答案化工原理(1-5)章复习题.doc

化工原理（15章）复习题绪 论1、单元操作的定义？答：艺过程中遵循相同的基本原理，只改变物料状态或物理性质，不改变物料化学性质的过程。2、列举化工生产中常见的单元操作（至少3个），并说明各自的过程原理与目的？答：流体输送：输入机械能将一定量流体由一处送到另一处。沉降：利用密度差，从气体或液体中分离悬浮的固体颗粒、液滴或气泡。过滤：根据尺寸不同的截留，从气体或液体中分离悬浮的固体颗粒。换热：利用温度差输入或移出热量，使物料升温、降温或改变相态。蒸馏：利用各组分间挥发度不同，使液体或汽液混合物分离。吸收：利用各组分在溶剂中的溶解度不同，分离气体混合物。萃取：利用各组分在萃取剂中的溶解度不同，分离液体混合物。干燥：加热湿固体物料，使之干燥。3、研究单元操作的基本工具？（不考）答：物料衡算：质量守恒定律在一个单元过程中，进入的物料量等于排出的物料量与积累的物料量之和。能量衡算：能量守恒定律。 物系的平衡关系指物系的传热或传质过程进行的方向和达到的极限。 过程速率过程由不平衡状态向平衡状态进行的快慢。 经济核算：化工过程进行的根本依据。 第一章 流体流动一、填空及选择题1、某设备的真空表读数为200mmHg，则它的绝对压强为（ 560 ）mmHg。当地大气压为101.3103Pa。2、孔板流量计均属于（节流）式流量计，是用（压差）来反映流量的。转子流量计属于（定压）式流量计，是通过（ 环隙面积的变化）来反映流量的。3、根据流体力学原理设计的流量（流速）计中，用于测量大直径气体管路上速度分布的是（ C ）；能量损失最大的是（ A ）；对流量变化反映最灵敏的是（ A ）。A、孔板流量计；B、文丘里流量计；C、测速管；D、转子流量计4、测量管内流体流动参数（如流速、流量、压力等）时，测量点一般应选在管路的（ A ）。A、稳定段长度之后；B、稳定段长度之前；C、流量调节阀之后；D、流量调节阀之前5、测流体流量时，随着流体流量的增大，转子流量计两端压差值（不变）；孔板流量计两端压差值（ 增大 ）。6、当喉径与孔径相同时，文丘里流量计的孔流系数CV比孔板流量计的孔流系数C（ 大 ），文丘里流量计的能量损失比孔板流量计的（ 小 ）。7、层流与湍流的本质区别是（ D ）。 A、湍流流速大于层流流速； B、流动阻力大的为湍流，流动阻力小的为层流； C、层流的雷诺数小于湍流的雷诺数； D、层流无径向脉动，湍流有径向脉动8、流体在圆形直管内作滞流流动时，其速度分布是（ 抛物线 ）形曲线，其平均速度为管中心最大流速的（0.5）倍；作湍流流动时，在管壁处速度为（ 零 ），邻近管壁处存在一（层流内层 ），Re值越大，则该层厚度越（ 越薄），其平均速度为管中心最大流速的（0.8）倍.。9、一般流体的粘度随温度升高的变化规律是（ D ）。A、流体粘度增大 B、流体粘度减小C、气体粘度减小，液体粘度增大 D、气体粘度增大，液体粘度减小二、简答题1、流体的定义及种类？（不考）答：（1）流体是气体与液体的总称 . （2）分类：液体：不可压缩性流体气体：可压缩性流体2、密度与重度、比重（相对密度）、比容的关系；牛顿粘性定律、粘度的单位、物理意义及温度对流体粘度的影响？答：（1）单位体积流体的质量，称为流体的密度， kg/m3 。重度（v）：工程单位制中，表示密度， kgf/m3 。比重（d）相对密度：物料密度与纯水（4）密度之比，=1000d（4的水=1000 kg/m） 比容密度的倒数，=1/。 （2）牛顿粘性定律：或 粘度的单位：SI制： 工程制：p(泊).cp(厘泊) 物理意义：粘度是反映流体粘性大小的物理量。 温度对流体粘度的影响：液体粘度随温度的升高，粘度降低；气体粘度一般情况下随温度的升高，粘度升高;超高压情况下，气体粘度随压强的升高而升高。3、压强的表示方法及单位换算？答：（1）压强（P=F/A）的表示方法： 直接按压强定义：N/，Pa（帕斯卡）（SI单位制）。 间接按流体柱表示：mH2O柱，mmHg柱等。用液柱高度表示压力时，必须指明流体的种类，如600mmHg，10mH2O。 以大气压作为计量单位：标准大气压（atm），工程大气压（at）。（2）单位换算：1atm=1.033kgf/cm2=1.0133105Pa=760mmHg=10.33mH2O1at=1kgf/cm2=9.807104Pa=735.6mmHg=10mH2O。4、流体静力学方程的应用；答：压强及压强差的测量液柱压差计。液位测量液封高度的计算。5、流体的流量、流速的表示方法以及关系。答:(1)流量是指单位时间内流过管道任一截面的流体量，用两种方法表示:体积流量Vm3/s或m3/h；质量流量Wkg/s或kg/h；W=V(2)流速是指单位时间内流过管道单位截面积的流体量，用两种方法表示:流速(体积流速)u=V/A m/s；G=W/A kg/（.s）；G=u （3）流量与流速的关系:W=V 。 6、 流体流动有几种类型？判断依据是什么？层流与湍流的本质区别是什么？答:（1）类型:层流或者滞留过度流：不稳定流湍流或者紊流 （2）雷诺准数小于等于2000时，流动为层流，此区称为层流区；雷诺准数大于等于4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；雷诺准数大于2000、小于4000时，流动可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定的过度区。（3）层流与湍流的本质区别：层流无径向脉动，湍流有径向脉动。 7、简述流体流动是柏努利方程的应用？（不考）答:利用柏努利方程可确定:管内流体的流量、输送设备的功率、管路中流体的压力、容器间的相对位置、判断自流管路中流体的流向。8、常见的测量流体流量的装置有哪些？它们的测量原理以及特点以及安装要求？（不考）答:（1）孔板流量计（节流式流量计）。测量原理是通过改变流体流经节流元件后引起动能与静压能改变来检测流量。特点是结构简单，制造与安装方便；孔板流量计的U型压差计读数R对流量的变化反应灵敏；能量损失较大。安装要求是要安装在稳定流段。（2）文丘里流量计（节流式流量计）。其主要优点是能量损失小，大多用于低压气体输送中的流量测量；其缺点是结构不如孔板流量计紧凑，加工精度要求高，制造难，价格高。（3）定压式流量计转子流量计。原理是锥形管中流体在上下浮动的转子两截面压差形成的向上推力与转子的静重力相平衡时，转子就悬浮在某一高度上，稳定位置与流体通过环隙的流速有关。特点:优点是读取流量直观方便流体阻力小，测量精度高，对不同流体适应性广，能用于腐蚀性流体的测量；其缺点是玻璃管不能耐高温高压，安装时玻璃管易碎。其安装要求是安装时永远垂直安装，且下进、上出，安装支路，以便于检修。（4）动压测定式流量计测速管（皮托管）。特点:优点是流动阻力小，可测速度分布（点速度），适宜大直径管道中气速测量；其缺点是不能测平均速度，需配微压差计，工作流体应不含固粒。其安装要求是要使测速管正对流体流向。9、复杂管路的分类及特点？答:（1）并联管路。特点：主管中的流量为并联的各支路流量之和，各支路的能量损失均相等。（2）分支（汇合）管路。特点：主管中的流量为各支路流量之和；各支路在分流点或汇合点的总比能相等，而各支路的另一端的总比能一般不相等，各支路的阻力损失一般也不相等，这与并联管路不同；各支路的流量分配关系除各支路的管径、管长和管壁粗糙度有关外，还与各支路端点的条件有关；沿着流体的流向机械能衡算式仍成立。第二章 流体输送机械一、填空选择题1、离心泵铭牌上标出的流量和扬程数值是（ A）。A 、最高效率点对应值 B、操作点对应值 C、最大流量下对应值 D、计算值2、若被输送液体的粘度增加，则离心泵的扬程（ 降低 ）、流量（降低 ）、效率（ 降低）、轴功率（ 增大 ）。3、离心泵将低位敞口水池的水送到高位敞口水槽中，若改送密度为1200kg/m3、其他性质与水相同的液体，则流量（不变 ）、扬程（ 不变 ）、轴功率（ 增大 ）。4、在测定离心泵性能时，若将压力表装在调节阀后面，则压力表读数将（ B ）；若将压力表装在调节阀前面，则压力表读数将（ A ）。A 、随流量增大而减小 ； B、随流量增大而增大 ； C、随流量增大而基本不变 ； D、随流量增大而先增大后减小 ；5、离心泵的汽蚀余量越小，则其抗气蚀能力（ A ）。A、越强；B、越弱；C、无关；D、不确定二、简答题1、简述流体输送机械按工作原理的分类及工作原理 答：离心式（叶轮式）：利用高速旋转的叶轮给流体传递能量。 容积式（正位移式）：利用活塞或转子的周期性挤压传递能量。 喷射式：利用流体高速喷射时动能与静压能相互转换的原理吸引输送另一种流体。2、简述离心泵的主要部件及作用？答：（1）主要部件：叶轮、泵壳、轴封装置、轴向推力平衡装置。（2）作用：叶轮：将原动机的机械能传给液体，使通过离心泵的液体静压能和动能均有所提高。泵壳：起汇集液体的作用，逐渐扩大的液体通道有利于液体的动能有效地转换为静压能。 轴封装置：避免泵内高压液体沿间隙漏出，或防止外界空气从相反方向进入泵内。轴向推力平衡装置：保证叶轮平衡运转。3、离心泵的性能参数有哪些及性能曲线，影响因素?答：（1）性能参数：（体积）流量、压头(扬程)、效率、功率。 （2）离心泵的性能曲线： 一定转速下20清水描述压头、轴功率、效率与流量关系的曲线（3）影响因素：流体的性质（密度、粘度）转速叶轮直径4、离心泵的流量调节有哪些方法？优缺点？答：（1）改变管路的特性-调节阀门。简单灵活，但不经济。（2）改变泵的特性-改变转速，切割叶轮。节能，但不方便。5、离心泵的气缚与汽蚀现象、工作点与设计点；汽蚀余量及安装高度？答：（1）离心泵的气缚现象：如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。（2）汽蚀现象：当泵内某点的压强低至液体饱和蒸汽压时部分液体将汽化，产生的气泡被液流带入叶轮内压力较高处再凝聚。由于凝聚点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。瞬间压力可高达数十个MPa，众多的水击点上水击频率可高达数十KHz，且水击能量瞬时转化为热量，水击点局部瞬时温度可达230以上。久之造成叶片的损坏，称为汽蚀。（3）工作点：泵的特性曲线与管路的特性曲线的交点。（4）设计点：在额定流量下泵的效率最高，该最高效率点称为泵的设计点。（5）汽蚀余量：定义为NPSH。为了防止汽蚀现象的发生，在离心泵的入口处液体的静压头与动压头之和必须大于该操作温度下液体的饱和蒸汽压头一定数值。（6）安装高度：指泵的入口距储液槽液面的垂直距离。6、离心泵的安装与操作？答：（1）安装：安装高度应小于允许安装高度。尽量减少吸入管路阻力：吸入管路短、直、粗，管件少；调节阀应装于出口管路。（2） 操作：启动前应灌泵，并排气。应在出口阀关闭的情况下启动泵。停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮。经常检查轴封情况。7、简述往复泵的工作原理、性能曲线及流量调节方法？答：（1）往复泵的工作原理：往复泵是通过活塞的往复运动直接以静压能的形式向液体提供能量的液体输送机械。性能曲线：泵的扬程、轴功率、效率与流量的特性曲线流量调节方法：用旁路阀调节流量改变活塞冲程或往复次数。第三章非均相混合物的分离1、 重力沉降的影响因素有哪些？答：沉降速度 阻力系数2、 沉降器中沉降分离所必须满足的基本条件是什么？沉降器的生产能力的影响因素。答：基本条件：沉降运动时间小于等于气体停留时间影响因素：沉降速度，沉降面积3、 什么是离心分离的离心分离因数？什么是旋风分离器的临界粒径？答：离心分离因数:颗粒在离心力场中所受离心力为重力的倍数。临界粒径：理论上能完全分离下来的最小粒径。 4、旋风分离器的性能有哪些？为什么生产中采用旋风分离器组？（1）临界粒径；（2）分离效率；（3）压力降第四章 固体流态化1、 何为固体流态化技术，并举例在石油化工的应用 答：将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有类似流体的某些表观特征，这种流固接触状态称固体流态化 应用：石油加工工业的催化反应 2、 流化床包括哪些类型？有哪些特征。答：散式流态化。 特征：颗粒分散均匀，随流速增加床层均匀膨胀、床内空隙率均匀增加， 床层上界面平稳，压降稳定，波动很小。 聚式流态化 特征：颗粒分布不均匀，床层呈现两相结构 5、 什么是沟流?节涌？发生的原因？沟流：是指气体通过床层时形成短路，大部分气体穿过沟道上升，没有与固体颗粒很好地接触。 节涌：床层高径比过大，或气速过高，或气体分布不均时会发生气泡合并现象。6、从流化床的压降速度曲线图中得到的结论？ 答 :结论：如图中AB段，此时气速较低，床层静止不动，气体通过床层的压力降随气速的增加而增大。 到达C点时，随着流速的增大，整个床层的压力降保持不变。 当流速降低时，压力降与流速的关系曲线沿DCA返回。 第五章 传热一、填空及选择1、当流体在管内呈湍流时，对流传热的热阻主要集中在（ 层流底层 ），为了减小热阻，提高值，可采取的措施是：（增大流体的流速）；2、工业生产中的，沸腾传热应设法保持在（核状沸腾）区；而蒸汽冷凝包括（膜状冷凝）和（滴状冷凝）通常采用（膜状冷凝）方式。3、饱和蒸气冷凝时传热系数突然下降的原因是（蒸汽中含不凝气，壁附近形成一层气膜 ）。4、间壁两侧的流体的传热过程若i 、 o值相差很大（ i o ），值接近于（o）,则（1/o ）称为控制热阻。5、空气、水、金属固体的导热系数分别为1 、2 、3 ，其大小顺序为（ B）。A、 1 2 3 B、 1 2 3 1 D、 23 水直管；（2） 水蒸气滴状冷凝， 水蒸气膜状冷凝；（3） 空气， 水加热或冷却；7、列举四种常见的间壁式换热器，并了解其优缺点；列举带有热补偿的换热器？ (1)喷淋式换热器 优点：传热效果好，结构简单，且管外便于检修、清洗等；缺点：耗水量大，占地面积大，冷却水喷淋不易均匀。（2）套管换热器 优点：结构简单，加工方便，能耐高压，传热面积可据需要增减管段数量，应用方便；缺点：结构不紧凑，金属消耗量大，接头多而易漏，占地较大。（3）固定管板式换热器 优点：结构相对简单，应用广泛；缺点：壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较洁净且不易结垢的物料，冷热流体温差不能太大。（4）U型管式换热器 优点：U型管壳内自由伸缩，适用于温差较大的情况，U型换热器可拉出壳外，便于管外清洗，结构简单，重量轻，耐高温高压；缺点：管内清洗困难，要求管城走清洁流体，难于安装折流板，管板利用率低。带有热补偿的换热器：固定管板式换热器，U型管式换热器8、管壳式换热器中管束的排列方式及管径、管长的选择。管径选择：19x2mm, 25x2mm, 25x2.5mm管长选择：1.5m,2.0m,3.0m,6.0m9、流体流动空间的选择有哪些规定？答：(1)不清洁或易结垢的物料应当流过易于清洗的一侧，对于直管管束，一般通过管内，直管内易于清洗；（2）需通过流速提高 的流体应选管程，因管程流通截面积小于壳程，且易采用多程来提高流速；（3）腐蚀性流体易走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀；（4）压力高的流体宜选管程，以防止壳体受压；（5）饱和蒸汽宜走壳程，冷凝液易于排出，其 与流速无关；（6）被冷却的物体一般走壳程，便于散热；（7）粘度大、流量小的流体宜选壳程，因壳程的流道截面和流向都在不断变化，在Re 100即可达到湍流。10、生产中强化传热的措施有哪些？答：（1）增大总传热系数。如果物料易使换热表面结垢，则应设法减缓成垢并及时清洗换热表面提高流体流速或湍流程度。（2）增大传热温差。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。11、 在管壳式换热器中，拟用饱和水蒸气加热空气， ，（忽略污垢热阻，管壁很薄）试问：（1）传热管的壁温接近那一侧流体的温度？（2）总传热系数K接近哪一种流体的对流传热系数？（1） 饱和水蒸气一侧；（2） 空气一侧