1、1流体流动基本概念与基本原理一、流体静力学基本方程式 )(2112zgp或 h0注意：1、应用条件：静止的连通着的同一种连续的流体。2、压强的表示方法：绝压大气压=表压 表压常由压强表来测量；大气压绝压=真空度 真空度常由真空表来测量。3、压强单位的换算：1atm=760mmHg=10.33mH2O=101.33kPa=1.033kgf/cm2=1.033at4、应用：水平管路上两点间压强差与 U 型管压差计读数 R 的关系：gpA)(1处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须时静止、连续和同一种液体。二、定态流动系统的连续性方程式物料衡算式 常 数常 数 uuwsA 21, 常 数常 数
2、V 21121/, dA圆 形 管 中 流 动常 数三、定态流动的柏努利方程式能量衡算式1kg 流体： J/kgfe huPgZWuPgZ22211 讨论点：1、流体的流动满足连续性假设。2、理想流体，无外功输入时，机械能守恒式：3、可压缩流体，当 p/p11 为漂流因数，反映总体流动对传质速率的影响。pBm=(pB2pB1)/ln(pB2/pB1)一般而言，双组分等分子反向扩散体现在精馏单元操作中，而一组分通过另一组分的单相扩散体现在吸收单元操作中。气相中，温度升高物质的扩散系数增大，压强升高则扩散系数降低；液相中粘度增加扩散系数降低。在传质理论中有代表性的三个模型分别为双膜理论、溶质渗透理
3、论和表面更新理论。传质速率方程传质速率=传质推动力/传质阻力N=kG(ppi)=kL(cic)=ky(y-yi)=kx(xix)N=KG(pp*)=KL(c*c)=KY(Y-Y*)=KX(X*X)10注意传质系数与推动力相对应，即传质系数与推动力的范围一致，传质系数的单位与推动力的单位一致。吸收系数之间的关系：1/KG=1/kG+1/HkL 1/KL=1/kL+H/kG 1/KY=1/kY+m/kX 1/KX=1/kX+1/mkYky=pkG kx=ckL KY PKG KX CKL气膜控制与液膜控制的概念对于易溶气体，H 很大，传质阻力绝大部分存在于气膜之中，液膜阻力可以忽略，此时 KG k
4、G，这种情况称为 “气膜控制” ；反之，对于难溶气体，H 很小，传质阻力绝大部分存在于液膜之中，气膜阻力可以忽略，此时 KL kL，这种情况称为“液膜控制” 。三、物料衡算操作线方程与液气比全塔物料衡算： G(Y1Y2)=L(X1X2) 逆流操作吸收操作线方程： Y=LX/G+(Y2LX2/G) 吸收操作时塔内任一截面上溶质在气相中的实际分压总是高于与其接触的液相平衡分压，所以吸收操作线总是位于平衡线的上方。最小液气比： （L/G） min=(Y1Y2)/(X1*X2) 液气比即操作线的斜率若平衡关系符合亨利定律，则 （L/G） min=(Y1Y2)/(Y1/mX2)溶剂改性改变平衡关系 降低
5、温度增加传质推动力 提高压力提高吸收效率的途径 增加液气比减小传质阻力 采用新型填料改变操作条件增加吸收剂用量，操作线斜率增大，操作线向远离平衡线的方向偏移，吸收过程推动力增大，设备费用减少。四、填料层高度计算气液相平衡、传质速率和物料衡算相结合取微元物料衡算求得填料层高度。填料层高度=传质单元高度传质单元数即 Z=HOGNOG=HOLNOL=HGNG=HLNLNOG气相总传质单元数（气体流经一段填料后其组成变化等于该段填料的总的平均推动力则为一个传质单元）HOG气相总传质单元高度（一个传质单元所对应的填料高度）1平均推动力法（适合平衡线为直线）：Z=HOGNOG=(G/KYa)(Y1Y2)/
6、 Ym=(L/KXa)(X1X2)/ Xm对数平均推动力 Ym=( Y1 Y2)/ln( Y1/ Y2)当 Y1/Y21 1 01 0 xn-1。精馏塔中第 n-1，n，n+1 块实际板，x n*yn。如板式塔设计不合理或操作不当，可能产生液泛、漏液、及雾沫夹带等不正常现象，使塔无法正常工作。14计算题：1、把内径为 20mm、长度为 2m 的塑料管，弯成倒 U 形，作为虹吸管使用。液体密度为1000kg/m3,粘度为 1mPas,为保持稳定流动，使槽内液面恒定。要想使流量为 2m3/h，虹吸管出口端距离槽内液面的距离 h 需要多少米？（光滑管 0.0235，回弯头 1.5，突然缩小 0.5）
7、2、如图所示常温下操作的水槽，下面的出水管直径为 57mm3.5mm。当出水阀全关闭时，压力表读数为 30.4kPa，而阀门开启后，压力表读数降至 20.3kPa。设压力表之前管路中的压头损失为 0.5m 水柱，试求水的流量为多少 m3/h。3、如图所示，有一高位槽输水系统，管径为 57mm3.5mm。已知水在管路中流动的机械能损失为 ，试求水的流量为多少 m3/h？欲使水的流量增加 10，应将高位245uhf槽水面升高多少米？ 4、有一台离心泵的额定流量为 16.8m3/h，扬程为 18m。试问此泵能否将密度为1060kg/m3，流量为 250L/min 的液体，从敞口储槽向上输送到表压为
8、30kPa 的设备中？敞口储槽与高位设备的液位垂直距离为 8.5m。管路的管径为 75.5mm3.75mm，管长为124m（包括直管长度和所有管件的当量长度） ，摩擦系数为 0.02。5、某工厂用 170mm5mm 的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚 30mm 的矿渣棉，其热导率为 0.065W/(mK)；第二层为厚 30mm 的石灰棉，其热导率为 0.21W/(mK)。管内壁温度为 300，保温层外表面温度为 40。管路长 60m。求该管路的散热量。156、某离心泵在转速为 1450r/min 时，水的流量为 18m3/h，扬程为 20m 水柱。试求
9、：（1）泵的有效功率，水的密度为 1000kg/m3；（2）若将泵的转速调节到 1250r/min 时，泵的流量与扬程将变为多少？7、有直径为 38mm2mm 的黄铜冷却管，假如管内生成厚度为 1mm 的水垢，水垢的热导率为 1.163W/(m)。试计算水垢的热阻是黄铜热阻的多少倍。黄铜的热导率 110 W/(m)。8、有一外径为 100mm 的水蒸气管，水蒸气的温度为 160。为了减少热量损失，在管外包覆厚度各为 25mm 的 A、B 两层绝热材料保温层，A 与 B 的热导率分别为 0.15 与0.05W/(mK)，试计算哪一种材料放在内层好。周围空气温度为 20，保温层外表面对周围空气的对
10、流（包括热辐射）传热系数 15W/(m 2)。保温层内表面温度在两种情况下都等于水蒸气温度。9、在一单程列管式换热器中，欲用水将 15000kg/h 的煤油从 140冷却到 40，水的进、出口温度分别为 30和 40，两流体逆流流动。煤油的平均比热容为 2.3kJ/(kg)，水的平均比热容为 4.187 kJ/(kg)。若换热器的总传热系数为 300W/(m2)，试求：（1）冷却水的流量；（2）换热器的对数平均温度差 t m；（3）换热器的传热面积 A。10、在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为 20和 110。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为 45和
11、40，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至 38，试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（ 水 空气 ）（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？11、有一换热器，管内通 90的热流体，膜系数 为 1100 ，管外有某种液体1Cm2/W沸腾，沸点为 50，膜系数 为 5800 。试求以下两种情况下的壁温：（1）2Cm2/管壁清洁无垢 ；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为 0.005 。/212、如图所示，在一细金属管中的水保持
12、 25，在管的上口有大量干空气（温度 25，总压 101.325kPa）流过，管中的水气化后在管中的空气中扩散，试计算在稳定状态下的气化速率。 （25时水的饱和蒸汽压为 3.168kPa，D0.256cm 2/s）1613、在一吸收塔中，用清水在总压 0.1MPa、温度 20的条件下吸收混合气体中的 CO2，将其组成从 2降至 0.1%(莫尔分数)。20时 CO2水溶液的亨利系数 E144MPa，吸收剂用量为最小用量的 1.2 倍。试求液气比及溶液出口组成。14、某填料吸收塔进塔混合气体中含苯 5%（体积百分数） ，其余为惰性气体。吸收塔操作压强为 780mmHg，温度为 25，进塔混合气体流
13、量为 1000m3/h，苯回收率为 95%。吸收剂为不含苯的煤油，煤油耗用量为最小用量的 1.5 倍。气液逆流流动，系统平衡关系为Y=0.14X（式中 Y、X 均为摩尔比） ，气相体积总传质系数为 Kya=125kmol/m3h，煤油的平均分子量为 170kg/kmol，塔径为 0.6m。试求：（1）煤油的耗用量为多少 kg/h？（2）煤油出塔浓度 X1为多少？（3）填料层高度为多少 m？（4）吸收塔每小时回收多少 kmol 苯？（5）欲提高回收率可采用哪些措施？并说明理由。15、用清水在吸收塔中吸收混合气中的溶质 A，吸收塔某截面上，气相主体中溶质 A 的分压为 5kPa，液相中溶质 A 的
14、莫尔分数为 0.015。气膜传质系数 kY2.510 5 kmol/(m2s)，液膜传质系数 kX3.510 3 kmol/(m2s)。气液平衡关系符合亨利定律，相平衡常数m0.7。总压为 101.325kPa。试求气相总传质系数和溶质的传质速率，并分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制。16、在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含氨 5%（体积）的空气氨混合气中的氨，已知混合气量为 2826m3/h（标准状况） ，气体空塔速度为 1m/s，平衡关系为 Y=1.2X，以摩尔比为推动力的气相体积总传质系数 KYa=180kmol/m3h，吸收剂用量为最小用量的 1.4 倍，要求吸收率为 98%，试求：（1
15、）溶液的出口浓度 X1（摩尔比） ；（2）气相总传质单元高度HOG； （3）气相总传质单元数 NOG；17、某连续操作的精馏塔，泡点进料。已知操作线方程如下：精馏段 y=0.8x 0.172 提馏段 y 1.3 x0.018试求塔顶液体回流比、馏出液组成、塔釜气相回流比、釜液组成、进料组成及 q 线方程。18、用一精馏塔分离二元液体混合物，进料量 100kmol/h，易挥发组分 xF=0.5，泡点进料，得塔顶产品 xD=0.9，塔底釜液 xW=0.05（皆摩尔分率） ，操作回流比 R=1.61，该物系平均相对挥发度 =2.25，塔顶为全凝器，求：(1)塔顶和塔底的产品量（kmol/h） ；(2
16、)第一块塔板下降的液体组成 x1为多少；(3)写出提馏段操作线数值方程；(4)最小回流比。19、一精馏塔，原料液组成为 0.5（摩尔分率） ，饱和蒸气进料，原料处理量为100kmol/h，塔顶、塔底产品量各为 50kmol/h 。已知精馏段操作线程为 y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸气加热，塔顶全凝器，泡点回流。试求： （1） 塔顶、塔底产品组成；17（2） 全凝器中每小时冷凝蒸气量；（3） 蒸馏釜中每小时产生蒸气量（4） 若全塔平均 =3.0，塔顶第一块塔板默弗里效率 Eml=0.6，求离开塔顶第二块塔板的气相组成。20、在一连续操作的精馏塔中分离苯-甲苯溶液，其平均相对挥发度 2.
17、46。进料流量为 250kmol/h，其中苯的莫尔分数为 0.4， q1.2。馏出液流量为 100kmol/h，其中苯的莫尔分数为 0.97。塔顶泡点回流，试计算（1）精馏段、提馏段操作线方程；（2）塔釜上一层理论板的下降液体组成。21、在常压下连续操作精馏塔分离某双组分溶液。该物系的平均相对挥发度2.92。 （1）离开塔顶第二理论板的液相组成 x20.75 ，试求离开该板的气相组成；（2）离开第一理论板的液相组成 x10.088，若精馏段的液气比为 2/3，试计算离开第三层板的气相组成；（3）若为泡点回流，试求塔顶回流比；（4）精馏段操作线方程。22、在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。进料量为 1000kmol/h，含苯 0.4，要求塔顶馏出液中含苯 0.9（以上均为摩尔分率） ，苯的回收率不低于 90%，泡点进料，泡点回流。已知=2.5，取回流比为最小回流比的 1.5 倍。试求：（1）塔顶产品量 D、塔底残液量 W 及组成 xW；（2）最小回流比；（ 3）精馏段操作线方程；（4）提馏段操作线方程；（5）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数为多少？
