化工原理下册课后思考题答案.docx
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化工原理下册课后思考题答案
化工原理下册课后思考题答案
第六章传热
问题1.传热过程有哪三种基本方式?
答1．直接接触式、间壁式、蓄热式。
问题2.传热按机理分为哪几种?
答2．传导、对流、热辐射。
问题3.物体的导热系数与哪些主要因素有关?
答3．与物态、温度有关。
问题4.流动对传热的贡献主要表现在哪儿?
答4．流动流体的载热。
问题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?
答5．加热面在下，制冷面在上。
问题6.液体沸腾的必要条件有哪两个?
答6．过热度、汽化核心。
问题7.工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作?
为什么?
答7．核状沸腾状态。
以免设备烧毁。
问题8.沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手?
答8．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。
问题9.蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体?
答9．避免其积累，提高α。
问题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?
答10．因Q与温度四次方成正比，它对温度很敏感。
问题11.影响辐射传热的主要因素有哪些?
答11．温度、黑度、角系数（几何位置）、面积大小、中间介质。
问题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？
答12．①相变热远大于显热；②沸腾时汽泡搅动；蒸汽冷凝时液膜很薄。
问题13.有两把外形相同的茶壶，一把为陶瓷的，一把为银制的。
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，这是为什么？
答13．陶瓷壶的黑度大，辐射散热快；银壶的黑度小，辐射散热慢。
问题14.若串联传热过程中存在某个控制步骤,其含义是什么?
答14．该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和，传热速率由该步骤所决定。
问题15.传热基本方程中,推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些?
答15．K、qm1Cp1、qm2Cp2沿程不变；管、壳程均为单程。
问题16.一列管换热器，油走管程并达到充分湍流。
用133℃的饱和蒸汽可将油从40℃加热至80℃。
若现欲增加50%的油处理量，
有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法，以保持油的出口温度不低于80℃，这个方案是否可行？
答16．可行。
问题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?
答17．逆流推动力Δtm大，载热体用量少。
热敏物料加热，控制壁温以免过高。
问题18.解决非定态换热器问题的基本方程是哪几个?
答18．传热基本方程，热量衡算式，带有温变速率的热量衡算式。
问题19.在换热器设计计算时，为什么要限制Ψ大于0.8？
答19．当Ψ≤0.8时，温差推动力损失太大，Δtm小，所需A变大，设备费用增加。
第七章蒸发
问题1.蒸发操作不同于一般换热过程的主要点有哪些?
答1．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；与其它单元操作相比节能更重要。
问题2.提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪?
降低单程汽化率的目的是什么?
答2.不仅提高α，更重要在于降低单程汽化率。
减缓结垢现象。
问题3.为什么要尽可能扩大管内沸腾时的气液环状流动的区域?
答3.因该区域的给热系数α最大。
问题12.吸收塔高度计算中，将NOG与HOG分开,有什么优点?
答12．分离任务难易与设备效能高低相对分开，便于分析。
问题13.建立操作线方程的依据是什么?
答13．塔段的物料衡算。
问题14.什么是返混?
答14．返混是少量流体自身由下游返回至上游的现象。
问题15.何谓最小液气比?
操作型计算中有无此类问题?
答15．完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比。
无。
问题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?
答16．通常，x2max=y2/m，（L/G）min=（y1-y2）/（x1e-x2）。
相平衡和物料衡算。
问题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?
答17．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。
问题18.HOG的物理含义是什么?
常用吸收设备的HOG约为多少?
答18．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。
问题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?
答19．t、x2、L。
t↓，x2↓，L↑均有利于吸收。
问题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?
答20．传热过程数学描述可视作m=1时的吸收过程的情况。
问题21.高浓度气体吸收的主要特点有哪些?
答21．①G、L沿程变化，②非等温，③传质分系数与浓度有关。
问题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?
答22．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。
问题23.化学吸收过程中，何时成为容积过程?
何时成为表面过程?
答23．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
问题1.蒸馏的目的是什么?
蒸馏操作的基本依据是什么?
答1．分离液体混合物。
液体中各组分挥发度的不同。
问题2.蒸馏的主要操作费用花费在何处?
答2．加热和冷却的费用。
问题3.双组份汽液两相平衡共存时自由度为多少?
答3．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。
问题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?
答4．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。
问题5.非理想物系何时出现最低恒沸点,何时出现最高恒沸点?
答5．强正偏差出现最低恒沸点；强负偏差出现最高恒沸点。
问题6.常用的活度系数关联式有哪几个？
答6．范拉方程、马古斯方程。
问题7.总压对相对挥发度有何影响?
答7．P↑、α↓。
问题8.为什么α=1时不能用普通精馏的方法分离混合物?
答8．因为此时y=x，没有实现相对分离。
问题9.平衡蒸馏与简单蒸馏有何不同?
答9．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。
问题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?
答10．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。
问题11.什么是理论板?
默弗里板效率有什么含义?
答11．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。
问题12.恒摩尔流假设指什么?
其成立的主要条件是什么?
答12．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。
问题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?
答13．一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。
问题14.建立操作线的依据是什么?
操作线为直线的条件是什么?
答14．塔段物料衡算。
液汽比为常数（恒摩尔流）。
问题15.用芬斯克方程所求出的N是什么条件下的理论板数?
答15．全回流条件下，塔顶塔低浓度达到要求时的最少理论板数。
问题16.何谓最小回流比?
挟点恒浓区的特征是什么?
答16．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问题。
气液两相浓度在恒浓区几乎不变。
问题17.最适宜回流比的选取须考虑哪些因素?
答17．设备费、操作费之和最小。
问题18.精馏过程能否在填料塔内进行?
答18．能。
问题19.何谓灵敏板?
答19．塔板温度对外界干扰反映最灵敏的塔板。
问题20.间歇精馏与连续精馏相比有何特点?
适用于什么场合?
答20．操作灵活。
适用于小批量物料分离。
问题21.恒沸精馏与萃取精馏的主要异同点是什么?
答21．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。
问题22.如何选择多组分精馏的流程方案？
答22．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。
问题23.何谓轻关键组分、重关键组分？
何谓轻组分、重组分？
答23．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。
问题24.清晰分割法、全回流近似法各有什么假定？
答24．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。
问题25.芬斯克-恩德伍德-吉利兰捷算法的主要步骤有哪些？
答25．①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
问题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?
答1．①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。
问题2.鼓泡、泡沫、喷射这三种气液接触状态各有什么特点?
答2．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。
问题3.何谓转相点?
答3．由泡沫状态转为喷射状态的临界点。
问题4.板式塔内有哪些主要的非理想流动?
答4．液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀流动。
问题5.夹带液泛与溢流液泛有何区别?
答5．是由过量液沫夹带引起还是由溢流管降液困难造成的。
问题6.板式塔的不正常操作现象有哪几种?
答6．夹带液泛、溢流液泛、漏液。
问题7.为什么有时实际塔板的默弗里板效率会大于1?
答7．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。
问题8.湿板效率与默弗里板效率的实际意义有何不同?
答8．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问题的图解求算，而后者没有。
问题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?
答9．因两者定义基准不同。
问题10.筛板塔负荷性能图受哪几个条件约束?
何谓操作弹性?
答10．①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。
问题11.评价塔板优劣的标准有哪些?
答11．①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。
问题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?
答12．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/dx<0）有利，泡沫状态对正系统（dσ/dx>0）有利。
问题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?
答13．①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。
问题14.何谓载点、泛点?
答14．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。
问题15.何谓等板高度HETP?
答15．分离效果相当于一块理论板的填料层高度。
问题16.填料塔、板式塔各适用于什么场合?
答16．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
问题1.萃取的目的是什么?
原理是什么?
答1．分离液液混合物。
各组分溶解度的不同。
问题2.溶剂的必要条件是什么?
答2．①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。
问题3.萃取过程与吸收过程的主要差别有哪些?
答3．①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。
问题4.什么情况下选择萃取分离而不选择精馏分离?
答4．①出现共沸，或α<1.06；②低浓度；③热敏性物料。
问题5.什么是临界混溶点?
是否在溶解度曲线的最高点?
答5．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。
问题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?
答6．能。
萃取相、萃余相各自脱溶后为萃取液、萃余液。
问题7.何谓选择性系数?
β=1意味着什么?
β=∞意味着什么?
答7．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。
问题8.萃取操作温度选高些好还是低些好?
答8．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。
问题9.多级逆流萃取中（S/F）min如何确定?
答9．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。
问题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?
答10．两相极限通过能力；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。
问题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?
答11．uK=uCuD。
+2φ（1−φ）（1−φ）
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。
问题12.何谓界面骚动现象?
它对液液传质过程有何影响?
答12．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。
问题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?
答13．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<0时，ｃ→ｄ（连续相向分散相传质）有利于液滴分散。
问题14.分散相的选择应考虑哪些因素?
答14．应考虑：
dσ/dx的正负，两相流量比，粘度大小，润湿性，安全性等。
问题15．什么是超临界萃取？
超临界萃取的基本流程是怎样的？
答15．用超临界流体作溶剂进行萃取。
等温变压，等压变温。
问题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？
答16．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
问题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？
答1．溶液结晶，熔融结晶，升华结晶，反应沉淀。
溶液的过饱和。
问题2．溶液结晶操作有哪几种方法造成过饱和度？
答2．冷却，蒸发浓缩。
问题3．与精馏操作相比，结晶操作有哪些特点？
答3．分离纯度高，温度低，相变热小。
问题4．什么是晶格、晶系、晶习？
答4．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。
问题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？
答5．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。
问题6．溶液结晶要经历哪两个阶段？
答6．晶核生成，晶体成长。
问题7．晶核的生成有哪几种方式？
答7．初级均相成核，初级非均相成核，二次成核。
问题8．什么是再结晶现象？
答8．小晶体溶解与大晶体成长同时发生的现象。
问题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？
答9．过饱和度ΔC大，有利于成核；过饱和度ΔC小，有利于晶体成长。
问题10．选择结晶设备时要考虑哪些因素？
答10．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。
问题11．什么是吸附现象？
吸附分离的基本原理是什么？
答11．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。
问题12．有哪几种常用的吸附解吸循环操作？
答12．变温，变压，变浓度，置换。
问题13．有哪几种常用的吸附剂？
各有什么特点？
什么是分子筛？
答13．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。
问题14．工业吸附对吸附剂有哪些基本要求？
答14．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。
问题15．有利的吸附等温线有什么特点？
答15．随着流体相浓度的增加，吸附等温线斜率降低。
问题16．如何用实验确定朗格缪尔模型参数？
答16．先将朗格缪尔模型线性化1111，然后实测p、x，确定参数xm、kL。
=×+xxmkLpxm
问题17．吸附床中的传质扩散可分为哪几种方式？
答17．分子扩散，努森扩散，表面扩散，固体（晶体）扩散。
问题18．吸附过程有哪几个传质步骤？
答18．外扩散，内扩散，吸附。
问题19．何谓负荷曲线、透过曲线？
什么是透过点、饱和点？
答19．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。
问题20．固定床吸附塔中吸附剂利用率与哪些因素有关？
答20．传质速率，流体流速，相平衡。
问题21．常用的吸附分离设备有哪几种类型？
答21．固定床，搅拌釜，流化床。
问题22．什么是膜分离？
有哪几种常用的膜分离过程？
答22．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。
问题23．膜分离有哪些特点？
分离过程对膜有哪些基本要求？
答23．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。
问题24．常用的膜分离器有哪些类型？
答24．平板式，管式，螺旋卷式，中空纤维式。
问题25．反渗透的基本原理是什么？
答25．施加的压差大于溶液的渗透压差。
问题26．什么是浓差极化？
答26．溶质在膜表面被截留，形成高浓度区的现象。
问题27．超滤的分离机理是什么？
答27．膜孔的筛分作用，或各组分通过的速率不同。
问题28．电渗析的分离机理是什么？
阴膜、阳膜各有什么特点？
答28．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；
问题29．气体混合物膜分离的机理是什么？
答29．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
问题1.热质同时传递的过程可分为哪两类?
答1．①以传热为主，如直接接触换热；②以传质为主，如增减湿。
问题2.传质方向或传热方向发生逆转的原因和条件是什么?
答2.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。
问题3.热质同时传递的过程极限有什么新特点?
答3.可以θ≠t，p≠pe（如:
大量气，少量水）。
问题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?
答4.t、H、P。
t↑,tw↑；H↑,tw↑；P↓,tw↓。
tas由热量衡算和物料衡算导出，属于静力学问题；tW是传热传质速率均衡的结果，属动力学问题。
问题5.以焓差为推动力计算凉水塔高有什么条件?
答5.忽略液量变化dL，且α/kH≈CH。
第十四章固体干燥
问题1.通常物料去湿的方法有哪些?
答1．机械去湿、吸附或抽真空去湿、供热干燥等。
问题2.对流干燥过程的特点是什么?
答2．热质同时传递。
问题3.对流干燥的操作费用主要在哪里?
答3．空气预热。
问题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?
答4．td≤tW≤t。
φ=100%时，td=tW=t。
问题5.结合水与非结合水有什么区别?
答5．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。
问题6.何谓平衡含水量、自由含水量?
答6．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。
问题7.何谓临界含水量?
它受哪些因素影响?
答7．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↓。
问题8.干燥速率对产品物料的性质会有什么影响?
答8．干燥速率太大会引起物料表面结壳，收缩变形，开裂等等。
问题9.连续干燥过程的热效率是如何定义的?
答9．热效率η＝汽化水分、物料升温需热/供热。
问题10.理想干燥过程有哪些假定条件?
答10．①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。
问题11.为提高干燥热效率可采取有哪些措施?
答11．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。
问题12.评价干燥器技术性能的主要指标有哪些?
答12．①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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