化學工程基礎(chǔ)填空及習題答案(武漢大學)

1、項目一 流體流動與輸送一、 填空1流體的輸送方式有高位槽送料、輸送機械送料、壓縮氣體送料、真空抽料。2高位槽送料是利用容器、設(shè)備之間的位差，將處在高位設(shè)備內(nèi)的液體輸送到低位設(shè)備內(nèi)的操作。3壓縮氣體送料一般采用壓縮空氣或惰性氣體代替輸送機械來輸送物料，是一種由低處向高處送料的情況。4真空抽料是通過真空系統(tǒng)造成的負壓來實現(xiàn)流體輸送的操作。5影響氣體密度的因素有溫度和壓力，氣體密度隨壓力的增大而增大，隨溫度的減小而減小。6壓力的三種表示方法是絕對壓力、表壓和真空度。測量壓力的儀表通常有壓力表、真空表、壓力真空表。7流體流量分為體積流量和質(zhì)量流量，常用來測量流體流量的儀表有轉(zhuǎn)子流量計、孔板流量計、文丘

2、里流量計等。其中轉(zhuǎn)子流量計必須垂直安裝在管路上，而且流體必須下進上出。8通常情況下，用雷諾數(shù)來Re來判斷流體的流動類型，當Re2000時，流體總是做層流流動；當Re4000時，流體總是做湍流流動；而當2000Re4000時，流體可能是層流也可能是湍流。9流體阻力的產(chǎn)生是因為流體具有黏性（內(nèi)因）和流體的流動形態(tài)（外因）。流體阻力分為直管阻力和局部阻力兩種。10化工管路主要由管子、管件和閥件構(gòu)成，也包括一些附屬于管路的管架、管卡、管撐等附件。11化工管路的連接方式主要有螺紋連接、法蘭連接、承插式連接和焊接四種。12化工管路熱補償?shù)闹饕椒ㄓ袃煞N，即利用彎管進行的自然補償和利用補償器進行的熱補償。1

3、3離心泵的調(diào)節(jié)方式有改變閥門開度、改變?nèi)~輪的的轉(zhuǎn)速和改變?nèi)~輪的直徑三種，工業(yè)生產(chǎn)中最常用的是改變閥門開度，原因是簡單方便。14離心泵在開車前要灌泵，目的是為了防止發(fā)生氣縛現(xiàn)象。操作過程中，無論是開車還是停車，出口閥門都要先關(guān)閉，但其原因不同，開車時是為了保護電動機，停車時是為了防止出口管路上的高壓液體倒流入泵內(nèi)打壞葉輪。1化工生產(chǎn)中，非均相混合物的分離過程常用于回收分散物質(zhì)、凈化分散介質(zhì)、勞動保護和環(huán)境衛(wèi)生等方面。2非均相混合物按聚集狀態(tài)分類，常見的有氣-固相、氣-液相、液-固相、液-液相、固-固相。泥水屬于液-固相混合物，其中連續(xù)相是水。煙道氣屬于氣-固相混合物。3常用的非均相混合物的分離方

4、法有重力沉降、離心分離、過濾。4工業(yè)生產(chǎn)中，常見的重力沉降設(shè)備有降塵室和沉降槽；離心沉降設(shè)備有旋風分離器、旋液分離器和沉降離心機；過濾設(shè)備有板框壓濾機、轉(zhuǎn)筒真空過濾機和袋濾器。5降塵室用于分離含塵氣體，其生產(chǎn)能力只與降塵室的沉降面積及顆粒的沉降速度有關(guān)，與降塵室的高度無關(guān)；連續(xù)沉降槽用于分離懸浮液。6流體的黏度越大，顆粒的沉降速度越小。其他條件相同時，顆粒直徑越大，沉降速度越大。7氣、固非均相物系的離心沉降通常是在旋風分離器中進行，液、固懸浮物系一般在懸液分離器或沉降離心機中進行。8生產(chǎn)中常用若干個小型旋風分離器并列組成分離器來代替大型分離器，不僅可以提高分離效率，而且可以提高生產(chǎn)能力。9如果

5、其他條件不變，離心沉降速度隨著半徑的增大而增大。離心沉降速度與介質(zhì)的黏度、密度成反比，與顆粒直徑和密度成正比。10過濾推動力有重力、壓力差、離心力，在化工中應(yīng)用最多的是以壓力差為推動力的過濾。11板框壓濾機的操作時間歇的，每個操作循環(huán)由裝合、過濾、洗滌、卸渣、整理五個階段組成。板框的組合方式服從1-2-3-2-1的規(guī)律。12過濾前，先將濾液預熱的原因是減小懸浮液的黏度。1 傳熱的方式隨熱交換的物質(zhì)及接觸狀況不同而不同，歸結(jié)起來有熱傳導、熱對流、熱輻射三種。2 工業(yè)上常用的換熱器有直接接觸式、蓄熱式、間壁式、熱管式等。3 在穩(wěn)定傳熱過程中，通過平壁的每層導熱量都相等。若厚度相同，材料的熱導率越小

6、，則在該層的溫度下降越大。1 蒸發(fā)按操作壓力分，可分為常壓、加壓和減壓（真空）蒸發(fā)操作；按二次蒸汽是否利用分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)；按蒸發(fā)模式，可分為間歇蒸發(fā)與連續(xù)蒸發(fā)。2 根據(jù)原料液加入方式不同，多效蒸發(fā)操作流程可分為并流、逆流和平流三種。3 蒸發(fā)器由蒸發(fā)室、加熱室、輔助裝置組成，輔助裝置包括除沫器、冷凝器、真空裝置。4 按照溶液在加熱室中運動的情況，可將蒸發(fā)器分為循環(huán)型和單程型兩類。5 常用的循環(huán)型蒸發(fā)器有中央循環(huán)管式蒸發(fā)器、懸筐式蒸發(fā)器、外加熱式蒸發(fā)器、強制循環(huán)式蒸發(fā)器。常用的單程型蒸發(fā)器有升膜式蒸發(fā)器、降膜式蒸發(fā)器和回轉(zhuǎn)式薄膜蒸發(fā)器等。6 提高蒸發(fā)強度的主要途徑是提高總傳熱系數(shù)和傳熱溫度

7、差。7 影響溶液沸點升高的因素有溶液濃度、液柱靜壓頭、管道阻力。8 降低熱能消耗的措施有利用二次蒸汽的潛熱、二次蒸汽的再壓縮、冷凝水熱量的利用。1利用氣體混合物中各組分在液體中溶解度的差異來分離氣體混合物的操作，稱為氣體吸收，其逆過程為脫吸或解吸。2氣體的溶解度隨溫度的升高而減小，隨壓力的增大而增大。因此，提高壓力、降低溫度有利于吸收操作。3在吸收過程中，混合氣體中溶解在吸收劑中的組分稱為溶質(zhì)或吸收質(zhì)，不能溶解的組分稱為惰性組分，吸收劑又稱為溶劑，吸收了溶質(zhì)后的溶液稱為吸收液。4在用洗油吸收焦爐煤氣中粗苯的過程中，吸收質(zhì)為粗苯，吸收劑為洗油，惰性組分為脫苯煤氣，吸收液為富油。5吸收過程按有無化

8、學反應(yīng)分為物理吸收和化學吸收；按吸收組分數(shù)分為單組分吸收和多組分吸收；按有無熱效應(yīng)分為非等溫吸收和等溫吸收。6易溶氣體的亨利系數(shù)較小，難溶氣體的亨利系數(shù)較大；亨利系數(shù)隨溫度的升高而增大，隨壓力的增大而減小。7影響吸收速率的主要因素有吸收系數(shù)、吸收推動力、氣液接觸面積。1 蒸餾可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾和精餾。2簡單蒸餾屬間歇操作，平衡蒸餾時連續(xù)操作，適用于分離液體中不同成分氣化能力相差較大而分離程度要求不高的場合。3精餾裝置主要由精餾塔、再沸器、冷凝器構(gòu)成。4板式精餾塔塔板類型主要有泡罩、篩板、浮閥等。5填料塔由塔體、填料、液體分布裝置、填料壓板、填料支撐裝置、液體再分布裝置等構(gòu)成。6精餾塔正常

9、的氣液接觸狀況是泡沫和噴射接觸狀態(tài)，不正常的氣液接觸狀況有漏液、過量的液沫夾帶、液泛。7精餾操作中進料熱狀況參數(shù)q，當飽和液體進料時，q=1；飽和蒸汽進料時，q=0。7塔頂冷凝液的向下回流和塔釜蒸氣的向上回流是保證精餾塔連續(xù)穩(wěn)定操作的基本條件?；亓鞯亩嗌?，對產(chǎn)品和產(chǎn)量有很大的影響。8回流比的上限是全回流，下限是最小回流比。按照經(jīng)濟核算，通常情況下實際回流比在最小回流比的1.12倍之間。1固體干燥實質(zhì)上就是將固體中的濕分除去的操作，方法可分為機械去濕、吸附去濕、供熱干燥三類。2干燥操作按操作壓力可分為常壓干燥和真空干燥；按操作方式可分為連續(xù)式和間歇式；按供熱方式可分為對流干燥、傳導干燥、輻射干燥

10、、介電加熱干燥。3對流干燥實質(zhì)上是濕物料與空氣間所進行的傳熱和傳質(zhì)共同存在的過程，其能夠進行的必要條件是物料表面產(chǎn)生的水汽分壓必須大于空氣中所含的水汽分壓。4實踐證明，空氣的濕度、相對濕度、溫度等物理性質(zhì)影響干燥效果。5物料中的水分包括結(jié)合水分和非結(jié)合水分，能用干燥方法除去的水分是自由水分，不能用干燥方法除去的水分是平衡水分。6干燥速率是衡量干燥進行快慢的物理量，是指單位時間內(nèi)，單位干燥面積上所汽化的水分量。干燥速率分為恒速干燥階段和降速干燥階段。7恒速干燥階段又稱為表面汽化控制階段或干燥第一階段，干燥速率的大小取決于物料表面水分汽化速率的大小，取決于濕空氣的性質(zhì)，而與濕物料的性質(zhì)關(guān)系很??；降

11、速干燥階段又稱內(nèi)部水分控制階段或干燥第二階段，干燥速率取決于物料本身的結(jié)構(gòu)、形狀和大小等性質(zhì)，而與濕空氣的性質(zhì)關(guān)系很小。8當物料的含水量大于臨界含水量時，屬于恒速干燥階段；當物料的含水量小于臨界含水量時，屬于降速干燥階段；當物料的含水量為平衡含水量時，干燥速率為零。 9影響干燥速率的因素主要有濕物料、干燥介質(zhì)、干燥設(shè)備三個方面。1甲醇原料氣中一氧化碳變換反應(yīng)的特點是可逆、放熱、反應(yīng)前后氣體體積不變，并且反應(yīng)速率比較慢，只有在催化劑的作用下才具有較快的反應(yīng)速率。2脫硫的方法很多，按脫硫劑的物理形態(tài)可分為干法脫硫和濕法脫硫。常用的干法脫硫有鈷鉬加氫轉(zhuǎn)化法、氧化鋅法、活性炭法、氧化鐵法、分子篩法等。

12、濕法脫硫按溶液的吸收和再生性質(zhì)區(qū)分為化學吸收法、物理吸收法及物理-化學吸收法。3甲醇生產(chǎn)中常用的脫碳方法有低溫甲醇洗、聚乙二醇二甲醚法和碳酸丙烯酯法。4甲醇合成的方法有高壓法、低壓法和中壓法。5甲醇合成的催化劑包括鋅鉻催化劑和銅基催化劑等。1危險化學品具有易燃、易爆、有毒、有害、有腐蝕等危險特性，在生產(chǎn)、儲存、搬運和使用過程中存在很多危險因素，容易引發(fā)化學事故。2化工生產(chǎn)的危險性主要表現(xiàn)在火災(zāi)危險、毒害危險、污染危險。最常見的化學事故類型有火災(zāi)、爆炸和泄露。3安全標志是通過圖案、文字說明、顏色等信息鮮明、簡潔地表征危險化學品危險特性和類別，向作業(yè)人員傳遞安全信息的警示性資料。4危險化學品的安全

13、標志設(shè)有主標志和副標志，主標志表示其主要危險性類別。5常見的酸性腐蝕品有鹽酸、硫酸、硝酸等。6燃燒的必要條件是可燃物、助燃物和點火源。常見的點火源有明火、電火花、熾熱物體等。7.化學工業(yè)常見的爆炸按爆炸能量來源分為物理性爆炸和化學性爆炸。8原始溫度越高，爆炸極限范圍越寬；原始壓力越高，爆炸極限范圍越寬。9滅火的基本方法有隔離、窒息、冷卻、化學抑制。10有毒物質(zhì)進入人體有呼吸道、皮膚、消化道三條途徑。11佩戴呼吸防護器是防止有毒物質(zhì)通過呼吸道進入人體的有效措施，常用的呼吸防護器有過濾式防毒口罩、過濾式防毒面具和隔離式呼吸器等。隔離式呼吸器一般用于有毒物質(zhì)濃度高的環(huán)境。12化學燒傷包括強酸類燒傷、

14、強堿類燒傷和磷燒傷。發(fā)生化學燒傷時，要用大量清水沖洗創(chuàng)面，時間不得少于2h。13常見的酸燒傷為硫酸、鹽酸、硝酸燒傷；常見的堿燒傷有苛性堿、石灰及氨水燒傷。14噪聲的治理可分為控制噪聲源、切斷傳播途徑（隔離噪聲）和保護接受者。15化工生產(chǎn)中，粉塵主要來源于固體原料、產(chǎn)品的粉碎、研磨、造粒、篩分以及粉狀物料的干燥、輸送、包裝等環(huán)節(jié)。、 流體靜力學是研究靜止流體內(nèi)部壓強的變化規(guī)律。、 液體內(nèi)部任意一點的壓強與深度、密度、液面上方壓強有關(guān)；與容器形狀無關(guān)。、 某車間測得一精餾塔的真空度是540mmHg，絕對壓強為100mmHg，則當?shù)氐拇髿鈮?40mmHg,該車間另一設(shè)備內(nèi)表壓為0.1，則設(shè)備內(nèi)的絕對

15、壓強為 94.92 KN/m2 。、 流體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動時，管道內(nèi)做穩(wěn)定流動是， 注意一 處的 流速 、 壓強 、 密度 等物理參數(shù)都不隨時間變化而隨位置而變化。、 流體在流動中所具有的機械能通常表現(xiàn)為位能、動能、靜壓能三種形式。、 流體流動中若無外加機械功時，則流體的流動靠本身的 位差、壓強差而流動。、 流體壓強的測量常以大氣壓為測量起點，表壓是指大于大氣壓那部分的壓強，真空度是指小于大氣壓那部分的壓強。、 流體流動類型不僅受流速影響而且與管子內(nèi)徑、流體密度、流體粘度等因素有關(guān)。、 流體一流動類型通常分為 層流 、 湍流 、 過度流 。、 流體在管路中的阻力損失可分 直管阻力損失 和 局

16、部阻力損失 兩類。、 流體阻力計算通常采用當量長度法和阻力系數(shù)法兩種方法進行計算。、 離心泵是利用葉輪高速旋轉(zhuǎn)是產(chǎn)生的慣性離心力來輸送液體的設(shè)備。、 離心泵的三個主要部件有泵殼、葉輪和軸封裝置。、 泵殼的主要作用匯集液體 、轉(zhuǎn)換能量 。葉輪的主要作用將原動機的機械能傳給液體 。、 離心泵的葉輪可分為 開 式、 半閉 式、 閉 式三種。、 泵的揚程是指泵對單位重量的液體所賦予的外加能量。單位是米液柱。、 泵的舉升高度是指 泵將液體從低處（入口處）液面送到高處（出口處）的垂直高度 。、 泵的性能參數(shù)主要有以下幾種揚程、流量、轉(zhuǎn)速、功率、效率、汽蝕余量或允許吸上高度等。 、 泵的流量是指單位時間由泵

17、向管路輸送的液體量單位是m3/s 、 泵的輸入功率又稱為軸 功率，它是指泵在單位時間內(nèi)從原動機獲得的能量。 、 泵的輸出功率又稱為 有效 功率。它表示單位時間內(nèi)泵向 液體 輸送的能量。、 泵的 軸 功率與 有效 功率之差稱為損失功率。、 泵損失功率主要表現(xiàn)于容積損失、水力損失、機械損失三個方面。、 國產(chǎn)離心泵按照被輸送液體的性質(zhì)可分為 清水泵 、 耐腐蝕泵 、 油泵 、 雜質(zhì)泵 。、 泵的效率是指有效功率與軸功率之比。、 選用泵時應(yīng)使泵的流量和揚程二個主要參數(shù)滿足生產(chǎn)需要。、 泵所輸送的液體粘度增大，則泵的流量減小，揚程減小，效率減低、軸功率增加。、 壓縮機是一種對氣體進行壓縮，使其壓力升高并

18、能輸送流體的機械。、 化工生產(chǎn)中常用的壓縮機有活塞式壓縮機和離心式壓縮機兩類。、 活塞式壓縮機是依靠活塞在汽缸內(nèi)作往復運動的周期性改變汽缸容積來壓送氣體的。、 離心式壓縮機是依靠機體內(nèi)工作葉輪在高速旋轉(zhuǎn)是產(chǎn)生的離心力的作用來壓送氣體的。、 往復式壓縮機主要由氣缸、活塞、吸入閥和排出閥幾個部件構(gòu)成。、 氣體輸送機械按其壓縮比的大小可分為壓縮機、鼓風機、通風機、真空泵幾類。、 往復式壓縮機的實際工作循環(huán)由壓縮、排氣、膨脹、吸氣四個階段組成。、 工業(yè)上蒸發(fā)操作一般都在溶液沸點下進行，此時溶劑的汽化不僅在溶液的表面而且在溶液內(nèi)部也進行。、 在蒸發(fā)過程中，溶劑是揮發(fā)性物質(zhì)，溶質(zhì)是不揮發(fā)物質(zhì)，因此在蒸發(fā)過

19、程中溶質(zhì)的數(shù)量不變。、 進行蒸發(fā)操作的必要條件是（1）不斷提供溶劑汽化所需熱量（2）將溶劑蒸汽不斷的排除。、 根據(jù)二次蒸汽的利用情況蒸發(fā)操作可分為單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā)。、 根據(jù)蒸發(fā)時壓強不同蒸發(fā)操作可分為常壓蒸發(fā)、減壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)三種。工業(yè)上大多采用減壓蒸發(fā)。根據(jù)其生產(chǎn)過程蒸發(fā)操作又可分為間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)兩種。、 蒸發(fā)操作中，加熱蒸汽所提供的熱量主要消耗 預熱原料液、水分蒸發(fā)所需熱量和蒸發(fā)器的熱損失三個方面。、 蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度是指蒸發(fā)器單位傳熱面積每小時所能蒸發(fā)的水量（ kg 數(shù)）它是衡量蒸發(fā)器傳熱效果性能的指標。、 根據(jù)原料掖的加入方法不同，多效蒸發(fā)流程，通常有并流、逆流和平流。、 蒸餾

20、是利用混合液中各組分揮發(fā)能力沸點的不同，把混合液加熱沸騰使之部分汽化或部分冷凝，而使其分離成較純組分的單元操作。、 液體轉(zhuǎn)化為氣體的過程稱為汽化過程，切題轉(zhuǎn)化為液體的過程稱為冷凝過程。、 被蒸發(fā)的溶液中溶質(zhì)是不揮發(fā)的蒸餾的溶液，則溶質(zhì)和溶劑都具有揮發(fā)性。、 蒸發(fā)操作的產(chǎn)物是被增濃的溶液，蒸餾操作的產(chǎn)物是蒸汽冷凝液或殘留液。、 在蒸餾中將飽和蒸汽壓較大，沸點較低的組分稱為易揮發(fā)組分，蒸餾時從蒸餾塔的塔頂引出。、 蒸餾中難揮發(fā)組分的沸點較高，其飽和蒸氣壓較低，蒸餾時從蒸餾塔的塔釜引出。、 按蒸餾操作的方法不同，蒸餾可分為簡單蒸餾、精餾、特殊精餾三大類。、 按操作壓強不同，蒸餾操作可分為常壓蒸餾、減

21、壓蒸餾、加壓蒸餾三類?；瘜W工程基礎(chǔ)習題第二章P691.解：2.解：3.解：對于穩(wěn)定流態(tài)的流體通過圓形管道，有若將直徑減小一半，即即液體的流速為原流速的4倍.4.解：即產(chǎn)生的能量損失為原來的16倍。6.解：1）雷諾數(shù)其中，故故為湍流。2）要使管中水層流，則即解得7.解：取高位水槽液面為1-1，A-A截面為2-2截面，由伯努利方程其中則解得1）A-A截面處流量2）其中8.解：對1-1截面和2-2截面，由伯努利方程得其中15.解：選取貯槽液面為1-1截面，高位槽液面為2-2截面，由伯努利方程得其中：17.解：取水池液面為1-1截面，高位截面為2-2截面，由伯努利方程得其中：19.解：取貯槽液面為1-

22、1截面，蒸發(fā)器內(nèi)管路出口為2-2截面，由伯努利方程得其中，20.解：1）取貯水池液面為1-1截面，出口管路壓力表所在液面為2-2截面，由伯努利方程得其中，忽略出水管路水泵至壓力表之間的阻力損失，則：衡算系統(tǒng)的阻力損失主要為吸入管路的阻力損失：2）3）取貯槽液面為1-1截面，水泵吸入管路上真空表處液面為2-2截面，由伯努利方程得其中：忽略進水管路水泵中真空表至水泵之間的阻力損失，則：衡算系統(tǒng)的阻力損失為吸入管路的阻力損失：得真空表的讀數(shù)為23.解：1）取低位槽液面為1-1截面高位槽液面為2-2截面由伯努利方程得其中，2）在管路A、B截面間列伯努利方程得：3）4）根據(jù)靜力學基本方程式：第三章 傳熱過程p105ex1解：ex2解：Ex4解：空氣的定性溫度200時空氣的物性參數(shù)為： ， ex5解：水的定性溫度30時水的物性參數(shù)為：