化工考試題目及答案

第一章作業(yè)思考題：2、3、5、6、8、11、12、18、20、21、23；（這部分答案我找不到，有的同學(xué)記得及時(shí)分享！！?。┝?xí)題1-10附圖【1-10】常溫的水在如習(xí)題1-10附圖所示的管路中流動(dòng)，為測(cè)量A、B兩截面間的壓力差，安裝了兩個(gè)串聯(lián)的U形管壓差計(jì)，指示液為汞。測(cè)壓用的連接管中充滿水。兩U形管的連接管中，充滿空氣。若測(cè)壓前兩U形壓差計(jì)的水銀液面為同一高度，試推導(dǎo)A、B兩點(diǎn)的壓力差與液柱壓力汁的讀數(shù)之間的關(guān)系式。習(xí)題1-10附圖解設(shè)測(cè)壓前兩U形壓差計(jì)的水銀液面，距輸水管中心線的距離為H。在等壓面處因，由上兩式求得因故連續(xù)性方程與伯努利方程【1-15】常溫的水在如習(xí)題1-15附圖所示的管路中流動(dòng)。在截面1處的流速為，管內(nèi)徑為200mm，截面2處的管內(nèi)徑為100mm。由于水的壓力，截面1處產(chǎn)生1m高的水柱。試計(jì)算在截面1與2之間所產(chǎn)生的水柱高度差h為多少（忽略從1到2處的壓頭損失）?解習(xí)題1-15習(xí)題1-15附圖習(xí)題1-16附圖另一計(jì)算法計(jì)算液柱高度時(shí)，用后一方法簡(jiǎn)便。管內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦阻力損失【1-25】如習(xí)題1-25附圖所示，用U形管液柱壓差計(jì)測(cè)量等直徑管路從截面A到截面B的摩擦損失。若流體密度為，指示液密度為，壓差計(jì)讀數(shù)為R。試推導(dǎo)出用讀數(shù)R計(jì)算摩擦損失的計(jì)算式。解從截面A到截面B列伯努利方程，截面A為基準(zhǔn)面，則得液柱壓差計(jì)1-1為等壓面由式得此式即為用U形管壓差計(jì)測(cè)量流體在兩截面之間流動(dòng)的摩擦損失的計(jì)算式。【1-31】把內(nèi)徑為20mm、長(zhǎng)度為2m的塑料管（光滑管），彎成倒U形，作為虹吸管使用。如習(xí)題1-31附圖所示，當(dāng)管內(nèi)充滿液體，一端插入液槽中，另一端就會(huì)使槽中的液體自動(dòng)流出。液體密度為，黏度為。為保持穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，使槽內(nèi)液面恒定。要想使輸液量為，虹吸管出口端距槽內(nèi)液面的距離需要多少米？解已知，體積流量流速?gòu)囊翰鄣囊好嬷梁缥艹隹诮孛嬷g列伯努利方程式，以虹吸管出口截面為基準(zhǔn)面光滑管，查得，管入口突然縮小U形管（回彎頭）習(xí)題1-31附圖習(xí)題1-31附圖習(xí)題1-32附圖補(bǔ)充：已知長(zhǎng)方形管道一邊長(zhǎng)為3L，另一短邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，，試計(jì)算其當(dāng)量直徑。（補(bǔ)充）解：2-2離心泵在啟動(dòng)前，為什么泵殼內(nèi)要灌滿液體？啟動(dòng)后，液體在泵內(nèi)是怎樣提高壓力的？泵入口的壓力處于什么狀體？答：離心泵在啟動(dòng)前未充滿液體，則泵殼內(nèi)存在空氣。由于空氣的密度很小，所產(chǎn)生的離心力也很小。此時(shí)，在吸入口處所形成的真空不足以將液體吸入泵內(nèi)。雖啟動(dòng)離心泵，但不能輸送液體（氣縛）；啟動(dòng)后泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉片之間的液體隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，液體沿著葉片間的通道從葉輪中心進(jìn)口位置處被甩到葉輪外圍，以很高的速度流入泵殼，液體流到蝸形通道后，由于截面逐漸擴(kuò)大，大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。泵入口處于一定的真空狀態(tài)（或負(fù)壓）2-4離心泵的特性曲線有幾條？其曲線的形狀是什么樣子？離心泵啟動(dòng)時(shí)，為什么要關(guān)閉出口閥門？答：1、離心泵的H、P、與qv之間的關(guān)系曲線稱為特性曲線。共三條；2-10何謂離心泵的氣蝕現(xiàn)象？如何防止發(fā)生氣蝕？答：1、當(dāng)葉片入口附近的最低壓力等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓時(shí)，液體將在此處汽化或者是溶解在液體中的氣體析出并形成氣泡。含氣泡的液體進(jìn)入葉輪高壓區(qū)后，氣泡在高壓作用下急劇地縮小而破滅，氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占據(jù)的空間，造成沖擊和振動(dòng)。金屬表面受到壓力大，頻率高的沖擊而剝蝕以及氣泡內(nèi)夾帶的少量氧氣等活潑氣體對(duì)金屬表面的電化學(xué)腐蝕等，使葉輪表面呈現(xiàn)海綿狀、魚鱗狀破壞。這種現(xiàn)象稱為汽蝕。2、為了避免氣蝕的發(fā)生，泵的安裝高度不能太高，可用泵規(guī)格表中給出的氣蝕余量對(duì)泵的安裝高度加以限制。5、液體的流量、泵的轉(zhuǎn)速、液體的黏度對(duì)揚(yáng)程有何影響？（補(bǔ)充）解：第三章沉降與分離3-1固體顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力系數(shù)在層流層區(qū)（斯托克斯區(qū)）與湍流區(qū)（牛頓區(qū)）有何不同？答：10-4<Re<2的區(qū)域稱為層流區(qū)或斯托克斯定律區(qū)。；湍流區(qū)或牛頓（Newton）定律區(qū)（500<Re<2x105）3-2球形顆粒在流體中從靜止開始沉降，經(jīng)歷哪兩個(gè)階段？何謂固體顆粒在流體中的沉降速度？沉降速度受哪些因素影響？答：1、加速階段和等速階段2、勻速階段中顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ut稱為沉降速度3、影響因素由沉降公式可以確定。dp、、及阻力系數(shù)有關(guān)。重點(diǎn)掌握層流區(qū)3-3固體顆粒在流體中沉降，其雷諾數(shù)越大，流體粘度對(duì)沉降速度的影響如何？答：粘度越大沉降速度越小。3-4固體顆粒在流體中沉降，其沉降速度在層流層區(qū)（斯托克斯區(qū)）和湍流區(qū)（牛頓區(qū)）與顆粒直徑的關(guān)系有何不同？答：沉降速度在層流層區(qū)（斯托克斯區(qū)），與顆粒粒徑的平方成正比；在湍流區(qū)（牛頓區(qū)），與顆粒粒徑的平方根成正比。3-5某微小顆粒在水中按斯托克斯定律沉降，試問在50℃水中的沉降速度與在20降速度比較，有何不同？答：按照沉降速度在層流層區(qū)（斯托克斯區(qū)），液體溫度升高，粘度降低，密度降低，所以沉降速度增加。3-7利用重力降塵室分離含塵氣體中的顆粒，其分離條件是什么？答：3-8何謂臨界粒徑？何謂臨界沉降速度？答：臨界粒徑：能100%除去的最小粒徑；臨界沉降速度。3-9用重力降塵室分離含塵氣體中的塵粒，當(dāng)臨界粒徑與臨界沉降速度為一定值時(shí)，含塵氣體的體積流量與降塵室的底面積及高度有什么關(guān)系？答：成正比3-10當(dāng)含塵氣體的體積流量一定時(shí)，臨界粒徑及臨界沉降速度與降塵室的底面積WL有什么關(guān)系。答：成反比3-7利用重力降塵室分離含塵氣體中的顆粒，其分離條件是什么？答：3-8何謂臨界粒徑？何謂臨界沉降速度？答：臨界粒徑：能100%除去的最小粒徑；臨界沉降速度。3-9用重力降塵室分離含塵氣體中的塵粒，當(dāng)臨界粒徑與臨界沉降速度為一定值時(shí)，含塵氣體的體積流量與降塵室的底面積及高度有什么關(guān)系？答：成正比3-10當(dāng)含塵氣體的體積流量一定時(shí)，臨界粒徑及臨界沉降速度與降塵室的底面積WL有什么關(guān)系。答：成反比3-15要提高過濾速率，可以采取哪些措施？答：過濾速率方程【3-2】密度為2500kg/m3的玻璃球在20℃解在斯托克斯區(qū)，沉降速度計(jì)算式為由此式得（下標(biāo)w表示水，a表示空氣）查得20℃已知玻璃球的密度為，代入上式得【3-4】有一重力沉降室，長(zhǎng)4m，寬2m，高2.5m，內(nèi)部用隔板分成25層。爐氣進(jìn)入除塵室時(shí)的密度為，黏度為。爐氣所含塵粒的密度為?，F(xiàn)要用此降塵室分離以上的顆粒，試求可處理的爐氣流量。解已知爐氣的密度，黏度塵粒的密度，臨界塵粒直徑假設(shè)為層流區(qū)，求得沉降速度為驗(yàn)算為層流區(qū)爐氣流量為4-3固體、液體、氣體三者的熱導(dǎo)率比較，哪個(gè)大，哪個(gè)?。看穑阂话愎腆w>液體>氣體4-5非金屬的保溫材料的熱導(dǎo)率為什么與密度有關(guān)？答：密度小，則所含的空氣越多，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)低于固體。4-6在厚度相同的兩層平壁中的熱傳導(dǎo)，有一層的溫度差較大，另一層較小。哪一層熱阻大。答：溫差大的熱阻大，熱導(dǎo)率低。4-8輸送水蒸氣的圓管外包覆兩層厚度相同、熱導(dǎo)率不同的保溫材料。若改變兩層保溫材料的先后次序，其保溫效果是否改變？若被保溫的不是圓管而是平壁，保溫材料的先后順序?qū)Ρ匦Ч欠裼杏绊懀看穑簣A筒壁：有影響平壁沒有影響4-11水的對(duì)流傳熱系數(shù)一般比空氣大，為什么？答：按照強(qiáng)制對(duì)流公式4-12為什么滴狀冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)比膜狀冷凝的大？由于壁面不容易形成滴狀冷凝，蒸汽冷凝多為膜狀冷凝。影響膜狀冷凝的因素有哪些？答：在滴狀冷凝過程中，壁面的大部分面積直接暴露在蒸汽中，在這些部位沒有液膜阻礙著熱流，故滴狀冷凝的傳熱系數(shù)可比膜狀冷凝高十倍左右。影響膜狀冷凝的因素有：（1）冷凝液膜兩側(cè)的溫度差當(dāng)液膜呈滯流流動(dòng)時(shí)，若溫度差加大，則蒸汽冷凝速率增加，因而液膜層厚度增加，使冷凝傳熱系數(shù)降低。（2）流體物性由膜狀冷凝傳熱系數(shù)計(jì)算式可知，液膜的密度、粘度及導(dǎo)熱系數(shù)，蒸汽的冷凝潛熱，都影響冷凝傳熱系數(shù)。（3）蒸汽的流速和流向蒸汽以一定的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，和液膜間產(chǎn)生一定的摩擦力，若蒸汽和液膜同向流動(dòng)，則摩擦力將是液膜加速，厚度減薄，使傳熱系數(shù)增大；若逆向流動(dòng)，則相反。但這種力若超過液膜重力，液膜會(huì)被蒸汽吹離壁面，此時(shí)隨蒸汽流速的增加，對(duì)流傳熱系數(shù)急劇增大。（4）蒸汽中不凝氣體含量的影響若蒸汽中含有空氣或其它不凝性氣體，則壁面可能為氣體（導(dǎo)熱系數(shù)很小）層所遮蓋，增加了一層附加熱阻，使對(duì)流傳熱系數(shù)急劇下降。因此在冷凝器的設(shè)計(jì)和操作中，都必須考慮排除不凝氣。含有大量不凝氣的蒸汽冷凝設(shè)備稱為冷卻冷凝器，其計(jì)算方法需參考有關(guān)資料。（5）冷凝壁面的影響若沿冷凝液流動(dòng)方向積存的液體增多，則液膜增厚，使傳熱系數(shù)下降，故在設(shè)計(jì)和安裝冷凝器時(shí)，應(yīng)正確安放冷凝壁面。例如，對(duì)于管束，冷凝液面從上面各排流到下面各排，使液膜逐漸增厚，因此下面管子的傳熱系數(shù)比上排的要低。為了減薄下面管排上液膜的厚度，一般需減少垂直列上的管子數(shù)目，或把管子的排列旋轉(zhuǎn)一定的角度，使冷凝液沿下一根管子的切向流過，4-15同一液體，為什么沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)比無相變化時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)大？答：因?yàn)橄嘧儫岜纫后w的熱容大很多，所以沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)比無相變化時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)大。【4-6】某工廠用的無縫鋼管輸送水蒸氣。為了減少沿途的熱損失，在管外包兩層絕熱材料，第一層為厚30mm的礦渣棉，其熱導(dǎo)率為；第二層為厚30mm的石棉灰，其熱導(dǎo)率為。管內(nèi)壁溫度為300℃，保溫層外表面溫度為40℃。管路長(zhǎng)50m。試求該管路的散熱量。老師在此題中添加一個(gè)條件“無縫鋼管的熱導(dǎo)率為45w/（m·k），答案自己找吧?。。?解【4-7】水蒸氣管路外徑為108mm，其表面包一層超細(xì)玻璃棉氈保溫，其熱導(dǎo)率隨溫度的變化關(guān)系為。水蒸氣管路外表面溫度為150℃，希望保溫層外表面溫度不超過50℃，且每米管路的熱量損失不超過。試確定所需保溫層厚度。解保溫層厚度以b表示已知解得保溫層厚度為保溫層厚度應(yīng)不小于13.3mm【4-17】在一換熱器中，用水使苯從80℃冷卻到50℃，水從15℃解(1)并流操作苯水(2)逆流操作苯水【4-19】用絕對(duì)壓力為300kPa的飽和水蒸氣將體積流量為的苯胺從80℃加熱到100℃。苯胺在平均溫度下的密度為，比熱容為。試計(jì)算：(1)水蒸氣用量；(2)當(dāng)總傳熱系數(shù)為時(shí)所需傳熱面積。解(1)水的比汽化熱，苯胺體積流量，苯胺吸收的熱量為水蒸氣用量(2)計(jì)算傳熱面積A已知，水蒸氣的。水蒸氣133.3苯胺5-4氣液相平衡關(guān)系中，（1）若溫度升高，亨利常數(shù)將如何變化？（2）在一定溫度下，氣相總壓升高，相平衡常數(shù)m如何變化？若氣相組成y為一定值，總壓升高，液相x將如何變化？答：（1）溫度升高，亨利常數(shù)增加（2）總壓增加，m減??；x增加5-5若溶質(zhì)分壓為p的氣體混合物與溶質(zhì)濃度為c的溶液接觸，如何判斷溶質(zhì)是從氣相向液向傳遞還是從液向向氣相傳遞？答：根據(jù)公式與的關(guān)系來判斷，如果>，從氣相向液相傳遞5-9在穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程中，若氣液相平衡關(guān)系符合亨利定律，如何應(yīng)用雙膜理論推導(dǎo)出總傳質(zhì)速率方程式？氣相總傳質(zhì)系數(shù)KY（或液相總傳質(zhì)系數(shù)KX）與氣膜傳質(zhì)系數(shù)ky及液膜傳質(zhì)系數(shù)kx有何關(guān)系？答：氣相傳質(zhì)速率方程，5-10在氣液兩相傳質(zhì)過程，什么情況下屬于氣膜阻力控制，什么情況下屬于液膜阻力控制？答：當(dāng)時(shí)屬于氣膜阻力控制；當(dāng)時(shí)屬于液膜阻力控制補(bǔ)充（思考題）：1、空塔氣速對(duì)填料塔設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用有何影響？2、試用圖解法說明減少吸收劑流量對(duì)出塔吸收液組成和填料層高度的影響。6-7如何應(yīng)用平均相對(duì)揮發(fā)度表示平衡條件下的液相組成x與氣相組成y之間的關(guān)系？答：，6-15精餾塔一般有精餾段與提餾段，他們的作用有什么不同？答：精餾段得到含輕組分較多的產(chǎn)品，提餾段得到含重組分較多的產(chǎn)品。6-16上下相鄰兩層塔板的溫度、液相組成與氣相組成有何不同？答：上板的溫度低于下面板；液相和氣相組成高于下面板。6-19當(dāng)進(jìn)料流量F及組成一定時(shí)，若餾出液流量D增多而釜液流量W減少時(shí)，餾出液的組成及釜液的組成將如何變化？答：由可知，增加，減少。6-20當(dāng)一定時(shí)，若增大，將如何變化？及將如何變化？答：由可知，增加，增加。6-21何謂恒摩爾流量的假設(shè)？其成立的條件是什么？在精餾塔計(jì)算中有何意義？答：（1）恒摩爾汽流恒摩爾汽流是指在精餾塔內(nèi)，從精餾段或提餾段每層塔板上升的汽相摩爾流量各自相等，但兩段上升的汽相摩爾流量不一定相等。即精餾段提餾段（2）恒摩爾液流恒摩爾液流是指在精餾塔內(nèi)，從精餾段或提餾段每層塔板下降的液相摩爾流量分別相等，但兩段下降的液相摩爾流量不一定相等。即精餾段提餾段6-22精餾塔的進(jìn)料狀態(tài)有幾種？他們對(duì)精餾段及提餾段的下降液體流量及上升蒸汽流量有什么影響？答：有五種：冷液進(jìn)料；飽和液體（泡點(diǎn)）進(jìn)料；汽液混合物進(jìn)料；飽和蒸汽（露點(diǎn)）進(jìn)料；過熱蒸汽進(jìn)料。6-27精餾段操作線與提餾段操作線的斜率分別是用什么表示的，是大于1還是小于1，為什么？6-28對(duì)正在操作的精餾塔，增大精餾段的液氣比對(duì)餾出液的組成有何影響？增大提餾段的氣液比對(duì)釜液的組成有何影響？如何增大精餾段的液氣比及提餾段的氣液比？答：增大精餾段的液氣比對(duì)餾出液的組成增加；增大提餾段的氣液比對(duì)釜液的組成降低；增大冷凝器和加熱器的熱負(fù)荷。6-37在、、一定的條件下，進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q值一定時(shí)，若塔頂液相回流比R增大，對(duì)一定分離要求所需理論板數(shù)將如何變化？對(duì)一定理論板數(shù)的精餾塔，若R增大，對(duì)餾出液的組成和