化工原理 陈敏恒 第四版 第13章习题与思考题

化工原理第四版思考题答案————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：3-2 球形颗粒在流体中从静止开始沉降，经历哪两个阶段？何谓固体颗粒在流体中的沉降速度？沉降速度受那些因素的影响？答：1、加速阶段和匀速阶段；2、颗粒手里平衡时，匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度t μ3、影响因素由沉降公式确定ξρρ以及、、p p d 。

（93页3-11式）3-6 球形颗粒于静止流体中在重力作用下的自由沉降都受到哪些力的作用？其沉降速度受哪 些因素影响?答：重力，浮力，阻力；沉降速度受 颗粒密度、流体密度 、颗粒直径及阻力系数有关 3-7 利用重力降尘室分离含尘气体中的颗粒，其分离条件是什么？答：停留时间>=沉降时间（tu u H L ≥) 3-8 何谓临界粒径？何谓临界沉降速度？答：能 100%除去的最小粒径；临界颗粒的沉降速度。

3-9 用重力降尘室分离含尘气体中的尘粒，当临界粒径与临界沉降速度为一定值时，含尘气 体的体积流量与降尘室的底面积及高度有什么关系？答：成正比 WL V ·u q t s ≤ 3-10 当含尘气体的体积流量一定时，临界粒径及临界沉降速度与降尘室的底面积 WL 有什么 关系。

答：成反比3-12 何谓离心分离因数？提高离心分离因数的途径有哪些？答：离心分离因数：同一颗粒所受到离心力与重力之比；提高角速度，半径（增大转速） 3-13 离心沉降与重力沉降有何不同？答：在一定的条件下，重力沉降速度是一定的，而离心沉降速度随着颗粒在半径方向上的位置不同而变化。

3-15 要提高过滤速率，可以采取哪些措施？答：过滤速率方程 ()e d d V V P A V +∆=γμυτ 3-16 恒压过滤方程式中，操作方式的影响表现在哪里？ 答：3-17 恒压过滤的过滤常数 K 与哪些因素有关？ 答：μγυP K ∆=2表明K 与过滤的压力降及悬浮液性质、温度有关。

第八章课堂练习：1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低3、若某气体在水中的亨利系数 E 值很大，说明该气体为难溶气体。

4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。

5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。

6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数 E 不变， H 不变，相平衡常数 m 减小1、①实验室用水吸收空气中的O2 ，过程属于（ B ）A 、气膜控制B、液膜控制C、两相扩散控制② 其气膜阻力（C）液膜阻力 A 、大于B、等于C、小于２、溶解度很大的气体，属于气膜控制３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m 的直线时，则 1/Ky=1/ky+ m /kx4、若某气体在水中的亨利常数 E 值很大，则说明该气体为难溶气体5 、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG ，当(气膜阻力 1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。

1、低含量气体吸收的特点是L 、 G 、Ky 、 Kx 、T 可按常量处理2、传质单元高度HOG 分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG 表征了（分离任务的难易）特性。

3、吸收因子 A 的定义式为 L/ （ Gm ），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比4、当 A<1 时，塔高 H= ∞，则气液两相将于塔底达到平衡5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。

6、液气比低于（L/G ） min 时，吸收操作能否进行？能此时将会出现吸收效果达不到要求现象。

7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元高度 HOG 将↑，总传质单元数NOG将↓，操作线斜率（L/G ）将不变。

8、若吸收剂入塔浓度 x2 降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率↑，出口气体浓度↓。

第八章气体吸收1、吸收的目的和基本依据是什么?吸收的主要操作费用花费在哪?吸收的目的是分离气体混合物。

基本依据是气体混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。

操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。

2、选择吸收溶剂的主要依据是什么?什么是溶剂的选择性?溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。

溶剂对溶质溶解度大，对其他组份溶解度小。

3、E、m、H三者各自与温度、总压有何关系?m=E/P=HC M/P，m、E、H均随温度上升而增大，E、H基本上与总压无关，m反比于总压。

4、工业吸收过程气液接触的方式有哪两种?级式接触和微分接触。

5、扩散流J A,净物流N,传递速率N A相互之间有什么联系和区别?N A=J A+NC A/C M，N=N M+J A+J B。

(主体流动N M)J A、J B浓度梯度引起；N M微压力差引起；N A溶质传递，考察所需。

6、漂流因子有什么含义?等分子反向扩散时有无漂流因子?为什么？P/PBm（漂流因子）表示了主体流动对传质的贡献。

无漂流因子。

因为没有主体流动。

7、气体分子扩散系数与温度、压力有何关系?液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系?D气∝T1.81/P，D液∝T/μ。

8、修伍德数、施密特数的物理含义是什么?（P14）Sh=kd/D表征对流传质速率与扩散传质速率之比。

Sc=μ/(ρD)表征动量扩散系数与分子扩散系数之比。

9、传质理论中，有效膜理论与表面更新理论有何主要区别?表面更新理论考虑到微元传质的非定态性，从k∝D推进到k∝D0.5。

10、传质过程中，什么时侯气相阻力控制?什么时侯液相阻力控制?mK y<<K x时，气相阻力控制；mK y>>K x时，液相阻力控制。

11、低浓度气体吸收有哪些特点?①G、L为常量，②等温过程，③传质系数沿塔高不变。

12、吸收塔高度计算中，将N OG与H OG分开,有什么优点?分离任务难易与设备效能高低相对分开，便于分析。

陈敏恒《化工原理》（第4版）配套模拟试题及详解一、选择题（每题3分，共30分）1．在板框过滤机中，如滤饼不可压缩，介质阻力不计，当过滤压差增加一倍时，其过滤速率为原来的（）倍。

A．B．1C．2D．4【答案】C2．湿空气在换热器中与传热介质进行热交换，（1）如空气温度降低，其湿度肯定不变；（2）如空气温度升高，其湿度肯定不变。

则正确的判断是（）。

A．两种提法都对B．两种提法都不对C．（1）对，（2）不对D．（2）对，（1）不对【答案】D【解析】当t减小到以下时，由于空气中水汽凝结的液态水，使空气中水汽质量减小，从而使H减小，当t增加或t减小，且t在以上时，H将保持不变。

3．流率为800 kmol/h、组成为0.4的二元理想溶液精馏分离，要求塔顶产品组成达到0.7，塔底残液组成不超过0.1，泡点进料，回流比为2.5。

要使塔顶采出量达到500 kmol/h，应采取措施（）。

A．增加塔板数B．加大回流比C．改变进料热状况D．增加进料量【答案】D【解析】由的物料衡算式知，400（kmol/h）。

当x D、x W、x F均确定后，只有改变F才可改变D，其他几种措施只能改变分离能力。

4．板框压滤机洗涤速率为恒压过滤最终速率的1/4，这一规律只有在（）时才成立。

A．过滤时的压差与洗涤时的压差相同；B．滤液的粘度与洗涤液的粘度相同；C．过滤压差与洗涤压差相同且滤液的粘度与洗涤液的粘度相同；D．过滤压差与洗涤压差相同，滤液的粘度与洗涤液的粘度相同，且过滤面积与洗涤面积相同【答案】C5．萃取剂加入量应使原料和萃取剂的和点M位于（）。

A．溶解度曲线上方区B．溶解度曲线下方区C．溶解度曲线上D．纵坐标轴上【答案】B【解析】和点M位于溶解度曲线下方的两相区才能进行萃取操作。

6．对于恒速干燥阶段，下列哪个描述是错误的（）。

A．干燥速度与气体的性质有关B．干燥速度与气体的流向有关C．干燥速度与气体的流速有关D．干燥速度与物料种类有关【答案】D【解析】恒速干燥阶段，干燥速度与物料种类无关，取决于干燥介质气体的状态及流速、空气与物料的接触方式。

目　录第一部分　名校考研真题绪　论第1章　流体流动第2章　流体输送机械第3章　液体的搅拌第4章　流体通过颗粒层的流动第5章　颗粒的沉降和流态化第6章　传　热第7章　蒸　发第二部分　课后习题绪　论第1章　流体流动第2章　流体输送机械第3章　液体的搅拌第4章　流体通过颗粒层的流动第5章　颗粒的沉降和流态化第6章　传　热第7章　蒸　发第三部分　章节题库绪　论第1章　流体流动第2章　流体输送机械第3章　液体的搅拌第4章　流体通过颗粒层的流动第5章　颗粒的沉降和流态化第6章　传　热第7章　蒸　发第四部分　模拟试题陈敏恒《化工原理》（第4版）配套模拟试题及详解第一部分　名校考研真题说明：本部分从指定陈敏恒主编的《化工原理》（第4版）为考研参考书目的名校历年考研真题中挑选最具代表性的部分，并对其进行了详细的解答。

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绪　论一、简答题什么是化工原理中的三传？试论述三传的可比拟性。

[中山大学2010年研]答：化工原理的三传：质量传递、热量传递、动量传递。

三传的类比：（1）传递本质类比①动量传递是由于流体层之间速度不等，动量将从速度大处向速度小处传递。

②热量传递是流体内部因温度不同，有热量从高温处向低温处传递。

③质量传递是因物质在流体内存在浓度差，物质将从浓度高处向浓度低处传递。

（2）基础定律数学模型类比①动量传递的牛顿粘性定律。

②热量传递的傅立叶定律。

③质量传递的费克扩散定律。

（3）物性系数类比①粘度系数。

②导热系数。

③分子扩散系数。

第1章　流体流动一、选择题1．计算管路系统突然扩大的局部阻力时，速度值应取（ ），计算突然缩小的局部阻力时，速度值应取（ ）。

[华南理工大学2011年研]A ．小管的流速B ．大管的流速C ．上游管道的流速D ．大管与小管的流速平均值2．层流与湍流的本质区别是（ ）。

陈敏恒《化工原理》（第4版）（下册）课后习题第11章液液萃取（一）习题单级萃取11-1现有含醋酸15％（质量分数）的水溶液30kg，用60kg纯乙醚在25℃下作单级萃取，试求：（1）萃取相、萃余相的量及组成；（2）平衡两相中醋酸的分配系数，溶剂的选择性系数。

物系的平衡数据如表11-2-1所示。

表11-2-1在25℃下，水（B）-醋酸（A）-乙醚（S）系统的平衡数据（均以质量分数表示）解：已知：x F＝15%，F＝30kg，S＝60kg，单级萃取，求：（1）E，R，x，y；（2），β。

图11-2-1（1）由得图中M 点。

用内插法过M 点作一条平衡联结线，得平衡时R、E 相。

由图中读得各组分组成，，且量得，。

根据杠杆定律（2）由于，从图11-2-1中读得，故6.14064.01064.0/5.015.01/1=--=--=︒︒︒︒A A A Ax x y y β11-2如图11-2-2所示为溶质（A），稀释剂（B）、溶剂（S）的液液相平衡关系，今有组成为x F 的混合液100kg，用80kg 纯溶剂作单级萃取，试求：（1）萃取相、萃余相的量及组成；（2）完全脱除溶剂之后的萃取液E°、萃余液R°的量及组成。

图11-2-2解：已知：如图11-2-2所示。

求：（1）E，R，y A ，x A ；（2）︒E ，︒R ，︒A y ，︒Ax 。

（1）由，量得，得M 点。

用内插法过M 点作一条平衡联结线，得平衡时R、E 相，从图11-2-2中读得故（2）从图11-2-2中读得x F ＝0.29，16.0=︒A x ，77.0=︒A y 。

物料衡算式解得11-3醋酸水溶液100kg，在25℃下用纯乙醚为溶剂作单级萃取。

原料液含醋酸x F ＝0.20，欲使萃余相中含醋酸x A ＝0.1（均为质量分数）。

试求：（1）萃余相、萃取相的量及组成；（2）溶剂用量S。

已知25℃下物系的平衡关系为y A ＝1.356201.1Ax ；y S ＝1.618－0.6399exp（1.96y A ）；x S ＝0.067＋1.43273.2A x ，式中y A 为与萃余相醋酸浓度x A 成平衡的萃取相醋酸浓度；y S 为萃取相中溶剂的浓度；x S 为萃余相中溶剂的浓度。

第十三章习题过程的方向和极限1．温度为30℃、水汽分压为2kPa的湿空气吹过下列三种状态的水的表面时，试用箭头表示传热和传质的方向。

水温θ 50℃ 30℃ 18℃ 10℃传热方向气水气水气水气水传质方向气水气水气水气水2．在常压下一无限高的填料塔中，空气与水逆流接触。

入塔空气的温度为25℃、湿球温度为20℃。

水的入塔温度为40℃。

求气、液相被加工的极限。

（1）大量空气，少量水在塔底被加工的极限温度。

（2）大量水，少量空气在塔顶被加工的极限温度和湿度。

过程计算3．总压力为320kPa的含水湿氢气干球温度t=30℃，湿球温度为tw=24℃。

求湿氢气的湿度H（kg水/kg 干氢气）。

已知氢-水系统的α/k H≈17.4kJ/kg.℃。

4. 常压下气温30℃、湿球温度28℃的湿空气在淋水室中与大量冷水充分接触后，被冷却成10℃的饱和空气，试求：（1）每kg干气中的水分减少了多少？（2）若将离开淋水室的气体再加热至30℃，此时空气的湿球温度是多少？5．在t1=60℃，H1=0.02kg水/kg干气的常压空气中喷水增湿，每公斤的干空气的喷水量为0.006kg，这些水在气流中全部汽化。

若不计喷入的水本身所具有的热焓，求增湿后的气体状态（温度t2和湿度H2）。

*6．今有CO2－水蒸汽混合物2000kg/h，其中水蒸汽含量为70%（质量），在操作压强0.3MPa(表)下将该混合物的温度下降至80℃，试问冷凝下的水量为多少？7．氮和苯蒸汽的混合气体在297K时含苯蒸汽分压为7.32kPa，总压为102.4 kPa。

现采用加压冷却的方法以回收混合气中的苯，问须将混合气加压至多大的压强并冷却至283K，才能回收75%的苯。

（已知283K时苯的饱和蒸汽压为6.05kPa）。

*8．拟在一填料式凉水塔中用空气将水从34℃冷却至20℃，两者作逆流接触。

水的流率为2.71×10-2 kg/s・m2，空气的流率为4×10-2kg/s.m2，空气入塔温度为20℃，湿度为0.004kg水/kg干空气，当地大气压为100kPa，已知设备的容积系数k Hα=1.6×10-3kg/s・m3，并鉴于凉水塔内水温度变化范围不大，试以焓差为推动力法估算凉水塔的高度。

第一章流体流动问题 1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件?答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。

质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。

问题 2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。

问题 3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降?答3．分子间的引力和分子的热运动。

通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。

液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。

问题4. 静压强有什么特性?答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。

问题5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。

(1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)；(2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？题5附图题6附图答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下大。

2）内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa；外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强4.91kPa。

因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。

问题6.图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U形压差计，读数分别为R1、R2，两压差计间用一橡皮管相连接，现将容器A连同U形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R1与R2有何变化？(说明理由)答6．容器A的液体势能下降，使它与容器B的液体势能差减小，从而R2减小。

第一章习题静压强及其应用1. 用图示的U形压差计测量管道A点的压强，U形压差计与管道的连接导管中充满水。

指示剂为汞，读数R=120mm，当地大气压p a=760mmHg，试求：(1) A点的绝对压强，Pa；(2) A点的表压，mH2O。

2. 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。

测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。

今测得U形压差计读数为R=130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。

试求贮槽内液体的储存量为多少吨？3. 一敞口贮槽内盛20℃的苯，苯的密度为880kg/m3。

液面距槽底9m，槽底侧面有一直径为500mm的人孔，其中心距槽底600mm，人孔覆以孔盖，试求：(1) 人孔盖共受多少液柱静压力，以kg(f)表示；(2) 槽底面所受的压强是多少Pa？4. 附图为一油水分离器。

油与水的混合物连续进入该器，利用密度不同使油和水分层。

油由上部溢出，水由底部经一倒U形管连续排出。

该管顶部用一管道与分离器上方相通，使两处压强相等。

已知观察镜的中心离溢油口的垂直距离H s=500mm，油的密度为780kg/m3，水的密度为1000kg/m3。

今欲使油水分界面维持在观察镜中心处，问倒U形出口管顶部距分界面的垂直距离H应为多少？因液体在器内及管内的流动缓慢，本题可作静力学处理。

5. 用一复式U形压差计测定水管A、B两点的压差。

指示液为汞，其间充满水。

今测得h1 =1.20m，h2=0.3m，h3 =1.30m，h4 =0.25m，试以N/m2为单位表示A、B两点的压差Δp。

6. 附图为一气柜，其内径9m，钟罩及其附件共重10吨，忽略其浸在水中部分所受之浮力，进入气柜的气速很低，动能及阻力可忽略。

求钟罩上浮时，气柜内气体的压强和钟罩内外水位差Δh (即“水封高”)为多少？7. 附图所示的汽液直接接触混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，凝液与水沿大气腿流至地沟排出，现已知器内真空度为82kPa，当地大气压为100kPa，问其绝对压为多少Pa？并估计大气腿内的水柱高度H为多少米？8. 如图所示，在A 、B 两容器的上、下各接一压差计，两压差计的指示液相同，其密度均为ρi 。

综合型计算4-13．拟用一板框压滤机在恒压下过滤某悬浮液，已知过滤常数K =7.5×10-5m 2/s 。

现要求每一操作周期得到10m 3滤液，过滤时间为0.5h 。

悬浮液含固量φ=0.015(m 3固体/m 3悬浮液)，滤饼空隙率ε=0.5，过滤介质阻力可忽略不计。

试求：（1）需要多大的过滤面积？（2）现有一板框压滤机，框的尺寸为0.65m×0.65m×0.02m ，若要求仍为每过滤周期得到滤液量10m 3，分别按过滤时间和滤饼体积计算需要多少框？（3）安装所需板框数量后，过滤时间为0.5h 的实际获得滤液量为多少？ 解：（1）τK q =235/3.0180010.7m m 675=⨯⨯=-2m 7.20.36710q V A 2=== （2）按过滤面积需要框 个330.65227.2a 2A n 22=⨯== 3饼m 0.3090.0150.510.01510φε1V φV =--⨯=--= 按滤饼体积需要框 个饼370.650.020.309ba V n 22=⨯==取37个(3) 安装37个框 A=37×2×0.652=31.3m 2τK q =235/3.0180010.7m m 675=⨯⨯=-不变V=qA=0.367×31.1=11.4 m 3传热综合型计算6-31. 质量流量为7200kg/h 的某一常压气体在250根Ф25×2.5mm 的钢管内流动，由25℃加热到85℃，气体走管程，采用198kPa 的饱和蒸汽于壳程加热气体。

若蒸汽冷凝给热系数1α= 1×104 W/(m 2.K)，管内壁的污垢热阻为0.0004W K m /2⋅，忽略管壁、管外热阻及热损失。

已知气体在平均温度下的物性数据为：c p =1kJ/(kg ·K)，λ= 2.85×10-2W/(m.K)，μ=1.98×10-2mPa s ⋅。