四川大學(xué)化工考研884復(fù)試面試化工原理面試題庫答案

用化工原理解釋“開水不響，響水不開”的現(xiàn)象。水中能溶有少量空氣，容器壁的表面小空穴中也吸附著空氣，這些小氣泡起氣化核的作用。水對空氣的溶解度及器壁對空氣的吸附量隨溫度的升高而減少，當(dāng)水被加熱時(shí)，氣泡首先在受熱面的器壁上生成。氣泡生成之后,由于水繼續(xù)被加熱，在受熱面附近形成過熱水層，它將不斷地向小氣泡內(nèi)蒸發(fā)水蒸汽,使泡內(nèi)的壓強(qiáng)（空氣壓與蒸汽壓之和）不斷增大，結(jié)果使氣泡的體積不斷膨脹，氣泡所受的浮力也隨之增大，當(dāng)氣泡所受的浮力大于氣泡與壁間的附著力時(shí)，氣泡便離開器壁開始上浮。

在沸騰前，窗口里各水層的溫度不同,受熱面附近水層的溫度較高，水面附近的溫度較低。氣泡在上升過程中不僅泡內(nèi)空氣壓強(qiáng)P。隨水溫的降低而降低，泡內(nèi)有一部分水蒸汽凝結(jié)成飽和蒸汽,壓強(qiáng)亦在減小，而外界壓強(qiáng)基本不變，此時(shí)，泡外壓強(qiáng)大于內(nèi)壓強(qiáng)，于是上浮的氣泡在上升過程中體積將縮小，當(dāng)水溫接近沸點(diǎn)時(shí)，有大量的氣泡涌現(xiàn)，接連不斷地上升，并迅速地由大變小，使水劇烈振蕩，產(chǎn)生"嗡,嗡"的響聲，這就是"響水不開"的道理。

對水繼續(xù)加熱，由于對流和氣泡不斷地將熱能帶至中、上層,使整個(gè)溶器的水溫趨于一致，此時(shí)，氣泡脫離器壁上浮，其內(nèi)部的飽和水蒸汽將不會(huì)凝結(jié)，飽和蒸汽壓趨于一個(gè)穩(wěn)定值。氣泡在上浮過程中，液體對氣泡的靜壓強(qiáng)隨著水的深度變小而減小，因此氣泡壁所受的外壓強(qiáng)與其內(nèi)壓強(qiáng)相比也在逐漸減小，氣泡液--氣分界面上的力學(xué)平衡遭破壞，氣泡迅速膨脹加速上浮，直至水面釋出蒸汽和空氣，水開始沸騰了，也就是人們常說的"水開了"，由于此時(shí)氣泡上升至水面破裂，對水的振蕩減弱,幾乎聽不到"嗡嗡聲"，這就是"開水不響"的原因。試舉例說明分子動(dòng)量擴(kuò)散、熱量擴(kuò)散和質(zhì)量擴(kuò)散現(xiàn)象，并闡述三個(gè)過程的物理本質(zhì)和共性特征。動(dòng)量傳遞——在垂直于實(shí)際流體流動(dòng)方向上，動(dòng)量由高速度區(qū)向低速度區(qū)的轉(zhuǎn)移。如：流體輸送，過濾，沉降。熱量傳遞——熱量由高溫度區(qū)向低溫度區(qū)的轉(zhuǎn)移。如：干燥，換熱，蒸發(fā)。質(zhì)量傳遞——物系中一個(gè)或幾個(gè)組分由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的轉(zhuǎn)移。如：吸收，精餾，萃取，吸附、膜分離。傳質(zhì)和傳熱：結(jié)晶、干燥。由此可見，動(dòng)量、熱量與質(zhì)量傳遞之所以發(fā)生，是由于物系內(nèi)部存在著速度、溫度和濃度梯度的緣故。可以用類似的數(shù)學(xué)模型來描述，都可用傳遞方程遵維象方程：物理量的傳遞速率=推動(dòng)力/阻力。牛頓粘性定律、傅里葉定律、費(fèi)克擴(kuò)散定律都是描述分子運(yùn)動(dòng)引起傳遞的現(xiàn)象定律，通量與梯度成正比。簡要闡述通過圓管內(nèi)流體流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測定摩擦系數(shù)的方法。試分析流量增大時(shí)，泵入口真空表與出口壓力表的讀數(shù)會(huì)如何變化？根據(jù)離心泵的特征曲線和管路特性曲線，泵出口閥開大或泵轉(zhuǎn)速減小，管路的流量都會(huì)增加，揚(yáng)程降低。在液面和泵入口截面列伯努利方程，Pa/ρ+u^2/2+gZ1=P1/ρ+u2^2/2+gZ2+hf,流速u2增加，阻力hf增加，則進(jìn)口壓力P1降低，P1=Pa-P真空，所以真空表增加。P1/ρ+u2^2/2+gZ2+he=P2/ρ+u2^2/2+gZ3+hf,P1降低,he降低，P2降低，即出口的壓力表讀數(shù)降低。試從性能參數(shù)、操作方式、適用范圍等方面對離心泵和往復(fù)泵作比較。過3分鐘。啟動(dòng)前先關(guān)閉出口閥原因：全關(guān)時(shí)，軸功率最小，減小啟動(dòng)電流，保護(hù)電機(jī)。停止離心泵時(shí)先關(guān)閉出口閥原因：防止高壓液體倒流入泵損壞葉輪。離心泵的汽蝕現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的？如何避免此現(xiàn)象產(chǎn)生？離心油泵的吸入動(dòng)力是靠吸入液面上壓力與葉輪甩出液體后形成的低壓差。提高泵的安裝高度，葉輪入口處壓力越來越低，若低于輸送液體的飽和蒸汽壓則出現(xiàn)汽泡，氣泡受壓縮后潰滅，葉輪受沖擊而出現(xiàn)剝落，泵軸振動(dòng)強(qiáng)烈，甚至振斷。這種汽化一凝結(jié)一沖擊一剝蝕現(xiàn)象，就稱為汽蝕現(xiàn)象。汽蝕可以采用的方法:(1)合理確定泵的安裝位置，以保證最低壓力處的壓力大于液體的飽和蒸汽壓。(2)提高離心泵本身抗汽蝕性能的措施，例如可以改變?nèi)~輪的進(jìn)口幾何形狀，采用雙吸式葉輪，也可以采用較低的葉輪入口速度，加大葉輪入口直徑。(3)適當(dāng)增大葉片入口邊寬度，也可以使葉輪入口相對速度減少。采用抗汽蝕材料制造葉輪。(4)提高裝置有限汽蝕余量，如減少吸入管路阻力損失，增大吸入罐液面上的壓力用什么方法可調(diào)節(jié)離心泵流量，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)。(1)節(jié)流調(diào)節(jié)法。用泵出口閥門的開度大小來改變泵的管路特性，從而改變流量。這種調(diào)節(jié)方法的優(yōu)點(diǎn)是十分簡單，缺點(diǎn)是節(jié)流損失大。(2)變速調(diào)節(jié)。改變水泵轉(zhuǎn)速，使泵的特性曲線升高或降低，從而改變泵的流量。這種調(diào)節(jié)方法，沒有節(jié)流損失，是較為理想的調(diào)節(jié)方法。(3)改變泵的運(yùn)行臺數(shù)。用改變泵的運(yùn)行臺數(shù)來改變管道的總流量。這種調(diào)節(jié)方法簡單，但工況點(diǎn)在管路特性曲線上的變化很大，所以進(jìn)行流量的微調(diào)是很困難的。(4)汽蝕調(diào)節(jié)法。如凝結(jié)水泵采用低水位運(yùn)行方式，通過凝汽器的水位高低，改變水泵特性曲線，從而改變流量。這種調(diào)節(jié)方法簡單易行、省電，但葉輪易損，并伴有振動(dòng)，有噪聲。(5)軸流泵和混流泵常采用改變?nèi)~輪、葉片角度的辦法，此法調(diào)節(jié)流量十分經(jīng)濟(jì)。水流經(jīng)列管換熱器的管程，水的流速增加，給熱系數(shù)h增加，流動(dòng)阻力△P增加，試給出給熱系數(shù)和流動(dòng)阻力對流速的比例關(guān)系。給熱系數(shù)正比于速度的0.8次方△P=32uul/d^2冬天，手放在空氣中不覺得冷，而放在水中會(huì)覺得很冷，為什么？因?yàn)樵谒锸滞饷嬉粚咏橘|(zhì)是水，空氣中外面一層介質(zhì)是空氣，溫度有差異手會(huì)自動(dòng)向外散熱，水的傳熱系數(shù)h比空氣的傳熱系數(shù)大得多(10/1000)，傳熱快。在水中手的熱量很快就散發(fā)了，手表面溫度就會(huì)迅速降低，達(dá)到水那樣的溫度的時(shí)間要比空氣里面快很多，血液循環(huán)來不及供熱，皮膚就會(huì)感覺到很冷。不凝性氣體的存在對冷凝傳熱有何影響？冷凝器在操作時(shí)是如何消除不凝性氣體影響的？當(dāng)蒸汽冷凝時(shí)，不凝性氣體就會(huì)在液膜表面富集形成氣膜，這樣冷凝蒸汽到達(dá)液膜表面冷凝前，必須先以擴(kuò)散的方式通過這層氣膜，這將導(dǎo)致液膜表面的蒸汽的蒸汽風(fēng)壓及對應(yīng)的飽和溫度下降，相當(dāng)于附加了一熱阻，使對流傳熱系數(shù)大大下降。在高處安裝氣體排放口，殼體的底部有出水口呈錐形，方便冷凝水排出蒸汽冷凝器。典型的傳質(zhì)過程是：等摩爾反向傳質(zhì)和通過停滯分層的傳質(zhì)，請問：氣體吸收屬于哪種傳質(zhì)過程？精餾屬于哪種傳質(zhì)過程？213頁吸收屬于組分A通過停滯組分B的分子擴(kuò)散，及單向擴(kuò)散，在吸收中，A被液體吸收CA>Cai，A組分在氣相的濃度大于平衡濃度，即相界面有濃度差-傳質(zhì)推動(dòng)力，使得氣相中的組分轉(zhuǎn)移到液相中，但沒有液相的組分轉(zhuǎn)移到氣相。精餾屬于等分子反方向擴(kuò)散，當(dāng)摩爾汽化潛熱相等的兩組分混合物蒸餾時(shí)，氣液界面附近即視為等物質(zhì)的量反方向擴(kuò)散，氣相主體通過液面的氣膜擴(kuò)散到液相表面冷凝，放出的熱正好使等量的液相汽化并通過氣膜擴(kuò)散少氣相主體。傳質(zhì)單元高度和哪些因素有關(guān)？傳質(zhì)單元數(shù)和哪些因素有關(guān)？HOG為傳質(zhì)單元高度，單位m,(以氣相總傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算)

傳質(zhì)單元高度相當(dāng)于完成一個(gè)傳質(zhì)單元分離任務(wù)所需要的填料層高度為一傳質(zhì)單元高度HOG，反映填料性能，設(shè)備效能高低。與設(shè)備類型、填料性能，體積吸收系數(shù)和兩相流動(dòng)狀況有關(guān)。NOG為傳質(zhì)單元數(shù)，為一無因次量。(以y-ye為推動(dòng)力)傳質(zhì)單元數(shù)相當(dāng)單位推動(dòng)力驅(qū)動(dòng)傳質(zhì)時(shí)，引起混合氣體組成變化的大小。反映了氣體分離的難易程度、要求。與操作液氣比、相平衡、液氣進(jìn)出口濃度有關(guān)。有一種物料，初始濕含量很高，要求干燥到很低的濕含量，問應(yīng)采用氣流干燥器還是流化床干燥器？請說明理由。388頁選擇流化床干燥器。氣流干燥特點(diǎn)：1.干燥強(qiáng)度大氣速高，物料懸浮于氣體中，對粒度50微米以下的顆粒，可干燥到含水量較低。2、干燥時(shí)間短物料停留時(shí)間不超過5秒，物料溫度不會(huì)升高太多，適合熱敏性物質(zhì)。3、產(chǎn)品磨損大流化床干燥器特點(diǎn)：1、物料在干燥器的時(shí)間可以調(diào)節(jié)，由出料口控制可以得到含水量很低的物質(zhì)，對顆粒大的物質(zhì)，可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)速。不適合顆粒太小的如30微米以下。2、結(jié)構(gòu)簡單、對物料磨損輕、氣固容易分離流動(dòng)阻力小。有一種熱敏性物質(zhì)，當(dāng)物料被加熱到60攝氏度時(shí)就會(huì)變質(zhì)，工廠選用氣流干燥器，采用250攝氏度的氣體作為干燥介質(zhì)，請分析工廠干燥工藝的合理性。提高干燥器進(jìn)口溫度，可以提高傳質(zhì)、傳熱的推動(dòng)力，但為熱敏性物質(zhì)，氣流干燥器中，物料和介質(zhì)接觸的較充分、干燥速率快、時(shí)間短。介質(zhì)溫度可選擇高些，工藝是否合理還要根據(jù)物料守恒和熱量守恒計(jì)算出物流離開干燥器時(shí)的溫度。恒速段物料溫度=濕球溫度，降速階段，熱量用于蒸發(fā)水分和使物料升溫，物料出口溫度=允許最大溫度-（5-10）一在線操作的精餾塔，其他條件一定，加大回流比，塔頂和塔底產(chǎn)品的組成如何變化？試分析之。加大回流比，其他條件不變，精餾段的液汽比增加，提餾段上升的蒸汽量增加，液氣比減小，則塔頂?shù)慕M成Xd增加，塔底的組成Xw減小。所需的理論塔板數(shù)減小。露點(diǎn)溫度和濕球溫度有何不同，試說明之。露點(diǎn)溫度td：在總壓和濕度不變，將不飽和氣體冷卻達(dá)到飽和，此時(shí)的溫度。濕球溫度tw：大量氣體和少量液體長期接觸后，熱質(zhì)同時(shí)反方向傳遞達(dá)到極限時(shí)液體的溫度。絕熱飽和溫度tas：總壓一定，濕氣體絕熱降溫增濕至飽和狀態(tài)的溫度。區(qū)別：露點(diǎn)溫度td時(shí)空氣狀態(tài)點(diǎn)沿等濕線與飽和濕度線相交對應(yīng)的溫度，而濕球溫度tw是空氣狀態(tài)點(diǎn)沿絕熱等焓線與飽和濕度線相交對應(yīng)的溫度，t>tw=tas>td.描述流體流動(dòng)的拉格朗日法和歐拉法有何不同？拉格朗日法是以流體中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)為研究對象，著眼于某個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)，就是說跟蹤質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。通過描述每一個(gè)物質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的位置來表述整個(gè)質(zhì)點(diǎn)系的位置，函數(shù)關(guān)系中自變量是物質(zhì)坐標(biāo)

歐拉法是以流動(dòng)空間中的某一點(diǎn)作為研究對象，質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過這個(gè)空間點(diǎn)時(shí)給以“關(guān)注”，看質(zhì)點(diǎn)在這點(diǎn)怎么運(yùn)動(dòng)，不關(guān)注質(zhì)點(diǎn)到達(dá)前和離開之后怎樣運(yùn)動(dòng)。記錄空間坐標(biāo)系上每個(gè)點(diǎn)所對應(yīng)質(zhì)點(diǎn)的編號，函數(shù)關(guān)系中自變量是空間坐標(biāo)。用來描述物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，即描述不同時(shí)刻物質(zhì)點(diǎn)所相對參考系的位置。何謂穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)？傳熱的方式主要有三種：導(dǎo)熱、對流、輻射。由于物體內(nèi)部分子、原子和電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)，而組成物體的物質(zhì)并不發(fā)生宏觀的位移，將熱量從高溫區(qū)傳到低溫區(qū)的過程稱為導(dǎo)熱。如果溫度僅隨位置變化而不隨時(shí)間發(fā)生變化，則認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，特點(diǎn)試傳熱速率q為常量。管殼式換熱器為何常采用多管程，分程的作用是什么？通常在列管換熱器封頭內(nèi)設(shè)置隔板來實(shí)現(xiàn)多管程，如果流量不變，增加管程則流速增加，對流傳熱系數(shù)h增加，湍流情況下h正比于u^0.8，總傳熱系數(shù)K也增加，工業(yè)上采用來強(qiáng)化傳熱過程。帶來的不利：兩側(cè)流體無相變時(shí)，對流平均推動(dòng)力減小，流動(dòng)阻力增加。全回流操作的特點(diǎn)是什么，有何實(shí)際意義？全回流的特點(diǎn)：1、不出產(chǎn)品、不進(jìn)原料。塔頂蒸汽冷凝后全部回流入塔；塔底液體汽化后液全部返回塔內(nèi)，沒有精餾段和提餾段的區(qū)分。2、回流比無窮大，即為x-y圖的對角線，所需的理論塔板數(shù)最少。3、操作線方程為y=x，斜率為1，上升氣體和下降液體的摩爾流量相等。實(shí)際意義：在生產(chǎn)裝置的開工階段和塔板（或填料）的性能研究中使用。綜合比較板式塔與填料塔的特點(diǎn)，說明板式塔和填料塔各適用與何種場合？兩種氣液傳質(zhì)設(shè)備板式塔適用：塔身較高時(shí)；對液體負(fù)荷有更大的操作范圍，可處理聚合或含固體懸浮物的物料，清洗方便；要移除反應(yīng)熱或溶解熱時(shí)（安裝冷卻盤管）；直徑不小于0.6米；需要有側(cè)出料時(shí)；液體流量小時(shí)；填料塔適用：塔徑小于0.5時(shí)；易氣泡、腐蝕性；熱敏性物質(zhì)；壓降小，對壓力要求低的真空蒸餾；如何選擇萃取操作的溫度？在萃取過程中，稀釋劑與萃取劑的互溶度越小越好，溫度對互溶度有顯著的影響，溫度上升，互溶度增加，使分層區(qū)域減小，溫度特別高時(shí)，分層區(qū)會(huì)消失，使萃取不能進(jìn)行。分層區(qū)與萃取劑的性質(zhì)和溫度有關(guān)，但溫度過低，會(huì)使流體黏度增加，擴(kuò)散系數(shù)減小，不利于傳質(zhì)，應(yīng)結(jié)合萃取傳質(zhì)速度和分層區(qū)因素選擇最佳操作溫度。如何