化工原理思考题答案.doc

第一章1假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。2前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。3分子间的引力和分子的热运动。通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。4 静压强的特性： 静止流体中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；压强各向传递。51）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下大。2）内部压强p=gh=10009.810.5=4.91kPa；外部压强 p=F/A=10/0.008=1.25kPa内部压强4.91kPa。因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。6容器A 的液体势能下降，使它与容器B 的液体势能差减小，从而R2减小。R1 不变，因为该U 形管两边同时降低，势能差不变。7由静力学方程可以导出p=H(冷-热)g，所以H 增加，压差增加，拔风量大。8前者指速度分布大小均匀；后者指速度方向平行、无迁移加速度。9重力场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系。10R=R，因为U 形管指示的是总势能差，与水平放还是垂直放没有关系。11选（1）pBpA；因为管道出口通大气，出口压力等于pA，而B 处的位置比出口处高，所以，压力较低。12是否存在流体速度u、压强p 的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。13惯性力与粘性力之比。14P=32uL/d2 。不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻力损失计算。15当壁面凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻力损失的影响时，称为水力光滑管。在Re 很大，与Re 无关的区域，称为完全湍流粗糙管。16定义为4A/。不能按该式计算流量。17因为质量守恒，直管内不同轴向位子的速度是一样的，不会因为重力而加快，重力只体现在压强的变化上。18(1)h1 下降，h2 下降，(h1-h2)下降；(2)h1 上升，h2 上升，(h1-h2)下降。19qV、qV1 下降，qV2、qV3 上升。20不一定，具体要看管路状况是否变化。第二章1流体输送机械向单位重量流体所提供的能量(J/N)。2离心泵的压头与流量，转速，叶片形状及直径大小有关。3后弯叶片的叶轮使流体势能提高大于动能提高，动能在蜗壳中转换成势能时损失小，泵的效率高。这是它的优点。它的缺点是产生同样理论压头所需泵体体积比前弯叶片的大。4因泵内流体密度小而产生的压差小，无法吸上液体的现象。原因是离心泵产生的压差与密度成正比，密度小，压差小，吸不上液体。灌泵、排气。5离心泵的特性曲线指HqV，qV，PqV。影响这些曲线的主要因素有液体密度，粘度，转速，叶轮形状及直径大小。6离心泵的工作点是由管路特性方程和泵的特性方程共同决定的。调节出口阀，改变泵的转速。7随着江面的上升，管路特性曲线下移，工作点右移，流量变大，泵的压头下降，阻力损失增加；随着江面的上升，管路压力均上升，所以真空表读数减小，压力表读数增加。8从型谱图上看，管路特性曲线应该通过H=3m、qV=0 点和H=13m、qV=3m3/h 点，显然，管路特性曲线很陡，属于高阻管路，应当采用串联方式。9泵的汽蚀是指液体在泵的最低压强处(叶轮入口)汽化形成气泡，又在叶轮中因压强升高而溃灭，造成液体对泵设备的冲击，引起振动和腐蚀的现象。规定泵的实际汽蚀余量必须大于允许汽蚀余量；通过计算，确定泵的实际安装高度低于允许安装高度。10流量由泵决定，与管路特性无关。11往复泵同样有汽蚀问题。这是由液体汽化压强所决定的。12这与功率曲线的走向有关，离心泵在零流量时功率负荷最小，所以在启动时关闭出口阀，使电机负荷最小；而旋涡泵在大流量时功率负荷最小，所以在启动时要开启出口阀，使电机负荷最小。13通风机给每立方米气体加入的能量为全压，其中动能部分为动风压。因单位不同，压头为 m，全风压为N/m2，按P=可知与无关时，P 与成正比。14风机在前时，气体密度大，质量流量大，电机功率负荷也大；风机在后时，气体密度小，质量流量小，电机功率负荷也小。第三章1混合(均相)，分散(液液，气液，液固)，强化传热。2因调匀度与取样尺度有关，引入混合尺度反映更全面。3产生强大的总体流动，产生强烈的湍动或强剪切力场。4旋桨式适用于宏观调匀，而不适用于固体颗粒悬浮液；涡轮式适用于小尺度均匀，而不适用于固体颗粒悬浮液；大叶片低转速搅拌器适用于高粘度液体或固体颗粒悬浮液，而不适合于低粘度液体混合。5提高转速。阻止液体圆周运动，加挡板，破坏对称性。装导流筒，消除短路、消除死区。6只要几何相似就可以使用同一根功率曲线，因为无因次化之后，使用了这一条件。7混合效果与小试相符。第四章1颗粒群的平均直径以比表面积相等为基准。因为颗粒层内流体为爬流流动，流动阻力主要与颗粒表面积的大小有关。2数学模型法的主要步骤有简化物理模型建立数学模型模型检验，实验定模型参数。3过滤速率u=dq/d=P/r(q+qe)中，u 与P、r、q、qe 均有关。4K、qe 为过滤常数。K 与压差、悬浮液浓度、滤饼比阻、滤液粘度有关；qe 与过滤介质阻力有关。恒压下才为常数。5opt 对生产能力(Q=V/)最大而言。Q 在V图上体现为斜率，切线处可获最大斜率，即为opt 。6考察方法是跟踪法，所以过滤面积为，而体现在过滤时间里。不，滤饼厚度与e e q qnq K + = 2 成正比，例如，转速愈快，生产能力愈大，而滤饼愈薄。7强化过滤速率的措施有改变滤饼结构；改变颗粒聚集状态；动态过滤。第五章1=FD/(Apu2/2 )。它与Rep(=dpu/)、有关。2 ut=d2(p-)g/(18)。前提 Re2。当颗粒 dp 很小，ut 很小时。3沉降室底面积和沉降速度。不影响。高度小会使停留时间短，但沉降距离也短了。4分离效率、压降。5低负荷时，没有足够的离心力。锥底往往负压，若不密封会漏入气体且将颗粒带起。6狭义流态化指操作气速u 小于ut 的流化床，广义流化床则包括流化床、载流床和气力输送。7增加分布板阻力，加内部构件，用小直径宽分布颗粒，细颗粒高气速操作。空穴的恶性循环。8系统可密闭； 输送管线设置比铺设道路更方便； 设备紧凑，易连续化、自动化；同时可进行其他单元操作。第六章1直接接触式、间壁式、蓄热式。2传导、对流、热辐射。3与物态、温度有关。4流动流体的载热。5加热面在下，制冷面在上。6过热度、汽化核心。7核状沸腾状态。以免设备烧毁。8改善加热表面，提供更多的汽化核心；沸腾液体加添加剂，降低表面张力。9避免其积累，提高。10因Q 与温度四次方成正比，它对温度很敏感。11温度、黑度、角系数（几何位置）、面积大小、中间介质。12相变热远大于显热；沸腾时汽泡搅动；蒸汽冷凝时液膜很薄。13陶瓷壶的黑度大，辐射散热快；银壶的黑度小，辐射散热慢。14该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和，传热速率由该步骤所决定。15K、qm1Cp1、qm2Cp2 沿程不变；管、壳程均为单程。16可行。17逆流推动力tm 大，载热体用量少。热敏物料加热，控制壁温以免过高。18传热基本方程，热量衡算式，带有温变速率的热量衡算式。19当0.8 时，温差推动力损失太大，tm 小，所需A 变大，设备费用增加。8.5 教材思考题解：1吸收的目的是分离气体混合物。基本依据是气体混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。2溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。溶剂对溶质溶解度大，对其他组份溶解度小。3m=E/P=HCM/P，m、E、H 均随温度上升而增大，E、H 基本上与总压无关，m 反比于总压。4级式接触和微分接触。5N=NM+JA+JB, NA=JA+NMCA/CM。JA 、JB 浓度梯度引起；NM 微压力差引起；NA 溶质传递，考察所需。6P/PBm 表示了主体流动对传质的贡献。无漂流因子。因为没有主体流动。7D 气T1.81/P，D 液T/。8Sh=kd/D 表征对流传质速率与扩散传质速率之比。87Sc=/D 表征动量扩散系数与分子扩散系数之比。9表面更新理论考虑到微元传质的非定态性，从kD 推进到k D0.5。10mkykx 时，液相阻力控制。11G、L 为常量，等温过程，传质系数沿塔高不变。12分离任务难易与设备效能高低相对分开，便于分析。13塔段的物料衡算。14返混是少量流体自身由下游返回至上游的现象。15完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比。无。16通常，x2max=y2/m，(L/G)min=(y1-y2)/(x1e-x2)。相平衡和物料衡算。17对数平均推动力法，吸收因数法，数值积分法。相平衡分别为直线和过原点直线。18气体流经这一单元高度塔段的浓度变化等于该单元内的平均推动力。0.151.5 m。19 t、x2、L。t，x2，L均有利于吸收。20传热过程数学描述可视作 m=1 时的吸收过程的情况。21G、L 沿程变化，非等温，传质分系数与浓度有关。22溶质是否与液相组分发生化学反应。高的选择性，较高的吸收速率，降低平衡浓度 ye。23快反应使吸收成表面过程；慢反应使吸收成容积过程。9.5 教材思考题解：1分离液体混合物。液体中各组分挥发度的不同。2加热和冷却的费用。3自由度为F=2(P 一定，tx 或y；t 一定，Px 或y)；P 一定后，F=1。4泡点指液相混合物加热至出现第一个汽泡时的温度。露点指气相混合物冷却至出现第一个液滴时的温度。对于一定的组成和压力，露点大于或等于泡点。5强正偏差出现最低恒沸点；强负偏差出现最高恒沸点。6范拉方程、马古斯方程。7P、。8因为此时y=x，没有实现相对分离。9平衡蒸馏是连续操作且一级平衡；简单蒸馏是间歇操作且瞬时一级平衡。10唯其如此，才能实现汽液两相充分接触、传质，实现高纯度分离，否则，仅为一级平衡。11离开该板的汽液两相达到相平衡的理想化塔板。经过一块塔板之后的实际增浓与理想增浓之比。12在没有加料、出料的情况下，塔段内的汽相或液相摩尔流量各自不变。组分摩尔汽化热相近，热损失不计，显热差不计。13一摩尔加料加热至饱和汽体所需热量与摩尔汽化潜热之比。它表明加料热状态。五种：过热蒸汽，饱和蒸汽，汽液混和物，饱和液体，冷液。14塔段物料衡算。液汽比为常数（恒摩尔流）。15全回流条件下，塔顶塔低浓度达到要求时的最少理论板数。16达到指定分离要求所需理论板数为无穷多时的回流比，是设计型计算特有的问题。气液两相浓度在恒浓区几乎不变。17设备费、操作费之和最小。18能。19塔板温度对外界干扰反映最灵敏的塔板。20操作灵活。适用于小批量物料分离。21相同点：都加入第三组份改变相对挥发度；区别：前者生成新的最低恒沸物，加入组分塔从塔顶出；后者不形成新恒沸物，加入105组分从塔底出。操作方式前者可间隙，较方便。前者消耗热量在汽化潜热，后者在显热，消耗热量较少。22选择多组分精馏的流程方案需考虑经济上优化；物性；产品纯度。23对分离起控制作用的两个组分为关键组分，挥发度大的为轻关键组分；挥发度小的为重关键组分。比轻关键组分更易挥发的为轻组分；比重关键组分更难挥发的为重组分。24清晰分割法假定轻组分在塔底的浓度为零，重组分在塔顶的浓度为零。全回流近似法假定塔顶、塔底的浓度分布与全回流时相近。25全塔物料衡算，得塔顶、塔底浓度；确定平均，用芬斯克方程算最少理论板数 Nmin；用恩德伍德公式计算 Rmin，R；查吉利兰图，算 N；以加料组成、塔顶组成，用芬斯克方程、恩德伍德公式、吉利兰图，算加料位置。26全塔物料衡算，得塔顶、塔底浓度；用恩德伍德公式计算 Rmin，R，汽液相流率L、V；建立操作线方程，确定 xq，yq；确定 xy 相平衡计算式；从塔顶往下交替相平衡、操作方程计算至塔底，并进行浓度校核。_10.5 教材思考题解：1气液两相在塔板上充分接触，总体上气液逆流，提供最大推动力。总体两相逆流，每块板上均匀错流。2鼓泡状态：气量低，气泡数量少，液层清晰。泡沫状态：气量较大，液体大部分以液膜形式存在于气泡之间，但仍为连续相。喷射状态：气量很大，液体以液滴形式存在，气相为连续相。3由泡沫状态转为喷射状态的临界点。4液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀流动。5是由过量液沫夹带引起还是由溢流管降液困难造成的。6夹带液泛、溢流液泛、漏液。7因为实际塔板上液体并不是完全混和（返混）的，而理论板以板上液体完全混和（返混）为假定。8湿板效率与默弗里板效率的差别在于前者考虑了液沫夹带对板效的影响，可用表观操作线进行问题的图解求算，而后者没有。9因两者定义基准不同。10过量液沫夹带；漏液；溢流液泛；液量下限(how6mm)；液量上限(HT Af /Lmax35 s )。上、下操作极限的气体流量之比。11通过能力；板效率；板压降；操作弹性；结构简单成本低。12用 x 表示重组分摩尔分率，且重组分从气相传至液相时，喷射状态对负系统(d/dx0)有利。13比表面积，空隙率，填料的几何形状。拉西环，鲍尔环，弧鞍形填料，矩鞍形填料，阶梯形填料，网体填料等。14填料塔内随着气速逐渐由小到大，气液两相流动的交互影响开始变得比较显著时的操作状态为载点；气速进一步增大至出现压降陡增的转折点即为泛点。15分离效果相当于一块理论板的填料层高度。16填料塔操作范围小，宜处理不易聚合的清洁物料，不易中间换热，处理量较小，造价便宜，较宜处理易起泡、腐蚀性、热敏性物料，能适应真空操作。板式塔适合于要求操作范围大，易聚合或含固体悬浮物，处理量较大，设计要求比较准确的场合。11.5 教材思考题解：1分离液液混合物。各组分溶解度的不同。2与物料中的组份不完全互溶，对组份具有选择性的溶解度。3萃取中稀释剂B 组分往往部分互溶，平衡线为曲线，使过程变得复杂；萃取，较小，使不易分相，设备变得复杂。4出现共沸，或0 时，（分散相向连续相传质）有利于液滴分散；当d/dx0 时，（连续相向分散相传质）有利于液滴分散。14应考虑：d/dx 的正负，两相流量比，粘度大小，润湿性，安全性等。15用超临界流体作溶剂进行萃取。等温变压，等压变温。16在液膜的两边同时进行萃取和反萃取。乳状液膜、支撑液膜。12.5 教材思考题解：1溶液结晶，熔融结晶，升华结晶，反应沉淀。溶液的过饱和。2冷却，蒸发浓缩。1203分离纯度高，温度低，相变热小。4晶体微观粒子几何排列的最小单元。按晶格结构分类。形成不同晶体外形的习性。5在一定温度下，开始析出结晶的溶液浓度大于溶解度，所以，超溶解度曲线在溶解度曲线上面。饱和，不饱和，过饱和状态。当溶液浓度处于不饱和状态，属于稳定区。当溶液浓度介于超溶解度曲线和溶解度曲线之间，属于介稳区。当溶液浓度大于超溶解度曲线浓度时，属于不稳区。6晶核生成，晶体成长。7初级均相成核，初级非均相成核，二次成核。8小晶体溶解与大晶体成长同时发生的现象。9过饱和度C 大，有利于成核；过饱和度C 小，有利于晶体成长。10选择时要考虑溶解度曲线的斜率，能耗，物性，产品粒度，处理量等。11流体中的吸附质借助于范德华力而富集于吸附剂固体表面的现象。吸附剂对流体中各组分选择性的吸附。12变温，变压，变浓度，置换。13活性炭，硅胶，活性氧化铝，活性土，沸石分子筛，吸附树脂等。活性炭亲有机物，硅胶极性、亲水，活性氧化铝极性、亲水，活性土极性，沸石分子筛极性可改变、筛选分子、选择性强，吸附树脂可引入不同的官能团。分子筛是晶格结构一定，微孔大小均一，能起筛选分子作用的吸附剂。14内表面大，活性高，选择性高，有一定的机械强度、粒度，化学稳定性好。15随着流体相浓度的增加，吸附等温线斜率降低。16先将朗格缪尔模型线性化1 = 1 1 + 1 ，然后实测p、x，确定参数xm、kL。17分子扩散，努森扩散，表面扩散，固体(晶体)扩散。18外扩散，内扩散，吸附。19固定床吸附器中，固体相浓度随距离的变化曲线称为负荷曲线。出口浓度随时间的变化称为透过曲线。透过曲线中，出口浓度达到5%进口浓度时，对应的点称为透过点；出口浓度达到95%进口浓度时，对应的点称为饱和点。20传质速率，流体流速，相平衡。21固定床，搅拌釜，流化床。22利用固体膜对流体混合物各组分的选择性渗透，实现分离。反渗透，超滤，电渗析，气体渗透分离。23不发生相变化，能耗低，常温操作，适用范围广，装置简单。截留率，透过速率，截留分子量。24平板式，管式，螺旋卷式，中空纤维式。25施加的压差大于溶液的渗透压差。26溶质在膜表面被截留，形成高浓度区的现象。27膜孔的筛分作用，或各组分通过的速率不同。28离子交换膜使电解质离子选择性透过。阴膜带正电，只让阴离子通过；阳膜带负电，只让阳离子通过；29努森流的分离作用；均质膜的溶解、扩散、解吸。_13.5 教材思考题解：1机械去湿、吸附或抽真空去湿、供热干燥等。2热质同时传递。3空气预热。4tdtWt。=100%时，td=tW=t。5平衡水蒸汽压开始小于饱和蒸汽压的含水量为结合水，超出部分为非结合水。6指定空气条件下的被干燥极限为平衡含水量，超出的那部分含水为自由含水量。7由恒速段向降速段转折的对应含水量为临界含水量。物料本身性质、结构、分散程度、干燥介质（u、t、H）。结构松、颗粒小、u、t、H、都会使Xc。8干燥速率太大会引起物料表面结壳，收缩变形，开裂等等。9热效率汽化水分、物料升温需热/供热。10预热段、升温段、热损失忽略不计；水分都在表面汽化段除去。11提高进口气温t1，降低出口气温t2，采用中间加热，废气再循环。12对物料的适应性设备的生产能力 能耗的经济性(热效率)。