化工考试题目及答案

第一章作业思考题：2、3、5、6、8、11、12、18、20、21、23；（这部分答案我找不到，有的同学记得及时分享！！！）习题1-10附图【1-10】常温的水在如习题1-10附图所示的管路中流动，为测量A、B两截面间的压力差，安装了两个串联的U形管压差计，指示液为汞。测压用的连接管中充满水。两U形管的连接管中，充满空气。若测压前两U形压差计的水银液面为同一高度，试推导A、B两点的压力差与液柱压力汁的读数之间的关系式。习题1-10附图解设测压前两U形压差计的水银液面，距输水管中心线的距离为H。在等压面处因，由上两式求得因故连续性方程与伯努利方程【1-15】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。在截面1处的流速为，管内径为200mm，截面2处的管内径为100mm。由于水的压力，截面1处产生1m高的水柱。试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差h为多少（忽略从1到2处的压头损失）?解习题1-15习题1-15附图习题1-16附图另一计算法计算液柱高度时，用后一方法简便。管内流体流动的摩擦阻力损失【1-25】如习题1-25附图所示，用U形管液柱压差计测量等直径管路从截面A到截面B的摩擦损失。若流体密度为，指示液密度为，压差计读数为R。试推导出用读数R计算摩擦损失的计算式。解从截面A到截面B列伯努利方程，截面A为基准面，则得液柱压差计1-1为等压面由式得此式即为用U形管压差计测量流体在两截面之间流动的摩擦损失的计算式。【1-31】把内径为20mm、长度为2m的塑料管（光滑管），弯成倒U形，作为虹吸管使用。如习题1-31附图所示，当管内充满液体，一端插入液槽中，另一端就会使槽中的液体自动流出。液体密度为，黏度为。为保持稳态流动，使槽内液面恒定。要想使输液量为，虹吸管出口端距槽内液面的距离需要多少米？解已知，体积流量流速从液槽的液面至虹吸管出口截面之间列伯努利方程式，以虹吸管出口截面为基准面光滑管，查得，管入口突然缩小U形管（回弯头）习题1-31附图习题1-31附图习题1-32附图补充：已知长方形管道一边长为3L，另一短边长为L，，试计算其当量直径。（补充）解：2-2离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口的压力处于什么状体？答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体（气缚）；启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。泵入口处于一定的真空状态（或负压）2-4离心泵的特性曲线有几条？其曲线的形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？答：1、离心泵的H、P、与qv之间的关系曲线称为特性曲线。共三条；2-10何谓离心泵的气蚀现象？如何防止发生气蚀？答：1、当叶片入口附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体将在此处汽化或者是溶解在液体中的气体析出并形成气泡。含气泡的液体进入叶轮高压区后，气泡在高压作用下急剧地缩小而破灭，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，造成冲击和振动。金属表面受到压力大，频率高的冲击而剥蚀以及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等，使叶轮表面呈现海绵状、鱼鳞状破坏。这种现象称为汽蚀。2、为了避免气蚀的发生，泵的安装高度不能太高，可用泵规格表中给出的气蚀余量对泵的安装高度加以限制。5、液体的流量、泵的转速、液体的黏度对扬程有何影响？（补充）解：第三章沉降与分离3-1固体颗粒与流体相对运动时的阻力系数在层流层区（斯托克斯区）与湍流区（牛顿区）有何不同？答：10-4<Re<2的区域称为层流区或斯托克斯定律区。；湍流区或牛顿（Newton）定律区（500<Re<2x105）3-2球形颗粒在流体中从静止开始沉降，经历哪两个阶段？何谓固体颗粒在流体中的沉降速度？沉降速度受哪些因素影响？答：1、加速阶段和等速阶段2、匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut称为沉降速度3、影响因素由沉降公式可以确定。dp、、及阻力系数有关。重点掌握层流区3-3固体颗粒在流体中沉降，其雷诺数越大，流体粘度对沉降速度的影响如何？答：粘度越大沉降速度越小。3-4固体颗粒在流体中沉降，其沉降速度在层流层区（斯托克斯区）和湍流区（牛顿区）与颗粒直径的关系有何不同？答：沉降速度在层流层区（斯托克斯区），与颗粒粒径的平方成正比；在湍流区（牛顿区），与颗粒粒径的平方根成正比。3-5某微小颗粒在水中按斯托克斯定律沉降，试问在50℃水中的沉降速度与在20降速度比较，有何不同？答：按照沉降速度在层流层区（斯托克斯区），液体温度升高，粘度降低，密度降低，所以沉降速度增加。3-7利用重力降尘室分离含尘气体中的颗粒，其分离条件是什么？答：3-8何谓临界粒径？何谓临界沉降速度？答：临界粒径：能100%除去的最小粒径；临界沉降速度。3-9用重力降尘室分离含尘气体中的尘粒，当临界粒径与临界沉降速度为一定值时，含尘气体的体积流量与降尘室的底面积及高度有什么关系？答：成正比3-10当含尘气体的体积流量一定时，临界粒径及临界沉降速度与降尘室的底面积WL有什么关系。答：成反比3-7利用重力降尘室分离含尘气体中的颗粒，其分离条件是什么？答：3-8何谓临界粒径？何谓临界沉降速度？答：临界粒径：能100%除去的最小粒径；临界沉降速度。3-9用重力降尘室分离含尘气体中的尘粒，当临界粒径与临界沉降速度为一定值时，含尘气体的体积流量与降尘室的底面积及高度有什么关系？答：成正比3-10当含尘气体的体积流量一定时，临界粒径及临界沉降速度与降尘室的底面积WL有什么关系。答：成反比3-15要提高过滤速率，可以采取哪些措施？答：过滤速率方程【3-2】密度为2500kg/m3的玻璃球在20℃解在斯托克斯区，沉降速度计算式为由此式得（下标w表示水，a表示空气）查得20℃已知玻璃球的密度为，代入上式得【3-4】有一重力沉降室，长4m，宽2m，高2.5m，内部用隔板分成25层。炉气进入除尘室时的密度为，黏度为。炉气所含尘粒的密度为。现要用此降尘室分离以上的颗粒，试求可处理的炉气流量。解已知炉气的密度，黏度尘粒的密度，临界尘粒直径假设为层流区，求得沉降速度为验算为层流区炉气流量为4-3固体、液体、气体三者的热导率比较，哪个大，哪个小？答：一般固体>液体>气体4-5非金属的保温材料的热导率为什么与密度有关？答：密度小，则所含的空气越多，气体的导热系数低于固体。4-6在厚度相同的两层平壁中的热传导，有一层的温度差较大，另一层较小。哪一层热阻大。答：温差大的热阻大，热导率低。4-8输送水蒸气的圆管外包覆两层厚度相同、热导率不同的保温材料。若改变两层保温材料的先后次序，其保温效果是否改变？若被保温的不是圆管而是平壁，保温材料的先后顺序对保温效果是否有影响？答：圆筒壁：有影响平壁没有影响4-11水的对流传热系数一般比空气大，为什么？答：按照强制对流公式4-12为什么滴状冷凝的对流传热系数比膜状冷凝的大？由于壁面不容易形成滴状冷凝，蒸汽冷凝多为膜状冷凝。影响膜状冷凝的因素有哪些？答：在滴状冷凝过程中，壁面的大部分面积直接暴露在蒸汽中，在这些部位没有液膜阻碍着热流，故滴状冷凝的传热系数可比膜状冷凝高十倍左右。影响膜状冷凝的因素有：（1）冷凝液膜两侧的温度差当液膜呈滞流流动时，若温度差加大，则蒸汽冷凝速率增加，因而液膜层厚度增加，使冷凝传热系数降低。（2）流体物性由膜状冷凝传热系数计算式可知，液膜的密度、粘度及导热系数，蒸汽的冷凝潜热，都影响冷凝传热系数。（3）蒸汽的流速和流向蒸汽以一定的速度运动时，和液膜间产生一定的摩擦力，若蒸汽和液膜同向流动，则摩擦力将是液膜加速，厚度减薄，使传热系数增大；若逆向流动，则相反。但这种力若超过液膜重力，液膜会被蒸汽吹离壁面，此时随蒸汽流速的增加，对流传热系数急剧增大。（4）蒸汽中不凝气体含量的影响若蒸汽中含有空气或其它不凝性气体，则壁面可能为气体（导热系数很小）层所遮盖，增加了一层附加热阻，使对流传热系数急剧下降。因此在冷凝器的设计和操作中，都必须考虑排除不凝气。含有大量不凝气的蒸汽冷凝设备称为冷却冷凝器，其计算方法需参考有关资料。（5）冷凝壁面的影响若沿冷凝液流动方向积存的液体增多，则液膜增厚，使传热系数下降，故在设计和安装冷凝器时，应正确安放冷凝壁面。例如，对于管束，冷凝液面从上面各排流到下面各排，使液膜逐渐增厚，因此下面管子的传热系数比上排的要低。为了减薄下面管排上液膜的厚度，一般需减少垂直列上的管子数目，或把管子的排列旋转一定的角度，使冷凝液沿下一根管子的切向流过，4-15同一液体，为什么沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大？答：因为相变热比液体的热容大很多，所以沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大。【4-6】某工厂用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；第二层为厚30mm的石棉灰，其热导率为。管内壁温度为300℃，保温层外表面温度为40℃。管路长50m。试求该管路的散热量。老师在此题中添加一个条件“无缝钢管的热导率为45w/（m·k），答案自己找吧！！！)解【4-7】水蒸气管路外径为108mm，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度的变化关系为。水蒸气管路外表面温度为150℃，希望保温层外表面温度不超过50℃，且每米管路的热量损失不超过。试确定所需保温层厚度。解保温层厚度以b表示已知解得保温层厚度为保温层厚度应不小于13.3mm【4-17】在一换热器中，用水使苯从80℃冷却到50℃，水从15℃解(1)并流操作苯水(2)逆流操作苯水【4-19】用绝对压力为300kPa的饱和水蒸气将体积流量为的苯胺从80℃加热到100℃。苯胺在平均温度下的密度为，比热容为。试计算：(1)水蒸气用量；(2)当总传热系数为时所需传热面积。解(1)水的比汽化热，苯胺体积流量，苯胺吸收的热量为水蒸气用量(2)计算传热面积A已知，水蒸气的。水蒸气133.3苯胺5-4气液相平衡关系中，（1）若温度升高，亨利常数将如何变化？（2）在一定温度下，气相总压升高，相平衡常数m如何变化？若气相组成y为一定值，总压升高，液相x将如何变化？答：（1）温度升高，亨利常数增加（2）总压增加，m减小；x增加5-5若溶质分压为p的气体混合物与溶质浓度为c的溶液接触，如何判断溶质是从气相向液向传递还是从液向向气相传递？答：根据公式与的关系来判断，如果>，从气相向液相传递5-9在稳态传质过程中，若气液相平衡关系符合亨利定律，如何应用双膜理论推导出总传质速率方程式？气相总传质系数KY（或液相总传质系数KX）与气膜传质系数ky及液膜传质系数kx有何关系？答：气相传质速率方程，5-10在气液两相传质过程，什么情况下属于气膜阻力控制，什么情况下属于液膜阻力控制？答：当时属于气膜阻力控制；当时属于液膜阻力控制补充（思考题）：1、空塔气速对填料塔设备费用和操作费用有何影响？2、试用图解法说明减少吸收剂流量对出塔吸收液组成和填料层高度的影响。6-7如何应用平均相对挥发度表示平衡条件下的液相组成x与气相组成y之间的关系？答：，6-15精馏塔一般有精馏段与提馏段，他们的作用有什么不同？答：精馏段得到含轻组分较多的产品，提馏段得到含重组分较多的产品。6-16上下相邻两层塔板的温度、液相组成与气相组成有何不同？答：上板的温度低于下面板；液相和气相组成高于下面板。6-19当进料流量F及组成一定时，若馏出液流量D增多而釜液流量W减少时，馏出液的组成及釜液的组成将如何变化？答：由可知，增加，减少。6-20当一定时，若增大，将如何变化？及将如何变化？答：由可知，增加，增加。6-21何谓恒摩尔流量的假设？其成立的条件是什么？在精馏塔计算中有何意义？答：（1）恒摩尔汽流恒摩尔汽流是指在精馏塔内，从精馏段或提馏段每层塔板上升的汽相摩尔流量各自相等，但两段上升的汽相摩尔流量不一定相等。即精馏段提馏段（2）恒摩尔液流恒摩尔液流是指在精馏塔内，从精馏段或提馏段每层塔板下降的液相摩尔流量分别相等，但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。即精馏段提馏段6-22精馏塔的进料状态有几种？他们对精馏段及提馏段的下降液体流量及上升蒸汽流量有什么影响？答：有五种：冷液进料；饱和液体（泡点）进料；汽液混合物进料；饱和蒸汽（露点）进料；过热蒸汽进料。6-27精馏段操作线与提馏段操作线的斜率分别是用什么表示的，是大于1还是小于1，为什么？6-28对正在操作的精馏塔，增大精馏段的液气比对馏出液的组成有何影响？增大提馏段的气液比对釜液的组成有何影响？如何增大精馏段的液气比及提馏段的气液比？答：增大精馏段的液气比对馏出液的组成增加；增大提馏段的气液比对釜液的组成降低；增大冷凝器和加热器的热负荷。6-37在、、一定的条件下，进料热状态参数q值一定时，若塔顶液相回流比R增大，对一定分离要求所需理论板数将如何变化？对一定理论板数的精馏塔，若R增大，对馏出液的组成和