化学工程基础填空及习题答案(武汉大学)

1、项目一 流体流动与输送一、 填空1流体的输送方式有高位槽送料、输送机械送料、压缩气体送料、真空抽料。2高位槽送料是利用容器、设备之间的位差，将处在高位设备内的液体输送到低位设备内的操作。3压缩气体送料一般采用压缩空气或惰性气体代替输送机械来输送物料，是一种由低处向高处送料的情况。4真空抽料是通过真空系统造成的负压来实现流体输送的操作。5影响气体密度的因素有温度和压力，气体密度随压力的增大而增大，随温度的减小而减小。6压力的三种表示方法是绝对压力、表压和真空度。测量压力的仪表通常有压力表、真空表、压力真空表。7流体流量分为体积流量和质量流量，常用来测量流体流量的仪表有转子流量计、孔板流量计、文丘

2、里流量计等。其中转子流量计必须垂直安装在管路上，而且流体必须下进上出。8通常情况下，用雷诺数来Re来判断流体的流动类型，当Re2000时，流体总是做层流流动；当Re4000时，流体总是做湍流流动；而当2000Re4000时，流体可能是层流也可能是湍流。9流体阻力的产生是因为流体具有黏性（内因）和流体的流动形态（外因）。流体阻力分为直管阻力和局部阻力两种。10化工管路主要由管子、管件和阀件构成，也包括一些附属于管路的管架、管卡、管撑等附件。11化工管路的连接方式主要有螺纹连接、法兰连接、承插式连接和焊接四种。12化工管路热补偿的主要方法有两种，即利用弯管进行的自然补偿和利用补偿器进行的热补偿。1

3、3离心泵的调节方式有改变阀门开度、改变叶轮的的转速和改变叶轮的直径三种，工业生产中最常用的是改变阀门开度，原因是简单方便。14离心泵在开车前要灌泵，目的是为了防止发生气缚现象。操作过程中，无论是开车还是停车，出口阀门都要先关闭，但其原因不同，开车时是为了保护电动机，停车时是为了防止出口管路上的高压液体倒流入泵内打坏叶轮。1化工生产中，非均相混合物的分离过程常用于回收分散物质、净化分散介质、劳动保护和环境卫生等方面。2非均相混合物按聚集状态分类，常见的有气-固相、气-液相、液-固相、液-液相、固-固相。泥水属于液-固相混合物，其中连续相是水。烟道气属于气-固相混合物。3常用的非均相混合物的分离方

4、法有重力沉降、离心分离、过滤。4工业生产中，常见的重力沉降设备有降尘室和沉降槽；离心沉降设备有旋风分离器、旋液分离器和沉降离心机；过滤设备有板框压滤机、转筒真空过滤机和袋滤器。5降尘室用于分离含尘气体，其生产能力只与降尘室的沉降面积及颗粒的沉降速度有关，与降尘室的高度无关；连续沉降槽用于分离悬浮液。6流体的黏度越大，颗粒的沉降速度越小。其他条件相同时，颗粒直径越大，沉降速度越大。7气、固非均相物系的离心沉降通常是在旋风分离器中进行，液、固悬浮物系一般在悬液分离器或沉降离心机中进行。8生产中常用若干个小型旋风分离器并列组成分离器来代替大型分离器，不仅可以提高分离效率，而且可以提高生产能力。9如果

5、其他条件不变，离心沉降速度随着半径的增大而增大。离心沉降速度与介质的黏度、密度成反比，与颗粒直径和密度成正比。10过滤推动力有重力、压力差、离心力，在化工中应用最多的是以压力差为推动力的过滤。11板框压滤机的操作时间歇的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段组成。板框的组合方式服从1-2-3-2-1的规律。12过滤前，先将滤液预热的原因是减小悬浮液的黏度。1 传热的方式随热交换的物质及接触状况不同而不同，归结起来有热传导、热对流、热辐射三种。2 工业上常用的换热器有直接接触式、蓄热式、间壁式、热管式等。3 在稳定传热过程中，通过平壁的每层导热量都相等。若厚度相同，材料的热导率越小

6、，则在该层的温度下降越大。1 蒸发按操作压力分，可分为常压、加压和减压（真空）蒸发操作；按二次蒸汽是否利用分为单效蒸发和多效蒸发；按蒸发模式，可分为间歇蒸发与连续蒸发。2 根据原料液加入方式不同，多效蒸发操作流程可分为并流、逆流和平流三种。3 蒸发器由蒸发室、加热室、辅助装置组成，辅助装置包括除沫器、冷凝器、真空装置。4 按照溶液在加热室中运动的情况，可将蒸发器分为循环型和单程型两类。5 常用的循环型蒸发器有中央循环管式蒸发器、悬筐式蒸发器、外加热式蒸发器、强制循环式蒸发器。常用的单程型蒸发器有升膜式蒸发器、降膜式蒸发器和回转式薄膜蒸发器等。6 提高蒸发强度的主要途径是提高总传热系数和传热温度

7、差。7 影响溶液沸点升高的因素有溶液浓度、液柱静压头、管道阻力。8 降低热能消耗的措施有利用二次蒸汽的潜热、二次蒸汽的再压缩、冷凝水热量的利用。1利用气体混合物中各组分在液体中溶解度的差异来分离气体混合物的操作，称为气体吸收，其逆过程为脱吸或解吸。2气体的溶解度随温度的升高而减小，随压力的增大而增大。因此，提高压力、降低温度有利于吸收操作。3在吸收过程中，混合气体中溶解在吸收剂中的组分称为溶质或吸收质，不能溶解的组分称为惰性组分，吸收剂又称为溶剂，吸收了溶质后的溶液称为吸收液。4在用洗油吸收焦炉煤气中粗苯的过程中，吸收质为粗苯，吸收剂为洗油，惰性组分为脱苯煤气，吸收液为富油。5吸收过程按有无化

8、学反应分为物理吸收和化学吸收；按吸收组分数分为单组分吸收和多组分吸收；按有无热效应分为非等温吸收和等温吸收。6易溶气体的亨利系数较小，难溶气体的亨利系数较大；亨利系数随温度的升高而增大，随压力的增大而减小。7影响吸收速率的主要因素有吸收系数、吸收推动力、气液接触面积。1 蒸馏可分为简单蒸馏、平衡蒸馏和精馏。2简单蒸馏属间歇操作，平衡蒸馏时连续操作，适用于分离液体中不同成分气化能力相差较大而分离程度要求不高的场合。3精馏装置主要由精馏塔、再沸器、冷凝器构成。4板式精馏塔塔板类型主要有泡罩、筛板、浮阀等。5填料塔由塔体、填料、液体分布装置、填料压板、填料支撑装置、液体再分布装置等构成。6精馏塔正常

9、的气液接触状况是泡沫和喷射接触状态，不正常的气液接触状况有漏液、过量的液沫夹带、液泛。7精馏操作中进料热状况参数q，当饱和液体进料时，q=1；饱和蒸汽进料时，q=0。7塔顶冷凝液的向下回流和塔釜蒸气的向上回流是保证精馏塔连续稳定操作的基本条件。回流的多少，对产品和产量有很大的影响。8回流比的上限是全回流，下限是最小回流比。按照经济核算，通常情况下实际回流比在最小回流比的1.12倍之间。1固体干燥实质上就是将固体中的湿分除去的操作，方法可分为机械去湿、吸附去湿、供热干燥三类。2干燥操作按操作压力可分为常压干燥和真空干燥；按操作方式可分为连续式和间歇式；按供热方式可分为对流干燥、传导干燥、辐射干燥

10、、介电加热干燥。3对流干燥实质上是湿物料与空气间所进行的传热和传质共同存在的过程，其能够进行的必要条件是物料表面产生的水汽分压必须大于空气中所含的水汽分压。4实践证明，空气的湿度、相对湿度、温度等物理性质影响干燥效果。5物料中的水分包括结合水分和非结合水分，能用干燥方法除去的水分是自由水分，不能用干燥方法除去的水分是平衡水分。6干燥速率是衡量干燥进行快慢的物理量，是指单位时间内，单位干燥面积上所汽化的水分量。干燥速率分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段。7恒速干燥阶段又称为表面汽化控制阶段或干燥第一阶段，干燥速率的大小取决于物料表面水分汽化速率的大小，取决于湿空气的性质，而与湿物料的性质关系很小；降

11、速干燥阶段又称内部水分控制阶段或干燥第二阶段，干燥速率取决于物料本身的结构、形状和大小等性质，而与湿空气的性质关系很小。8当物料的含水量大于临界含水量时，属于恒速干燥阶段；当物料的含水量小于临界含水量时，属于降速干燥阶段；当物料的含水量为平衡含水量时，干燥速率为零。 9影响干燥速率的因素主要有湿物料、干燥介质、干燥设备三个方面。1甲醇原料气中一氧化碳变换反应的特点是可逆、放热、反应前后气体体积不变，并且反应速率比较慢，只有在催化剂的作用下才具有较快的反应速率。2脱硫的方法很多，按脱硫剂的物理形态可分为干法脱硫和湿法脱硫。常用的干法脱硫有钴钼加氢转化法、氧化锌法、活性炭法、氧化铁法、分子筛法等。

12、湿法脱硫按溶液的吸收和再生性质区分为化学吸收法、物理吸收法及物理-化学吸收法。3甲醇生产中常用的脱碳方法有低温甲醇洗、聚乙二醇二甲醚法和碳酸丙烯酯法。4甲醇合成的方法有高压法、低压法和中压法。5甲醇合成的催化剂包括锌铬催化剂和铜基催化剂等。1危险化学品具有易燃、易爆、有毒、有害、有腐蚀等危险特性，在生产、储存、搬运和使用过程中存在很多危险因素，容易引发化学事故。2化工生产的危险性主要表现在火灾危险、毒害危险、污染危险。最常见的化学事故类型有火灾、爆炸和泄露。3安全标志是通过图案、文字说明、颜色等信息鲜明、简洁地表征危险化学品危险特性和类别，向作业人员传递安全信息的警示性资料。4危险化学品的安全

13、标志设有主标志和副标志，主标志表示其主要危险性类别。5常见的酸性腐蚀品有盐酸、硫酸、硝酸等。6燃烧的必要条件是可燃物、助燃物和点火源。常见的点火源有明火、电火花、炽热物体等。7.化学工业常见的爆炸按爆炸能量来源分为物理性爆炸和化学性爆炸。8原始温度越高，爆炸极限范围越宽；原始压力越高，爆炸极限范围越宽。9灭火的基本方法有隔离、窒息、冷却、化学抑制。10有毒物质进入人体有呼吸道、皮肤、消化道三条途径。11佩戴呼吸防护器是防止有毒物质通过呼吸道进入人体的有效措施，常用的呼吸防护器有过滤式防毒口罩、过滤式防毒面具和隔离式呼吸器等。隔离式呼吸器一般用于有毒物质浓度高的环境。12化学烧伤包括强酸类烧伤、

14、强碱类烧伤和磷烧伤。发生化学烧伤时，要用大量清水冲洗创面，时间不得少于2h。13常见的酸烧伤为硫酸、盐酸、硝酸烧伤；常见的碱烧伤有苛性碱、石灰及氨水烧伤。14噪声的治理可分为控制噪声源、切断传播途径（隔离噪声）和保护接受者。15化工生产中，粉尘主要来源于固体原料、产品的粉碎、研磨、造粒、筛分以及粉状物料的干燥、输送、包装等环节。、 流体静力学是研究静止流体内部压强的变化规律。、 液体内部任意一点的压强与深度、密度、液面上方压强有关；与容器形状无关。、 某车间测得一精馏塔的真空度是540mmHg，绝对压强为100mmHg，则当地的大气压640mmHg,该车间另一设备内表压为0.1，则设备内的绝对

15、压强为 94.92 KN/m2 。、 流体在管道内作稳定流动时，管道内做稳定流动是， 注意一 处的 流速 、 压强 、 密度 等物理参数都不随时间变化而随位置而变化。、 流体在流动中所具有的机械能通常表现为位能、动能、静压能三种形式。、 流体流动中若无外加机械功时，则流体的流动靠本身的 位差、压强差而流动。、 流体压强的测量常以大气压为测量起点，表压是指大于大气压那部分的压强，真空度是指小于大气压那部分的压强。、 流体流动类型不仅受流速影响而且与管子内径、流体密度、流体粘度等因素有关。、 流体一流动类型通常分为 层流 、 湍流 、 过度流 。、 流体在管路中的阻力损失可分 直管阻力损失 和 局

16、部阻力损失 两类。、 流体阻力计算通常采用当量长度法和阻力系数法两种方法进行计算。、 离心泵是利用叶轮高速旋转是产生的惯性离心力来输送液体的设备。、 离心泵的三个主要部件有泵壳、叶轮和轴封装置。、 泵壳的主要作用汇集液体 、转换能量 。叶轮的主要作用将原动机的机械能传给液体 。、 离心泵的叶轮可分为 开 式、 半闭 式、 闭 式三种。、 泵的扬程是指泵对单位重量的液体所赋予的外加能量。单位是米液柱。、 泵的举升高度是指 泵将液体从低处（入口处）液面送到高处（出口处）的垂直高度 。、 泵的性能参数主要有以下几种扬程、流量、转速、功率、效率、汽蚀余量或允许吸上高度等。 、 泵的流量是指单位时间由泵

17、向管路输送的液体量单位是m3/s 、 泵的输入功率又称为轴 功率，它是指泵在单位时间内从原动机获得的能量。 、 泵的输出功率又称为 有效 功率。它表示单位时间内泵向 液体 输送的能量。、 泵的 轴 功率与 有效 功率之差称为损失功率。、 泵损失功率主要表现于容积损失、水力损失、机械损失三个方面。、 国产离心泵按照被输送液体的性质可分为 清水泵 、 耐腐蚀泵 、 油泵 、 杂质泵 。、 泵的效率是指有效功率与轴功率之比。、 选用泵时应使泵的流量和扬程二个主要参数满足生产需要。、 泵所输送的液体粘度增大，则泵的流量减小，扬程减小，效率减低、轴功率增加。、 压缩机是一种对气体进行压缩，使其压力升高并

18、能输送流体的机械。、 化工生产中常用的压缩机有活塞式压缩机和离心式压缩机两类。、 活塞式压缩机是依靠活塞在汽缸内作往复运动的周期性改变汽缸容积来压送气体的。、 离心式压缩机是依靠机体内工作叶轮在高速旋转是产生的离心力的作用来压送气体的。、 往复式压缩机主要由气缸、活塞、吸入阀和排出阀几个部件构成。、 气体输送机械按其压缩比的大小可分为压缩机、鼓风机、通风机、真空泵几类。、 往复式压缩机的实际工作循环由压缩、排气、膨胀、吸气四个阶段组成。、 工业上蒸发操作一般都在溶液沸点下进行，此时溶剂的汽化不仅在溶液的表面而且在溶液内部也进行。、 在蒸发过程中，溶剂是挥发性物质，溶质是不挥发物质，因此在蒸发过

19、程中溶质的数量不变。、 进行蒸发操作的必要条件是（1）不断提供溶剂汽化所需热量（2）将溶剂蒸汽不断的排除。、 根据二次蒸汽的利用情况蒸发操作可分为单效蒸发、多效蒸发。、 根据蒸发时压强不同蒸发操作可分为常压蒸发、减压蒸发、加压蒸发三种。工业上大多采用减压蒸发。根据其生产过程蒸发操作又可分为间歇蒸发和连续蒸发两种。、 蒸发操作中，加热蒸汽所提供的热量主要消耗 预热原料液、水分蒸发所需热量和蒸发器的热损失三个方面。、 蒸发器的生产强度是指蒸发器单位传热面积每小时所能蒸发的水量（ kg 数）它是衡量蒸发器传热效果性能的指标。、 根据原料掖的加入方法不同，多效蒸发流程，通常有并流、逆流和平流。、 蒸馏

20、是利用混合液中各组分挥发能力沸点的不同，把混合液加热沸腾使之部分汽化或部分冷凝，而使其分离成较纯组分的单元操作。、 液体转化为气体的过程称为汽化过程，切题转化为液体的过程称为冷凝过程。、 被蒸发的溶液中溶质是不挥发的蒸馏的溶液，则溶质和溶剂都具有挥发性。、 蒸发操作的产物是被增浓的溶液，蒸馏操作的产物是蒸汽冷凝液或残留液。、 在蒸馏中将饱和蒸汽压较大，沸点较低的组分称为易挥发组分，蒸馏时从蒸馏塔的塔顶引出。、 蒸馏中难挥发组分的沸点较高，其饱和蒸气压较低，蒸馏时从蒸馏塔的塔釜引出。、 按蒸馏操作的方法不同，蒸馏可分为简单蒸馏、精馏、特殊精馏三大类。、 按操作压强不同，蒸馏操作可分为常压蒸馏、减

21、压蒸馏、加压蒸馏三类。化学工程基础习题第二章P691.解：2.解：3.解：对于稳定流态的流体通过圆形管道，有若将直径减小一半，即即液体的流速为原流速的4倍.4.解：即产生的能量损失为原来的16倍。6.解：1）雷诺数其中，故故为湍流。2）要使管中水层流，则即解得7.解：取高位水槽液面为1-1，A-A截面为2-2截面，由伯努利方程其中则解得1）A-A截面处流量2）其中8.解：对1-1截面和2-2截面，由伯努利方程得其中15.解：选取贮槽液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，由伯努利方程得其中：17.解：取水池液面为1-1截面，高位截面为2-2截面，由伯努利方程得其中：19.解：取贮槽液面为1-

22、1截面，蒸发器内管路出口为2-2截面，由伯努利方程得其中，20.解：1）取贮水池液面为1-1截面，出口管路压力表所在液面为2-2截面，由伯努利方程得其中，忽略出水管路水泵至压力表之间的阻力损失，则：衡算系统的阻力损失主要为吸入管路的阻力损失：2）3）取贮槽液面为1-1截面，水泵吸入管路上真空表处液面为2-2截面，由伯努利方程得其中：忽略进水管路水泵中真空表至水泵之间的阻力损失，则：衡算系统的阻力损失为吸入管路的阻力损失：得真空表的读数为23.解：1）取低位槽液面为1-1截面高位槽液面为2-2截面由伯努利方程得其中，2）在管路A、B截面间列伯努利方程得：3）4）根据静力学基本方程式：第三章 传热过程p105ex1解：ex2解：Ex4解：空气的定性温度200时空气的物性参数为： ， ex5解：水的定性温度30时水的物性参数为： 当时， 当时 ，此时，2000<Re&l