化工原理800例 王湛主编 张国俊武文娟秦振平付昕周翀编 阍而掌出 北京
前言 化工原理是化工类各专业开设的一门技术基础必修课，它是以高等数学、物理、物理化学等为 基础的后继课程，在高等学校教学计划中起到从自然学科到应用学科的搭桥作用。它的任务是研 究化工生产过程中主要单元操作及典型设备的计算及选型；最佳生产操作条件及过程强化和优化 的选择。 近年来有许多有关化原理的参考书问世，但是，作者在多年的教学实践中，深切地感受到学 生在学习这门课时迫切需要…本重点、难点突出，便于在极短的时间内巩固所学知识，及时查缺补 漏的学习辅导书。遗憾的是，类似的学习辅导书至今还不是很多。 本书由基本知识、填空、计算、公式推导四部分组成，内容包括流体流动、流体输送机械、流体通 过颗粒层的流动、颗粒的沉降和流态化、传热、气体吸收、液体精馏、液液萃取、固体干燥九章。全书 紧扣中华人民共和国教育部最新制定的2世纪《化工原理》教学大纲的基本要求，力求通过基本概 念、基本计算与公式推导等习题类型帮助学生在极短的时间内巩固所学知识，从而达到事半功倍的 效果。本书适用于高校化丁类各专业本专科师牛。 全书第一章、第二章、第三章、第四章由干湛、张国俊和秦振平编写，付昕验算了初稿中的全 部习题。武文娟编写了第五章、第八章，各章后的证明题及其相应的解答，此外，还验算了第五 章、第八章、第九章中的全部习题，扫描并绘制了全部的图片。秦振平验算了第一章至第四章中 的全部习题；周翀编写了第六章、第七章并验算了其中的全部习题。在本书编写过程中，还参考 了大量相关书籍与文章，在此谨向诸位老师和同仁表示感谢。由于编者水平有限，再加上编写时 间仓促和内容较多，书中难免有疏漏不当之处，恳请广大师和读者批评指正，请发邮件至： wangzh@bjut.edu.cn或wangzhan1966@163.com 编者 2005年4月
目录 第一章流体流动 第二章流体输送机梳 第三章流体通过颗粒层的流动 第四章颗粒的沉降和流态化 第五章传热 第六章气体吸收 ………145 第七章液体精馏…… ……175 第八章液液萃取…………………………… 第九章固体干燥 參考文献……………… ……245
第一章流体流动 、基本知识 1.化工原理中的“三传”是指 ①动能传递、势能传递、化学能传递②动能传递、内能传递、物质传递 ③动量传递、能量传递、热量传递 ④动量传递、热量传递、质量传递 2.下列单元操作中属于动量传递的有 ①流体输送 ②蒸发 ③气体吸收 ④结晶 3.下列单元操作中属于质量传递的有 ①搅拌 ②液体精馏 ③萃取 ①沉降 4.下列单元操作中属于热量传递的有 ①固体流态化 ②加热冷却 3搅拌 ①膜分离 5.下列单元操作中属于热、质同时传递的有 ①过滤 ②萃取 ③搅拌 ④下燥 6.下列各力中属于体积力的是 ①压力 ②摩擦力 ③重力 ④离心力 7.下列各力中属于表面力的是 ①压力 ②离心力 ③剪力 ①重力 8.研究化工流体时所取的最小考察对象为 ①分子 ②离子 流体质点 ④流体介质 9.化工原理屮的流体质点是指 ①与分子自由程相当尺寸的流体分子 ②比分子自由程尺寸小的流体粒子 3与设备尺相当的流休微团 ①尺寸远小于设备尺寸,但比分子白由程大得多的含大量分f的流体微团 0.化工原理中的连续流体是指 ①流体的物理性质是连续分布的 流体的化学性质是连续分布的 流体的运动参数在空间上连续分布
④流体的物理性质及运动参数在空间上作连续分布,订用连续函数来描述 11.对于流体的流动,通常采用的两种不同的考察方法是 ①牛顿法和质量守恒法 机械能守恒法和动量守恒法 ③质量守恒法和动量守恒法 ④欧拉法和拉格朗H法 12.拉格朗H法的其体内容为 ;而欧拉法则为 ①选定运动空间各点进行考察 ②选定几何意义上的点进行考察 ③选定固定位置观察流体质点的运动情况,直接描述各有关运动参数如速度、压强、密度等 在指定空间和时间上的变化 ④选定一个流休质点,对其跟踪观察,描述其运动参数(如位移、速度等)与时间的关系 轨线和流线在 是…致的: ①连续流动时 ②非稳态脉动流动时 ③稳态(定态)流动时 ④喷射流动时 14.黏性的物理木质是 ①促进流休流动产生单位速度的剪应力 ②流体的物性之-,是造成流体内摩擦的原因 ③影晌速度梯度的根由 ④分子间的引力和分了的运动与碰撞,是分子微观运动的一种宏观表现 5.据牛顿黏性定律,黏度的定义叮用数学式表示如下 A-Adu/dy du/dy 下列关于该式的四种论述中正确的是 ①倘荇流体不受力,其黏度为零 ②牛顿型流体的黏度与流体内部的速度梯度成反比 ③对于牛頓型流体,运动流体所受的切应力与其速度梯度成正比 ①流体运动时所受的切应力与共速度梯度之比即是黏度 16.根据牛顿黏性定律,下列论断中错误的是 ①单位面积上所受的剪力就是剪应力 ②黏度越大,同样的剪应力造成的速度梯度就越小 ③不同的流速层之间具有不同的动量,层间分子的交换也同时构成了动量的交换与传递,剪 应力代表了此项动量传递的速率 ④剪应力与法向速度梯度成反比,与法向压力无关 7.速度分布均匀,无黏性(黏度为零)的流体称为 ①牛顿型流体 ②非牛顿型流体 ③理想流休 ④实际流体 18.随着温度的升高,则 ①气体、液体黏度均减小 ②气体、液体黏度均增大 ③气休黏度增大液体黏度减小④气体黏庋减小,液体黏度增大 19.黏度的倒数称作流度,即y=〃-1。下列四组关于温度压强对液体流度影响的判断式中符
合实际情况的是 ①(an/am)>0;(a/)=0 ②(a/a7)0 ③(a/aT)>0;(a/) P B ②pB< PB=p ④无法比较 改善测量精度,减少U形压差计测量误差的方法有 ①减少被测流体与指示液之间的密度差 ②采用傾斜式微压计(将细管倾斜放置的单杯压強计) ③双液杯式微压计 ④加大被测流体与指示液之间的密度差 24.如图1-2所示,A、B两断面分别位于直管段内,并在两断面装上U形管和复式U形管压强 计。两压强计内指示液相同,复式U形管压强计的中间流体和管内流休相同。则读数R1、 R2、R3之间关系为 ①R1=R2+R R,=RI+R ③R2=R1+R3 ④R;、R2、R3间无定量关系存在 P 图1-1 25.如图1-3所示,在断面A和Ⅳ处接一空气压差计,其读数为R,两测压点间垂直距离为a,则 A、B两点间压差为
图1-3 PA-Pg=gH指 PA-PB=gR(P指-P空) ③PA-PB=ER(指-P)+P指g④PA-PB=即学 6.如图1-4所示,两容器内盛同…密度液体。当U形管接于A、B两点时,读数各为R1和R2。 现将测压点A和压强计…起下移h,则变化后R1和R2的变化为 ①R1增大,R2不变 ②R1不变,R2增大 ③R1、R2均不变 ④R1、R2均增大 27.如图1-5所示,在盛有密度为c某气体的容器壁两侧分别接一个U形管压强计和双杯式微 压计,U形管压强计内指示液密度为P1,微压计使用p1和P2(1>p2)两种指示液。微压计 液杯直径为D,U形管直径为d,则考虑杯内液面变化时,R、R1的表示式为 ;不考 虑杆内液面变化时,R、R1的表示式为
R 22)+/28PBP甲 p ②p<P PI=P2 ④无法比较 A B Ⅳ 图 图1-7 30.流体流动时遵循的守恒定律有 ①质量守恒 ②能量守恒 ③动量守恒 31.不可压缩流体在均匀直管内作定态流动时,平均速度沿流动方向的变化为 ①增大 减小 ③不变 ①无法确定 32.若不可压缩连续理想流体在重力场中作定态流动且流动微元在流动过程中与其他微元之间 未发生机械能交换,则方程gz+2+5=常数,可用于 ①沿轨线的机械能衡算 ②沿流线的机械能衡算 ⑧沿管流任意流段处的机械能衡算 ④沿管流均匀流段处(流线均为平行的直线且与截而垂直)的机械能衡算 3.将伯努利方程推广应用到实际黏性流体在管道中的流动时,需要考虑 ①不做任何改变 用截而上的平均动能代替伯努利方程中的动能项 ③必须计入黏性流体流动时因摩擦而导致机械能耗损(阻力损失) ④同时考虑②、③中所列因素 4.对动能校正系数a做出正确论断的有
6 ①平均动能与按平均速度计算的动能之间的校系数 ②校系数a与速度分布形状有关 ③流体在圆管内作层流流动时,以平均速度计算平均动能时,校正系数a值等于2.0 ①校正系数a与速度分布形状无关 35,对于不可压缩流体而言,卜列有关功能校正系数a各表达式中错误的是 ①(2) a u]dA ③a=u/B uda 36.流体流动的流型包括 ①层流(滞流 ②湍流(紊流) ③过渡流 ①扰动流 37.根据雷诺数Re的大小叮将流体的流动域划分为 ①层流区 过渡 ③湍流区 ④层流内层区 38.对湍流概念描述不正确的是 ①湍流时流体质点在沿管轴流动的同时还做着随机的脉动 ②湍流的基夲特征是出现∫速度的脉动。它叮用频率和平均振幅两个物理量来粗略描述 而且脉动加速了径向的动量热量和质量的传递 ③湍流时,动量的传递不仅起因」分子运动,而H来源于流体质点的脉动速度,故动量的传 递不再服从牛顿黏性定律 ④湍流时,若仍用牛顿黏性定律形式来表小动量的传递,则黏度和湍流黏度均为流体的物理 性质 39.流体在圆形直管中流动时,判断流体流型的祚数为 ③P 40.在高度湍流条件下,流体的流动区域由 构成。 ①湍流核心 ②层流内层 ③湍流边缘 ④过渡层 41.定态流体在圆管内作层流流动时,下列各式中不正确的是 d r I =num ④u=0.8a 42.下面段话中,A~C代表不同的意义有1种~5种答案,答案正确的为 圆形导管内流体流动的摩擦损失,层流时与流速的A成正比,湍流时与流速的国成正比,其 比例系数是雷诺准数和管内壁的粗糙程度的函数。对于光滑管道,雷诺数越大,摩擦系数越 ①②③ 围B 次方 次方 一次方 次方 二次方 次方 次方 次方 Q小大小大人 二次方 二分之一次方
43.有一串联管道,分别由管径为d与d2的两管段串接而成,d1<d2。某流体稳定流过该管 道。今确知d1管段内流体呈滞流,则流体在d2管段内的流型为 ①湍流 ②过渡流 ③滞流 ④需计算确定 44.若确知流体在不等径串联管路的最大管径段刚达湍流,则在其他较小管径段中流体的流型 ①必定也呈湍流 ②可能呈湍流也可能呈滞流 ③只能呈滞流 ④没有具体数据无法判断 45.下列对边界层描述止确的是 ①流速降为未受边壁影响流速的99%以内的区域称为边界层 ②边界层有层流边界层和湍流边界层之分 ③对于管流而言,仅在进口附近段距离内(稳定段)有边界层内外之分,经稳定段后,边界 层扩大到管心,汇合时,若边界层内流动是滞流,则以后的管流为滞流。若汇合之前边界 层内流动为湍流,则以后的管流为湍流 ④由于固体表面形状造成边界层分离而引起的能量损耗称为形体阻力 ⑤流体在圆形直管内稳态流动时,在稳定段内,管内各截而上的流速分布和流型保持不变 46.下面有关直管阻力损失与固体表面间摩擦损失论述中错误的是 ①固体摩擦仅发生在接触的外表面,摩擦力大小与正压力成正比 ②直管阻力损失发生在流体内部,紧贴管壁的流体层与管壁之间并没有相对滑动 ③实际流体由于具有黏性,其黏性作用引起的直管力损失也仅发生在紧贴管壁的流体层 4.对于无法用哩论解柝方法解决的问题,通过实验研究,获得经验计算式的实验研究方法是化 丁中常用的研究方法,它由下面 组成。 ①对所研究的过程作初步的实验和尽可能的分析以列出影响过程的主要因素 ②通过无次化减少变量数 ③采用函数逼近法(常以幂函数逼近待求函数)确定函数形式 ①采用线性化方法确定参数 48.下而论述中正确的是 1因次分析法提供∫减少变量的有效手段,从而可大大减少实验工作量 ②任何物理方程,等式两边或方程中的每一项均具有相同的因次,因此都可以转化为无因次 形式 ③无因次分析方法的使用使得人们可将小尺寸模型的实验结果应用于大型装置,可将水、空 气等的实验结果推广应用于其他流体 ④使用因次分析法时需对过程机理作深入理解 49.下面论述中错误的是 ①作为基本因次,应县备彼此独立、不能相互导出的特征 ②力学中的基本因次有三个:质量、长度和时间 ③热学屮的基本因次有四个:质量、长度、时间和温度 ④无因次化时作为初始变量的必须是基本因次的物理量,因为这样才可保证选定初始变量 的因次互相独立,彼此间不能组成无因次数群 50.根据x定理可知下列论断中正确的是