算液封高度等。3、流体流动现象：流体的流速和流量：流体在流动时，单位时间内通过管道任一截面的流体
2、量称为流体的流量。表示方法：体积流量，以 qv 表示，单位为 m3/s；质量流量，以 qm 表示，单位为kg/s；两者之间的关系为：qm =qv ；单位时间内，流体在流动方向上经过的距离称为流速。它等于流体的体积流量 qv 与管道截面积 A 之比，即 。定态流动和非定态流动：在流动过程中，流体在各截面上的温度、压强、流速等参数仅随所在空间位置变化，而不随时间变化，这种流动称之为定态流动；在流动过程中，流体在各截面上的温度、压强、流速等参数不但随所在空间位置而变化而且随时间变化，则称为非定态流动。流体的流动形态：层流和湍流。雷诺数： ，流体在圆形直管内流动时，当 Re2000 时，流动为层流，此
3、区称为层流区；当 Re4000 时，流动为湍流，此区称为湍流区；当 20001，汽液混合进料 0q1过热蒸气进料 q0 , 饱和液体进料 q=1, 饱和蒸汽进料 q=0,10在连续精馏塔中分离苯和甲苯混合液。已知原料液流量为 12000kg/h，苯的组成为 40%（质量分率，下同） 。要求馏出液组成为 97%，釜残液组成为 2%。试求馏出液和釜残液的流量 kmol/h；馏出液中易挥发组分的回收率和釜残液中难挥发组分的回收率。解：苯的摩尔质量为 78kg/mol，甲苯的摩尔质量为 92kg/h。原料液组成： 馏出液组成： 釜残液组成： 原料液的平均摩尔质量kg/k mol原料液摩尔流量： 全塔物
4、料衡算，可得： kmol/h kmol/h馏出液中易挥发组分回收率为： 釜残液难挥发组分回收率为： 11.将含 24%（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含 95%易挥发组分，釜液含 3%易挥发组分。送入冷凝器的蒸气量为 850kmol/h，流入精馏塔的回流液为 650kmol/h，试求：（1）每小时能获得多少 kmol/h 的馏出液？多少 kmol/h 的釜液？（2）回流比 R 为多少？（3）精馏段操作线方程？解：（1） V=L+DD=V-L=850-650=200kmol/hF = 788.6 kmol/h, W = 788.6-200 = 588.6k
5、mol/h （2）R=L/D=3.25 （3） 带入数据得到精馏段操作线方程？ 12.在苯-甲苯的精馏系统中，若已知物料的相对挥发度为 =2.4，原料液、馏出液组成分别为 XF=0.5，XD=0.96（以上均为摩尔分数） ，实际采用回流比 R=2.0，塔顶采用全凝器，泡点进料，试计算从上先下数，第二块塔板的气液相组成。解：由相平衡方程 因为是全凝器：y1=xD=0.96 带入平衡方程和操作线方程依次计算：x1=0.909，y2=0.929，x2=0.845吸收是化工生产中分离气体混合物的方法，通过本章的学习学员应了解吸收装置的结构和特点；理解吸收单元操作的基本概念、吸收传质机理、相平衡与吸收的
6、关系。本章学习的重点是气体吸收过程的相平衡关系，吸收过程的计算。学员应能够进行低浓度气体吸收过程的计算，分析填料塔的操作特性。通过学习掌握：吸收操作线方程、吸收塔物料衡算，吸收剂最小用量、填料层高度的计算；理解：吸收单元操作的基本概念、相平衡与吸收的关系；了解：分子扩散、费克尔定律、扩散系统、双膜理论的概念。习题：1.称为吸收是利用 而使气体中不同组分分离的操作。解：吸收操作的依据是：气体混合物各组分在液体中溶解度的差异。2某吸收过程，已知 ky=410-1 kmol/m2s，kx=810-4 kmol/m2s，由此可知该过程为液膜控制过程。解：液膜吸收系数的倒数 1/ky，称为液膜阻力。同理
7、气膜吸收系数的倒数 1/kx，称为气膜阻力。液膜阻力气膜阻力，因此为液膜控制过程。3.最小液气比是什么？。解：当吸收剂用量减少到 B 点与平衡线 OE 相交时，即塔底流出液组成与刚进塔的混合气组成达到平衡。这是理论上吸收液所能达到的最高浓度，但此时吸收过程推动力为零，因而需要无限大相际接触面积，即需要无限高的塔。这实际生产上是无法实现的。只能用来表示吸收达到一个极限的情况，此种状况下吸收操作线 BJ 的斜率称为最小液气比，以（LV）min 表示；相应的吸收剂用量即为最小吸收剂用量，以 Lmin 表示。根据生产实践经验，一般情况下取吸收剂用量为最小用量的 1.12.0 倍是比较适宜的4.吸收操作
8、的目的是分离（ A ） 。A气体混合物 B液体均相混合物C气液混合物 D部分互溶的均相混合物解：工业生产中常常会遇到均相气体混合物的分离问题。为了分离混合气体中的各组分，通常将混合气体与选择的某种液体相接触，气体中的一种或几种组分便溶解于液体内而形成溶液，不能溶解的组分则保留在气相中，从而实现了气体混合物分离的目的。这种利用各组分溶解度不同而分离气体混合的操作称为吸收。5 “液膜控制”吸收过程的条件是 难溶气体，气膜阻力可忽略。解：对于难溶气体,H 值很小,在 kG 和 kL 数量级相同或接近的情况下，存在如下关系，即 ，此时吸收过程阻力的绝大部分存在于液膜之中，气膜阻力可以忽略，意即液膜阻力
9、控制着整个吸收过程，吸收总推动力的绝大部分用于克服液膜阻力。这种吸收称为液膜控制吸收。6. 对气体吸收有利的操作条件应是 加压和降温 。解：由温度和压力对溶解度的影响可知7在吸收过程中，若有明显化学反应，则称此吸收过程为 化学吸收 。解：按过程有无化学反应分类吸收可分为：物理吸收：吸收过程中溶质与吸收剂之间不发生明显的化学反应；化学吸收：吸收过程中溶质与吸收剂之间有显著的化学反应。8在吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，为完成一定的任务，则（ C ） 。A回收率趋向最高 B吸收推动力趋向最大 C填料层高度趋向无穷大 D总费用最低解：当吸收剂用量减少到 B 点与平衡线 OE 相交时，即塔底流
10、出液组成与刚进塔的混合气组成达到平衡。这是理论上吸收液所能达到的最高浓度，但此时吸收过程推动力为零，因而需要无限大相际接触面积，即需要无限高的塔。9在一填料塔中，用洗油逆流吸收混合气体中的苯。已知混合气体的流量为1600m3/h，进塔气体中含苯 5（摩尔分数，下同）要求吸收率为 90，操作温度为 25，压力为 101.3kPa ,洗油进塔浓度为 0.0015,相平衡关系为 Y*=26X，操作液气比为最小液气比的 1.5 倍。试求吸收剂用量及出塔洗油中苯的含量。解：先将摩尔分数换算为摩尔比根据吸收率的定义 混合气体中惰性气体量为由于气液相平衡关系 Y*=26X，则实际液气比为L=62.237.9=2.36 kmol/h出塔洗油苯的含量由下式计算:10用填料塔吸收塔回收焦炉气中的氨，焦炉气中氨的浓度为 8g/标准 ，混合气处理量为 4500 标准 /h。要求氨的回收率为 95%。操作压强为 101.33kPa，温度为 30。 若用水作为吸收剂，则气液平衡关系可表示约为 Y*=1.2X（Y、X 为摩尔比） 。操作液气比为最小液气比的 1.5 倍确定用水量 kg/h？解：用水量 先求最小用水量，即其中 故 =1.50.063=0.0945kmol/s=6120kg/h申奕：今天的教学活动到此结束，再见。
