第0章 绪论
1） 广义地说，凡工业生产的关键环节是_______________，这类生产便归属化工生产范畴。
（答：改变物质组成）
2）为了便于管理及技术交流，很多行业从化工中划分出去，但它们仍属“化工大家族”中的一员。这些行业有_______________等。（答：石油化工，塑料工业，制药工业，硅酸盐工业……）
3）生产工艺学是___________________。（答：研究某一化工产品生产全过程的学科） 4） 化学工程是_____________________。（答：研究化工生产中共性问题的学科）
5）化工生产中虽然化学反应是核心，但前、后对物料的处理大都为物理加工过程。这些对物料的物理加工过程称为___________。（答：单元操作）
6） 介绍主要单元操作的原理、方法及设备的课程叫_______________。（答：化工原理） 7） 物理量=__________×_____________（答：数，单位） 8） 基本单位：长度_______ ,质量_______ ,时间_______ 。（答：m，kg，s）
9） 导出单位：力_______ ,功或能_______ ,功率_______ ,压强_______ （答：N, J, W, Pa） 10) 有的单位前面有“字首” ，这些字首的意思是：k_______ ,c_______ ,m_______ ,μ_______。（答：103,10-2,10-3,10-6）
11）查得30℃水的粘度--μ×105 /Pa·S为80.12,表明μ= ______。（答：80.12×10-5Pa.s） 12）量纲是_____________。如长度单位有 m，cm，mm，km 等，其量纲为________ 。（答：普遍化单位，L）
13）物料衡算是对__________、 __________而言的。[答：一定的时间间隔，一定的空间范围（控制体）]
14）总的物料衡算式为__________________ 。（答：∑Mi－∑Mo= Ma ，各种M的单位均为质量单位，如kg）
15）若无化学反应，对任一组分j，物料衡算式为_____________。（答：∑Mi，j-∑Mo，j= Ma，j） 16）若进、出控制体的物料均为连续流股，各流股的质量流量均恒定，∑Mi=∑Mo,控制体内任一位置物料的所有参量—如温度、压强、组成、流速等都不随时间而改变，则该控制体处于___________过程。（答：定态或称定常态或稳定态） 17）流体粘度的单位换算关系是：cP（厘泊）=0.001Pa·S，则3.5 cP=_______ Pa·S ,0.005 Pa·S = ________cP 。（答：3.5×10-3，5.0）
【分析】3.5cP=3.5cP ×（0.001Pa.S/1cP）=3.5×10-3Pa.S 0.005 Pa.S=0.005 Pa.S×(1cP/ 0.001Pa.S)=5.0cP 式中（0.001Pa.S/1cP及(1cP/ 0.001Pa.S)称为“转换因子”，用于物理量的单位转换。
18）任一物理方程式中各物理量必然单位__________。以离心泵的扬程、流量关系为例，若He=36-0.02V2 (单位He— m ，V-- m3/h),则式中36的单位是_________ ,0.02单位是_____________ 。（答：和谐，m，m/(m3/h2)）
19）某管路特性方程为He’=8.0+8.07×105V2(式中He’—m ，V—m3/s)当以V’[m3/h] 替代V，则该公式改为_______________。（答：He’=8.0+0.06227(V’)2 ）
[分析] 因为1[m3/h]=（1/3600）[m3/h]，所以He’=8.0+8.07×105[V’×（1/3600）]2=8.0+0.06227(V’)2
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20）圆球固体颗粒在流体中作自由重力沉降，在stokes区的沉降速度计算式为ut=g dp（ρs-ρ）/(18μ)。式中 ut—沉降速度，m/s,g—重力加速度，g=9.81m/s2,dp—颗粒直径，m ；ρs—颗粒密度，㎏/m3；μ—流体粘度，Pa·S。当以ut’[cm/s],μ’[cP]分别替代ut与μ，则该公式为_____________。[答：ut’=10-5 g dp2（ρs-ρ）/(18μ’) ]
分析：ut=100ut’ ，cm/s], μ=1000μ’，所以： ut’=10-5 g dp2（ρs-ρ）/(18μ’)
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第一章 流体流动
1） 温度升高，液体粘度______________ ，气体粘度______________。（答：下降，增大） 2） 流体的粘度可通过流体粘性定律τ=μ(dv/dy)=μ(ΔV/Δy)[N/m2](y的取向：令dv/dy为正）
求得。试分析下列情况的τ值。图中A为薄平板或圆筒面的面积（m2)。 （答：F/A, G.sinα/A, G/(πDH)）
3） 理想流体是________________的流体。（答：μ=0，∑hf=0，△V=0） 4） 2.04ml 某液体的质量为2.10g，其密度为_____________kg/m3。（答：1029） 5） 1atm=____ Pa=_______mmHg=_______mH2O
1at=_______ kgf/cm2=_______Pa=________mmHg=________mmH2O（答：1.013×105，760，10.33，1，9.81×104，735.6，10） 6) 外界大气压是753mmHg（绝压）某容器内气体的真空度为7.34×104Pa，其绝压为____Pa,表压为___________Pa 。（答：2.70×104，-7.34×104） 7） 1.60at（绝压），35.0℃的N2(分子量M=28.0)的密度为______ kg/m3（答：1.72） 【分析】根据题给的条件可按理想气体计算密度。ρ=pM/(RT),R=8314J/(kmol.K),不要用T=273+t。
8) 水面压强p0=1atm，水深64m处的压强p=______Pa (p0,p皆为绝压) （答：7.29×105） 9）如右图，U形压差计读数R=______m ,ρHg=13.6×103kg/m3, 不计两液面大气压P的差异。（答：0.119）
10）修正压强pm= _______。在重力场中静止的恒密度流体，只要流体是连通的，则处处流体的pm= ______ 。（答：p＋ρgh，常数）
11）流体在圆管内流动，通常讲的“管流”指的是_______。（答：流体充满管内且流动）
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【分析】如无说明，流体在管内的流动皆为管流。 12）Φ57×3.5mm的圆直钢管，管内充满流动的水，则水的流动截面积A=________m2（答：1.96×10-3）
【分析】Φ57×3.5mm，表示钢管外直径为57mm，管子壁厚为3.5mm，其内径为50mm。 13）ρ=940 kg/m3的液体，以8.60m3/h的流量流过12）题的管内，其平均流速u=____m/s,质量流速G=________(kg/s·m) （答：1.22，1146） 14) 水在Φ60×3mm钢管内流过，流量V=2.75×10-3m3/h，水的粘度μ=1.005cP,则Re=_______ ，流型为_________ 。（答：6.45×104，湍流）
【分析】Re=duρ/μ,当流体流过管内，Re=4Vρ/(πdμ)。前者出现u，后者出现V，此题用后者算比较好。
15）圆直管内流体层流的点流速分布侧型为_______ ,令管子内半径为R,轴心线处点流速为νmax，，则任一点与轴心线距离为r处的点流速ν=________ 。且平均流速u=_______νmax。（答：抛物线，νmax [1-(r/R)2],1/2）
16）流体在圆、直管内湍流的点流速分布规律ν=νmax (____)n,常见的n值为______ 。 （答：1-r/R,1/7） 17）均匀流遇到与其流线平行的静止固体壁面时，与壁面接触的流层质点被固体吸着而流速降为零，流体与壁面间没有摩擦发生，这叫_______现象。由于流体有粘性，受壁面影响而流速降为零的流体层逐渐增厚。若均匀流流速为u0，则，ν<0.99 u0的减速部分称为________。（答：无滑动，边界层）
18)湍流边界层紧邻壁面处存在着_________ 。（答：层流内层）
19）均匀流体流入圆管内，随着流进圆管内距离的增加，边界层不断增大的管段称为________ ,在边界层厚度达到管内半径以后的管段称为_______ ,管流的Re及流速侧型都是指______而言的。（答：进口段，稳定段，稳定段）
20）u2/2 表示每_______流体具有的机械能，u2/（2g）表示每_______流体具有的机械能。 21）流体从1截面流至2截面的过程中，由于流体有_______ ,导致部分流体机械能转变为内能，每kg流体由此损耗的机械能以________表示。（答：kg，N）
22）某液体，ρ=880 kg/m3，μ=24 cP，在Φ57×3mm圆直管内流过，流速u=0.802m/s,则流过20m管子的阻力为_______J/kg。（答：5.38） 【分析】Re=duρ/μ=0.051×0.802×880/(240×0.001)=1500,层流，层流阻力可按海根.泊稷叶公式计算。∑hf=32μul/(ρd2)=32×24×0.001×0.802×20/(880×0.0512)=5.38 J/kg
23）流体在一圆直管内流动，Re=700，若流量加倍，对同一管段来说，阻力消耗的功率为原来的______倍。（答：4）
【分析】原来是层流，流量加倍后，Re=1400，仍属层流。层流：N=∑hf.(Vρ)[w],所以N’/N=(∑hf’/∑hf)(V’/V)=(u’/u)2=22=4
24）量纲分析法是一种指导_______的方法。其依据是任一物理方程必然量纲________。通过量纲分析，可把______间一般不定函数式转变成特征数间一般不定函数式。根据∏定理，“特征数”数=“物理量”数－“_______”数。（答：实验，和谐，物理量，基本量纲）
25）量纲分析法的好处是：①减少_______，大大减轻实验工作量。②在满足流体各物性值均为恒值的条件下，通过实验得到的特征数间的定量关系式可推广应用于其它工质及其它__________的不同尺寸的设备。（答：变量，几何相似） 26）雷诺数表示________力与________力之比。（答：惯性，粘性） 27）由量纲分析法指导实验得到的公式是一种_________公式。（答：半理论半经验） 28）工业上常用的粗糙管有______，_______ ,_______等。（答：水煤气管，无缝钢管，铸铁管）
3
29）工业上常用的光滑管有______，_______ ,_______等。（答：玻璃管，塑料管，黄铜管） 30）计算直管沿程阻力的范宁公式为________。（答：∑hf=λ(l/d)u2/2 J/kg） 31）在湍流区（包括过渡流区），当ε/d一定，随Re增大，λ值先______，然后达到常数。λ=常数的区域称为________区。（答：下降，阻力平方或高度湍流） 32）在高度湍流区摩擦系数λ取决于________ ,与_________无关。若流体在某粗糙管内高度湍流，当流量加倍，对同一直管段来说，阻力将增至原来的________倍。（答：ε/d，Re，4）
33）在湍流区（包括过渡流区），当Re一定，随着ε/d减小，λ值________。ε/d的极限为光滑管。光滑管，当Re=3000，λ=________，此公式称为________公式。（答：减少，0.3164/Re0.25，布拉修斯）
34）流体流过________，________，________等的阻力称为局部阻力。局部阻力总伴随着________现象。计算局部阻力的公式有两种，即hf =________u2 /2 J/kg 及hf =λ（_____）u2 /2 J/kg。（答：弯头，三通，阀门，边界层分离，ζ，le/d）
35）通过管道，将地面管内的水输到敞口水塔水面上方。已知出水口距地面高20m，水流速1.20m/s，管长及局部阻力当量管长 l+∑le 为40m，管内径38mm，摩擦系数λ=0.028输入端管内的表压p1 =_______at。（答：2.216）
【分析】p1/1000=(9.81×20)+(0.028×40/0.038) ×(1.20)2/2 所以，p1=2.174×105 Pa(表压)=2.216 at（表压）
36）水由A水库通过长管道流入B水库，如下图所示管内径为d1 ，输入量为V1 。现欲加大流量，要求V2=2.4V1 ，设管长不变，布拉修斯公式可用，局部阻力不计，采用增大管内径方法解决，则 d2/d1 =________。（答：1.38）
【分析】EＡ－ＥＢ＝∑hf （Ｅ通常表示每千克流体的总机械能。） 因前后情况EＡ和ＥＢ都没有改变，故∑hf，１＝∑hf，２，
２２５２０．２５
∑hf＝８λｌV／（πｄ）＝８×０.３１６４ｌV／｛［４Vρ／πｄμ］２５１７５４．７５πｄ｝∝（V.／ｄ） １７５４．７５１７５４．７５V１.／ｄ１＝V２.／ｄ２所以d2/d1=（V2/V1）(1.75/4.75)=1.38
37）如下图所示，水由A-A截面经向上倾斜异径管流至B-B截面。A、B截面处均流线平行，由A、B截面到U形管的连接管内及U形压差计内指示液上方均为与管内相同的水。已知R=68mm，则 pm,A －pm,B =_______Pa。（答：8.405×103）
【分析】在重力场中流体恒密度条件下，静止流体的Pm为恒值，由此可导出下式： pm,A －pm,B = pm,3 －pm,4= p3 －p4 =（ρHg-ρ）gR=（13.6-1）×103×9.81×0.068 =8.405×103Pa
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38）承37题，若流量不变把管子水平放置，则会发生如下变化：( pm,A －pm,B )_______ 读R_______ ,(pA-pB)________ 。（答：不变，不变，减小） 【分析】 根据
??f?I??f??标???I??标?3.80?2800?840??1000?4.33m3/h840??2800?1000?经验E1恒定A阀门开大????V???hf,1?4?????E4??P4??E5??V3?（1??le）=30/20=?1??le?1??V1?8.14m3/h???H?41.3m1?e，?22pm,A/??uA/2?pm,B/??uB??hf，?hf与管子倾斜角度无关，所以 （pm,A-pm,B）
不变，亦即R不变。
pm,A-pm,B=(pA??gzA)?(pB??gzB)?常量
pA?pB?常量+?g(zB?zA)
当管子由倾斜向上改为水平，(zB?zA)减小，（pA?pB）减小。
39)三根内径相同的直管，管内水流量相同，两侧压点的距离相同，但管子安装方向不同，一根水平，一根倾斜向上，一根倾斜向下，如下图所示，则 R1 ，R2， R3 的关系是________ , △p1、△p2、△p3 的关系是_________ 。（答：R1?R2?R3,p2?p1?p3） 【分析】
pm,1?pm,2?pm,3，?R1?R2?R3
pA?pB?常量??g?zB?zA?，?p2?p1?p3
5
40）某套管，外管内直径为d2，内管外直径为d1，此套管的当量直径de=________。 （答： d2－d1）
41）有时把流体流过一段管路的阻力________。（答：
?hf改用摩擦压降
??pf形式表示，二者关系是
?hf??pf/?）
42）水以1.2m/s流速从圆直等径管内流过，摩擦系数?=0.026，则紧邻管壁处流体剪应力
?w= ______N/m2，在r/R=0.50（R为管半径）处的剪应力?=________ N/m2。
（答：4.68，
pm,1/?=pm,2/???hf?pm,2/???(l/d)u2/2
2.34） 【分析】①
?(pm,1?pm,2)d/l????u2/2
②参看右图，沿管轴线向作1长管段的力的衡算：
??/4?d2?p1?p2????/4?d2l?gsin???w??dl
其中，lsi?n=z2?z1，可整理得
?(pm,1?pm,2)d/l?4?w
③因此，?w???u2/8=0.026?103??1.2?/8?4.68N/m2
④无论层流或湍流的管流，剪应力τ均与该流层距轴心线的距离r成正比，故
2???w?r/R??4.68?0.5?2.34N/m2
dA>>dB。43）如右图所示，当水流向为 A B，U形压差计读数为R1。当流向为B A，
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读数为R2。两者流量相同，均不计AB段直管阻力，只计截面突变阻力，则（答：>）
R1____
R2。
【分析】当dA>>dB,由A?B，?=0.5，由B?A，?=1，局部阻力均按ζuA2/2计。
222A?B：pA/??uA/2?pB/??uB/2?0.5uB/2
22 ??pA?pB?/??1.5uB/2?uA/2 222B?A：pB/??uB/2?pA/??uA/2?uB/2
∴(pB-pA)/ρ= uA2/2
44）45℃的水蒸汽压PV=9.586kPa，PO=1atm，u2=0.60示的能正常虹吸操作的
2gHom/s,Ho?1.5m,则如图所
Hmax=_____m（计算
Hmax时可忽略阻力）。（答：8.81）
【分析】u2?0.602?9.81?1.5?3.25m/s?u3虹吸管正常操作应该管内的水不汽化。令P3=Pv时的H为Hmax，排1-3截面的伯努利方程，得：1.013?10/1000＝
59.81Hmax?9.586?103/1000?(3.25)2/2?Hmax?8.81m
45）两管并联，管1的管长（包括局部阻力的当量管长）、管内径及摩擦系数为l1、d1和
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?1，管2的相应值为l2、d2和?2，则流量比V1V2?______。（答：
5d15/??1l1?/d2/??2l2?）
46）转子流量计对某种流体的操作特性是______，现有一转子流量计，转子密度
?f?2800kg/m33??840kg/m1，其刻度是按20℃的水标定的。当用于的流体，
33.80m/h,则实际流量是________m3/h。读得刻度为（答：恒流速，恒压降，4.33）
【分析】V1=V标??f?I??f??标???I??标?3.80?2800?840??1000?4.33m3/h
840??2800?1000?47）以孔板流量计测量某液体流量，用U形压差计作为测压仪器。若流量加倍且流量改变前后孔流系数C0为不变的常数，则加大流量后U形压差计读数R?为原流量时读数R的_____倍。（答：4）
48）以下是两道判断题。在分析=时，可用E表示某截面每kg液体的总机械能，可略去液体动能。各水槽液位假设不变。 ①当阀A关小，P3____，P4____。（答：升高，降低） [分析]
?hf,4?2?hf,1?3
②原来A，B阀均部分开启，当A阀开大，B阀不变，则V___，P4____，V3___。（答：增大，下降，减少）
[分析]A阀门开大????V??
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经验?hf,1?4E1恒定?????E4??P4??E5??V3?
第二章 流体输送机械
1） 流体输送机械依结构及运行方式不同，可分为4种类型，即________式、_________式、__________式及_________式。（答：离心，往复，旋转，流体作用）
2） 离心泵均采用__________叶片，其泵壳侧形为__________形，引水道渐扩，是为了使______________。（答：后弯，蜗壳，流体动能转化为静压能） 3） 离心泵的三条特性曲线是____________，____________和____________曲线。这些曲线是___________和_____________条件下，由_____________测得的。（答：He~V，Na~V，η~V，一定的流体工质，一定转速，实验）
4） 离心泵铭牌上写的参量是___________时的参量。（答：ηmax）
5） 离心泵启动前要盘车、灌液，灌液是为了防止______________现象发生。（答：气缚） 6） 离心泵停泵要前先关小出口阀，以避免发生易损坏阀门和管道的__________现象。（答：
水锤）
7） 离心泵在长期正常操作后虽工作条件未变，却发生气蚀，其原因一般是______________________。（答：汲入管内壁因污垢沉积造成流体流动阻力增加）
8） 液体容器绕中心轴等角速度ω旋转，如附图所示。液面任一点高度z与该点对轴心线的距离r之间的数量关系是z=________________。（答：ω2r2/2g）
【分析】旋转液体中任一点都满足的方程是：p+ρgz-ρω2r2/2=常量c，如图，取o点为柱坐标原点，在o点处，r=0，z=0，p=p0，所以c= p0，于是，上式可改成p+ρgz-ρω2r2/2= p0，在液面上，p=p0，即ρgz=ρω2r2/2，则z=ω2r2/2g
z P0 r 9） 如下图，用离心泵将水由水槽输入塔内，塔内压强p2=0.2at（表压），汲入及压出管总长及局部阻力当量管长1+∑le=20mm，摩擦系数λ=0.024，则输送每N水所需的外加功He’与流量V的数量关系式为_________________。（答：He’=10.24+4.06×106V2） 【分析】排1-2
截面间伯努利方程：He’=
p2?p08?(1??le)2H??V=
?g?2gd50.2?9.81?1048?0.024?2428.2??2V?10.2?4.06?106V2 51000?9.81?9.81(0.025)式中单位：He’—m，V—m3/s
9
H=8.2m 2 2 2 P2
10） 承9）题，He’表示在9）题条件下，为实现水流量为V[m3/s]的输送，1[N]水必须
_______的外加机械能[J]。9）题导出的He~V关系又称为___________。设λ为常数，此关系的一般式为__________________。（答：得到，管路特性曲线，He’=H0+KV2） 11）承9）题的管路特性方程可改写成He’=10.2+0.313V2[m]（式中：V—m3/h）。如选用的泵的“He~V”关系可表达为He=42－0.01V2[m]，则工作点为___________。 （答：V=9.92m3/h,He=41m）
【分析】泵：He=42－0.01V2，He’=10.2+0.313V2 令He= He’，得V=9.92m3/h，He=41m 注意：V的单位只能统一才能联立求解。
12）承11）题，若略关小出口阀，使1+∑le=30m，设λ不变，则新工作点为___________。（答：V1=8.14m3/h，He，1=41.3m）
【分析】出口阀关小后，与原来的相比，?1??le?1?（1??le）=30/20=1.5，所以K1=1.5K=1.5?0.313=0.47，新的管路特性方程为He??10.2?0.47V
2{管路：H??10.2?0.47V，令H?H?，所以{ V=8.14m/h，H
泵：He?42?0.01Ve2ee1
3
e，1=41.3m
13）承12）题，已知在出口阀关小后V1=8.14 m3/h时泵的效率η=0.62，与原来的V=9.92m3/h相比，因关小阀而多消耗在阀上的轴功率ΔNa=______________。（答：372W） 【分析】参照附图，当阀关小V1=8.14m3/h时，若按原来的管路特性曲线计，只需
He?=10.2+0.313?(8.14)2=30.9m，但因阀关小增加阀的阻力，实际He,1=41.3m，所以因阀关
小而多耗的轴功率
?Na??He?V?g/??(41.3?30.9)?8.14?103?9.81/?3600?0.62??372Wn?/n?V?/V?8.14/9.92?0.822?42?0.01(V/2)2?He??6.2?0.0854V2m?V?m3/h??Hf?KV22Hgmax??p1?pv?/??g???h允-?Hf，汲?0?2.4?3.3??5.7mu2?1/2V?,HT?/???Na??He?V?g/??(41.3?30.9)?8.14?103?9.81/?3600?0.62??372W
10
14）承13）题，若管路及阀门开启度均保持原来情况不变，用减小泵转速的方法使流量降至8.14m3/h，则调节后的转速与原转速之比n’/n=_____________。（答：0.82） 【分析】n?/n?V?/V?8.14/9.92?0.82
15）已知单台离心泵的性能为He=42－0.01V2（V—m3/h），则两台相同的上述的泵串联或并联，其综合的性能分别为He，串=___________，He，并=_____________。[答：242?0.01V2，
??42?0.01(V/2)2]
16）如图，当泵出口阀全开，V=25 m3/h时管路阻力∑Hf=53.4mH2O，则阀全开时的管路特性方程为____________。（答：He??6.2?0.0854VmV?m/h ）
23??【分析】阀全开，
?Hf?KV2，即53.4=K(25)2，所以K=0.0854m/(m3/h)2故阀全开时
2管路特性方程为He??6.2?0.0854VmV?m/h
3??
17）单项选择题：离心泵的安装高度与________。（答：D）
11
（A）泵的结构无关 （B）液量流量无关 （C）汲入管阻力无关 （D）液体密度有关 【分析】当离心泵从低位液槽汲液，液槽的液面压强为P1（绝压），该液体在工作温度下的蒸汽压为Pv，则泵的最大安装高度为
Hgmax??p1?pv?/??g???h允-?Hf，汲
其中允许汽蚀余量?h允与泵的类型，尺寸，转速，流量有关。
18）某离心泵在高原使用，外界大气压p0=8.6 mH2O（绝压），输15℃的水，水的蒸汽压pV=1.707kPa。由工作点查得Δh允=3.5m，可算得汲入管阻力为2.3 mH2O，则最大安装高度为________m。（答：2.63） 【分析】Hgmax?p0/??g??pv/??g???h允-?Hf，汲
?8.6?1.707?103/?1000?9.81??3.5?2.3?2.63m
19）以离心泵由A槽把饱和液体输至B槽。要求流量为16 m3/h。查得该泵在该流量时 Δh允=2.4m，可算得汲入管阻力为3.3m。可判断此泵在该流量时_________发生气蚀。（答：不会）
【分析】饱和液体，即工作温度下液体的蒸汽压pv等于外压p1，于是
Hgmax??p1?pv?/??g???h允-?Hf，汲?0?2.4?3.3??5.7m从附图见，Hg=-8m，因此Hg 20）使用离心泵从此泵的位置更低的液槽汲液，不应在汲入管上装阀以调节流量，原因是_____________。（答：当阀关小时会造成气蚀） 21）往复泵属于__________类型的流体输送机械，常用于流量 _________，压头__________的场合。在固定操作条件下，通过泵体的液体流量是恒定的。当需要调节流量时，不能用调节出口阀的办法，只能用调节___________方法解决。（答：正位移，小，大，旁路阀门） 22）在风机样本中，离心式风机的性能曲线是在一定转速下，规定进口气体密度ρ=_________kg/m3条件下测得的。性能曲线共有4条，即__________、__________、__________和__________曲线。（答：1.2，HT~V,H静~V,Na~V,η~V） 23）若以下标“1”、“2”表示风机的进、出口截面，风机全风压HT为__________。（答：按风机进口截面处气体密度计的每立方米气体流过风机所提高的机械能，J/m3或Pa） 24）在全风压中，往往略去__________项。（答：位能） 25）若风机操作时进风口压强为p1，出风口压强为p2（全为绝压），进风口气体密度为ρ1，出风口气速为u2，则风机的静压强H静=_______，出口动能为_________。（答：P2-P1,u2?1/2） 26）若风机在工作时进风口气体密度为ρ，按此密度计的风机流量为V，实测得风机全风压为HT,为了从风机样本中选择风机型号，须做参量转换。转换关系为：V样本=__________,（HT）样本/1.2=_________。（答：V?,HT?/??） 12 ' ， ， 2第三章 颗粒流体力学与机械分离 1) 正圆柱体颗粒，高h=2mm，底圆直径d=2mm，其等体积当量直径de,v=______mm,形状系数Ψ=________。（答：2.29，0.874） 2) 对某号筛，穿过筛孔的颗粒质量称为________，留在该号筛面上的称为_________。（答： 筛过量，筛余量） 3) 某颗粒群，依颗粒大小的差异，可粗分为三部分，其平均粒径dp,i为1.08，1.52及2.24mm 的部分的质量分数xi相应为0.31，0.55及0.14，设所有颗粒形状系数相同，则按比表面积相等原则算出的颗粒群的平均粒径为________mm。（答：1.41） [分析] dm?1/?(x/dip,i) 4) 由固体颗粒堆积成的固定床，其空隙率ε=____________。[答：(床层体积-颗粒体积)/床层体积] 5) 对于颗粒乱堆的固定床，若颗粒足够小，可认为床层各向同性，即床层内处处_____值 相等，且床层内任一平截面上空隙面积与界面总面积之比（自由截面率）在数值上等于__________。（答：ε，ε） 6) 当流体通过多孔介质，或称流体对固定床的渗流，当雷诺数Re’<2，流动阻力属粘性阻 力时可用柯士尼公示计算流动阻力，该公式可表达为-Δpm=A__ __ __Pa。（式中A为固定床的结构参量，对一定的固定床，A为常量）（答：μ，u，L） 7) 当流体通过多孔介质，在更宽的雷诺数范围内，亦即流动阻力可包含粘性阻力及涡流阻 力时，可用欧根公式计算流动阻力。该公式可表示为-Δpm/L=A__ __+B__ __Pa.(式中A,B为固定床的不同的结构参量，对一定的固定床，A,B均为常量) （答：μ，u，ρ，u2） 8) 为了固、液分离，常用的机械分离方法是________和_______。（答：过滤，沉降） 9) 过滤是以过滤介质（如滤布，滤网）截留________的操作。滤饼过滤是指过滤过程中在 过滤介质上形成滤饼的操作。滤饼在过程中起________作用。在常见的用于固液分离的恒压差滤饼过滤中，随着过滤时间τ的延长，滤饼厚度L_____,过滤阻力（滤液流过滤布及滤饼的阻力）_______，滤液流率dv/d?_________。（v是通过滤布的液量累积量），这是个_________过程。（答：悬浮在流体中的固体颗粒，过滤介质，增加，减小，非定态） 10) 若过滤面积为Am2,经过一段时间的过滤后，得滤液量Vm3,同时生成厚度为Lm的滤饼， 滤饼空隙率为ε，固体颗粒的密度为?p㎏/m3，即可判断截留的固体质量为______㎏，与之对应的液体体积为______m3。当过滤前悬浮液的浓度以Φ㎏固/m3清夜表示，则Φ=__________。[答：LA(1??)?p，V?LA?, LA(1??)?P/(V?LA?) ] 11) 推导液体流过滤饼（固定床）的过滤基本方程式的基本假设是：液体在多孔介质中流型 属_______，依据的公式是________公式。（答：层流，柯士尼） 12) 在过滤速率方程中，对于液体流过过滤介质的阻力的处理方法是，按等阻力原则将其折 合成一层虚拟的厚度为Le的附加滤饼层，该虚拟滤饼层的结构与操作中生成的滤饼的相同。当过滤面积为A，则滤布阻力可用Le或qe表示，Le是__________，qe是_________。（答：与生成ALe滤饼层相应的滤液量，对单位过滤面积生成Le厚的滤饼所对应的滤液量） 13) 以叶滤机恒压过滤某悬浮液，已知过滤时间τ1=5min，单位过滤面积通过滤液量 q1=0.112m3/m2,滤饼厚度L1=2.0mm，当过滤累积时间τ2=10min，累积的q2=0.162 m3/m2,则过滤总共时间τ3=25min时，滤饼厚度L3=______mm。（答：4.66） 13 2[分析]恒压过滤，通式为q?2qqe?K?，代入?1，?2两时刻的值，得 2??(0.112)?2?0.112qe?K?5???? 2?(0.162)?2?0.162qe?K?10????332?32两式联立，解得K?2.93?10m/min, qe?9.32?10m/m 2?3?332对于?3,q3?2?9.32?10q3?2.93?10?25 ?q3?0.261m/m ∵L∝q，∴L3?L1q3/q1?2.0?0.261/0.112?4.66mm 14) 承13）题，若过滤25min便停止过滤，则过滤终了时的瞬时过滤速率 dq/dτ=________m3/(min·m2)。（答：5.42 ?10-3） K2.93?10?3[分析] ???5.42?10?3m3/min?m2 ?3d?2(q?qe)2(0.261?9.32?10)15) 承14）题，若过滤停止后，即洗涤滤饼，洗涤液与滤液粘度相同，洗涤压差与过滤压差 相同，洗涤液量为总滤液量的0.12，则洗涤时间τW=______min。（答：5.78） [分析]对叶滤机，当?w??,??pm,w???pm,E，则 dq(dq/d?)w?(dq/d?)E,??w?0.12?0.261/(5.42?10?3)?5.78min 16) 一个过滤周期包含着过滤、滤饼洗涤及清理三个阶段，三段操作时间依次为τF，τW和τR三者之和为∑τ，其中过滤阶段得滤液量v，则过滤机得生产能力G=_______m3/s.若为恒 压过滤且过滤介质阻力不计，洗涤时?W??,?Pm,W??Pm,E,则当τR=______时，生产能力最大。（答：?/??,?F??W） 17) 在一台板框压滤机中滤框有______种结构类型，滤板有_____种结构类型。（答：一，二） 18) 某板框压滤机对某料浆进行恒压过滤，滤饼充满滤框需22min，现框数加一倍，操作压 力及物性不变，则滤饼充满滤框的时间是_____min。（答：B） （A） 11 （B）22 （C）33 （D）44 19) 板框压滤机，若滤饼洗涤时，?W??,?Pm,W??Pm,E，则 (dV/d?)w=_____(dV/d?)E。 （答：1/4） 20) 以板框压滤机恒压过滤某悬浮液，若滤布阻力不计，悬浮液浓度不变，滤液粘度不变， 仅是操作压差增加一倍，已知滤饼的压缩性指数S=0.35，则对于同一V值，增压后的 滤液流率dV/d?为原来的______倍。（答：1.57） 21?s[分析] dV/d??KA/[2(V?Ve)],K?2?pm/(?ro?) 21) 板框压滤机恒压过滤某料浆，若料浆浓度Φ减小为原来的1/2，设滤布阻力可略，滤饼 比阻系数及其他操作条件不变，可略去滤饼中滤液量，则滤饼充满滤框的时间为原来条件下充满滤框时间的_____倍。（答：2） [分析] L??q/[?p(1??)]，滤饼充满框时，L=0.5框厚=定值，当?值减半，必然q 14 1?s2值加倍。又，K?2?pm/(?ro?，?值减半，则K值加。由q?K?即可判断，?减 半，则?加倍 22) 回转真空过滤机在滤布阻力不计条件下的生产能力G=_____m3/s。（答：nA2?K） 23) 回转真空过滤机若增大转速，优点是________，缺点是_________。（答：增大生产能力， 卸滤饼处因滤饼变薄，刮刀易损坏滤布） 24) 自由沉降是指颗粒在沉降过程中没有同其他颗粒碰撞，而且不受______与_______影响 的沉降。（答：器壁，器底） 25) 重力自由沉降速度ut是颗粒在重力场中，在流体中自由沉降且颗粒受到的______、 _______与______平衡时的恒定速度。（答：重力，浮力，曳力） 26) ρp=2600㎏/m3,dp=0.120mm的光滑圆球在20℃水中自由重力沉降速度ut=_______m/s,水 的?=1.0cp. （答：1.26） [分析]设颗粒沉降属斯托克区 2gdp(?s??)ut?18?dput?9.81?(0.120?10?3)2(2600?1000)??1.26?10?2m/s 18?0.0010.120?10?3?1.26?10?2?1000??1.51?2，计算有效 0.001校核Re,p??27) 以重力沉降室分离某悬浮系的固体颗粒，若要求大于某指定粒径的颗粒全部沉至器底， 其处理能力与设备的_____有关，与______无关。（答：水平面积，高度） 28) 某悬浮系水平流过一重力沉降室，设进沉降室时悬浮系中颗粒分布均匀。当悬浮系离开 沉降室时粒径为dp,c的颗粒正好沉降至器底，此粒径颗粒的自由沉降速度为ut,c,则dp 且自由沉降速度为ut的颗粒的收尘效率为______。（答：ut/ut,c） 29) 评价旋风分离器的主要性能指标是______与_______。（答：粒级效率，压降） 30) 含尘气体通过旋风分离器收尘，为表示其性能，常用的术语“粒级效率”是_________，“分 割粒径d50”是_________。（答：对某指定粒径的颗粒的收尘效率，粒级效率为50%的颗粒粒径） 31) 据早期对旋风分离器的除尘机理研究，认为圆筒部分外旋流是唯一的除尘区，由此导出 的“临界粒径dc”是________。（答：能全部收下的颗粒中的最小粒径） 32) 在散式流化作中，流化床的压降Δpm等于单位床层横截面积上悬浮颗粒的______。流体 空速增大，床层高度______，床层空隙率_______，压降________。（答：净重，增加，增加，不变） 33) 在聚式流化操作中，可能发生的不正常现象是______与________。（答：腾涌，沟流） 34) 起始流化速度由______床的“压降～流速”曲线交点决定，带出速度为最大流化速度，即 颗粒的_______速度。（答：固定，流化，自由沉降） 15 第四章 传热及换热器 1）传热是以_________为推动力的能量传递过程。（答：温度差） 2）传热的基本方式有________、_________、_________三种。（答：导热，对流传热，热辐射） 3）热冷流体热交换的类型有三种，即__________式、_______式及_________式。（答：间壁，直接接触，蓄热） 4）常见的加热剂有_______、_______、及_________等。常用的冷却剂有________、______及________等。（答：水蒸气，热水，矿物油，冷水，空气，冷冻盐水） 5）对某换热设备，单位时间热冷流体间传递的热量称为__________，常以Q表示，单位为W。单位时间、单位传热面积传递的热量称为__________,常以q表示，单位是W/m2。（答：传热热率或热负荷，传热通量） 6）某传热过程测得控制体内某一点位置的温度随时间而变，即可判断该传热过程为________过程。（答：非定态） 7）定态、一维导热、傅里叶定律的表达式是dQ=__________.（答：???dA?dt/dn） 8）导热系数λ的单位是___________。使用此单位时，普通碳钢、不锈钢、空气在常温、常压下的λ值分别为___________、__________、____________。（答：W/(m·℃)，45，16，0.02） 9）对于大多数物质，导热系数λ与温度t（℃）的关系为λt=____________。（答：?o(1?at)） 10）温度升高金属的导热系数λ值__________，液体的λ值__________，空气的λ值___________。（答：减小，减小，增大） 11）面积A=0.05m2，壁厚为3.0mm的金属平壁，其导热系数λ=45W/(m·℃)。若壁的两侧面温度分别为104℃和103.6℃，则传热速率Q=_______W。（答：300） [分析] Q???A??t/??45*0.050*(104?103.6)/(3.0*10)?300W 12)Φ48×3.5mm钢管外包以8mm厚的保温层，保温层的导热系数λ=0.12W/(m·℃)，管内壁及保温层外侧温度分别为120℃及60℃，则每米管长的散热速率Q/L=_________W/m。（答：157） [分析] ?32?(t1?t3)Q2?(120?60)???157W/mL(1/?)ln(d2/d1)?(1/?2)ln(d3/d2)(1/45)ln(48/41)?(1/0.12)ln(64/48)13）对流给热共分为四种类型即_______、_______、_________和_______给热。（答：强制对流、自然对流、液体沸腾、蒸汽冷凝） 14）对于无相变的对流给热，以特征数表示的一般函数式为Nu=f(____,______,______).（答：Re，Gr，Pr） 15) Gr=______ ,表示______热过程的影响。（答：gl??t/v，自然对流运动） 16）Pr=_________,表示_________对给热过程的影响。（答：Cp??/?，流体物性） 17）Nu=___________,表示______________________________________。（答：?l/?，给热速率与相同条件下按导热计的导热速率之比） 18）水从Φ60×3.5mm钢管内流过且被加热，已知水的Pr=4.32，Re=1.44×105,λ=0.634W/(m·℃)，则水对管壁的给热系数α=__________ W/(m·℃). （答：6.613×103） 16 32[分析]当流体从圆直、等径管内流过，当Re>4000，属湍流，Pr＞0.7，流体粘度不大于同温度水的年度的二倍且管子的长，径比1/d>50（如无特殊说明，1/d的条件都满足）的条件下可应用Dittus和Boelter公式。该公式Nu=0.023Re0.8Prn（n=0.4，当流体被加热，n=0.3，流体被冷却）。本题符合上述条件，且流体被加热，故 ??0.023(?/d)Re0.8Pr0.4?0.023(0.634/0.053)(1.44?105)0.8(4.32)0.4?6.613?103W/(m2·℃) 19）承18题，若管子不变，水流速增加至原来的1.5倍，该物性数据不变，则α’=________ W/(m2·℃). （答：9.147×103） [分析] ??0.023(?/d)(du?/?)0.8Pr0.4∝u0.8 ??'??(u'/u)0.8?6.613?103?1.50.8?9.147?103 W/(m2·℃) 20）承19题，若水流量不变，改用Φ68×3mm钢管，物性数据不变，则α’’=________ W/(m2·℃). （答：4.986×103） [分析] ??0.023?4v?0.80.411.8()Pr∝（） d?d?d?''??(d/d'')1.8?6.613?103(53/62)1.8?4.986?103 W/(m2·℃) 21）某流体经过一直管后流入同一内径的弯管，则α 弯 >α直的原因是____________。（答： 在弯管内流体有附加扰流） 22）某金属导线，直径0.50mm，电阻0.16欧姆/m，通过1.6安培电流。导线发热速率Q=I2R[W]。导线外包绝热层，厚0.8mm，其λ=0.16 w/(m·℃)。外围是20℃的空气，空气α=12 W/(m·℃).。过程定态。则金属线与绝热层间界面温度为_____________℃。（答：25.8） [分析]这是有内热源的导热与对流给热串联传热的问题。令导热直径为d1，绝热层外直径为d2，导线外侧温度为t1，绝热层外侧温度为t2，大气温度为to，可建立如下传热速率式： Q??2??L(t1?t2)??(?d2L)(t2?t0)ln(d2/d1) t?tt1?t0t1?t2?20?d1d111ln2ln2?2??Ld1??d2L2??Ld1??d2L2即1.6?0.16?t2?t0 12.101ln?2??0.160.5012??2.1?10?3∴t1=25.8℃ 23)某蒸汽管外包有厚度为δ的绝热材料。现将该保温层划分成厚度为δ/2的内外两层，略去保温层导热系数λ值随温度的变化，则内保温层热阻_______于外包保温层热阻。（答：大） [分析] Q??t (?/2)(?Am,内)?（?/2）(?Am,外)17 因Am,内 25）某小口径钢管，外半径为r1，外壁温度为T，外界空气温度为t0，空气给热系数为α。T>t0,为减小散热，拟在管外包导热系数为λ的保温层，保温层厚δ，保温层外半径为r2。设T、λ均为恒值。在实践中发现，单位管长散热速率Q/L随δ的增大出现先升后降的现象，如附图所示，Q/L最大时的δ为临界保温层厚δc，可推得，Q/L最大时保温层外半径 r2，c=____________。（答：?/?） δ δC [分析] Q/L?Q/L T?t012??lnr21?r12?r2??总温差?t 总热阻R可见，随r2增大，保温层的热阻增大，而空气的给热热阻减小，二者对Q/L的影响相反。可通过R对r2极值以求出r2，c 令 rdRd11?0,即(ln2?)?0 dr2dr22??r12?r2?11111?)(?2)?0即?2r2,c?r2,c?r2,c 得2?r2,c2???r2,c??/?此极限是极大还是极小值，须以二阶导数判定。 d2Rd11?12 ?(?)??dr22dr22??r22??r222??r222??r23d2R?2当r2.c??/?，则丨??0，即当???c时，R为极小亦即Q/L为极大。 2r2.c3dr22??26）大容器内液体沸腾给热随液体过热度△t（即加热壁壁温tw与液体饱和温度ts之差）增 加，可向后出现_______、__________及________给热三种状况。正常操作应在________给热状况。（答：自然对流、泡核沸腾、膜状沸腾、泡核沸腾） 27）承26题，_______给热状况是不允许发生的，若发生则属生产事故，故正常操作的过热度必须严控在________以下。（答：膜状沸腾、临界过热度） 28) 液体沸腾的必要条件是_________和___________。（答：液体过热、有汽化核心） 29）蒸汽冷凝分膜状与滴状冷凝两种类型。于同一蒸汽同一冷凝温度ts，滴状冷凝α值常取 18 为_________ W/(m·℃). （答：大、膜、10000） 30）水蒸汽冷凝，若水蒸汽中混有1%的空气（不凝性气体），其α值会比纯水蒸汽α值下降________%（答：60） 31）蒸汽膜状冷凝凝液在壁面层流流下，若蒸汽饱和温度与壁温之差（ts—tw）增大，则α值__________。（答：减小） g?2?3r1[分析] ??1.13[]4，此公式不必记，但?与(ts?tw)得关系应知道 ?L(ts?tw)32) 靠自然抽风的烟囱，在烟囱内烟气与烟囱壁间的给热是自然对流还是强制对流给热？ 答： 。（答：强制对流给热） 33) 黑体是 。黑体的辐射能力Eb=C0( )4 W/m2,其中C0是黑体的辐射系数，其 值为 W/(m2·K4). （答：吸收率a=1的物体，T/100,5.67） 34) 某种物体在某温度下对任一波长的单色辐射能力与同温同一波长的黑体单色辐射能力 之比Eλ/Ebλ=ε,若ε值不随波长而变，该物体称为 ，ε称为该物体的 。（答：灰体，黑度） 35) 空间有面积分别为A1及A2的两平面，其间相对位置是任意的。角系数?12表示 。 A1?12 A2?21。（答：黑体或灰体的A1平面发出的辐射能中到大A2的平面的分率，=） 36) 两灰体为透热体，则由1面至2面的净辐射传热速率Q12=C0·εs[ ][W]。式中εs为系统 黑度。对于很大的物体2包住凸面物体1，则上式中εs= 。（答： A1?12,[(T1/100)4?(T2/100)4],?1） 37) 设有温度分别为TA和TB两平行平面，TA>TB,为减少辐射传热，在两平板间设置几块平行遮热板，所有板的黑度相等，各板面积相同，间距很小，则设置遮热板后的辐射传热速率为未装遮热板时 。（答：1/(n+1)） [分析]两平行板间：q1?2?c0??s[(本题条件下，?s?[T14T)?(2)4] 1001001?1?1?2?1]?1=常数 TA4T)?(B)4] 100100T4T4装遮热板后 qA?1?c0??s[(A)?(1)] 100100T4T4 q1?2?c0??s[(1)?(2)] 100100未装遮热板 qA?B?c0??s[( ……… Qn?B?c0??s[(Tn4T)?(B)4] 100100∵ qA?1?q1?2?......?qnB?(n?1)qA?1?qA?B ∴ qA?1?qA?B/(n?1) 38) 用热电偶测量某管道内流动气体的温度。由仪表中读得热电偶温度为780℃ 。热电偶的 19 黑度为0.06，输气管管壁温度为600℃ 。气体的给热系数为65W/(m2.℃ )若把热电偶温度视为气体温度，按绝对温度计算的相对误差是______。减小测温误差的方法有_______。（答：-24.4%，热电偶外装遮热罩及减少输气管的散热速率等） ?热电偶????管壁。在过程定态，即热电偶温度[分析]管内传热情况为：气体???恒定条件下，令气体、热电偶及管壁温度分别为Tg，T1，Tw，热电偶的黑度为?1，则下士 给热辐射（Tg-T1）=?1c0[(成立：?T1100T)4?(w100)4] 即65[Tg-(273.2+780)]=0.60*5.67[(273.2?780)4?(273.2?600)4] 100100∴Tg=1392.9K=1120℃ 故测温相对误差=（780+273.2-1392.9）、1392.9=-24.4% 39) 常见的间壁式换热器有以下类型：_____式，_____式及____式等。（答：套管，列管，板，螺旋板，热管…任写三种） 40) 用套管换热器以冷水使饱和甲苯蒸汽冷凝为饱和液体。甲苯走环隙，温度T=100℃ ，流量Wh=2200kg/h，其冷凝潜热rh=363kJ/h，冷凝水走内管内，进出口水温分别是t1=15℃ ，t2=43℃ ，水的比热Cp.c=4.174kJ/(kg.℃ )。则该换热器的热负荷Q=______kJ/h,平均传热温差△tm=_____℃ 。（答：7.986×105，6.833×103，70.07） [分析]Q=Wh×rh=2200×363=7.986×105 kJ/h 又Q=Wc·Cp，c（t1-t2）即7.986×105=Wc×4.174（43-15） 所以Wc=6.833×103kg/h 因为△t1=100-15=85℃，△t2=100-43=57℃ 所以△tm=（△t1-△t2）/Ln（△t1/△t2）=（85-57）/Ln（85/57）=70.07℃ 41) 承40）题，已知内管规格为Φ57×3.5mm，内管内冷凝水给热系数αi=3738W/(m2.℃ ),环隙中甲苯冷凝的给热系数α0=5200W/(m2.℃ ),若略去管壁及污垢热阻，则以内管壁面为基准的传热系数Ki=_______W/(m2.℃ ),该换热器的长度L=________m。（答：2292，7.68） [分析] d111150??i,即?? Ki?i?odoKi37385200?57所以Ki=2292 W/(m2.℃ ) 又Q?Ki(?diL)??tm，即7.986?10(1000/3600)?2292(??0.050L)?70.07 所以L=8.8m 42) 承41）题， 若其它条件不变，只是因气候变化，冷水进口温度为20℃，设物性数据不变，则冷水出口温度t2'=______℃。（答：46.5） [分析]对于热流体侧为蒸汽冷凝，有相变且热流体温度T保持不变，而冷流体侧则无相变，有温度变化的情况，可运用如下等式： 5Wc?Cp,c(t2?t1)?KiAi[(T?t1)?(T?t2)]/lnT?t1?KiAi(t2?t1)/lnT?t2T?t1T?t2 20 所以Wc?Cp,clnT?t1?KiAi T?t2原来：Wc?Cp,cln后来：Wc?Cp,cln100?15?KiAi Wc，Cp,c，Ki，Ai均前后不变 100?43100?20?KiAi '100?t2100?15100?20'?,所以t2?46.4℃ '100?43100?t2前后情况对比，得 43) 列管换热器有三种类型，即：_____式，_____式及____式。（答：固定管板，U形管，浮头） 44) 列管换热器内设置折流板的目的是___________。（答：增大壳程流体流速，使尽量多的壳程流体可垂直流过管束，使其给热系数增大） 45) 折流板有两种形式，即_____式和_____式。（答：圆缺形，盘环形） 46) 某单管程，单壳程列管换热器，壳程为水蒸汽冷凝，蒸汽温度为T=140℃，管程走空气，由t1=20℃升至t2=90℃。若将此换热器改为双管程，空气流量不变，设空气物性不变，空气原来在管内湍流，管壁及污垢热阻均可略去，改为双管程后换热管数不变，则改为双管程后空气出口温度t2'=______℃。（答：113.9℃） [分析]原来：Wc?Cp,clnT?t1?KiAi T?t2T?t1?Ki'A T?t2' 后来：Wc?Cp,clnT?t1T?t2'Ki'?两式相除，得，由于水蒸气冷凝?h》空气?c，且管壁及污垢热阻不计，故 T?t1KilnT?t2lnKi'?c'，又由于空气在管内均为湍流，且改成双管程后，空气在管内的流速为单管程的?Ki?c?c'2倍，故?20.8 ?c140?20140?t2''?20.8，∴t2因此，=113.9℃ 140?20ln140?90ln47) 螺旋板换热管的特点是_______。（答：因时弯曲通道，比起直通道，在其他条件相近时，传热系数较大，热冷流体逆流换热，平均温差大，紧凑，不易堵塞，但坏了不能修） 21 48) 如下图，当Wc下降，其他不变，则______（答：A） t2 Wh,T1 Wc,t1 A)Q ,t2 ,T2 B)Q不变,t2 ,T2 均不变 C) Q ,t2 ,T2 D）Q ,t2 ,T2 直接间接[分析] Wc??????0?????Ki????T2????Q? T2 （幅度大） （幅度大） （幅度小） （幅度小） （幅度小） 又Q=Wc?Cp,c(t2?t1)，可判断，t2必然上升 ? ? ? （幅度小） （幅度大） 49）有一加热釜，内有Wkg比热为Cp的液体。用蛇管加热器加热液体，蛇管内通温度为T 的饱和蒸汽，凝液为饱和水。釜内有搅拌器，故液体温度均匀。蒸汽与釜液之间传热系数为K1，蛇管换热器面积为A1。外界空气温度为t0，釜液与外界空气的传热系数为K2，釜液温度升至tmax时，便维持恒温。写出釜液升温阶段有t1升至t2所需时间的计算式及计算tmax的计算式。（答：①在釜液升温的非定态过程，在dt时间内） dQi?dQ0?dQa 即 K1A1(T?t)d??K2A2(t?t0)d??W?Cp?dt 或 [K1A1(T?t)?K2A2(t?t0)]d??W?Cp?dt ?t2所以 ??d??W?Cp0?dt ?(K1AT1?K2A2t0)?(K1A1?K2A2)tt1②釜液温度为tmax时，过程定态，Qi?Q0 则 K1A1(T?tmax)?K2A2(tmax?t0) 22 第六章 气体吸收 以下讨论只限于单组分吸收或解吸，即气相中只含有溶质气体A及惰性气体B。气相中A的摩尔分数以y表示，液相中A的摩尔分数以x表示。设惰气完全不溶于液相，吸收剂完全不挥发。 1）吸收是_____________的过程。（答：气体溶解于液体） 2）吸收最广泛的用途是通过适当的吸收剂以_________________。（答：分离气体混合物的组分） 3）对吸收剂的要求主要是________________。（答：对欲吸收的溶质气体溶解度大，选择性好，溶解度对温度改变的变化大，挥发度小，无毒，价廉，易得） 4）二元气相物系，分子扩散系数DAB与DBA的关系是：DAB_____________DBA。（答：=） 5）气相分子扩散系数DAB值正比于绝对温度T的_______次方，反比于绝对压强P的______次方。（答：1.5，1） 6）液相分子扩散系数DAB值正比于绝对温度T的_______次方，反比于液相粘度μ的______次方。（答：1，1） 7）以JA,JB表示组分A,B的分子扩散通量，以NA,NB表示A,B的传质通量。在精馏操作中，|JA|______|JB|，NA________JA。（答：=，=） 8）在吸收过程，存在着_____流动，NA________JA，|JA|______|JB|。（答：主体，>，=） [分析]理想气体恒温恒压意味着单位体积气体的摩尔数恒定。当二元气体物系在恒温恒压下A、B分子相向扩散，必然是彼此填补对方移动腾出的空间。这好比一个公共汽车内车尾的乘客在下一站就要下车前，在向中门移动过程中同不下车的乘客“调一调”位置，彼此相向移动，但摩尔密度不变。这就是|JA|=|JB|。无论是吸收或精馏，只要是二元物系满足上述条件，|JA|=|JB|的结论都成立。如果公共汽车正面对红灯停车，则|JA|= NA，如精馏过程；如果公共汽车正在缓缓向前行驶靠站，使站台上等车的乘客认为B并无位移，这就如吸收过程。显然，站台上的人看到A的位移通量比A相对于公共汽车的位移通量大，即NA>JA，以上仅是个比喻，很粗略，仅适合二元物系 9）在气相中进行着组分A由1截面至2截面的分子扩散，组分A在1，2截面的摩尔分数分别是y1与y2.则“漂流因子”之值=________。（答：1/(1?y)1,m，1/(1?y)1,m是（1-y1）与（1-y2）的对数平均值） 10）对一定气液体系，温度升高，溶质气体的溶解度________，相平衡常数m=______。（答：下降，增大） 11）已知亨利系数E，总压P, 两者单位相同，则相平衡常数m=_______。（答：E/p） 12）以水吸收空气，SO2混合物中的SO2，已知m=20.17，y=0.030，x=4.13×10-4，当以△y为推动力，则y-y*=______,当以△x为推动力，则x*-x=_______。（答：2.17×10-2，1.07×10-3） 13）在对流扩散的吸收过程，在气相侧，A的扩散通量NA=k（，在液相侧，NA=k（。yy-yi）xxi-x）式中下标i表示气液界面。已知相平衡常数为m，则以△y为推动力的相际总传热系数Ky的计算式为：1/Ky=_______，以△x为推动力的相际总传热系数Kx的计算式为1/Kx=_______。（答：1/ky+m/kx,1/kx+1/(mky)） 14）在吸收过程中，当气相阻力>液相阻力，（气相阻力/总阻力）可用_____或_____表示。当液相阻力>气相阻力，（液相阻力/总阻力）可用_____或_____表示。（答：Ky/ky,(y-yi)/(y-y*),Kx/kx,(xi-x)/(x*-x)） 15）双膜理论的要点是：?临近界面的气液流动必为层流；?可把层流适当延伸，使之包含了湍流及过度流的传质阻力。这种延伸的层流层称为“虚拟层流膜”。可认为界面上气液处于 23 平衡态。于是，吸收阻力全在于气液两层“虚拟层流膜”上。?__________。（答：若操作条件固定，则设备内进行着定态传质） 16）某逆流填料吸收塔，塔截面积为0.8m2，在常压，27℃下处理混合气流量为1200m2/h，则气体的摩尔通量G=______kmol/（h·m2）。（答：60.91） [分析]根据pv=nRT公式，把v的单位看成m3/h，n的单位看成kmol/h 17）低浓度气体吸收的特点是：______。（答①全塔气液摩尔通量G、L均为常量；②全塔等温吸收；③ky,kx在全塔均为常量） 18）在填料吸收塔或解吸塔中，操作线表示________。（答：同一塔的横截面上气相浓度y与液相浓度x之间的数量关系） 19）某吸收操作情况如附图所示。已知y*=1.5x，则（L/G）与（L/G）min的比值β=_____。（答：1.278） x (L/G)min y?1.5 y2=0.0040 x2=0 y1 y 4m y2 y1=0.020 x1=0.0090 [分析]当y1，y2，x2，m以及G已定的条件下，液体喷淋通量L愈小，则x1愈大。L为最小极限值Lmin时，x1增大到愈y1在塔底平衡的x1*，此题， *(L/G)min?(y1?y2)/(y1/m)?(0.020?0.0040)/(0.020/1.5)?1.20， L/G?(0.02?0.004)/0.0090?1.78，∴??1.48 20） 在常压逆流填料吸收塔中，以清水吸收空气与某可溶组分A的混合气中的A，y1=0.03，吸收率η=0.95，已知解吸因数为0.80，物系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.030，则x1=_____。（答：0.0228） [分析]一般相平衡常数m值是可查的，是已知值，但此题却以“与入塔气体成平衡的液相浓度为0.030”间接给出了m，一般（mG/L）值是m与L/G均已知后算得得，但此题却把（mG/L）作为已知值给出。像这样的考察基本概念及解题技巧的题并不多见。∵m=y1/x1*=0.030/0.030=1.0，mG/L=0.80，∴L/G=1.25，又，y2=y1(1-?)=0.030×（1-0.95）=1.5×10-3，由L/G=（0.030-0.0015）/x1=1.25，∴x1=0.0228 21） 在逆流填料吸收塔中，以纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质气体，已知气相摩尔通量G=60.91kmol/(h·m2)，气相体积总传质系数Kya=100kmol/(h·m3)，填料层高4.0m，体系符合亨利定律且吸收因数为1.20，则吸收率η=______。（答：0.9226） [分析]此题H=4.0m，HOG=G/Kya=60.91/100=0.6091m，所以NOG=4.0/0.6091=6.567，接下去就是以NOG求?。计算NOG的吸收因数法比对数平均浓度差法用得更多。下列公式应熟记： NOG?y?mx2mG1ln[(1?mG)1?] （x2≠0） LLmGy2?mx21?L24 NOG?11ln[(1?mG)?mG] （x2=0） LL1??1?mGL代入数据后，可解出?=0.9226 22） 某厂使用填料塔，以清水逆流吸收混合气中的有害组分A，已知填料层高8.0m，y1=0.060，y2=0.0080，x1=0.020，y*=2.5x。该厂要求尾气排放浓度降至0.0050，准备另加一个塔径、填料与原塔相同的填料塔，二塔串联操作（气液均串联），气液流量及进塔浓度均不变，则新加塔的填料层高度为________m。（答：4.66） [分析]原塔，L/G=（0.060-0.0080）/0.020=2.60，mG/L=0.9615，?=0.8667，由吸收因数法算得NOG=5.80.两塔串联后的操作从效果上看相当于在原塔基础上增加填料层高度。因前、后情况的HOG相等，故H’/H=NOG’/NOG。在后来情况mG/L=0.9615，?’=0.9617，由吸收因数法算得，NOG’=9.175，则H’=H·(NOG’/NOG)=8.0×9.175/5.80=12.66m，新增塔的填料层需4.66m 23） 在气相控制的逆流吸收塔中，若气、液流量保持原比例不变且同时增大，其他条件不变，则η_______。（答：减小） [分析]所谓气相控制，一方面表示1/ky》m/kx，Ky＝ky，另一方面表示ky∝Gm，ky与L无关。因ky∝Gm中的m恒小于1，故随着G增大，HOG增大。所谓其他条件不变，指仍未原塔H，m，y1，x2均不变。又因此题规定L/G不变，故前后操作线平行，而且操作线的两端点都在y=y1和x=x2两条直线上。因后来情况NOG减小，其操作线只能比原来更远离平衡线，使y2增加，故?减小。如果此题改为液相控制，分析方法一样，得出的结论也一样。所不同的是，是采用了H=HOL·NOL公式，Kx等于kx，kx∝Ln，n<1，kx与G无关。L增大，HOL增大，NOG减小。可见，虽吸收有气相与液相控制两种情况，一般只需掌握对气相控制问题的分析方法。相同方法可用于液相控制问题，无需作二者平行的介绍 24） 某气相控制逆流吸收塔，若其他操作条件不变，只是操作压强增大。设亨利系数与压强无关，则y2_______，x1_______。（答：减小，增大） [分析]m=E/P,P增大则m变小，若y2’=y2，又L/G不变，则操作线不变。显然，在p增大后，此操作线与平衡线间的距离拉开了，NOG’减小了。再考察p对HOG的影响。HOG=G/Kya，1/Kya=1/kya+m/kxa，又，p对ky、kx均无影响。可见，只有m受p影响。但在气相控制情况下，液相阻力可略，因而可判断，HOG与p无关。既然H，HOG在增压后均不变，则NOG亦不变，要满足这条件，只可能是上述操作线向下平移的结果，即y2’ [分析]此题情况，塔顶进液浓度x2不变，塔底进气浓度y1不变，故操作线的两点必在x=x2及y=y1两直线上。当G增大，L不变，设x1’=x1，由于L/G变小，操作线成“a线”，显然NOL’ 28）逆流吸收，A=0.5，若填料层无限高，则必会在塔______平衡。（答：底） [分析]A=（L/G）/m，表示操作线斜率与平衡线斜率之比，A=0.5，则（L/G） 25 29）某填料塔，用纯的洗油逆流吸收空气中的苯，已知y1=6.0%，y2=0.50%，x1=0.20，y*=0.20x，为了改善填料润湿情况，拟采用吸收剂循环流程，设气体处理量G及纯洗油用量L不变，吸收率不变，其他操作条件不变，令θ为循环液与纯洗油的摩尔流量之比，则最大的θ值为_______。（答：0.143） [分析]依题意，最大循环液量时相当于塔顶平衡，即混合后进塔液体浓度x0与y2平衡，故x0=y2/m=0.0050/0.20=0.025 混合： ?x1+ x2=（1+?）x0 ，即0.20?+0=（1+?）×0.025 所以最大?=0.143 30） 以洗油吸收苯的吸收与解吸联合流程如附图所示。已知吸收塔内y*=0.125x，L/G=0.18，气相控制，解吸塔内，G / L =0.40，y*=3.16x，液相控制，则x1=_____，吸收塔NOG=_______，解吸塔NOL=_______。（答：0.106，5.519，7.180） 贫油 富油 y4 x2=0.0060 x4 y2=0.00200 2 4 吸解 收吸 塔 塔 3 1 x1 含苯煤气 x3 过热蒸汽y3=0 y1=0.020 [分析]吸收塔内：L/G=0.18=（0.020-0.0020）/（x1-0.0060），∴x1=0.106，mG/L=0.6944 y?mx2mG1ln[(1?mG)1?]LLmGy?mx1?22L10.020?0.125?0.0060?ln[(1?0.6944)?0.6944] 1?0.69440.0020?0.125?0.0060?5.519NOG?解吸塔内：A=L/(mG)=0.7911 NOL??x?y/m1ln[(1?A)43?A]1?Ax3?y3/m10.106ln[(1?0.7911)?0.7911] 1?0.79110.0060?7.18031）承30）题，含苯煤气及过热蒸气流量均不变，把液体循环量增加一倍，其他操作条件不变，已知解吸塔内Kxa?L0.66，则x2=_____，x1=_____，y2=_______。（答：0.02733，0.07256，3.717×10-3） [分析]液体循环量增大后，x1,x2,y2,y4均未知，须有4个独立方程才能解出，按题意，y4不必求，则需排出3个方程，以下是3个方程式： a)吸收塔 L/G=0.36，mG/L=0.3472 26 L/G=0.36=（0.020-y2）/（x1-x2）…………① NOG?5.519?b)解吸塔：A=1.582 ''HOL'/HOL?NOL/NOL?(L'/L)0.34?20.34?7.180/NOL0.020?0.125x21ln[(1?0.3472)?0.3472]……② 1?0.3472y2?0.125x2?N'OL?5.672(以下去掉“'?)x1ln[(1?1.582)1?1.582] 1?1.582x2 NOL?5.672? 即 x1=2.655x2……………………………………………….③ 把③式代入①式，得y2=0.020-0.5958x2……………………………….④ 将④式代入②式，得x2=0.02733，由此可得，x1=0.07256, y2=3.717×10-3 27 第七章 液体蒸馏 本章只讨论A、B二元体系，汽相中易挥发组分A的摩尔分数以y表示，液相中则以x表示。在精馏操作中，进料、塔顶产品及塔底产品摩尔流量分别以F、D和W表示，回流比以R表示。A对B的相对挥发度以α表示。 1）蒸馏分离的依据是 ________________。（答：不同组分挥发能力存在差异） 2) 以汽液平衡时的y、x表示A对B的相对挥发度，则αAB=_______________ 。（答：[y/(1-y)]/[x(1-x)]） 3) 精馏操作的特点是______________。（答：塔顶有液相回流） 4) 精馏操作时，在塔板上汽液接触的泡沫层中，液相进行着_______，汽相进行着_______。（答：部分汽化，部分冷凝） 5）精馏操作对于非加料、非出料板，恒摩尔流假设的基本条件是____________。（答：绝热，饱和液体及饱和蒸汽流进塔板，A，B两组份的摩尔汽化潜热相近，饱和液体的摩尔焓与组成无关） 6) 精馏段操作线方程的推导，须以_________为控制体，并对组分A作_________求得。（答：精馏段上面部分塔段与冷凝器，物料衡算） 7）对于板式塔，操作线方程表示_____________。（答：一块塔板的上侧或下侧的y与x间的数量关系） 8）A、B混合物j的热状态参数q的定义是q=_____________（以I、i分别表示饱和蒸汽与饱和液体的摩尔焓，以ij表示该混合物的摩尔焓）（答：(I-ij)/(I-i)） 9）过冷液体q__1，过热液体q___1（答：>，<） 10）对于单股进料，无侧线出料的精馏塔，q线表示_________。（答：在Zf，q，xw，xD已定的条件下，随R的改变，精馏段与提馏段操作线交点的移动轨迹） 11）“苯-甲苯”精馏分离操作，已知xf=0.35,q=1,xD=0.88,xW=0.0442,R=1.96,泡点回流，则精馏段操作线方程为__________,提馏段操作线方程为____________。（答：yn+1=0.662xn+0.297，ym+1=1.585xm-0.00259） 12）已知某精馏塔操作为饱和蒸汽进料，泡点回流，其操作线方程如下：精馏段y=0.7143x+0.2714，提馏段y=1.25x-0.01，则其R=_______,xD=_______xW=_______yf=________。（答：2.5，0.95，0.04，0.6466） [分析]对精馏段操作线方程，由R/(1+R)=0.7143可解出R，由xD/(R+1)=0.2714可解出xD。对提馏段操作线方程，因通过(xw，xw)这一点，可解出xw。此外，两操作线交点(xq,yq)必与q线y=yf相交，可解出yf。 13）某精馏塔，F=100kmol/h，Xf=0.41,XD=0.95，XW=0.05，则D=______kmol/h（答：40） [分析]D/F=(xf-xw)/(xD-xw)。这是杠杆规则对全塔的一种应用，杠杆规则只用于一分为二的情况。 14）某二元物料精馏分离，已知F=100kmol/s,xf=0.40,xD=0.90,xW=0.010,泡点回流，V=130kmol/h,则R=______。（答：1.967） [分析]已知F，xf，xD，xw→D=43.82kml/h；因进料q=1，故V’=V=(1+R)D，可算得R=1.967。 15） 若精馏塔回流进塔的液体是过冷液体，该回流液的q以qR表示，则精馏段液相摩尔流量L___________于全凝器回流液相的摩尔流量LR,且L/LR=________。（答：大，qR） 16） 理论板是_________________。（答：一种假想的塔板，离开该塔板的汽液相达到平衡） 17） 除理论板外，______________亦各自相当于一块理论板。（答：蒸馏釜，分凝器） 18） 理论板的概念不仅适用于非加料、非出料板。而且适用于_________板。（答：加料或出料） 19） 全回流操作的特点是______________________。（答：F=0,D=0,W=0，塔顶全凝器的冷 28 凝液全部回流进塔，操作线即y-x图的对角线，不分精馏段与提馏段，分离程度最大） 20）某二元混合物进行全回流精馏操作，塔板均为理论板，已知α=3.0，xn=0.3，yn-1=________。（答：0.794） [分析]参看右图，因为是理论版，所以yn与xn平衡，yn-1与xn-1平衡，又因为是全回流操作，操作线为yn=xn-1。根据此两重关系，即可由xn算出yn-1。 21）“苯-甲苯”混合液，组成xf=0.44，经闪蒸分成组成分别为y与x的平衡汽、液相，汽、液相摩尔流量比为1/2，已知α=2.50，则x=_________。（答：0.365） [分析]在经闪蒸后生成的汽液混合物中，令q表示液相占汽液混合物的摩尔分数，此q值与该汽液混合物的热状态参数q在数值上是相等的。 由xf=qx+(1-q)y，可得y=qx/(q-1)-xf/(q-1)。此式与q线方程是相同的，根据y=2.50x/(1+1.50x) y?2/30.44x???2x?1.32 2/3?12/3?1联立，可解得x=0.365。 22）“苯-甲苯”物系进行精馏操作，进料Zf=0.44。进料为汽液混合物，其中汽/液（摩尔比）=1/2，要求xD=0.96，已知α=2.50，则Rmin= 。（答：1.64） [分析]这是求最小回流比的基本题，只需求出进料q线与平衡线的交点(xe,ye)，再由(xD,xD)与(xe,ye)两点，由Rmin=(xD-ye)/(ye-xe)即可算出Rmin。 23）某二元体系精馏塔采用分凝器，如附图所示，已知α=2.0，y1=0.96，x0=0.95，则xD=__________,L/D=________。（答：0.9744，1.44） [分析]分凝器相当于一块理论塔板，故xD与x0平衡，则xD=2.0×0.95/(1+0.95)=0.9744 V分成D与L，参看右图，L/D可由杠杆规则求得。 24）某二元混合物采用带分凝器的精馏流程，如附图所示。已知：α=2.0，L=V/2，xD=0.90，则y1=______y2=___________ （答：0.8591，0.8265） ?x0=0.8182 [分析]已知xD ??已知xD ，x0以及D/L=1，有杠杆规则算得y1=0.8591， ??x1，已知y1??x1=0.7530带分凝器的精馏段操作线方 程同样是yn?1?Rx/(R?1)?xD/(R?1)，由于R=1， xD=0.90， 故yn?1?(xn?xD)/2，代入x1得y2=0.8265。 25）某二元混合物进行精馏操作，已知：F=10kmol/s，进料为饱和蒸汽，yf=0.5,xD=0.95,xW=0.10, 29 ?α=2.0,采用全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热，塔釜汽化量V’是V’min的1.5倍，则回流比R=_______。（答：3.488） [分析]这本是基本型精馏的很普通的求R的问题，常见的方法是先求出Rmin，再根据题给出的R/Rmin值来确定R，但本题偏偏要求先求出V’min.根据V’/V’min=1.5，确定V’，再算出R，绕了一个圈子，属少见的题型。此题的解题步骤如下： a: 已知F，yf，xD，xW → D=4.706kmol/s,W=5.29kmol/s b: 已知α，yf，q → xe=0.3333，ye=0.50 c: 已知xe，ye ，xD →Rmin=2.70 d: 在精馏设计计算中，为完成题给的分离任务，回流比R以及精馏段的液流量L是可变因素，有其最小的极限值。在R或L取最小值，因操作线与平衡线相交，需无穷多塔板，故在此情况下操作以实现题给分离任务是不可能的。但由此提出的极限状态却有分析价值。当回流比为Rmin，必然塔内液流量为Lmin及L’min（因进料为饱和蒸汽，故Lmin=L’min）相应的，V’亦取其最小值V’min=Vmin-W=RminD-W=2.70*4.706-5.294=7.412kmol/s e: 因为V=(1+R)D=V’+F即(1+R)*4.706=11.12+10 所以R=3.488 26）“苯-甲苯”混合物精馏操作，饱和液体进料，D=75kmol/h,泡点回流，精馏段操作线方程为y=0.72x+0.25,蒸馏釜采用间接蒸汽加热。汽化潜热以r表示，釜液r=41900kj/kmol,加热蒸汽r0=2140kj/kg,则加热蒸汽耗量为_____________kg/h。（答：5243） [分析]精馏段，R/(R?1)?0.72?R?2.571 因进料 q=1，则V'?V?(1?R)，D故 V’=267.8kmol/h，水蒸汽用量 3=V'r/r0?267.8*41900/2140?5243*10kg/h 27）在某二元混合物精馏操作基础上，当R增大，保持D/W不变，则xD的变化趋势是________。（答：增大） [分析]既要分析xD在新条件下的变化趋势，一般设x’D=xD。通过讨论，检验此假设是否成立，并判断欲满足新条件，xD的变化的必然趋向。 当xD =x’D，由于Zf不变，D/W不变，故xw=x’w，由于R增大，操作线更靠近对角线，离平衡线更远，于是，在精馏段操作线上跨越原定的梯级数后，不考虑最佳加料板位置原则，便跨入提馏段操作线，必然N’m 本题虽主要考察只改变R对操作线的影响，但约束条件如“D/W不变”是不能缺的。假如只考虑R增大，没有任何其他的约束条件，则此题无实解。这一点可有如下分析得出，当R增大时，假设一个x’D，必然能找到一个相应的x’w，使得按前述方法作梯级可同时满足理论板数及加料版位置的要求。因x’D的假设有随意性，答案便有无限个。常见的约束条件为D/W不变，也有其他的，如V’不变，如下面一个来自英文版教材的题目所示。 28）附图所示为使用5块理论板的定态双组分物系精馏的M-T图。若回流比由原来的恶R提高至1.5R且维持原Qb值不变，Qc值则调节到保证蒸汽恰好完全冷凝，试求重新建立的定态操作的D及W值。解释确定xD与xW的定性方法。 [分析]原来操作： 已知F,Xf，xD，xw → D，D=30mol/s R=(0.90-0.65)/(0.65-0.40)=1.0 因为进料q=1，所以V’=V=(1+R)D=(1+1.0)*30=60mol/s 30 后来操作：R’=1.5,V’=60mol/s，所以60=(1+1.5)D’ ? D’=24mol/s则W’=81kmol/s D’/W’=0.2963 设x’D =xD=0.90，由杠杆规则知x’w=0.2519。因x’D =xD，x’w>xw，R’>R，即可判断N’m＜Nm，x’D的变化趋向只能是xD ＞xD。从极端情况看，设x’D=1，按D’/W’=0.2519，可算出x’w=0.2222，可见，必然x’w＞xw。 29）间歇精馏有两种典型的操作方式，即__________与_________。（答：XD恒定，R恒定） 30）对于α=1或有恒沸物的二元物系，用常规精馏方法分离，效果很差，这时宜用特殊精馏方法，简言之，特殊精馏是_________________。（答：通过加入第3组分，使原来两组分间的相随挥发度增大） 31）萃取精馏的特点是____________________。（答：加入某高沸点组分C（萃取剂），在液相中C与原组分A或B结合而降低其挥发能力，使另一未结合的组分易于从塔顶蒸出） 32）恒沸精馏的特点是____________________。（答：加入某组分C（挟带剂），C与原组分A或B或A同B结合生成低沸点恒沸物从塔顶蒸出，令较纯的A或B成为塔底产品） 31 第八章 塔设备 1） 塔器分两大类，即__________塔与__________塔。（答：填料，板式） 2） 对塔器的一般要求是_______________________________。（答：分离效率高，生产能力 大，操作弹性大，气体流动阻力小与结构简单、维修方便） 3） 常用的板式塔类型有______________________________。（任写两种）（答：筛板塔，浮 阀塔） 4） 有降液管的板式塔，气液的相对流向，对全塔而言为_______流，对每块塔板而言为 ________流。（答：逆，错） 5） 常用的塔填料种类有__________________。（答：拉西环，鲍尔环，阶梯环） 6） 2吋以下填料在塔内的堆放方式是____________________。（答：乱堆） 7） 令塔内径为D，填料尺寸为d，为使塔内各处空隙率较均匀且气流阻力不至太大，一般 D/d=______________。（答：8~15） 8） 对一定的液体喷淋密度，气体的载点气速指________________。（答：必须考虑上升气 流对向下膜状流动的液体产生曳力的最小速度） 9） 对一定的液体喷淋密度，气体的泛点气速指_______________。（答：向下流动的液膜增 厚到刚把气体通道封闭，形成液相连续，气相分散时的气速） 10）通常填料塔的泛速是依据__________经验关联图算出的，其中体现不同尺寸的各种填料操作特性的参量是_______________________。（答：Eckert，泛点填料因子?） 11）轴向混合——气流把液滴往上带及液流把气泡往下带—对汽液逆流传质过程是________利因素。（答：不） 12）HETP是指____________________________。（答：一块理论板相当的填料层高） 13）令uf为气体泛速，u为气体操作气速（二者均为空速），一般推荐u=_______uf 。（答：0.5~0.8） 14）筛板塔的孔径d0一般为_______________mm。（答：3~8） 15）筛板塔上筛孔的排列方式常用______________。（答：正三角形） 16）筛板塔上液流的型式有3种，即____________________________。（答：单流型，双流型及U形流型） 17）令塔的内径为D,溢流堰长为lw，推荐的lw/D=_____________。（答：0.6~0.8） 18）当液体从降液管流出，刚进入筛板时，板上设计有一窄长的不开孔区，其目的是______________________。（答：倾向性漏液） 19）当液体横向流过塔板，在流进降液管前，板上设计有一窄长的不开孔区，其目的是______________________________。（答：减少流入降液管的液体中夹带的气泡量） 20）限定筛板塔正常操作气、液流量的有5条线，即____________(作简图示意) （答：1.液流量下限线，2.液流量上限线，3.漏液线，4.过量 32 液沫夹带线，5.溢流液泛线） 21）若液流量小于液流下限，会发生_________________________。确定液流量下限线的依据是______________________（答：塔板上液体偏流，溢流堰顶液厚度how=6mm） 22）若液流量大于液流上限，会发生__________________________。确定液流量上限线的依据是_______________________。（答：液体在降液管内停留时间不足，未能充分分离其中的气泡，造成气体轴向混合，HTAf/Ls=规定的停留时间） 23）漏液线是依据_________________________经验关联图线作的。其基本观点是___________________________。（答：Davies的“板上液层厚h1~干板阻力hc”气体流过塔板的阻力=干板阻力+液层阻力，当干板阻力/液层阻力≤某特定值时便漏液） 24）过量液沫夹带是指每kg干气夹带的液滴的kg 数ev大于等于_________的情况。（答：0.1） 25）溢流液泛指___________________ ,对一定结构的塔板，溢流液泛一般发生在____________的情况。（答：由于降液管内的页面升高到上层塔板的溢流堰顶而导致淹塔，气液负荷皆大） 26）若液流量在正常操作范围内，但气相流量过大，可能发生_________________。（答：过量液沫夹带或溢流液泛） 27）气相默弗里效率Em,v=(yn-yn+1)/(y*n-yn+1),其中y*n是与____________________平衡的气相组成。（答：xn） 28）液相默弗里效率Em,l=(xn-1-xn)/(xn-1-x*n),其中x*n是与_______________平衡的液相组成。（答：yn） 33 第十章 固体干燥 本章所指的湿空气为绝干空气与水蒸汽的混合物，湿空气的总压，如无说明，均指1atm（绝压）。湿物料的湿分均为水分。 1）湿物料去湿方法有_________法、___________法与______________法。（答：机械、干燥、化学） 2）干燥的特点是_______________________。（答：通过对湿物料输入热能，使湿分汽化，并将湿分蒸汽移走） 3) 根据热能输入方式的不同，干燥操作的类型有________式、__________式、__________式和___________式。（答：热传导、对流传热、热辐射、介电加热） 4）对流干燥的特点是___________________ 。（答：对流传热和对流传质同时反向进行） 5）湿空气，H=0.018kg/kg干气，则水汽分压pw =___________Pa。（答：2850） 6）已知水在22.72℃的蒸汽压为2850Pa，则第5题所述湿空气的露点td为_______℃。（答：22.72） 7)H=0.018kg/kg，t=40℃的湿空气，已知水在40℃的蒸汽压为7377Pa，该湿空气的相对湿度φ=_____________。（答：0.386） [分析] ??pw/ps(t)?2850/7377?0.386。这是用第5）题数据计算的，亦可按 H?0.622?ps(t)/[p??ps(t)]算。 8) H=0.018,t=120℃湿空气，总压为1atm（绝压），其φ=_______________。（答：0.0281） 9) H=0.018,t=40℃湿空气的焓I=__________kJ/kg干空气。（答：86.75） [分析] I?(1.01?1.88H)t?2500H?(1.01?1.88?0.018)?40?2500?0.018?86.75kJ/kg干气 10）第9题所述湿空气的比体积VH=___________m3/kg干气。（答：0.911） [分析] VH?(0.722?1.244H)(T/T0)(p0/p) 11）某湿空气的湿球温度tw是_______________________。（答：与大量该湿空气接触的少量水的稳定的表面温度） 12) 某湿空气的绝热饱和温度tas是___________________。（答：该湿空气经等焓的降温增湿过程，直到??1时的温度） 13) 某湿空气，t=60℃,tw=30℃,则其H=_________kg/kg。（答：0.0150） [分析]湿空气的tw值有重要的实用意义，但按对流传热、传质导出的关联t、H、tw的公式计算较繁；湿空气的tas值在实际干燥过程极少应用，但关联t、H、tas的关系却较简单。由于“水—空气”体系tw≈tas，所以，可兼取两方面的长处，即子啊物理意义上及实际应用上常提到tw，但在计算tw时用t、H、tas的关系替代。此题，湿空气t=60℃，tw=30℃，可看成tas=30℃.设原来湿空气状态点为A，由A经等焓降温过程直到??1时状态为B。在B点tB=30℃， 7，则HB?0.622?4.247/(1?01.34.?247)，?B?1，查得ps,B?4.24kPa在A点，IA?IB99.89kJ/kgIB?(1.01?1.88?0.02722)?30?250?0.02722?99.89kJ/kg干气。 34 干气，tA=60℃，由99.89?1.01?60?(2500?1.88?60)HA解得HA?0.0150 14) 在测量湿空气湿球温度时，空气流速应大于_______m/s,目的是__________________。（答：5，减少热辐射影响） 15) 湿空气p，H一定，t升高，则φ__________。（答：减小） 16) 湿空气p，H一定，t升高，则I___________。（答：增大） 17) 湿空气φ=0.85，则t___tw___td,当φ=1,则t___tw___td 。（答：＞，＞；=，=） 18)某连续干燥器令新鲜空气(HA=0.015，tA=20℃)与出干燥器的部分废气(HB=0.040，tB=60℃)混合后进预热器混合比为2kg干气(B)/kg干气(A)，则混合气的温度tm=______℃。(答：47.05) [分析]湿空气的湿度有加和性，两气体混合前后符合杠杆规则，即 LA/LB?(Hm?HA)/(HB?Hm)，可算得Hm=0.03167 同样，湿空气的焓有加和性，可算出IA?58.26kJ/kg,IB?165.1kJ/kg干气，由 Im?129.5?(1.01?1.88?0.03167)tm?2500?0.03167得tm?47.05℃。注意，温度没有 加和性。 19)某常压定态干燥过程的流程及参量，如附图所示，则循环干空气量L=______kg/h（答：66.0） [分析]关键是要能判断?A?1 A: tA?14℃，?A?1，差得14℃的ps=1611Pa，可算得HA=0.01005 B: HB=0.01005，tB?83℃，可算得，IB?110.5kJ/kg干气 C: IC?110.5kJ/kg干气, tC?45℃，可算得HC=0.0252 间壁式冷凝器：L(HC?HA)?1，所以L?1/(0.0252?0.01005)?66.0kg/h A B 预热器 83℃ 理想干燥器 C 14℃ L 45℃ 间歇式冷凝器 冷凝水kg/h 35 20)某常压连续干燥流程及参量如附图所示，绝干物料比热Cs=1.76kJ/(kg·℃),热损QL’=500kJ/kg汽化水，则空气流量L=________kg干气/s. [分析]①干燥器的物料衡算 除水量w?Gc(x1?x2)?L(H2?H1)……………………（1） x1?1.50/(100?1.50)?0.01523,x2?0.30/(100?0.30)?0.301%， Gc?G1(1?w1)?2.50(1?0.015)?2.643kg/s，所以w=0.0301kg/s ②干燥器的热量衡算 QL?w?QL'?0.0301?500?15.05kJ/s I1'?(1.76?4.187?0.1523)?20?36.48kJ/kg绝干物 I2'?(1.76?4.187?0.00301)?33?58.50kJ/kg绝干物 所以Gc(I2'?I1')?2.463(58.50?36.48)?54.24kJ/s 以下计算有两种方法： A) 对于干燥器作焓衡算 QD?L(I2?I1)?Gc(I2'?I1')?QL……………………（2） 即L(I2?I1)?QD?Gc(I2'?I1')?QL 令??QD?Gc(I2'?I1')?QL，并代入（1）式，得 I2?I1??……………………（3） H2?H1w可见，（3）式是对干燥器作物料衡算，所得的综合式，由于I取决于t及H，当H2未知， ?H）使用（3）式还不太方便，因此把I“拆”成f(t)与（两部分，设CH,1≈CH,2,可整理，得 下式 t2?t1?1?(?r0)（式中CH,1也可换为CH,2） H2?H1wCH,1对本题，??0?54.24?15.05??69.29kJ/s,则 60-92-69.291?（-2500）所以H2?0.02293 H2-0.0160.03011.01+1.88?0.016所以L?w/(H2?H1)0.0301/(0.02293?0.016)?4.343kg/s B) 剖析法 36 此法与前述方法不同之处在于，不是等到焓I出现后再“拆”I，而是作干燥器热量衡算时，就把湿物料“拆”成两流股，也把废气“拆”成两流股，如附图所示，于是 QD?L(1.01?1.88H1)(t2?t1)?w(2500?1.88t2?4.187?1)?Gc?cm,2(?2??1)?QL 代入本题数据 0?L(1.01?1.88?0.016)(60?92)?0.0301(2500?1.8860?4.187?20) ?2.643?(1.76?4.187?0.00301(33?20)?15.05所以L=4.445kg/s 两种算法得的L值有2.3%的误差，焓衡算作了CH,1≈CH,2的假设，且计算步骤较多，误差累积较大，而剖析法没作近似假设，算法简洁，故剖析法较准确，干燥设计中多采用剖析法。 干物料 ω2=0.30%（湿基） θ2=33℃ QD=0 T1=92℃ L H0=0.016 T2=60℃ 预热器 干燥器 湿物料 G1=2.50Kg/s, ω1=1.50%(湿基) θ1=20℃ 21）干燥器的热效率指__________________。（答：湿度为H0的湿空气在干燥器中放出的热量与其在预热器中得到的热量之比） 22) 干燥效率指_____________________。（答：湿度为H0的湿空气在干燥器中放出的热量中，用于水分蒸发的热量所占的分数） [分析]21）22）题中均用到剖析法的概念 23）干燥器中实现理想干燥过程须满足的条件是_______________________。（答： QD?0,I2'?I1',QL?0） 24) 理想干燥器由于△=0，因而湿空气在干燥器内经历了等_______过程。（答：焓） 25）恒定干燥条件是指湿空气________、_________、__________及__________不变。（答：温度、湿度、流速，与物料接触方式） 26）恒速干燥阶段，湿物料表面的水分情况是_____________，其表面水分温度是湿空气的__________,此阶段的干燥速率属________部条件控制，干燥速率与物料种类_____关。（答：充分湿润，tw，外，无） 27）降速干燥阶段，湿物料表面的水分情况是__________,其表面湿度___________,此阶段干燥速率受__________控制，干燥速率与________有关。（答：局部或全部水分消失，高于湿空气的tw，物料内部分水分扩散速率，物料结构及水分含量） 28）在常压、25℃下，以湿空气干燥某湿物料，当φ=100%时，X=0.02kg水/kg绝干物料（以 37 * 下x均为此单位，略去单位），φ=40%时，X=0.007。现知，该物料X=0.23,与φ=40%湿空气接触，则其自由含水量为__________,结合水量为__________,非结合水量为_________。（答：0.223，0.02，0.21） 29) 物料的平衡水分一定是_____________(A非结合水，B自由水分，C结合水分，D临界水分) （答：C） 30）当湿空气的温度升高或流速增大或湿度减小或湿物料堆积层增厚，物料的临界含水量x0_________。（答：增大） 31）在恒定干燥条件下干燥某湿物料，已知干燥开始时，X1=0.40，临界含水量X0=0.175，恒速干燥时间τ1=2.5h,已知X=0,降速干燥阶段干燥速率u正比于X，欲干燥至X2=0.040为止，则降速干燥时间τ2=____h. （答：2.87） [分析]恒速干燥阶段：?1?* * Gc(X1?X0)(u0—恒速干燥速率) Au0*GcX0?X**降速干燥阶段：u?Kx(X1?X),?2?ln，又u?K(X?X) 0x0*AKxX2?X?1??2X1?X0?10.401?0.175，代入本题数据，得??0.871 *0.175X?X?20.175ln(X0?X*)ln00.040X2?X*所以?2=2.87h 32）气流干燥器只适用于对________状湿物料的干燥，去除的水分主要是湿物料的________ 水分，因湿物料在干燥器中停留时间短，出干燥器时物料温度不高，故适用于对________性物料的干燥。（答：颗粒，表面附着，热敏） 38