化工原理王晓红版本练习习题答案第三章.doc

化⼯原理第三章习题与答案第三章机械分离⼀、名词解释（每题2分）1. ⾮均相混合物物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界⾯2. 斯托克斯式r u d u ts r 2218)(?-=µρρ3. 球形度s ?⾮球形粒⼦体积相同的球形颗粒的⾯积与球形颗粒总⾯积的⽐值4. 离⼼分离因数离⼼加速度与重⼒加速度的⽐值5. 临界直径dc离⼼分离器分离颗粒最⼩直径6．过滤利⽤多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作7. 过滤速率单位时间所产⽣的滤液量8. 过滤周期间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成⼀次过滤所⽤时间9. 过滤机⽣产能⼒过滤机单位时间产⽣滤液体积10. 浸没度转筒过滤机浸没⾓度与圆周⾓⽐值⼆、单选择题（每题2分）1、⾃由沉降的意思是_______。

Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻⼒可忽略不计Ｂ颗粒开始的降落速度为零，没有附加⼀个初始速度Ｃ颗粒在降落的⽅向上只受重⼒作⽤，没有离⼼⼒等的作⽤Ｄ颗粒间不发⽣碰撞或接触的情况下的沉降过程D 2、颗粒的沉降速度不是指_______。

Ａ等速运动段的颗粒降落的速度Ｂ加速运动段任⼀时刻颗粒的降落速度Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度Ｄ净重⼒（重⼒减去浮⼒）与流体阻⼒平衡时颗粒的降落速度B3、对于恒压过滤_______。

A 滤液体积增⼤⼀倍则过滤时间增⼤为原来的2倍B 滤液体积增⼤⼀倍则过滤时间增⼤⾄原来的2倍C 滤液体积增⼤⼀倍则过滤时间增⼤⾄原来的4倍D 当介质阻⼒不计时,滤液体积增⼤⼀倍,则过滤时间增⼤⾄原来的4倍D4、恒压过滤时，如介质阻⼒不计，滤饼不可压缩，过滤压差增⼤⼀倍时同⼀过滤时刻所得滤液量___ 。

Ａ增⼤⾄原来的2倍Ｂ增⼤⾄原来的4倍Ｃ增⼤⾄原来的2倍Ｄ增⼤⾄原来的1.5倍C5、以下过滤机是连续式过滤机_______。

Ａ箱式叶滤机Ｂ真空叶滤机Ｃ回转真空过滤机Ｄ板框压滤机 C6、过滤推动⼒⼀般是指______。

Ａ过滤介质两边的压差Ｂ过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差Ｃ滤饼两⾯的压差Ｄ液体进出过滤机的压差B7、回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时，能⾃动地进⾏相应的不同操作：______。

第三章 传热习题一、 填空题1．三层圆筒壁热传导过程中，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同。

在其他条件不变时，若将第二层和第三层的材料互换，则导热量变（ ），第二层与第三层的界面温度变（ ）。

答：变小，变小。

2．在垂直冷凝器中，蒸汽在管内冷凝，若降低冷却水的温度，冷却水的流量不变，则冷凝传热系数（ ），冷凝传热量（ ）。

答：减小，增加。

冷凝传热系数与温差的-1/4次方成正比，故温差增加，冷凝传热系数减小； 冷凝传热量与温差的3/4次方成正比，故温差增加，冷凝传热量增加。

3．在管壳式换热器中，热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程该为双程，则传热温度差（ ）。

答：下降4．在高温炉外设置隔热档板，挡板材料的黑度越低，则热损失越（ ）。

答：越小5．黑体的表面温度提高一倍，则黑体的辐射能力提高（ ）倍。

答：156．沸腾传热设备壁面越粗糙，汽化核心越（ ），沸腾传热系数α越（ ）。

答：多，大7．苯在内径为20mm 的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数为1270W/（m 2．℃）。

如果流量和物性不变，改用内径为30mm 的圆管，其对流传热系数变为（ ）W/（m 2．℃）。

答：612α=0.023nr P d8.0Re λ=0.023d λn S d W d Pr 4/8.02⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡μρρα∝8.0)21(1⨯-+-d =8.1-dαα'=8.12030-⎪⎭⎫⎝⎛=0.482α'=0.482α=0.482⨯1270=612W/(2m ·℃)8.某液体在一直管内（忽略进口段的影响）稳定强制湍流流动，该管内径为20mm ，测得其对流传热系数为α，现将管内径改为27mm ，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。

⑴若液体的流速保持不变，管内对流传热系数为原传热系数的0.9417倍；⑵若液体的质量流量保持不变，管内对流传热系数为原传热系数的0.5826倍； 知： mm m d 20020.0== mm d 27=求： 12αα解：(1) 由 12u u =，np c du d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅=λμμρλα8.0023.0 得 9417.020*******.08.0122118.0128.0212=⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅==d d d d d d d d αα(2) 由 12W W =，uA V W ρρ==得 1122A u A u =，22112⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d d u u所以()()8.02218.012218.011222118.01128.02212⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅==d dd d d d u d u d d d d u d d u d αα5826.027208.18.1216.1218.01221=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=d d d d d d d d9.在一内钢管为φ180⨯10mm 的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的某液态烃从100︒C 冷却到60︒C ，其平均比热为2380J/(kg ⋅K)。

化工原理习题第三部分蒸馏答案精编W O R D版IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】第三部分蒸馏一、填空题1、蒸馏是用来分离均相液体混合物的单元操作。

2、含乙醇12%（质量百分数）的水溶液，其乙醇的摩尔分率为 5.07% 。

3、蒸馏操作是借助于液体混合物中各组分挥发度的差异而达到分离的目的。

4、进料板将精馏塔分为精馏段和提馏段。

5、理想溶液的气液相平衡关系遵循拉乌尔定律。

6、当一定组成的液体混合物在恒这一总压下，加热到某一温度，液体出现第一个气泡，此温度称为该液体在指定总压下的泡点温度，简称泡点。

7、在一定总压下准却气体混合物，当冷却到某一温度，产生第一个液滴，则此温度称为混合物在指定总压下的露点温度，简称露点。

8、理想溶液中各组分的挥发度等于其饱和蒸气压。

9、相对挥发度的大小反映了溶液用蒸馏分离的难易程度。

10、在精馏操作中，回流比的操作上限是全回流。

11、在精馏操作中，回流比的操作下限是最小回流比。

12、表示进料热状况对理论板数的影响的物理量为进料热状况参数。

13、q值越大，达到分离要求所需的理论板数越少。

14、精馏塔中温度由下而上沿塔高的变化趋势为逐渐降低。

15、当分离要求一定，回流比一定时，在五种进料状况中，冷液进料的q 值最大，此时，提馏段操作线与平衡线之间的距离最远，分离所需的总理论板数最少。

16、精馏过程是利用部分冷凝和部分汽化的原理而进行的。

精馏设计中，回流比越大，所需理论板越少，操作能耗增加，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现先降后升的变化过程。

17、精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数减小（增大、减小），同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量增大（增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量减小（增大、减小），所需塔径增大（增大、减小）。

18、分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中, 冷液体进料的q 值最大，提馏段操作线与平衡线之间的距离最远 , 分离所需的总理论板数最少。

第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为的球形颗粒在150℃的热空气中降落，400m μ求其沉降速度。

解 150℃时，空气密度，黏度./30835kg m ρ=.524110Pa s μ-=⨯⋅颗粒密度，直径/31030p kg m ρ=4410p d m -=⨯假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。

试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。

解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa sρμ-==⨯⋅./,.35120518110a a kg m Pa sρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为，代入上式得/32500p kg m ρ=.961pw pad d ==【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为，气体密度为，黏度为10m μ./311kg m ，颗粒密度为4000kg/m 3。

试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要.621810Pa s -⨯⋅最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa sρρμ--=⨯===⨯⋅,,(1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m sρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算 为层流..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯，(2) 气体的最大流速。

根据 d50 = 0.27[μD/u t（ρs- ρ）]1/2计算颗粒的分割粒径∴ d50 = 0.27[3.6×10-5×0.4/(13.889×2300)]1/2= 0.00573×10-3m = 5.73μm（3）压强降根据△P = ξ·ρu i2/2 计算压强降∴△P = 8.0×0.674×13.8892/2 = 520 Pa7、实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空读为500mmHg，过滤5min的滤液1L，又过滤5min的滤液0.6L，若再过滤5min得滤液多少？已知：恒压过滤，△P =500mmHg ，A=0.1m，θ1=5min时，V1=1L；θ2=5min+5min=10min时，V2=1L+0.6L=1.6L求：△θ3=5min时，△V3=？解：分析：此题关键是要得到虚拟滤液体积，这就需要充分利用已知条件，列方程求解思路：V2 + 2VV e= KA2θ（式中V和θ是累计滤液体积和累计过滤时间），要求△V3，需求θ3=15min时的累计滤液体积 V3=？则需先求Ve和K。

⑴虚拟滤液体积Ve由过滤方程式 V2 + 2VV e= KA2θ过滤5min得滤液1L（1×10-3）2 + 2×10-3 V e= KA2×5 ①过滤10min得滤液1.6L（1.6×10-3）2 + 2×1.6×10-3 V e= KA2×10 ②由①②式可以得到虚拟滤液体积V e= 0.7×10-3 KA2= 0.396⑵过滤15分钟假设过滤15分钟得滤液V'V'2 + 2V'V e= KA2θ'V'2 + 2×0.7×10-3V'= 5×0.396V' = 2.073×10-3∴再过滤5min得滤液△V = 2.073×10-3 -1.6×10-3 = 0.473×10-3 m3=0.473L8.以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验，测得数据列于本题附表。

第三章机械分离一、名词解释（每题2分）1.非均相混合物物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界面2.斯托克斯式ϕ3.球形度s非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值4.离心分离因数离心加速度与重力加速度的比值5.临界直径dc离心分离器分离颗粒最小直径6．过滤利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作7.过滤速率单位时间所产生的滤液量8.过滤周期间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成一次过滤所用时间9.过滤机生产能力过滤机单位时间产生滤液体积10.浸没度转筒过滤机浸没角度与圆周角比值二、单选择题（每题2分）1、自由沉降的意思是_______。

Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计Ｂ颗粒开始的降落速度为零，没有附加一个初始速度Ｃ颗粒在降落的方向上只受重力作用，没有离心力等的作用Ｄ颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程D2、颗粒的沉降速度不是指_______。

Ａ等速运动段的颗粒降落的速度Ｂ加速运动段任一时刻颗粒的降落速度Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度Ｄ净重力（重力减去浮力）与流体阻力平衡时颗粒的降落速度B3、对于恒压过滤_______。

A滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的?2倍B滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍C滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的4倍D当介质阻力不计时,滤液体积增大一倍,则过滤时间增大至原来的4倍D4、恒压过滤时，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量___。

Ａ增大至原来的2倍Ｂ增大至原来的4倍倍Ｄ增大至原来的1.5倍C5、以下过滤机是连续式过滤机_______。

Ａ箱式叶滤机Ｂ真空叶滤机Ｃ回转真空过滤机Ｄ板框压滤机C6、过滤推动力一般是指______。

Ａ过滤介质两边的压差Ｂ过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差Ｃ滤饼两面的压差Ｄ液体进出过滤机的压差B7、回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时，能自动地进行相应的不同操作：______。

第三章一、填空题 1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u 1,在空气中为u 2，则u 1 u 2；若在热空气中的沉降速度为u 3，冷空气中为u 4，则u 3 u 4。

(＞，＜，＝) 答：μρρ18)(2-=s t g d u ，因为水的粘度大于空气的粘度，所以21u u <热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以43u u <2．用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将 （上升、下降、不变），导致此变化的原因是1） ；2） 。

答：上升，原因：粘度上升，尘降速度下降；体积流量上升，停留时间减少。

3．含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变时，颗粒的沉降速度 ，气体的体积流量 ，气体停留时间 ，可100%除去的最小粒径min d 。

（增大、减小、不变） 答：减小、减小、增大，减小。

ρξρρ3)(4-=s t dg u ，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小，压强增加，p nRTV =，所以气体的体积流量减小， 气体的停留时间A V L u L t s /==，气体体积流量减小，故停留时间变大。

最小粒径在斯托克斯区)(18min ρρμ-=s tg u d ，沉降速度下降，故最小粒径减小。

4．一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为P 1，总效率为1η，通过细长型旋风分离器时压降为P 2，总效率为2η，则：P 1 P 2，1η 2η。

答：小于，小于5．某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为τ，试推算下列情况下的过滤时间τ'为原来过滤时间τ的倍数：1）0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；2）5.0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；3）1=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；1）0. 5；2）0.707；3）1s p -∆∝1)/(1τ，可得上述结果。

第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。

解 150℃时，空气密度./30835kg m ρ=，黏度.524110Pa s μ-=⨯⋅颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=⨯ 假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .R e ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。

试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。

解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==⨯⋅ ./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得.961pw pad d =【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -⨯⋅，颗粒密度为4000kg/m 3。

试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa s ρρμ--=⨯===⨯⋅,, (1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m s ρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯． 为层流(2) 气体的最大流速max u 。

3-1、试求直径μm 70，密度为3m 650kg 2−⋅的球形石英粒子，在C 200水中及在C 200空气中的沉降速度。

（答：13s m 1079.6−−⋅×，11s m 1097.3−−⋅×）解：⑴在C 20°水中的沉降速度先假定此沉降属层流区，可按斯托克斯定律求t u ，查表得C 20°水的3m kg 2.998−⋅=ρ，s Pa 10004.13⋅×=−µ，()()()133262s m 1079.610004.1188.92.9982650107018−−−−⋅×=×××−××=−=µρρg d u s t 复核：147.010004.12.9981079.61070Re 336<=×××××==−−−µρt t du 与假定相符；⑵在C 20°空气中的沉降速度先假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求t u ，查表得C 20°空气的3m kg 205.1−⋅=ρ，s Pa 1081.15⋅×=−µ，()()()15262s m 39.01081.1188.9205.12650107018−−−⋅=×××−××=−=µρρg d u s t 复核：182.11081.1205.139.01070Re 56>=××××==−−µρt t du 与假定不符，再设该沉降属于过渡区，按艾伦定律求t u ，()6.0Re 27.0t s t g d u ρρρ−=()()6.0682.1205.18.9205.12650107027.0×−×=−1111097.3s m 397.0−−−⋅×=⋅=s m 复核：864.11081.1205.1397.01070Re 56=××××==−−µρt t du 属于过渡区，与假定相符。

化工原理分章试题与解答第三章(总12页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第三章一、填空题1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u 1,在空气中为u 2，则u 1 u 2；若在热空气中的沉降速度为u 3，冷空气中为u 4，则u 3 u 4。

(＞，＜，＝) 答：μρρ18)(2-=s t g d u ，因为水的粘度大于空气的粘度，所以21u u <热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以43u u <2．用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将 （上升、下降、不变），导致此变化的原因是1） ；2） 。

答：上升，原因：粘度上升，尘降速度下降；体积流量上升，停留时间减少。

3．含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变时，颗粒的沉降速度 ，气体的体积流量 ，气体停留时间 ，可100%除去的最小粒径min d 。

（增大、减小、不变） 答：减小、减小、增大，减小。

ρξρρ3)(4-=s t dg u ，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小， 压强增加，p nRTV =，所以气体的体积流量减小，气体的停留时间A V L u L t s /==，气体体积流量减小，故停留时间变大。

最小粒径在斯托克斯区)(18min ρρμ-=s t g u d ，沉降速度下降，故最小粒径减小。

4．一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为P 1，总效率为1η，通过细长型旋风分离器时压降为P 2，总效率为2η，则：P 1 P 2，1η 2η。

答：小于，小于5．某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为τ，试推算下列情况下的过滤时间τ'为原来过滤时间τ的倍数：1）0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；2）5.0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；3）1=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；1）0. 5；2）0.707；3）1s p -∆∝1)/(1τ，可得上述结果。