化工原理第三版(陈敏恒)上、下册课后思考题答案

时间:2021-04-05 00:44       来源: 未知
化工原理第三版(陈敏恒)上、下册课后思考题答案(精心整理版)

化工原理第三版(陈敏恒)上、下册课后思考题答案(精心整理版)

第一章流体流动

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1、什么是连续性假定?质点的含义是什么?有什么条件?

连续性假设:假定流体是由大量质点化工原理第三版(陈敏恒)上、下册课后思考题答案(精心整理版)组成的,彼此间没有间隙,完全充满所占空间的连续介质。

质点指的是一个含有大量分子的流体微团,其尺寸远小于设备尺寸,但比分子自由程却要大得多。

2、描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?

拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态;欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。

3、粘性的物理本质是什么?为什么温度上升,气体粘度上升,而液体粘度下降? 粘性的物理本质是分子间的引力和分子的运动与碰撞。

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、静压强有什么特性?

①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; ②作用于某一点不同方向上的静压强在数值上是相等的;

③压强各向传递。

7、为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好?

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、什么叫均匀分布?什么叫均匀流段?

均匀分布指速度分布大小均匀;均匀流段指速度方向平行、无迁移加速度。

9、伯努利方程的应用条件有哪些?

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。

12、层流与湍流的本质区别是什么?

区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性,即是否存在流体质点的脉动性。

13、雷诺数的物理意义是什么?

物理意义是它表征了流动流体惯性力与粘性力之比。

14、何谓泊谡叶方程?其应用条件有哪些?

?32?lu应用条件: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。 d2

15、何谓水力光滑管?何谓完全湍流粗糙管?

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,λ与Re无关的区域,称为完全湍流粗糙管。

u?de16、非圆形管的水力当量直径是如何定义的?能否按计算流量? 42

4?管道截面积4Au?de?当量直径定义为de?。不能按该式计算流量。 浸润周边?4

17、在满流的条件下,水在垂直直管中向下流动,对同一瞬时沿管长不同位子的速度而言,2

是否会因重力加速度而使下部的速度大于上部的速度?

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。

20、是否在任何管路中,流量增大阻力损失就增大;流量减小阻力损失就减小?为什么?

不一定,具体要看管路状况是否变化。

1、系统与控制体

系统或物系是包含众多流体质点的集合。系统与辩解之间的分界面为系统的边界。系统与外界可以有力的作用与能量的交换,但没有质量交换,系统的边界随着流体一起运动,因而其形状和大小都可随时间而变化。(拉格朗日)

当划定一固定的空间体积来考察问题,该空间体积称为控制体。构成控制体空间界面称为控制面。控制面是封闭的固定界面,流体可以自由进出控制体,控制面上可以有力的作用与能量的交换(欧拉)

2、什么是流体流动的边界层?边界层分离的条件是什么?

答案:流速降为未受边壁影响流速(来流速度)的99%以内的区域为边界层,即边界影响未及的区域。

流道扩大造成逆压强梯度,逆压强梯度容易造成边界层的分离,边界层分离造成大量漩涡,大大增加机械能消耗。

3、动量守恒和机械能守恒应用于流体流动时,二者关系如何?

当机械能守恒定律应用于实际流体时,由于流体的粘性导致机械能的耗损,在机械能恒算式中将出现Hf项,但动量守恒只是将力和动量变化率联系起来,未涉及能量和消耗问题。

4、塑性流体

只有当施加的剪应力大于某一临界值(屈服应力)后才开始流动

5、涨塑性

在某一剪切范围内表现出剪切增稠现象,即粘度随剪切率增大而升高

6、假塑性

在某一剪切率范围内,粘度随剪切率增高而下降的剪切稀化现象

7、触变性,震凝性

随τ作用时间延续,du/dy增大,粘度变小。当一定剪应力τ所作用的时间足够长后,粘度达到定态的平衡值,称触变性;反之,粘度随剪切力作用时间延长而增大的行为称震凝性。

8、粘弹性

爬捍效应,挤出胀大,无管虹吸

9、定态流动

运动空间个点的状态不随时间而变化

10、何谓轨线?何谓流线?为什么流线互不相交?

轨线是某一流体质点的运动轨迹,描述的是同一质点在不同时刻的位置(拉格朗日) 流线上各点的切线表示同一时刻各点的速度方向,描述的是同一瞬间不同质点的速度方向(欧拉)

同一点在指定某一时刻只有一个速度

11、动能校正系数α为什么总是大于,等于1? 根据udA,可知流体界面速度分布越均匀,α越小。可认为湍流速度分布?uA3A13

是均匀的,代入上式,得α接近于1

12、流体流动过程中,稳定性是指什么?定态性是指什么?

稳定性是指系统对外界扰动的反应

定态性是指有关运动参数随时间的变化情况

13、因次分析法规化试验的主要步骤

(1)析因实验——寻找影响过程的主要因素

(2)规划试验——减少实验工作量

(3)数据处理——实验结果的正确表达

14、平均流速

单位时间内流体在流动方向上流经的距离称为流速,在流体流动中通常按流量相等的原则来确定平均流速

15、伯努利方程的物理意义

在流体流动中,位能,压强能,动能可相互转换,但其和保持不变

16、理想流体与非理想流体

前者粘度为零,后者为粘性流体

17、局部阻力当量长度

近似地认为局部阻力损失可以相当于某个长度的直管

18、可压缩流体

有较大的压缩性,密度随压强变化

19、转子流量计的特点

恒流速,恒压差

第二章流体输送机械

1、什么是液体输送机械的压头或扬程?

流体输送机械向单位重量流体所提供的能量

2、离心泵的压头受哪些因素影响?

与流量,转速,叶片形状及直径大小有关

3、后弯叶片有什么优点?有什么缺点?

优点: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

缺点:产生同样理论压头所需泵体体积比前弯叶片的大

4、何谓“气缚”现象?产生此现象的原因是什么?如何防止气缚?

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。

措施:灌泵,排气

5、影响离心泵特性曲线的主要因素有哪些?

离心泵的特性曲线指He~qv,η~qv,Pa~qv。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、离心泵的工作点是如何确定的?有哪些调节流量的方法?

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

9、何谓泵的汽蚀?如何避免汽蚀?

泵的气蚀是指液体在泵的最低压强处(叶轮入口)气化形成气泡,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、什么是正位移特性?

流量由泵决定,与管路特性无关

11、往复泵有无汽蚀现象?

有,这是由液体气化压强所决定的

12、为什么离心泵启动前应关闭出口阀,而漩涡泵启动前应打开出口阀?

这与功率曲线的走向有关,离心泵在零流量时功率符合最小,所以在启动时关闭出口阀,使电机负荷最小;而漩涡泵在大流量时功率负荷最小,所以启动时要开启出口阀,使电机负荷最小

13、通风机的全压,动风压各有什么含义?为什么离心泵的H与ρ无关,而风机的全压pT与ρ有关?

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。

2因单位不同,压头为m,全风压为N/m,按△P=ρgh可知h与ρ无关时,△P与ρ成正

14、某离心通风机用于锅炉通风,通风机放在炉子前与放在炉子后比较,在实际通风的质量流量,电机所需功率上有何不同?为什么?

风机在前,气体密度大,质量流量大,电机功率负荷也大

风机在后,气体密度小,质量流量小,电机功率负荷也小

1、离心泵的主要构件

叶轮和蜗壳

2、离心泵与往复泵的比较

3、真空泵的主要特性

极限真空(残余压强),抽气速率(抽率)

4、简述往复泵的水锤现象。往复泵的流量调节方法有几种?

流量的不均匀时往复泵的严重缺点,它不仅是往复泵不能用于某些对流量均匀性要求较高的场所,而且使整个管路内的液体处于变速运动状态,不但增加了能量损失,且易产生冲击,造成水锤现象,并降低泵的吸入能力。

提高管路流量均运行有如下方法:(1)采用多缸往复泵(2)装置空气室

流量调节方法:(1)旁路调节(2)改变曲柄转速和活塞行程

第三章液体的搅拌

1、搅拌的目的是什么?

①. 加快互溶液体的混合

②. 使一种液体以液滴形式均匀分布于另一种不互溶的液体中

③. 使气体以气泡的形式分散于液体中

④. 使固体颗粒在液体中悬浮

⑤. 加强冷热液体之间的混合以及强化液体与器壁的传热

2、为什么要提出混合尺度的概念?

因调匀度与取样尺度有关,引入混合尺度反映更全面

3、搅拌器的两个功能是什么?改善搅拌效果的工程措施有哪些(?

(1)产生强大的总体流动(2)产生强烈的湍动或强剪切力场

4、旋桨式,涡轮式,大叶片低转速搅拌器,各有什么特长和缺陷?

旋桨式适用于宏观调匀,不适用于固体颗粒悬浮液;涡轮式适用于小尺度均匀,不适用于固体颗粒悬浮液;大叶片低速搅拌器适用于高粘度液体或固体颗粒悬浮液,不适用于低粘度液体混合

5、提高液流的湍动程度可采取哪些措施?

(1)提高转速(2)阻止液体圆周运动,加挡板,破坏对称性(3)装导流筒,消除短路,清除死区

6、大小不一的搅拌器能否适用同一条功率曲线?为什么?

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、选择搅拌器放大准则的基本要求是什么?

混合效果与小式相符

1、宏观混合与微观混合

宏观混合是从设备尺度到微团尺度或最小漩涡尺度考察物系的均匀性;微观混合是从分子尺度上考察物系的均匀性

2、常用搅拌器的性能

旋桨式:直径比容器小,转速较高,适用于低粘度液体。主要形成大循环量的总体流动,但湍流程度不高。主要适用于大尺寸的调匀,尤其适用于要求容器上下均匀的场所。 涡轮式:直径为容器直径的0、3~0、5倍,转速较高,适用于低粘度或中等粘度(μ

大叶片低转速:桨叶尺寸大,转速低,旋转直径约为0、5~0、8倍的搅拌釜直径,可用于较高粘度液体的搅拌。

3、影响搅拌功率的因素

几何因素:搅拌器的直径d;搅拌器叶片数、形状以及叶片长度l和宽度B;容器直径D;容器中所装液体的高度h;搅拌器距离容器底部的距离h1;挡板的数目及宽度b 物理因素:液体的密度?、粘度μ、搅拌器转速n

4、搅拌功率的分配

等功率条件下,加大直径降低转速,更多的功率消耗于总体流动,有利于大尺度上的调匀;反之,减小直径提高转速,则更多的功率消耗于湍动,有利于微观混合。

5、简述搅拌釜中加挡板或导流筒的主要作用分别是什么

加挡板:有效地阻止容器内的圆周运动

导流筒:严格地控制流动方向,既消除了短路现象又有助于消除死区;抑制了圆周运动的扩展,对增加湍动程度,提高混合效果也有好处

6、搅拌器案工作原理可分为哪几类?各类搅拌器的特点是什么?

两大类:一类以旋桨式为代表,其工作原理与轴流泵叶轮相同,具有流量大,压头低的特点,液体在搅拌釜内主要作轴向和切向运动;一类以涡轮式为代表,其工作原理与离心泵叶轮相似,液体在搅拌釜内主要作径向和切向运动,与旋桨式相比具有流量较小,压头较高的特点。

7、搅拌器的放大准则

(1)保持搅拌雷诺数?nd2?不变,n1d1=n2d2 22

(2)保持单位体积能耗P/V0不变,n1d1=n2d2

(3)保持叶片端部切向速度πnd不变,n1d1=n2d2

(4)保持搅拌器的流量和压头之比值qV/H不变,d1/n1?d2/n2 3233

第四章流体通过颗粒层的流动(过滤)

1、颗粒群的平均直径以何为基准?为什么?

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哪些?

(1)简化物理模型

(2)建立数学模型

(3)模型检验,试验定模型参数

3、过滤速率与哪些因素有关? 过滤速率u?dq?中,u与,r,?,?,q,qe均有关 d?r(q?qe)

4、过滤常数有哪两个?各与哪些因素有关?什么条件下才为常数?

K、qe。K与压差,悬浮液浓度,滤饼比阻,滤液粘度有关;

恒压下才为常数

5、?opt对什么而言?

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、过滤面积为什么用转鼓面积A而不用A??该机的滤饼厚度是否与生产能力成正比? 考察方法是跟踪法,所以过滤面积为A,而?体现在过滤时间里

不,滤饼厚度?与q=qe?K

越薄

2qe与过滤介质阻力有关。?n-qe成正比,例如,转速越快,生产能力越大,滤饼

7、加快过滤速率的途径有哪些?

改变滤饼结构,改变悬浮液中的颗粒聚集状态,动态过滤

1、在表面过滤方式中,何谓架桥现象?

在过滤操作开始阶段,会有部分颗粒浸入过滤介质网孔中,称为架桥现象

2、当量直径

通过试图将非球形颗粒以某种当量的球形颗粒代表,以使所考察的领域内非球形颗粒的特型与球形颗粒等效,这一球的直径成为当量直径dev=6V/?

3、形状系数

d?d与非球形颗粒体积相等的球的表面积 ev

2?ev2?非球形颗粒的表面积des?des

任何非球形颗粒的形状系数均小于1

4、分布函数

另某号筛子(尺寸为dpi)的筛过量(该筛号以下的颗粒质量的总合)占试样总量的分率为Fi,不同筛号的Fi与其筛孔尺寸dpi汇成的曲线,为分布函数

特性:对应于某一尺寸dpi的Fi值表示直径小于dpi的颗粒占全部试样的质量分率;在该批颗粒的最大直径dp,max处,其分布函数为1

5、频率函数的特性

(1)在一定粒度范围内的颗粒占全部颗粒的质量分率等于该粒度范围内频率函数曲线下的面积;原则上讲,粒度为某一定值的颗粒的质量分率为零。

(2)频率函数曲线下的全部面积等于1

6、床层空隙率 描述床层中颗粒堆积的疏密程度22床层体积?颗粒所占的体积,颗粒的形状,粒床层体积

度分布都影响床层空隙的大小

7、床层比表面

单位床层体积(不是颗粒体积)具有的颗粒表面及为床层的比表面aB=a(1-?)

8、叶滤机、板框压滤机

叶滤机的主要构件是矩形或圆形滤液。操作密封,过滤面积较大(一般为20~100㎡),劳动条件较好,在需要洗涤时,洗涤液与滤液通过的途径相同,洗涤比较均匀。滤布不用装卸,一旦破损,更换较困难。密闭加压的叶滤机,结构比较复杂,造价较高。

板框压滤机优点是结构紧凑,过滤面积大,主要用于过滤含固量多的悬浮液,缺点是装卸、清洗大部分藉手工操作,劳动强度较大。

第五章颗粒的沉降和流态化

1.曳力系数是如何定义的?它与哪些因素有关?

FD/(Ap?u2/2)。与Rep=dpu?/?、?有关

2、斯托克斯定律区的沉降速度与各物理量的关系如何?应用的前提是什么?颗粒的加速段在什么条件下可忽略不计?

ut?d2(?p)g/(18?)

Re

颗粒dp很小,ut很小

3、重力降尘室的气体处理量与哪些因素有关?降尘室的高度是否影响气体处理量?

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、评价旋风分离器性能的主要指标有哪两个?

分离效率,压降

5、为什么旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的?锥底为何须有良好的密封?

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、广义流态化和狭义流态化的各自含义是什么?

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、提高流化质量的常用措施有哪几种?何谓内生不稳定?

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、气力输送有哪些主要优点?

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

1、表面曳力,形体曳力

剪力在流动方向上的分力延整个颗粒表面积分,得该颗粒所受剪力在流动方向上的总合 压力在流动方向上的分力延整个颗粒表面积分,得该颗粒所受剪力在流动方向上的总合

2、牛顿区

5500

(0.44),曳力与流速的平方成正比,即服从平方定律

3、离心分离因数 r?2u2

同一颗粒所受离心力与重力之比,反映离心分离设备性能的重要指标 ?ggr

4、总效率?0

被除下的颗粒占气体进口总的颗粒的质量分率,不能准确地代表旋风分离器的分离性能

5、流化床的特点

优点:很易获得均匀的温度;恒定的压降

缺点:不均匀的接触,对实际过程不利,可能导致腾涌或节涌,和沟流

6、流化床的压降与哪些因素有关?

?m(?p)g可知,流化床的压降等于单位界面床内固体的表观重量(即重A?p

量浮力),它与气速无关而始终保持定值。

7、因某种原因使进入降尘室的含尘气体温度升高,若气体质量及含尘情况不变,降尘室出口气体的含尘量将有何变化?原因何在?

处于斯托克斯区时,含尘量升高;处于牛顿定律区时,含尘量降低

处于斯托克斯区时,温度改变主要通过粘度的变化而影响沉降速度。因为气体年度随温度升高而增加,所以温度升高时沉降速度减小;处于牛顿定律区时,沉降速度与粘度无关,与?有一定关系,温度升高,气体?降低,沉降速度增大。

8、简述旋风分离器性能指标中分割直径dpc的概念

通常将经过旋风分离器后能被除下50%的颗粒直径称为分割直径dpc,某些高效旋风分离器的分割直径可小至3~10?m

9、什么是颗粒的自由沉降速度?

当一个小颗粒在静止气流中降落时,颗粒受到重力、浮力和阻力的作用。如果重力大于浮力,颗粒就受到一个向下的合力(它等于重力与浮力之差)的作用而加速降落。随着降落速度的增加,颗粒与空气的摩擦阻力相应增大,当阻力增大到等于重力与浮力之差时,颗粒所受的合力为零,因而加速度为零,此后颗粒即以加速度为零时的瞬时速度等速降落,这时颗粒的降落速度称为自由沉降速度(Ut)

10、实际流化现象有哪两种?通常,各自发生于什么系统?

散式流化,发生于液-固系统;聚式流化,发生于气-固系统

11、对于非球形颗粒,当沉降处于斯托克斯定律区时,试写出颗粒的等沉降速度当量直径de的计算式

de?18ut? (?p)g

12、在考虑流体通过固定床流动的压降时,颗粒群的平均直径是按什么原则定义的?

以比表面积相等作为准则

流动阻力主要由颗粒层内固体表面积的大小决定,而颗粒的形状并不重要

13、气体中含有1~2微米直径的固体颗粒,应选用哪一种气固分离方法?

第六章传热

1、传热过程有哪三种基本方式?

直接接触式,间壁式,蓄热式

2、传热按机理分为哪几种?

传导,固体内部的热传导是由于相邻分子在碰撞时传递振动能的结果;在流体特别是气体中,除上述原因之外,连续而不规则的分子运动更是导致传导的重要原因。此外,热传导也可因物体内部自由电子的转移而发生

对流,是流体流动载热与热传导联合作用的结果

热辐射,任何物体,只要其绝对温度不为零度,都会不停的以电磁波的形式向外界辐射能量,同时又不断吸收来自外界其他物体的辐射能。当向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时,该物体与外界产生热量的传递

3、物体的导热系数与哪些主要因素有关?

与物态,温度有关

4、流动对传热的贡献主要表现在哪?

流动流体的载热:增大了壁面处的温度梯度,使壁面热流密度较流体静止时为大

5、自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热?

加热面在下,制冷面在上

6、液体沸腾的必要条件有哪两个?

过热度、汽化核心

7、工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作?为什么?

核状沸腾状态,以免设备烧毁

8、沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手?

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、蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体?

避免其积累,提高?

10、为什么低温时热辐射往往可以忽略,而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式?

因Q与温度四次方成正比,对温度很敏感

11、影响辐射传热的主要因素有哪些?

温度、黑度、角系数(几何位置)、面积大小、中间介质

12、为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数?

(1)相变热远大于显热

(2)沸腾时气泡搅动;蒸汽冷凝时液膜很薄

13、有两把外形相同的茶壶,一把为陶瓷的,一把为银质的。将刚烧开的水同时充满两壶,实测发现,陶壶内的水温下降比银壶中的快,为什么?

陶壶的黑度大,辐射散热快;银壶黑度小,辐射散热慢

14、若串联传热过程中存在某个控制步骤,其含义是什么?

该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和,传热速率由该步骤决定

15、传热基本方程中,推倒得出对数平均推动力的前提条件有哪些?

K,qm1cp1,qm2cp2沿程不变;管,壳程均为单程

17、为什么一般情况下,逆流总是优于并流?并流适用于哪些情况?

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、解决非定态换热器问题的基本方程是那几个?

传热基本方程,热量衡算式,带有温变速率的热量衡算式

19、在换热器设计计算时,为什么要限制?大于0、8

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

1、载热体

为将冷流体加热或热流体冷却,必须用另一种流体供给或取走热量,此流体为载热体

2、间壁式传热过程的三个步骤

热流体给热于管壁内侧,热量自管壁内侧传导至管壁外侧,管壁外侧给热于冷流体

3、强制对流,自然对流

流体在外力(泵,风机或其他势能差)作用下产生的宏观流动

在传热过程中因流体冷热部分密度不同而引起的流动

4、雷诺数Re,努塞尔数Nu,格拉斯霍夫数Gr,普朗特数Pr的物理意义

雷诺数Re表征流体的运动状态

努塞尔数Nu反映对流使给热系数增大的倍数

格拉斯霍夫数Gr表征自然对流的流动状态

普朗特数Pr反映物性对给热过程的影响

5、大容积自然对流的自动模化区

7GrPr>2×10时,给热系数?与加热面的几何尺寸l无关,此称为自动模化区

6、核状沸腾,膜状沸腾,临界点

△t>2、2℃,加热面上有气泡产生,给热系数?随△t急剧上升,此阶段为核状沸腾;△t增大到一定数值时,加热面上的.汽化核心继续增多,旗袍在脱离加热面之前便相互连接,形成气膜,把加热面与液体隔开,随△t的增大,给热系数下降,此阶段为不稳定膜状沸腾;从核状沸腾到膜状沸腾的转折点为临界点。

7、蒸汽冷凝的两种形式

膜状冷凝和滴状冷凝,后者给热系数比前者大5~10倍

8、黑度

实际物体与同温度黑体的辐射能力的比值E/E0

9、冷、热流体流动通道的选择原则

(1)不洁净和易结垢的液体宜在管程

(2)腐蚀性流体宜在管程

(3)压强高的流体宜在管内

(4)饱和蒸汽宜走壳程

(5)被冷却的流体宜走壳程

(6)若两流体温差较大,对于刚性结构的换热器,宜将给热系数大的流体通入壳程

(7)流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜

10、简述辐射传热中黑体和灰体的概念

吸收率等于1的物体称为黑体;对各种波长辐射能均能同样吸收的理想物体称为灰体

第七章蒸发

1、蒸发操作不同于一般环热过程的主要点有哪些?

溶质常析出在加热面上形成垢层;热敏性物质停留时间不得过长;与其他单元操作相比节能更重要

2、提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪?循环型蒸发器中,降低单程气化率的目的是什么?

不仅提高?,更重要在于降低单程气化率

减缓结垢现象

3、为什么要尽可能扩大管内沸腾时的汽液环状流动的区域

因为该区域的给热系数?最大

5、提高蒸发器生产强度的途径有哪些?

U上升,降低单程气化率,K上升;提高真空度,t下降,增加传热推动力

6、分析比较单效蒸发器的间歇蒸发和连续蒸发的生产能力的大小。设原料液浓度,温度,完成液浓度,加热蒸汽压强以及冷凝器操作压强均相等

单效间歇蒸发器?小,生产能力大

7、多效蒸发的效数受哪些限制

经济上限制:W/D的上升达不到与效数成正比,W/A的下降与效数成反比快;技术上限制:必须小于T-t0,而T-t0是有限的

8、比较单效与多效蒸发之优缺点

单效蒸发生产强度高,设备费用低,经济性低。多效蒸发经济性高

1、蒸发操作节能的措施

除采用多效蒸发外,还可从下面三个方面入手:二次蒸汽的利用,冷凝水的利用,热泵蒸发。

第八章气体吸收

1、吸收的目的和基本依据是什么?吸收的主要操作费用花费在哪?

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、选择吸收溶剂的主要依据是什么?什么是溶剂的选择性?

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。

3、E,m,H三者各自与温度、总压有何关系?

m=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、工业吸收过程气液接触的方式有哪两种?

级式接触和微分接触。

5、扩散流JA,净物流N,主体流动NM,传递速率NA相互之间有什么联系和区别?

N=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。

6、漂流因子有什么含义?等分子反向扩散时有无漂流因子?为什么?

P/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。

7、气体分子扩散系数与温度、压力有何关系?液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系?

D气∝T1、81/P,D液∝T/μ。

8、修伍德数、施密特数的物理含义是什么?

Sh=kd/D表征对流传质速率与扩散传质速率之比。

Sc=μ/ρD表征动量扩散系数与分子扩散系数之比。

9、传质理论中,有效膜理论与表面更新理论有何主要区别?

表面更新理论考虑到微元传质的非定态性,从k∝D推进到k∝D0、5。

10、传质过程中,什么时侯气相阻力控制?什么时侯液相阻力控制?

mky>kx时,液相阻力控制。

11、低浓度气体吸收有哪些特点?数学描述中为什么没有总物料的衡算式?

①G、L为常量,②等温过程,③传质系数沿塔高不变。

12、吸收塔高度计算中,将NOG与HOG分开,有什么优点?

分离任务难易与设备效能高低相对分开,便于分析。

13、建立操作线方程的依据是什么?

塔段的物料衡算。

14、什么是返混?

返混是少量流体自身由下游返回至上游的现象。

15、何谓最小液气比?操作型计算中有无此类?

完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比。无。

16、x2max与(L/G)min是如何受到技术上的限制的?技术上的限制主要是指哪两个制约条件?

通常,x2max=y2/m,(L/G)min=(y1-y2)/(x1e-x2)。

相平衡和物料衡算。

17、有哪几种NOG的计算方法?用对数平均推动力法和吸收因数法求NOG的条件各是什么?

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、HOG的物理含义是什么?常用吸收设备的HOG约为多少?

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、15~1、5m。

19、吸收剂的进塔条件有哪三个要素?操作中调节这三要素,分别对吸收结果有何影响?

t、x2、L。t↓,x2↓,L↑均有利于吸收。

20、吸收过程的数学描述与传热过程的数学描述有什么联系与区别?

传热过程数学描述可视作m=1时的吸收过程的情况。

21、高浓度气体吸收的主要特点有哪些?

①G、L沿程变化,②非等温,③传质分系数与浓度有关。

22、化学吸收与物理吸收的本质区别是什么?化学吸收有何特点?

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、化学吸收过程中,何时成为容积过程?何时成为表面过程?

快反应使吸收成表面过程;慢反应使吸收成容积过程。

第九章精馏

1、蒸馏的目的是什么?蒸馏操作的基本依据是什么?

分离液体混合物。

液体中各组分挥发度的不同。

2、蒸馏的主要操作费用花费在何处?

加热和冷却的费用。

3、双组份汽液两相平衡共存时自由度为多少?

自由度为F=2(P一定,t~x或y;t一定,P~x或y);P一定后,F=1。

4、何谓泡点、露点?对于一定的组成和压力,两者大小关系如何?

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、非理想物系何时出现最低恒沸点,何时出现最高恒沸点?

强正偏差出现最低恒沸点;强负偏差出现最高恒沸点。

6、常用的活度系数关联式有哪几个?

范拉方程、马古斯方程。

7、总压对相对挥发度有何影响?

P↑、α↓。

8、为什么α=1时不能用普通精馏的方法分离混合物?

因为此时y=x,没有实现相对分离。

9、平衡蒸馏与简单蒸馏有何不同?

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、为什么说回流液的逐板下降和蒸汽逐板上升是实现精馏的必要条件?

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、什么是理论板?默弗里板效率有什么含义?

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、恒摩尔流假设指什么?其成立的主要条件是什么?

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、q值的含义是什么?根据q的取值范围,有哪几种加料热状态?

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、建立操作线的依据是什么?操作线为直线的条件是什么?

塔段物料衡算。

液汽比为常数(恒摩尔流)。

15、用芬斯克方程所求出的N是什么条件下的理论板数?

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、何谓最小回流比?挟点恒浓区的特征是什么?

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。

气液两相浓度在恒浓区几乎不变。

17、最适宜回流比的选取须考虑哪些因素?

设备费、操作费之和最小。

18、精馏过程能否在填料塔内进行?

能。

19、何谓灵敏板?

塔板温度对外界干扰反映最灵敏的塔板。

20、间歇精馏与连续精馏相比有何特点?适用于什么场合?

操作灵活。

适用于小批量物料分离。

21、恒沸精馏与萃取精馏的主要异同点是什么?

相同点:都加入第三组份改变相对挥发度;

区别:①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,加入组分从塔底出。②操作方式前者可间隙,较方便。③前者消耗热量在汽化潜热,后者在显热,消耗热量较少。

22、如何选择多组分精馏的流程方案

选择多组分精馏的流程方案需考虑①经济上优化;②物性;③产品纯度。

23、何谓轻关键组分、重关键组分?何谓轻组分、重组分?

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、全回流近似法各有什么假定?

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、芬斯克-恩德伍德-吉利兰捷算法的主要步骤有哪些?

①全塔物料衡算,得塔顶、塔底浓度;

②确定平均α,用芬斯克方程算最少理论板数Nmin;

③用恩德伍德公式计算Rmin,R;

④查吉利兰图,算N;

⑤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。

第十章气液传质设备

1、板式塔的设计意图是什么?对传质过程最有利的理想流动条件是什么?

①气液两相在塔板上充分接触,②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、泡沫、喷射这三种气液接触状态各有什么特点?

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、何谓转相点?

由泡沫状态转为喷射状态的临界点。

4、板式塔内有哪些主要的非理想流动?

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、夹带液泛与溢流液泛有何区别?

是由过量液沫夹带引起还是由溢流管降液困难造成的。

6、板式塔的不正常操作现象有哪几种?

夹带液泛、溢流液泛、漏液。

7、为什么有时实际塔板的默弗里板效率会大于1?

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实际意义有何不同?

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的图解求算,而后者没有。

9、为什么既使塔内各板效率相等,全塔效率在数值上也不等于板效率?

因两者定义基准不同。

10、筛板塔负荷性能图受哪几个条件约束?何谓操作弹性?

①过量液沫夹带;②漏液;③溢流液泛;④液量下限(how≥6mm);⑤液量上限(HTAf/Lmax≦3~5s)。上、下操作极限的气体流量之比。

11、评价塔板优劣的标准有哪些?

①通过能力;②板效率;③板压降;④操作弹性;⑤结构简单成本低。

12、什么系统喷射状态操作有利?什么系统泡沫状态操作有利?

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(dσ/dx0)有利。

13、填料的主要特性可用哪些特征数字来表示?有哪些常用填料?

①比表面积a,②空隙率ε,③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、何谓载点、泛点?

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、何谓等板高度HETP?

分离效果相当于一块理论板的填料层高度。

16、填料塔、板式塔各适用于什么场合?

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。

第十一章液液萃取

1、萃取的目的是什么?原理是什么?

分离液液混合物。

各组分溶解度的不同。

2、溶剂的必要条件是什么?

①与物料中的B组份不完全互溶,②对A组份具有选择性的溶解度。

3、萃取过程与吸收过程的主要差别有哪些?

①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;

②萃取Δρ,σ较小,使不易分相,设备变得复杂。

4、什么情况下选择萃取分离而不选择精馏分离?

①出现共沸,或α

5、什么是临界混溶点?是否在溶解度曲线的最高点?

相平衡的两相无限趋近变成一相时的组成所对应的点。不一定是。

6、分配系数等于1能否进行萃取分离操作?萃取液、萃余液各指什么?

能。萃取相、萃余相各自脱溶后为萃取液、萃余液。

7、何谓选择性系数?β=1意味着什么?β=∞意味着什么?

β=(yA/yB)/(xA/xB)。

β=1不可用萃取方法分离。

β=∞为B、S完全不互溶物系。

8、萃取操作温度选高些好还是低些好?

温度低B、S互溶度小,相平衡有利些,但粘度等对操作不利,所以要适当选择。

9、多级逆流萃取中(S/F)min如何确定?

通过计算可以确定,当达到指定浓度所需理论级为无穷多时,相应的S/F为(S/F)min。

10、液液传质设备的主要技术性能有哪些?它们与设备尺寸有何关系?

两相极限通过能力;传质系数Kya或HETP。

前者决定了设备的直径D,后者决定了塔高。

11、什么是萃取塔设备的特性速度、临界滞液率、液泛、两相极限速度?

两相速度达到极大时,部分分散相液滴被连续相带走,而使分散相流量减少的状况称为液泛。此时的分散相滞液率为临界滞液率,两相的空塔速度为两相极限速度。

12、何谓界面骚动现象?它对液液传质过程有何影响?

因传质引起界面张力分布不均而造成的界面不规则运动。

①提高传质系数;②影响液滴的合并、分散。

13、传质方向、界面张力随浓度变化的趋势对液滴合并与再分散有何影响?

当dσ/dx>0时,d→c(分散相向连续相传质)有利于液滴分散;

当dσ/dx

14、分散相的选择应考虑哪些因素?

应考虑:dσ/dx的正负,两相流量比,粘度大小,润湿性,安全性等。

15.什么是超临界萃取?超临界萃取的基本流程是怎样的?

用超临界流体作溶剂进行萃取。

等温变压,等压变温。

16.液膜萃取的基本原理是什么?液膜萃取按操作方式可分为哪两种类型?

在液膜的两边同时进行萃取和反萃取。乳状液膜、支撑液膜。

第十二章其它传质分离方法

1.结晶有哪几种基本方法?溶液结晶操作的基本原理是什么?

溶液结晶,熔融结晶,升华结晶,反应沉淀。

溶液的过饱和。

2.溶液结晶操作有哪几种方法造成过饱和度?

冷却,蒸发浓缩。

3.与精馏操作相比,结晶操作有哪些特点?

分离纯度高,温度低,相变热小。

4.什么是晶格、晶系、晶习?

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.超溶解度曲线与溶解度曲线有什么关系?溶液有哪几种状态?什么是稳定区、介稳区、不稳区?

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.溶液结晶要经历哪两个阶段?

晶核生成,晶体成长。

7.晶核的生成有哪几种方式?

初级均相成核,初级非均相成核,二次成核。

8.什么是再结晶现象?

小晶体溶解与大晶体成长同时发生的现象。

9.过饱和度对晶核生成速率与晶体成长速率各自有何影响?

过饱和度ΔC大,有利于成核;过饱和度ΔC小,有利于晶体成长。

10.选择结晶设备时要考虑哪些因素?

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。

11.什么是吸附现象?吸附分离的基本原理是什么?

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.有哪几种常用的吸附解吸循环操作?

变温,变压,变浓度,置换。

13.有哪几种常用的吸附剂?各有什么特点?什么是分子筛?

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.工业吸附对吸附剂有哪些基本要求?

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.有利的吸附等温线有什么特点?

随着流体相浓度的增加,吸附等温线斜率降低。

16.如何用实验确定朗格缪尔模型参数?

先将朗格缪尔模型线性化,然后实测p、x,确定参数xm、kL。

17.吸附床中的传质扩散可分为哪几种方式?

分子扩散,努森扩散,表面扩散,固体(晶体)扩散。

18.吸附过程有哪几个传质步骤?

外扩散,内扩散,吸附。

19.何谓负荷曲线、透过曲线?什么是透过点、饱和点?

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.固定床吸附塔中吸附剂利用率与哪些因素有关?

传质速率,流体流速,相平衡。

21.常用的吸附分离设备有哪几种类型

固定床,搅拌釜,流化床。

22.什么是膜分离?有哪几种常用的膜分离过程?

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.膜分离有哪些特点?分离过程对膜有哪些基本要求?

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.常用的膜分离器有哪些类型?

平板式,管式,螺旋卷式,中空纤维式。

25.反渗透的基本原理是什么?

施加的压差大于溶液的渗透压差。

26.什么是浓差极化?

溶质在膜表面被截留,形成高浓度区的现象。

27.超滤的分离机理是什么?

膜孔的筛分作用,或各组分通过的速率不同。

28.电渗析的分离机理是什么?阴膜、阳膜各有什么特点?

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.气体混合物膜分离的机理是什么?

努森流的分离作用;均质膜的溶解、扩散、解吸。

第十三章热质同时传递

1、热质同时传递的过程可分为哪两类?

①以传热为主,如直接接触换热;②以传质为主,如增减湿。

2、传质方向或传热方向发生逆转的原因和条件是什么?

气相的独立变量有两个(t,p),液相的独立变量只有一个(θ决定pe)。一个过程的继续打破另一过程的瞬时平衡。

3、热质同时传递的过程极限有什么新特点?

可以θ≠t,p≠pe(如:大量气,少量水)。

4、湿球温度tw受哪些因素影响?绝热饱和温度tas与tw在物理含义上有何差别?

t、H、P。t↑,tw↑;H↑,tw↑;P↓,tw↓。tas由热量衡算和物料衡算导出,属于静力学;tW是传热传质速率均衡的结果,属动力学。

5、以焓差为推动力计算凉水塔高有什么条件?

忽略液量变化dL,且α/kH≈CH。

第十四章固体干燥

1、通常物料去湿的方法有哪些?

机械去湿、吸附或抽真空去湿、供热干燥等。

2、对流干燥过程的特点是什么?

热质同时传递。

3、对流干燥的操作费用主要在哪里?

空气预热。

4、通常露点温度、湿球温度、干球温度的大小关系如何?什么时侯三者相等?

td≤tW≤t。υ=100%时,td=tW=t。

5、结合水与非结合水有什么区别?

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、何谓平衡含水量、自由含水量?

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、何谓临界含水量?它受哪些因素影响?

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、干燥速率对产品物料的性质会有什么影响?

干燥速率太大会引起物料表面结壳,收缩变形,开裂等等。

9、连续干燥过程的热效率是如何定义的?

热效率η=汽化水分、物料升温需热/供热。

10、理想干燥过程有哪些假定条件?

①预热段、升温段、热损失忽略不计;②水分都在表面汽化段除去。

11、为提高干燥热效率可采取有哪些措施?

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、评价干燥器技术性能的主要指标有哪些?

①对物料的适应性②设备的生产能力③能耗的经济性(热效率)。

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