化工原理思考题

1思考题第一章1-1真空度、表压和绝对压力之间有何关系？1-2气体和液体的密度如何计算？1-3流体静力学中等压面如何确定，其原理可以在哪些方面得以应用？1-4如何进行实际流体的机械能衡算？伯努利方程式的应用？1-5利用伯努利解题时应注意事项？1-6流体在管内流动的速度分布如何？1-7如何计算流体在管内的的流动摩擦阻力？1-8管路计算所涉及的主要原理有哪些？如何进行设计和操作计算？1-9各种流量计的测量原理以及优缺点？第四章传热1.传热过程有哪三种基本形式？它们之间主要不同点是什么？答：(1)包括传导、对流和辐射；(2)热传导是依靠分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动所产生的热传递现象，系统内传热的各部分之间不发生相对位移；热对流是流体内存在温度差的各部分通过质点相对位移和混合而将热量由一处传至另一处的热量传递过程；热辐射是一种以电磁波形式传递热量的现象，可以在真空中传递，无需任何介质，而且伴有能量形式的转化，即发射时从热能转化为辐射能，被吸收时又从辐射能转化为热能。2.试说明热导率、对流传热系数和总传热系数的物理意义、单位和彼此间的区别。答：(1)热导率在数值上等于单位温度梯度下的热通量。因此，热导率是表征物质导热能力的参数，为物质的物理性质之一，其值越大，物质的导热性能越好，单位W/(m·℃)；对流传热系数不是物质的属性，而是对流传热过程简化处理得到的参数，包含影响过程的诸多因素，各种情况下的对流传热系数尚不能完全通过理论推导得出计算式，通常需实验测定，单位W/(m2·℃)；K值是衡量换热器性能的重要参数，由间壁两侧的流体对流传热过程和间壁的传导过程共同决定的，欲强化传热，提高K值，必须设法减小控制热阻值，单位W/(m2·℃)。5.为什么滴状冷凝的对流传热系数要比膜状冷凝的对流传热系数高？答：滴状冷凝时，由于大部分壁面直接暴露在蒸气中，没有液膜阻碍传热，因而滴状冷凝的传热系数比膜状冷凝高6.蒸气冷凝时为什么要定期排放不凝性气体？答：在工业冷凝器中，由于蒸气中常含有微量的不凝性气体，如空气等，因此，当蒸气冷凝2时，不凝性气体会在液膜表面浓集形成气膜。这相当于额外附加了一层热阻，而且由于气体的热导率λ小，故使蒸气冷凝的对流传热系数大大下降。因此，在冷凝器的设计中，应在蒸气冷凝侧的高处安装气体排放口，定期排放不凝性气体，减少不凝性气体对α的不良影响。7.何谓黑体、灰体、镜体、透热体？答：当A＝1，即D＝R＝0时，这种物体称为绝对黑体或黑体。黑体是能全部吸收辐射能的物体；当R＝1，即A＝D＝0时，这种物体称为绝对白体或镜体。白体是能全部反射辐射能的物体；当D＝1，即A＝R＝0时，这种物体称为透热体。透热体是能透过全部辐射能的物体；灰体指对各种波长的辐射能具有相同吸收率的理想化物体。8.影响辐射传热的主要因素有哪些？答：(1)温度的影响同样的温度差在高温时的热流量将远大于低温时的热流量。(2)几何位置的影响角系数对两物体间的辐射传热有重要影响，而角系数取决于两辐射表面的方位和距离。(3)表面黑度的影响当物体的相对位置一定时，系统黑度只和表面黑度有关，因此，通过改变表面黑度的方法可以强化或减弱辐射传热。(4)辐射表面之间介质的影响某些气体也具有发射和吸收辐射能的能力。因此，这些气体的存在对物体的辐射传热必有影响。9.物体的吸收率与辐射能力之间存在什么关系？黑度与吸收率之间有何联系？答：由克希霍夫定律可知，同一灰体的吸收率与黑度在数值上必须相等，表明物体的辐射能力越大，其吸收能力也越大。但两者的物理意义不同。10.设备保温层外常包有一层薄金属皮，为减少热辐射损失，此层金属皮的黑度值是大一些好还是小一些好？其黑度值与材料的颜色、粗糙度的关系又是如何？答：为减少热辐射损失，此层金属皮的黑度值小一些好。表面粗糙度越高，黑度越高；材料的颜色越深，黑度也越高。11.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：在换热器的热流量Q及总传热系数K相同的条件下，逆流操作可节省传热面积。逆流操作的另一个优点是可以节约加热剂或者冷却剂的用量。因为并流时，t2总是小于T2，而逆流时t2却可以大于T2，所以逆流冷却时冷却剂的温升t2－t1可比并流操作时大些，在相同热3流量的情况下，冷却剂用量就可以少些。同理，逆流加热时，加热剂本身温度下降T1－T2可比并流操作时大些，即加热剂的用量可以减少些。当需要限制热流体或冷流体出口温度时可采用并流操作。12.列管式换热器在什么情况下需考虑热补偿？热补偿的形式有哪些？答：换热器因管束内外冷、热流体温度不同，壳体和管束受热不同，其膨胀程度也不同，当两者温差较大(50℃以上)时，其产生的热应力会使管子扭弯，从管板上脱落，以至毁坏换热器。因此必须从结构上采取消除或减少热应力的措施，称为热补偿。换热器因管束内外冷、热流体温度不同，壳体和管束受热不同，其膨胀程度也不同，当两者温差较大(50℃以上)时，其产生的热应力会使管子扭弯，从管板上脱落，以至毁坏换热器。因此必须从结构上采取消除或减少热应力的措施，即热补偿。热补偿形式包括带补偿圈的固定管板式、浮头式、U形管式。13.有一间壁式换热器，管程内空气被加热，壳程为饱和水蒸气，总传热系数K接近于哪一侧的对流传热系数？壁温接近于哪一侧流体的温度？答：总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数，壁温接近于饱和水蒸气的温度。第六章思考题1.在精馏塔的设计中，下面参数对理论板层数有何影响?1）塔顶馏出液组成、回流比及回流温度；2）进料量、进料组成、进料状态参数及进料位置；3）塔釜釜液组成。答：1）馏出液组成增大，分离难度加大，理论板层数增加；R加大，有利于分离，理论板层数减少；回流温度低于泡点，增加塔内实际液体回流量（内回流大于塔顶回流），可使理论板层数减少。2）进料量大小不影响理论板层数，但直接影响塔径大小；进料组成减小，进料热状况参数q值减小，都使理论板层数有加大的趋势；适宜进料位置是使完成分离任务所需的理论板层数为最少。3）釜液组成降低，表明分离程度加大，则所需理论板层数增加。2.全回流的特点是什么，有何意义？何为最小回流比，怎样计算最小回流比？如何确定适宜回流比？全回流的特点是精馏塔没有进料，也没有产品，因而也无精馏段和提馏段之分，全塔只有一个操作线方程（即对角线方程），平很闲语操作线距离最大，即传质推动力最大，所需理论板层数为最少；全回流在科学研究及精馏塔开工阶段都有重要意义。达到指定分离程度所需理论板层数为无穷多时代回流比称为最小回流比；最小回流比的确定可用此式计算也可用解析的方法计算。适宜回流比的选取要权衡操作费用和设备费用的影响，一般选这两个费用之和最低的回流比为适宜的回流比，一般为错误!未找到引用源。。3.如何理解理论板的概念和恒摩尔流假设？答：所谓理论板，是指在塔板上气液两相皆充分混合、无传递阻力、组成达到平衡、温4度相等的理想塔板，是对塔板上传质过程的简化，是衡量实际塔板分离效率的依据和标准。理论板概念的引入对精馏分析和计算十分有用。恒摩尔流假设，是指从精馏段或提馏段每层塔板上升蒸汽的摩尔流量和下降液体的摩尔流量分别相等，但精馏段和提馏段的上升蒸汽流量不一定相等，精馏段和提馏段下降的液体流量也不一定相等，这与进料的热状况有关。恒摩尔流假设是对塔内物料衡算的简化，也是推导直线操作线方程的基础。4.塔板负荷性能图由哪几条线组成？负荷性能图的意义是什么？答：塔板负荷性能图由雾沫夹带线、液泛线、液相负荷上限线、漏液线、液相负荷下限线组成。塔板负荷性能图对板式塔的设计与操作具有重要指导意义：①检验塔的设计是否合理，操作点是否在适中的高效区域；②指明气液相的流量范围，判断增大或减少负荷的可能性；③了解塔的操作情况和操作弹性，当塔顶操作出现问题时，可从负荷性能图的分析找到解决问题的措施。5.评价塔板性能的主要指标有哪些方面？答：评价塔板性能的主要指标是：①单位塔截面上气液两相的通量（生产能力）；②分离小高（体现为塔板效率）；③适应能力（操作弹性）；④压力降低；⑤结构简单，造价低，易于操作等。第七章吸收思考题7-1吸收操作在工业生产上的应用有哪些？吸收操作主要的设备有哪些类型？吸收操作主要应用于工业生产中的气体混合物分离，其应用可分为(1)净化生产过程中的原料气。(2)回收混合气中的有用组分。(3)制取液体产品。(4)净化工业放空尾气。在实际生产过程中，以上目的往往兼而有之。吸收设备可分为逐级接触式和连续接触式两类，逐级接触式以板式塔为代表，连续接触式以填料塔为代表。7-2选择吸收剂的主要依据是什么？什么是溶剂的选择性？吸收剂是保证吸收过程既高效又经济的重要因素。通常对吸收剂的性能有如下要求。(1)吸收剂对溶质的溶解度大。吸收剂对溶质的溶解度越大，则吸收推动力越大，吸收速率越快，吸收剂的消耗越少。(2)吸收剂对目标溶质有好的选择性。即对混合气中其他组分不吸收或吸收甚微。(3)吸收剂的应具有不易挥发的特性。以减少吸收过程中吸收剂的损失，及混合气中引入新杂质。(4)若吸收液不是产品，则吸收剂应易于解吸而再生，循环使用。通常可采用升温，减压，通入惰性气体等方法进行解吸。(5)吸收剂在操作温度下的粘度小，以利于传质与输送；比热小、以降低再生时的耗热量；发泡性低，以免过分降低塔内气速而增大塔体积。(6)吸收剂应具有化学稳定性好，腐蚀性低，毒性小，不易燃，价廉，来源广泛等特点。57-3温度与压力是如何影响吸收过程的平衡关系的？答：对于同一溶质，在相同气相分压下，溶解度随温度升高而减小；随温度的升高，亨利系数E、相平衡常数m增大，溶解度系数H减小。对于同一溶质，在相同温度下，溶解度随气相分压升高而增大。随气相分压的升高，亨利系数E、溶解度系数H几乎不变。相平衡常数m减小。7-4亨利定律适用于气液相平衡的哪种情况？其表达形式有哪些？答：只有在低浓度的气体吸收时才可以使用亨利定律，其表达形式有：A*AHpcA*AExp，mxy*，XmmXY)1(1*（对于稀溶液，mXY*）。7-5若溶质分压p的气体混合物与溶质浓度为c的溶液接触，如何判断溶质是从气相向液相传递还是从液相向气相传递？答：利用亨利定律计算HpHpcA*A，若ccA*0，则溶质是从气相向液相传递，反之，若ccA*0,则溶质是从液相向气相传递。7-6两相间传质的双膜理论基本论点是什么？何谓液膜控制？何谓气膜控制？答：有效膜模型认为相界面两侧分别存在一个层流气膜与液膜，溶质以定态分子扩散先后通过这两层膜，全部传质阻力均集中在这两层滞流膜。当溶质A的溶解度很大时，即H很大时，液膜传质阻力lHk1比气膜传质阻力gk1小很多，即传质阻力集中于气膜中，称为气膜阻力控制或气膜控制。反之，当溶质A的溶解度很小时，即H很小时，气膜传质阻力gkH比液膜传质阻力lk1小很多，即传质阻力集中于液膜中，称为液膜阻力控制或液膜控制。7-7传质单元高度与传质单元数有何物理意义？答：OGH可以看做Vn,q与Y1K的乘积，Vn,q为单位塔截面积的惰性气体摩尔流量，Y1K反应传质阻力的大小、填料性能的优劣以及润湿情况的好坏。吸收过程的传质阻力越大，填料层有效比表面积越小，则每个传质单元所相当的填料层高度就越大。传质单元数代表所需填料层总高度Z相当于传质单元高度OGH(或OLH)的倍数，它反应了吸收过程进行的难易程度。生产任务所要求的气体组成变化越大，吸收过程的平均推动力越小，则意味着吸收的难度越大，此时所需的传质单元数也就越大。7-8吸收剂用量对实际生产有何影响？最小液气比如何计算？答：当平衡线不变，且分离任务（Vn,q、1Y、2Y、2X）也保持不变时，若改变吸收剂的用量，操作线与平衡线的距离将产生变化并引起一系列技术和经济的优化问题。增大吸收6剂用量时，完成一定吸收任务所需的塔高降低，设备费减少；但吸收剂用量增大，输送费用增加，吸收剂的再生费用增加，使操作费用增加。减小吸收剂用量时，吸收平均推动力降低，吸收速率减小，完成一定吸收任务所需的塔高增加，设备费增加；当吸收操作线与平衡线相交时，塔底气液两相达到平衡，即推动力为