化工原理思考题答案.docx

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化工原理思考题答案

化工原理思考题答案

第一章流体流动与输送机械

1、压力与剪应力的方向及作用面有何不同答：

压力垂直作用于流体表面，方向指向流体的作用面，剪应力平行作用于流体表面，方向与法向速度梯度成正比。

2、试说明粘度的单位、物理意义及影响因素

答:

单位是N·S/m2即Pa·s，也用cp，1cp=1mPa·s，物理意义为：

分子间的引力和分子的运动和碰撞，与流体的种类、温度及压力有关

3、采用U型压差计测某阀门前后的压力差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？

答：

无关，对于均匀管路，无论如何放置，在流量及管路其他条件一定时，流体流动阻力均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截面的压力差却不相同。

4、流体流动有几种类型？

判断依据是什么？

答：

流型有两种，层流和湍流，依据是：

Re≤2000时，流动为层流；Re≥4000时，为湍流，2000≤Re≤4000时，可能为层流，也可能为湍流

5、雷诺数的物理意义是什么？

答：

雷诺数表示流体流动中惯性力与黏性力的对比关系，反映流体流动的湍动状态

6、层流与湍流的本质区别是什么？

答：

层流与湍流的本质区别是层流没有径向脉动，湍流有径向脉动

7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中心可分为哪几个区域？

答：

层流内层、过渡层和湍流气体三个区域。

8、流体在圆形直管中流动，若管径一定而流量增大一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？

完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？

答：

层流时Wf∝u，流量增大一倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf∝u2，流量增大一倍能量损失是原来的4倍。

9、圆形直管中，流量一定，设计时若将管径增加一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？

完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？

答：

10、如图所示，水槽液面恒定，管路中ab及cd两段的管径、长度及粗糙度均相同，试比较

一下各量大小

11、用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？

若改用转子流量计，转子上下压差值又将如何变化？

答：

孔板前后压力差Δp=p1-p2，流量越大，压差越大，转子流量计属于截面式流量计，恒压差，压差不变。

12、区分留心泵的气缚与气蚀现象、扬程与升扬高度、工作点与设计点等概念答：

气缚：

离心泵启动前未充液，泵壳内存有空气，由于空气密度远小于液体的密度，产生离心力很小，因而叶轮叶心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时启动离心泵也不能输送液体。

气蚀：

贮槽液面一定，离心泵安装位置离液面越高，贮槽液面与泵入口处的压差越大，当安

装高度达到一定值时，泵内最低压力降至输送温度下液体的饱和蒸汽压，液体在该处形成气泡，进入叶轮真空高压区后气泡破裂，形成局部真空，周围液体以高速涌向气泡中心产生压力极大的冲击。

运转一定时间后，叶轮表面出现斑痕及裂缝，使叶轮损伤。

扬程：

单位重量的液体经离心泵后所获得的有效能量升扬高度：

指离心泵将流体从低位送至高位时两液面的高度差。

工作点：

管路特性曲线与泵特性曲线的交点设计点：

离心泵在一定转速下的最高效率点

13、离心泵调节流量有哪些方法？

各种方法的实质及优缺点是什么？

答:

1.改变管路特性曲线，最简单的方法是在离心泵压出管线上安装调节阀，通过出口阀门调

节流量，实质是改变工作点。

优点：

操作简便、灵活，流量可连续变化，应用较广。

缺点:

当阀门关小时，不仅增加了管路的阻力，使增大的压头用于消耗阀门的附加阻力上，且使泵在低效率下工作，经济上不合理。

2.改变泵特性曲线，通常通过改变泵的转速来实现流量调节，实质是改变工作点。

优点：

不额外增加阻力且在一定范围内可保证泵在高效率下工作，能量利用率高，经济性好。

缺点：

需配备可调速的原动机或增加调速器，通常在调节幅度大、时间又长的季节性调节中使用。

14、比较正位移泵与离心泵在开车步骤、流量调节方法及泵的特性等方面的差异

答：

正位移泵即容积式泵

泵型

开车步骤

流量调节

泵特性

正位移泵

1、旁路调节，通过改变旁路阀的开度调节流量2、改变活塞冲程或往复次数调节流量

泵的特性曲线为Q为

启动前不需灌泵

常数的一条直线

离心泵

启动前需灌泵

1.改变管路特性曲线，通过出口阀门调节流量2.改变泵特性曲线改变泵的转速来实现流量调节

H-Q、N-Q、η-Q三条特性曲线

15、离心通风机的特性参数有哪些？

若输送空气的温度增加，其性能如何变化

答：

a、流量b、风压c、轴功率与效率。

空气温度增加，流体密度减小，风压减小；流量、轴功率效率均与风机相关，风机型号不变，参数不变。

第三章传热

1、简述热传导、对流传热，辐射传热的基本原理答：

热传导：

热传导起因于物体内部分子、原子和电子的微观运动的一种传热方式。

温度不同时，这些微观粒子热运动激烈程度不同。

因此，在不同物体之间或同一物体内部存在温差时，就会通过这些微观粒子的振动、位移和相互碰撞而发生能量的传递，称之为热传导。

对流传导：

流体通过固体壁面时与该表面发生的传热过程称为对流传热，对流传热是依靠流体微团的宏观运动而进行的热量传递。

实际上是对流传热和热传导两种基本传热方式共同作用的传热过程。

辐射传热：

任何物体在发出辐射能的同时，也不断吸收周围物体发来的辐射能。

一物体辐射出的能量与吸收的能量不等时，该物体就与外界产生热量传递，这种传热方式称为辐射传热。

2、热传导、对流传热，辐射传热在传热速率影响因素方面各有什么特点？

答：

热传导：

热导率与物质的结构、组成、温度、压强等许多因素有关

3、气体、液体和固体（包括金属和非金属）在热导率数值上有什么差异？

认识这些差异在工程上有什么意义？

答：

固体：

金属的热导率与材料的纯度有关，合金材料热导率小于纯金属，各种固体材料的热导率均与温度有关，对绝大数均质固体而言，热导率与温度近似成线性关系。

在工程计算中常遇到固体壁面两侧温度不同的情况，此时可按平均温度确定温度场中材料的热导率。

液体：

金属液体的热导率较大，非金属液体的热导率较小，但比固体绝热材料大，除水和甘油外，大多数液体随温度升高热导率减小。

纯液体的热导率比其溶液的大。

气体：

气体的热导率随温度升高而增大。

当压力很大或很小时，热导率随压力增大而增大，反之则反。

气体的热导率很小，不利于导热但有利于保温。

4、什么是传导过程中推动力和阻力的加和性？

答：

在多层壁的定态热传导中，每层壁都有推动力和阻力，通过各层的导热速率相等，既等于某层的推动力和阻力之比，也等于各层推动力之和和阻力之和的比值。

（公式自己写）

5、在定态的多步串联传热过程中，各步的温度降时如何分配的？

答：

6、对流传热的主要影响因素有哪些？

答：

1、引起流动的原因：

α强制>α自然

2、流动状况：

α湍流>α层流

3、流体的性质：

μ增大α增大；比热容增大，α增大；ρ增大，α增大；α气体<α液体

4、传热面的情况：

α波纹状、翅面>α平滑面；A增大，湍流程度减小5、是否相变：

α相变>α无相变

7、在对流传热过程中，流体流动时如何影响传热过程的？

答：

8、在对流传热系数的关联式中有哪些无量纲数？

它们的物理意义各是什么？

答：

Nu努塞尔数，待定数群

Re雷诺数，代表流体的流动形态与湍流程度对对流传热的影响

Pr普朗特数，代表流体的物理性质对对流传热的影响

Gr格拉晓夫数，代表自然对流对对流传热的影响

9、在各种对流传热过程中，流体的物理性质是如何影响传热系数的？

答：

无相变时：

λCpμk

流体在圆形管内作强制湍流，α=0.023λdRe0.8（Cpλμ），流体被加热时，k=0.4，流体被冷却

λdμ0.14

时，k=0.3；流体在圆形管内作强制层流α=1.86λ（RePrd）1/3（μ）

dlμw

还有好多自己写）10、用饱和水蒸气作为加热介质时，其中混有的不凝气是如何影响传热效果的？

答：

蒸汽冷凝与壁面时，如果蒸汽中含有微量的不凝气，如空气等，则它会在液膜表面浓集形成气膜，这相当于额外附加了一层热阻，而且由于气体的热导率小，该阻值往往很大，其外在表现是蒸汽冷凝的对流系数大大减小。

11、液体沸腾的两个必要条件是什么？

为什么其对流传热系数往往很高？

答：

一是液体过热，二是有汽化核心。

在沸腾过程中，小气泡首先在汽化核心处生成并长大，在浮力作用下脱离壁面，气泡让出的空间被周围的液体取代，如此冲刷壁面，引起贴壁液体层的剧烈扰动，从而使液体沸腾时的对流传热系数比无相变时大很多。

12、大容积沸腾按壁面与流体温差的不同可分为哪几个阶段？

试分析各阶段的传热系数与温差的关系及内在原因答：

可分为自然对流、核状沸腾、不稳定膜状沸腾、稳定膜状沸腾四个阶段。

自然对流：

汽化仅发生在液体表面，对流传热系数很小，随温差升高而缓慢增加。

核状沸腾：

加热面上有气泡产生，气泡数目越来越多，长大速率越来越快，所以气泡脱离壁面时对液体扰动增强，传热系数随温差升高而急剧上升。

不稳定膜状沸腾：

随温差增大，加热面上的汽化核心数大大增加，以至于气泡的产生速率大于其脱离壁面的速率，气泡因此在加热面附近相连形成气膜，将加热面和流体隔开，由于气体的热导率很小，使传热系数急剧下降。

稳定膜状沸腾：

由于加热面壁温足够高，热辐射的影响开始表现，对流传热系数又开始随温差增大而增大。

13、自然对流中的加热面与冷却面应如何放置才有利于充分传热？

答：

自然对流是由于流体内各部分密度不同而引起的流动（如散热器旁热空气的向上流动。

自然对流的关键是使流体循环畅通，因此加热面应放置在被加热面的下层，冷却面应放置在冷却面的上层。

14、什么是传热速率？

什么是热负荷？

二者之间有何联系？

答：

传热速率是指设备在一定条件下的换热能力，热负荷是对设备换热能力的要求。

传热速

率≥热负荷。

15、在两流体通过间壁的换热过程中，一般来说总热阻包括哪些项？

什么是控制热阻？

答：

总热阻包括管外流体的对流传热热阻、管壁热阻、管内流体的对流传热热阻、管内表面的污垢热阻、管外表面的污垢热阻五项。

如果某项的值远大于其他项，总热阻值就接近该项，

该项就是控制热阻。

16、流体的热导率、对流传热系数和总传热系数之间有何联系？

bdd1d1

λdm+Rs2d2+α2d2

17、间壁两侧的对流传热系数是如何影响总传热系数的？

认识到这一点有什么工程意义？

答：

换热器的总传热系数接近于较小的对流传热系数，强化传热时提高较小的对流传热系数较有效。

18、在间壁式换热器中采用逆流和对流各有什么优点？

有时为什么又要采用折流或错流？

答：

1、就提高推动力而言，逆流优于其他流型。

传热系数一定时，采用逆流可以用较小的传热面积完成相同的换热任务，同时节约加热剂或冷却剂的用量，多回收热量。

2、当工艺

上要求流体被加热时不得超过某一温度或热流体被冷却时不得低于某一温度，宜采用并流。

3、采用折流的目的是为了提高对流传热系数，以此达到提高传热速率。

19、传热过程设计型计算和操作型计算的内容分别是什么？

解决这些问题需要那两个方程的联立求解？

答：

设计型计算的基本要求是确定换热任务的传热面积，在此基础上选择换热器的型号或判断某台换热器是否合用。

操作性计算的主要任务是在换热设备已存在时预测换热设备的操作结果，如计算两流体的出口温度。

解决此类问题需联立热量平衡方程和总传热速率方程。

24、为提高列管式换热器的总传热系数，在其结构方面可采取什么改进措施？

答：

1、管程数增多有利于提高列管式换热器的总传热系数，但机械能损失过大，传热温差也减小，因此不宜过多。

2、壳程内安装一定数目的与管束垂直的折流挡板。

25、强化传热过程可以哪几方面入手？

每一方面又包括哪些具体措施？

答：

1、增大传热面积2、提高总传热系数：

可定时清理污垢，提高流速或湍流程度3、提高

温差：

采用温位更高的加热剂或温位更低的冷却剂，提高加热剂或冷却剂的流量。

第五章气体吸收

1、吸收分离气体混合物的依据是什么？

答：

依据是气体混合物在溶剂中溶解度的差异来分离。

2、吸收剂进入吸收塔前经换热器冷却与直接进入吸收塔两种情况，吸收效果有什么区别？

答：

冷却后气体溶解度增大，更有利于吸收。

5、比较温度、压力对亨利系数E、溶解度常熟H及相平衡常数m的影响

答：

温度上升，亨利系数增大，溶解度常熟减小，相平衡常数增大；压力增大，亨利系数不变，溶解度常熟不变，相平衡常数变小

6、两流体间壁式的对流传热速率与两流体相际对流传质速率有何区别？

有何相似之处？

答：

7、双膜理论的要点是什么？

该理论的适用条件是什么？

答：

1、溶质A以分子扩散形式连续通过气膜和液膜，有气相主体传递到液相主体2、相界

面处气液两相达到平衡，界面处无扩散阻力，3、溶质A浓度均匀以涡流扩散的形式传质。

适用条件：

流速不太高的流体，两相间有稳定的界面。

8、什么是气膜控制？

气膜控制的特点是什么？

用水吸收混合气体中的CO2是属于什么控制

过程？

提高其吸收速率的有效措施是什么？

答：

传质阻力主要集中在气相，吸收过程由气相阻力控制叫气膜控制，用水吸收混合气体中的CO2是属于液膜控制过程，提高其吸收速率的有效措施时增大液体流速或增加液体湍流程度。

9、什么是最小液气比？

它与哪些因素有关？

答：

操作线和平衡线相交，此时推动力为0，若欲达到一定吸收程度，则吸收塔高应无穷大，此时液气比最小，它与温度、压力（平衡线的形状）有关。

12、逆流吸收与并流吸收有何区别？

答：

逆流吸收：

气体由塔底通入，塔顶排出，液体从上而下，吸收推动力较大，传质速率较高，压力损失较大。

并流吸收：

气液同向

第六章蒸馏

1、压力对相平衡关系有何影响？

精馏塔的操作压力增大，其他条件不变，塔顶温度、塔底温度和浓度如何变化？

答：

相平衡方程：

y=1+（ααx-1）x,总压p增加，泡点线和露点线上移，同时向对角线靠近，分离变得困难，反之总压减小，分离变得容易。

压力增大，塔顶温度升高，塔底温度也升高，塔顶浓度变大，塔底浓度减小。

2、精馏过程的原理是什么？

为什么精馏塔必须有回流？

为什么回流液必须用最高浓度的液体作回流？

用原料液做回流行否？

答：

精馏：

在一定压力下，各组分挥发度不同，两种混合均匀的液相混合物其在蒸发时蒸汽得组分和蒸汽冷凝的组分是不同的，多次而且同时运用部分气化和部分冷凝的方法，使混合

液得到较完全分离，在塔顶得到较纯轻组分，在塔釜得到较纯重组分的。

为了将双组分充分分离，必须引入回流液，形成两相系统。

回流必须用最高浓度的回流，有利于提高塔顶产品的纯度。

4、进料状况参数q的物理意义是什么，对气液混合物进料q值表示的是进料中的液体分率，对过冷液体和过热蒸汽进料，q值是否也表示进料中的液体分率？

写出5中进料状况下的q值范围

答：

q表示精馏段和提馏段操作线的交点，过冷液体q>1，过热蒸汽q<0，q不表示液体

分率。

冷液进料q>1；饱和液体，q=1；气液混合体，0

5、在图解法求理论板数的y-x图上，直角梯级与平衡线的交点,直角梯级与操作线的交点个表示什么意思？

直角梯级的水平线与垂直线各表示什么意思？

对于一块实际塔板，气相增浓程度和液相减浓程度如何表示？

答：

直角梯级与平衡线的交点表示此点的气相和液相满足相平衡关系，直角梯级与操作线的

交点表示上升的蒸汽和下降的液体组成满足操作线方程。

梯级的水平线表示液相经过塔板后

n块塔板，液相减浓程度为

减浓的程度，垂直线表示气相经过塔板后增浓的程度，对于第

xn+1-xn，气相增浓程度为yn-yn+1

6、什么叫全回流和最小理论塔板数？

全回流时回流比和操作线方程式怎样的？

全回流应用于什么场合？

如何计算全回流时的最小理论塔板数？

某塔全回流时，xn=0.3，若α=3，则yn+1

为何值？

答：

塔顶上升蒸汽经冷凝器全部引流回到塔顶称为全回流。

全回流时的理论塔板数为最小塔

板数。

R=∞，操作线方程yn+1=xn，全回流对精馏塔的开工阶段、调试和实验研究具有实际意

了！

！

！

！

╰_╯~自己犯贱干嘛吐槽，变态！

~管得着嘛你~。

。

。

。

。

。

）xn=0.3，yn+1=0.37、选择适宜回流比的依据是什么？

设备费和操作费分别包括哪些费用？

经验上如何选择适

宜回流比？

答:

依据是相平衡方程和q线方程。

设备费包括精馏塔、再沸器、冷凝器等设备的折旧费，操作费用主要是再沸器中加热剂用量、冷凝器中冷却剂用量和动力消耗。

都说了是经验我怎么会知道！

！

！

！

！

！

劳资又不是工程师怎么会有经验！

！

！

劳资真实受够了化工通常操作回流比为最小回流比的1.1~2.0倍。

12、对于精馏塔的设计问题，在进料热状况和分离要求一定的条件下，回流比增大啊或减小，所需理论板数如何变化？

对于一现场运行的精馏塔，在保证D/F不变的条件下回流比增大或减小，塔顶馏出液和釜液的量及组成有何变化？

答：

R增大，精馏提馏操作线原理平衡线，理论塔板数减小。

对于操作型计算，R增大，塔

顶和塔釜冷凝量均增加，xD增大，xW减小。

13、用一正在操作的精馏塔分离某混合液，若下列诸因素改变时，问馏出液及釜液组成将有

何变化？

假设其他因素保持不变，塔板效率保持不变。

（没带草稿纸，要记得算哦~）

1.原料液中易挥发组分浓度上升从物料角度来看，F、D、W不变，xF增大，故xD减小，xW减小

2.原料液的量适当增加

3.原料液的温度升高

4.将进料板的位置降低

5.塔釜加热蒸汽的压力增大

6.塔顶冷却水的用量减少

14、在一定的D/F条件下，回流比增大，xD增大，问是否可用增大回流比的方法得到任意的xD？

用增大回流比的方法来提高xD受哪些条件的限制？

答：

15、恒沸精馏与萃取精馏的基本原理是什么？

适用于何种情况？

挟带剂和萃取剂如何选择？

试对恒沸精馏与萃取精馏在添加剂的作用、能量消耗和操作条件等方面作比较。

（不考）习题28、设计一精馏塔，其物料性质、进料量及组成、馏出液及釜液组成、回流比、冷却水温度、加热蒸汽压力均不变。

当进料状态由泡点进料改为饱和蒸汽进料时，塔板数是否相同？

再沸器所需蒸汽量是否改变？

29、有一正在操作的精馏塔分离某混合液。

若下列条件改变，问馏出液及釜液组成有何改变？

假设其他条件不变，塔板效率不变。

（1）回流比下降；

（2）原料中易挥发组分浓度上升；

（3）进料口上移。

解：

（1）回流比下降，馏出液组成减小，釜液组成增大。

（2）xF上升，馏出液组成增大，釜液组成增大。

3）馏出液组成减小，釜液组成增加。

30、在精馏塔操作中，若F、V维持不变，而xF由于某种原因降低，问可用哪些措施使xD维持不变？

并比较这些方法的优缺点。

解：

可以采用以下措施：

（1）增大回流比R，但会减少塔顶产品产量

（2）降低进料管位置，缺点是釜液组成增大，使塔底产品纯度下降（3）减少进料的焓（如有可能，即原来的料液通过预热的，降低其预热程度），即相当于增

大提馏段回流比，但以减小塔顶产品产量为代价。

可根据允许付出的代价，选择其中一法，或同时用多于一法的组合。

第七章固体干燥

1、通常物料除湿的方法有哪些？

答：

机械除湿、吸附除湿、热能除湿

2、为什么说干燥过程及时传热过程又是传质过程？

答：

经预热的高温热空气与低温湿物料接触时，热空气以对流传热的方式将热量传给湿物料，其表面水分阴受热气化扩散至空气中并被空气带走，同时物料内部的水分由于浓度梯度的推动而迁移至表面，使干燥连续进行下去，空气既是载热体也是载湿体，干燥过程及时传热过程又是传质过程。

3、在t、H相同的条件下，提高压力对干燥操作是否有利？

为什么？

4、湿球温度和绝热饱和温度有何区别？

对那种物系二者相等？

答：

湿球温度是大量水和少量空气接触达到平衡时温度，此过程中可认为空气的温度和湿度不变。

他是传热速率和传质速率达到平衡的结果而绝热饱和温度时一定量不饱和空气和大量水密切接触并在绝热条件下达到饱和的温度。

空气经历降温增湿过程，由热量衡算导出。

对于空气和水系统，可近似认为两者相等。

5、通常湿空气的露点温度、湿球温度、干球温度的大小关系如何？

在什么条件下三者相等？

答：

不饱和湿空气：

t>tw>td饱和湿空气：

t=tw=td

6、湿空气的相对湿度大，其湿度也大，这种说法是否正确？

为什么？

答：

不对。

H=0.622P-φφpps,由此可见，p一定时，H=f（φt,）,t一定时，ps一定，φ越大，H越大（前提）7、连续干燥过程的热效率是如何定义的？

为提高干燥热效率可采取哪些措施？

η=蒸发水分所需的热量η=加入干燥系统的总热量

措施：

1、提高空气的预热温度2、降低废气出口温度3、回收废气中热量用以预热冷空气或

冷热料4、加强干燥设备和管路的保温以减少干燥系统的热损失。

8、什么是平衡水分和自由水分，结合水分和非结合水分答：

平衡水分是物料中水分和空气达到平衡。

自由水分时物料中所含大于平衡水分的那一部分水分。

结合水分是指凭借化学力和物理化学力与物料结合，干燥过程中传质推动力小，难以除去的水分。

非结合水分是指和物料结合较弱，容易除去的水分。

9、干燥分为几个阶段？

各阶段有什么特点？

答：

恒速干燥阶段和降速干燥阶段。

（特点见讲义）

10、何为临界含水量？

它与哪些因素有关？

答：

临界含水量Xc是恒速干燥阶段和降速干燥阶段交界点对应的含水量。

它和空气状态和物料状态有关。

13、如何强化干燥过程？

答：

1、提高干燥速率：

恒速干燥阶段，提高干燥介质的温度，流速或降低其温度；降速干燥阶段：

减小物料

尺寸，加强物料分离。

2、采取节能措施：

减少干燥过程的热量，加强热量的回收利用，减少热损失。

3、改进干燥设备。