化工原理简答题

1.答：双膜理论要点有：①若流动流体的主体部分为湍流，在靠近气液界面处，涡流必消失。紧邻界面两侧的流体流动皆为层流。②假设气相传质的全部阻力均包含在气相层流层中，液相传质的全部阻力均包含在液相层流层中。这样的层流层是实际层流层的适当延伸，使之包含了湍流及过渡流的传质阻力，称为“虚拟的层流膜”，简称气膜及液膜。气膜厚为G，液膜厚为L。在气液界面处气液浓度处于平衡态。③在吸收操作中，若操作条件固定，假设设备内任一气液流动截面两相的稳定浓度分布状况在极短时间内建立，故可认为设备内是进行定态传质。2.答：强化传热的途径有：①增大传热面积；②增大总传热系数；③增大平均温差3.答：离心泵流量调节方法有：①改变管路特性。优点：用调节出口阀门的开度改变管路的特性来调节流量是十分简便灵活的方法，在生产中广为应用。对于流量调节幅度不大且需要经常调节的系统较适宜。缺点：用关小阀门开度来减小流量时，增加了管路中机械能损失，并有可能使工作点移至低效率区，也会使电机的效率降低。②改变泵的特性，包括改变泵的转速和改变叶轮直径。优点：不会额外增加管路阻力，并在一定范围内仍可使泵处在高效率区工作。改变转速调速平稳，保证了较高的效率，是一种节能的手段。缺点：改变叶轮直径不如改变转速简单且当叶轮直径变小时，泵和电机的效率也会降低。可调节幅度有限。改变转速价格较贵。4.答：简单管路的计算有设计型计算和操作型计算。设计型计算特点为：设计者需要补充一个设计条件，设计结果不唯一，存在多方案比较。操作型计算特点为：计算结果唯一，但一般情况下需要进行试差计算才能得到结果。1.答：当进、出某塔板的蒸汽均为饱和蒸汽，进、出该塔板的液体均为饱和液体且该塔板为非加料、非出料板，则通过该塔板的汽相与液相摩尔流量各自维持恒值。这一结论称为恒摩尔流假设。满足该假定的条件：①混合液中各组分的摩尔汽化潜热相等。②塔板上气液两相接触时因温度不同而交换的显热可忽略不计③塔设备热损失可忽略。2.答：影响对流传热的因素有：①流体流动发生的原因—首先要辨别流体流动的动力类型，是靠外界输入机械能还是靠纯流体与固体壁面温差引起流动；②流体的物性—影响给热系数的流体物性有流体的密度、粘度、导热系数和比热pC等；③流体的流动状况—流体扰动程度愈高，在邻近固体壁面处的层流内层愈薄。④传热面的形状、大小及与流体流动方向的相对位置—传热面的形状可以是管、板、管束等。3.答：主要性能参数包括：流量、扬程、轴功率、有效功率、效率等。①流量V——液体在泵出口截面的流量，m3/s。②扬程eH——每牛顿重量液体在泵出口截面具有的总机械能与在泵进口截面具有的总机械能的差值，m(即J/N)。③有效功率eN——由流量及扬程算得的液体流过泵体所得的功率，W。④轴功率aN——外界输入泵的功率(指靠近泵体的轴的功率)，W。⑤泵的效率——有效功率与轴功率之比，ae/NN。4.答：管路局部阻力的计算方法有：阻力系数法和当量长度法。阻力系数法是将各种局部阻力所引起的能量损失表示为动能u2/2的倍数。计算公式为：hf=ζ·(u2/2)当量长度法是将流体流经系统所产生的全部局部阻力，折合成流体流经长度为le的同一直径的直管路所产生的阻力。1.答：若塔顶上升蒸汽经冷凝器冷凝后，冷凝液全部回流至塔内，这种回流方式即为全回流。特点：全塔无精馏段和提馏段的区分。全回流时操作线距平衡线有最远，对一定分离程度而言，所需要的理论板数为最少。在平衡线和对角线之间绘梯级即可得到最少理论板数。意义：全回流是回流比的上限。此时无精馏产品，生产能力为0。因此对正常生产无实际意义，但是在精馏的开工阶段或者实验研究时，多采用全回流操作，以便于过程的温度控制和比较。2.答：简述影响吸收塔操作的因素有：a、增加吸收推动力，通常可采用：(1)增加吸收剂L或者增加液气比L/V，使操作线位置上移，吸收平均推动力增大；(2)改变相平衡关系，可降低吸收剂温度，提高操作压强，或者对吸收剂改性，使相平衡常数m减少，平衡线下移，平均推动力增大；(3)降低吸收剂入口浓度X2，液相入口处推动力增大，全塔平均推动力也增大。b、减少传质阻力，通常可采用：(1)选用新型填料，使填料比表面积增大；(2)改变操作条件，如对气膜控制的物系，宜增大气速和气相湍动，对液膜控制的物系，宜增大液速和湍动。此外吸收温度不能过低，否则黏度增加分子扩散系数减小，都将使传质阻力增大。3.答：离心泵的选型原则是：①根据液体的性质选择泵的类型。②以要求的流量、扬程同泵样本中各型号的泵在其最高效率点的流量、扬程对比，凡是在满足流量要求基础上扬程比实际需要稍大的泵都可选用；可用阀门调节流量。若有数台可满足工艺要求的泵供挑选，应把轴功率最低的作为首选。4.答：恒定干燥条件是指在整个干燥过程中，干燥介质的状态、流速及其与物料的接触方式均保持不变。1.答：干燥过程可分为恒速干燥阶段与降速干燥阶段。在恒速干燥这一阶段中，物料内部水分可及时扩散到物料表面，使物料表面保持润湿，空气传给物料的热量恰等于水分汽化所需要的热量，因此干燥速率保持不变，物料表面温度也不变，而且等于空气的湿球温度。在降速干燥过程中随着物料中含水量降低，物料内部的水分不能及时扩散到物料表面，因此物料表面温度不断升高，干燥速率也越来越低。2.答：泵启动时，泵体内必须充满液体。一般泵在停止操作后泵体内液体会慢慢漏掉，空气会进入泵体。若在叶轮内充满空气的条件下启动，因空气密度小，高速旋转的空气未能在泵的进、出口间形成足够大的静压差，以致泵内气体排不掉，位置低于泵的液体又汲不上来。这种现象称为“气缚”。汽蚀时，液相中生成大量小气泡。气泡随液体流过叶轮因压强急剧升高而迅速消失。当汽泡消失时，四周的液体涌向原气泡的空间而相互撞击，可发生几百大气压的局部压强，频率高达每秒数千次。水击作用在叶片表面，使金属疲劳，金属晶粒剥落而腐蚀3.答：在生产中，加入精馏塔中的原料液可能有以下五种热状态：冷液进料进料温度低于泡点的冷液体q1饱和液体进料进料温度为泡点的饱和液体，又称泡点进料q=1气-液混合物进料进料温度介于泡点和露点之间的气液混合物0q1饱和蒸汽进料进料温度为露点的饱和蒸汽，又称露点进料q=0过热蒸汽进料进料温度高于露点的过热蒸汽q04.答：逆流：Δt1=T1-t2Δt2=T2-t1并流：Δt1=T1-t1Δt2=T2-t22121lntttttm当两侧变温时，Δtm逆Δtm并当一侧恒温，一侧变温时Δtm逆=Δtm并1.答：2//2//22222111upgzupgzgz每千克质量流体具有的位能，/p表示每千克质量流体具有的压能，2/2u表示每千克流体具有的动能，单位均是kgJ/。三种均属流体的机械能。2.答：低浓度气体吸收具有如下特点：①贯穿填料层的气、液相摩尔流率均可视为常量。②可视为全塔等温吸收。③液相和气相传质分系数在全塔不同截面处可视为常量。3.答：t-x(y)图由泡点线和露点线构成，x-y图由对角线和平衡线构成。（示意图略）4.答：干燥过程中空气焓的不变化情况为等焓干燥过程，条件如下：①干燥器内不补充热量，DQ=0；②干燥器的热损失可忽略不计，LQ=0；③物料进、出干燥器时温度差可忽略，12。1.答：①等湿度线(等H线)：等H线为一系列平行于纵轴的直线。②等焓线(等I线)：等I线为一系列平行于横轴(不是辅助轴)的直线。③等温线(等t线)。④等相对湿度线(等线)。⑤水汽分压线。H-I示意图略。2.答：若操作中离开某块塔板的汽、液相呈平衡态，则该塔板为理论板。理论板的特征为：；理论板是一种假象操作下的塔板，即汽、液在塔板上接触，传达到最大限度——汽液平衡后，汽、液才离开该塔板。3.答：吸收操作的依据为：利用气体中各组分在该液体中的溶解度的差异，实现气相各组分的分离。蒸馏操作的依据为：利用混合液中各组分挥发度能力存在差异。4.答：离心泵正常操作时泵的进口处每千克重量流体具有的压强能与动能之和减去输送流体温度下的液体饱和蒸汽压能的差值为气蚀余量。可在泵叶片截面和汲取面之间列伯努利方程，当离心泵叶片处每千克重量流体具有的压能为允许极限态时，此时可计算出离心泵的最大安装高度，离心泵的安装高度应介于0和最大安装高度之间。1.答：连续精馏装置主要包括的设备为精馏塔、贮槽、冷凝器、再沸器、原料预热器。它们的作用分别为：精馏塔：实现生产中多次部分气化和部分冷凝的过程贮槽：贮存料液。冷凝器：冷凝塔顶的蒸汽。再沸器：加热塔釜液体原料预热器：加热原料2.答：主要有三点：①.判断吸收过程方向；②指明吸收过程极限；③.计算吸收过程推动力。3.答：在对流传热过程中，流体相态不发生变化，称为无相变对流传热。在对流传热过程中，流体相态发生变化，称为有相变对流传热。特点：有相变对流传热系数大于无相变对流传热系数。4.答：画系统简图与确定衡量范围，正确选取截面与基准面，注意压强表示方法一致，单位一致。选取截面的要求：两截面均应与流体流动方向垂直，在两截面之间的流体必须是连续的。所求的未知量应包含在两截面之间或两截面上。截面间(含截面上)的z，u，p等有关物理量，除了所需求取的未知量以外，都应是已知的或能通过其它关系计算出来。基准面的选取：选取基准的目的是为了确定各截面流体位能的大小，所以基准面应是水平面。因位能是相对值，故基准水平面可任意选取。截面高度Z是截面中心线与基准水平面的垂直距离。（因截面可与基准水平面平行，也可以与基准水平面垂直，故用截面中心线与基准水平面的垂直距离表示Z）。为了方便，通常取基准水平面通过衡算范围两截面中的任一截面，一般取相对位置较低的截面。若该截面与水平面垂直，则基准水平面通过该截面的垂直中心线；若衡算范围为水平管道，则基准水平面通过管道的中心线。1.答：填料塔主要由液体喷淋装置、除沫装置、液体再分布器、填料支撑装置等部件构成。液体喷淋装置使液体沿同一塔截面均匀分布。除沫装置使气体夹带的液滴重新返回塔内。液体再分布器使流向塔壁的液体重新流回塔中心部位。填料支撑装置有支撑填料的作用。2.答：吸收剂的选择原则是：对溶质气体的溶解度大，选择性好（对要求吸收的组分溶解度很大而对不希望吸收的组分溶解度很小），溶解度对温度的变化率大（利于吸收和解吸联合操作），蒸汽压低（溶剂不易挥发，随气流带出塔的损耗小），化学稳定性好，无毒，价廉，粘度小及不易起泡（利于操作）等。3.答：根据已知条件计算出Re和d/，根据Re~/~d关系曲线，可查得值。图上可分为三个区域：①Re＜2000，层流。层流时Re~关系与管子的相对粗糙度无关，光滑管和粗糙管规律一致。②Re2000～4000，过渡区，按湍流计算较安全。③Re＞4000，湍流。光滑管和粗糙管d/对的影响是不同的，对于粗糙管，先下降后变为常数，且Re相同时，d/越大，越高；对于光滑管，其关系为一统一的曲线。4.答：传热系数K在数值上等于单位传热面积、单位热、冷流体温差下的传热速率，它反映了传热过程的强度。式oi111bK为以热阻形式表示的传热系数计算式。该式说明间壁两侧流体间传热的总热阻等于两侧流体的给热热阻及管壁导热热阻之和。