河北科技大学化工原理习题讨论
化工原理讨论与答疑
化工原理讨论与答疑第一章流体流动问1-1．如图所示，在两个压强不同的密闭容器A，B内充满了密度为的液体，两容器的上部与下部分别连接两支规格相同的U行管水银压差计，连接管内充满密度为的液体。
试回答：（1）p M和p N的关系；（2）判断1-2，2-3，3-4及5-6，6-7，7-8等对应截面上的压强是否相等；（3）两压差计读数R与H的关系。
答：（1）p M＞p N。
（2）1-2，3-4，5-6，6-7为等压面（连续的同一介质在同一水平面上）。
（3）R和H相等。
证明：则又则由于所以即R=H问1-2．本题附图中所示的高位槽液面维持恒定，管路中ab和cd 两段的长度、直径及粗糙度均相同。
某液体以一定流量流过管路，液体在流动过程中温度可视为不变。
问：（1）液体通过ab和cd两管段的能量损失是否相等？（2）此两管段的压强差是否相等？并写出它们的表达式；（3）两U管压差计的指示液相同，压差计的读数是否相等？答：（1）由于管路及流动情况完全相同，故。
（2）两管段的压强不相等。
在a、b两截面间列柏努利方程式并化简，得到式中表示a、b两截面间的垂直距离（即直管长度），m。
同理，在c、d两截面之间列柏努利方程并化简，得到（3）压差计读数反映了两管段的能量损失，故两管段压差计的读数应相等。
问1-3．上题图示的管路上装有一个阀门，如减小阀门的开度。
试讨论：（1）液体在管内的流速及流量的变化情况；（2）直管阻力及的变化情况；（3）液体流经整个管路系统的能量损失情况。
答：（1）关小阀门，局部阻力加大，管内流速及流量均变小。
（2）直管阻力减小，摩擦系数变大（Re变小）。
（3）整个管路系统的能量损失不变，即（包括出口阻力）问1-4．如本题附图所示，槽内水面维持不变，水从B、C两支管排出，各管段的直径、粗糙度阀门型号均相同，但＞槽内水面与两支管出口的距离均相等，水在管内已达完全湍流状态。
试分析：(1)两阀门全开时，两支管的流量是否相等？（2）若把C支管的阀门关闭，这时B支管内水的流量有何改变？（3）当C支管的阀门关闭时，主管路A处的压强比两阀全开时是增加还是降低？答：（1）C支管流动阻力大，管内流速及流量均小于B支管。
化工原理课后思考题答案
化工原理课后思考题答案问题一：什么是化工原理？化工原理是研究化学过程和物理过程在化工工程中基本原理和规律的学科。
它包括了化学反应、传质与传热、流体力学等学科内容，涉及到化工工程中的各个环节。
化工原理的研究可以帮助工程师了解反应过程中的物质转化规律、能量传递规律以及流体在管道中的流动规律等，为化工工程的设计、运行和优化提供科学依据。
问题二：化工原理的研究内容有哪些？化工原理的研究内容主要包括以下几个方面：1.化学反应原理：研究化学反应的动力学、平衡及其对工艺条件的影响。
通过分析反应速率、平衡常数和热力学参数，确定最佳反应条件，并预测产物组成和产量。
同时，还研究反应速率方程、反应机理和催化剂等相关内容。
2.传质传热原理：研究在化工过程中物质和能量的传递规律。
通过分析传质速率、传热速率以及传质传热过程中的阻力和温度分布等参数，优化传质传热操作。
此外，还研究流体与固体之间、流体与流体之间的传质传热机理。
3.流体力学原理：研究流体在管道、泵和设备中的流动规律。
通过分析流体的流动速度、压力分布、阻力损失等参数，优化流体力学过程。
还研究液体和气体的流动特性，如雷诺数、压力梯度和黏度等。
4.反应工程原理：研究化工反应工艺的设计、运行和控制。
通过分析反应条件、反应器构造和反应器操作参数，确定最佳的工艺方案。
同时，还研究反应器的传热、传质和混合性能等相关问题。
5.过程综合与优化：综合考虑化工过程中的各个环节，包括反应、分离、传质传热以及能量利用等。
通过分析各种操作条件、设备参数和工艺流程，提出最优的工艺设计方案，以实现经济高效的生产过程。
问题三：化工原理对化工工程有何作用？化工原理对化工工程有以下几个方面的作用：1.设计指导：通过化工原理的研究，可以为化工工程的设计提供科学依据。
了解化学反应过程中的物质转化规律和能量传递规律，可以确定最佳反应条件和工艺流程，从而提高生产效率和产品质量。
2.过程优化：通过分析化工原理，可以优化化工工程中的各个环节。
化工原理思考题答案解析
化工原理思考题答案第一章流体流动与输送机械1、压力与剪应力的方向及作用面有何不同（P7、P9）答：压力垂直作用于流体表面，方向指向流体的作用面，剪应力平行作用于流体表面，方向与法向速度梯度成正比。
2、试说明黏度的单位、物理意义及影响因素（P9）答:单位是N∙s∕∏f即Pa∙s,也用CP（厘泊），1CP=ImPa∙s,物理意义：黏度为流体流动时在与流动方向相垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力（分子间的引力和分子的运动和碰撞）。
影响因素：流体的种类、温度和压力。
3、采用U型压差计测某阀门前后的压力差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？（P12T3例1-3）答：无关，对于均匀管路，无论如何放置，在流量及管路其他条件一定时，流体流动阻力均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截面的压力差却不相同。
4、流体流动有几种类型？判断依据是什么？（P25）答：流型有两种，层流和湍流，依据是：Re<2000时，流动为层流；Re⅛4000时，为湍流，2000WReW4000时，可能为层流，也可能为湍流5、雷诺数的物理意义是什么？（P25）答：雷诺数表示流体流动中惯性力与黏性力的对比关系，反映流体流动的湍动程度。
6、层流与湍流的本质区别是什么？（P24、P27）答：层流与湍流的本质区别是层流没有质点的脉动，湍流有质点的脉动。
7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中心可分为哪几个区域？（P28）答：层流内层、过渡层和湍流主体三个区域。
8、流体在圆形直管中流动，若管径一定而流量增大一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？（P31、32、33）答：层流时Wfxu,管径一定流量U增大一倍，Wf增大一倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf8/,管径一定流量U增大一倍，Wf增大流量增大四倍，能量损失是原来的4倍。
9、圆形直管中，流量一定，设计时若将管径增加一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？（P32、32、33）答：层流时Wf8u,流量一定管径d增加一倍，d2增大四倍，Wf减小为原来的1/4,能量损失是原来的1/4倍，完全湍流时Wf8tl2,流量一定管径d增加一倍，cP增大四倍，管径增加一倍能量损失是原来的1/4倍。
化工原理实验思考题
化工原理实验思考题对流传热系数的测定1.实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响?无影响。
因为Q=αA△t m，不论冷流体和蒸汽是迸流还是逆流流动，由于蒸汽的温度不变，故△t m不变，而α和A不受冷流体和蒸汽的流向的影响，所以传热效果不变。
2.蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么措施？不冷凝气体的存在相当于增加了一项热阻，降低了传热速率。
冷凝器必须设置排气口，以排除不冷凝气体。
3.实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷凝水？冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了一项热阻，降低了传热速率。
在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。
4.实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度？为什么？传热系数k 接近于哪种流体的壁温是靠近蒸汽侧温度。
因为蒸汽的给热系数远大于冷流体的给热系数，而壁温接近于给热系数大的一侧流体的温度，所以壁温是靠近蒸汽侧温度。
而总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数5.如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？基本无影响。
因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t均增加，其它参数不变，故(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强对α关联式无影响。
实验五固体流态化实验1.从观察到的现象，判断属于何种流化？2.实际流化时，p为什么会波动？3.由小到大改变流量与由大到小改变流量测定的流化曲线是否重合，为什么？4流体分布板的作用是什么？实验六精馏1．精馏塔操作中，塔釜压力为什么是一个重要操作参数，塔釜压力与哪些因素有关?答（1）因为塔釜压力与塔板压力降有关。
塔板压力降由气体通过板上孔口或通道时为克服局部阻力和通过板上液层时为克服该液层的静压力而引起，因而塔板压力降与气体流量（即塔内蒸汽量）有很大关系。
气体流量过大时，会造成过量液沫夹带以致产生液泛，这时塔板压力降会急剧加大，塔釜压力随之升高，因此本实验中塔釜压力可作为调节塔釜加热状况的重要参考依据。
河北科技大学化工原理习题讨论 2
H 层数 ' H
0.44
Nuwton定律区
Allen定律区
验算 Re p
d p ut
气流的流型
一、填空题
1. 重力沉降、离心沉降、过滤
2. 加速、恒速、加速阶段终了、粒子、流体 3. 增大一倍、减小一倍、不变 4. 0.36 5. 含尘气体流量、要求达到的分离效率、允许压降 6. 分离效率、气体经过旋风分离器的压降 7. 4、4 8. 过滤区、洗涤及脱水区、卸渣区 9.ΨT、A
的温度为150℃，密度为0.85kg/m3，黏度为2.5×10-5Pa.s。
上的尘粒？ P q0v 0 Pq P V PV 0 v 解： 0 T T00 T T
q v uBH
假设
qv 2 Aut
Re p
d p ut
ut
gd 2 p p 18
L 2 u ut
H
10. 一个操作循环中得到的滤液体积、总时间、过 滤时间、洗涤时间、辅助时间. 11.理论上能够100%被分离下来的. 12.板框过滤机在过滤结束时，滤框刚好充满。则 在每一框中，滤液穿过厚度为1/2滤框的滤饼；而 洗涤时，洗液穿过厚度为１滤框的滤饼，洗液的 流通截面积等于滤液流通截面积的1/2倍。 13. 2Δp1
2
20、 Q
KA 2n
例5（综练例2）
解：PV nR T
qv
qV
L
H
4 p gd p 3
500 Re p 2 105
L H u ut
qV uBH
qV Aut
ut
B
Re 2 2 Re p 500 gdp 2 p p 24 18.5 ut 0.6 18 Re p Re p
化工原理实验思考题答案
化工原理实验思考题答案1. 解释固液平衡的概念和实验方法。
固液平衡是指固体与液体之间达到平衡状态的过程。
在这种平衡状态下，固体与液体之间的物质转移速率相等，即没有净物质的转移。
实验上可以通过测量固体溶解度来确定固液平衡。
实验方法一般分为饱和溶解度法和过冷溶解度法。
饱和溶解度法是将一定质量的固体样品加入溶剂中，稳定搅拌直至达到平衡状态，然后通过测量过滤液的浓度或固体残渣的质量来确定溶解度。
过冷溶解度法则是在溶液中超过饱和度，然后迅速冷却溶液，通过测量过冷溶液中的溶质质量来确定溶解度。
2. 说明界面活性剂在表面活性的基础上如何发挥乳化和分散作用。
界面活性剂由亲水基团和疏水基团组成，可以在液体界面上形成吸附层。
在这个吸附层中，疏水基团朝向液体内部，亲水基团朝向液体表面。
界面活性剂能够通过降低液体表面的张力来发挥乳化和分散作用。
乳化是指将两种不相溶的液体混合在一起，并形成均匀的乳状液体。
界面活性剂的亲水基团与水相结合，疏水基团与油相结合，使得油相分散在水相中，形成小液滴。
由于界面活性剂的存在，油相液滴之间的相互作用力受到减弱，从而维持乳液的稳定性。
分散是将固体微粒均匀分散在液体中，并保持其分散状态。
界面活性剂的亲水基团与溶液中的水相结合，疏水基团与固体微粒表面结合，使得固体微粒分散在液体中。
界面活性剂降低了固体微粒之间的吸引力，阻止微粒的聚集，并维持其分散状态。
3. 解释萃取的原理，并说明相应的实验方法。
萃取是通过溶剂选择性地将某种或多种溶质从混合物中提取出来的分离技术。
它利用溶剂与溶质之间的相容性差异来实现物质的提取和分离。
萃取的原理基于两相系统的分配平衡，一般包括有机相和水相。
在混合物中，溶质能够选择性地在有机相和水相之间分配，从而实现分离。
当溶液在两相之间达到平衡时，溶质在两相中的分布比例与其在两相中的浓度成正比。
实验方法一般包括单级萃取和多级萃取。
单级萃取即通过一次萃取过程将目标物质提取到有机相或水相中，然后通过分离两相来分离目标物质。
化工原理实验思考题及答案.docx
化工原理实验思考题（填空与简答）一、填空题：1.孔板流量计的C~Re关系曲线应在单对数坐标纸上标绘。
2.孔板流量计的V s -R关系曲线在双对数坐标上应为_直线—。
3.直管摩擦阻力测定实验是测定一入与Re的关系,在双对数坐标纸上标绘。
4.单相流动阻力测定实验是测定一直管阻力和局部阻力o5.启动离心泵时应关闭出口阀和功率开关o6.流量增大时离心泵入口真空度增大出口压强将减小。
7.在精馆塔实验屮，开始升温操作时的第一项工作应该是一开循环冷却水。
8.在精馆实验中，判断精馅塔的操作是否稳定的方法是塔顶温度稳定9.在传热实验中随着空气流量增加其进出口温度差的变化趋势：进出口温差随空气流量增加而减小。
10.在传热实验中将热电偶冷端放在冰水中的理由是_减小测量误差。
11・萃取实验屮水_为连续相，煤油为分散相。
12.萃取实验中水的出口浓度的计算公式为C E\=V R（C R\—C』V E °13.干燥过程可分为等速干燥和降速干燥。
14 •干燥实验的主耍廿的之一是掌握十燥曲线和十燥速率曲线的测定方法o15.过滤实验釆用悬浮液的浓度为5% ,其过滤介质为帆布 -16.过滤实验的主要内容测定某一压强下的过滤常数o17.在双对数坐标系上求取斜率的方法为：需用对数值来求算，或者直接用尺子在坐标纸上量取线段长度求取。
18.在实验结束后，关闭手动电气调节仪表的顺序一般为：先习轩动旋钮旋至零位，再关闭电源。
19.实验结束后应清扫现场卫生，合格后方可离开。
20.在做实验报告吋，对于实验数据处理有一个特别要求就是：要有•组数据处理的计算示例。
21 •在阻力实验中，两截面上静压强的差釆用倒U形压差计测定。
22.实验数据屮各变量的关系可表示为表格，图形和公式.23.影响流体流动型态的因素有流体的流速、粘度、温度、尺寸、形状等.24.用饱和水蒸汽加热冷空气的传热实验，试提出三个强化传热的方案（1）增加空气流速（2）在空气一侧加装翅片（3）定期排放不凝气体。
化工原理实验思考题答案
化工原理实验思考题实验一：柏努利方程实验1． 关闭出口阀，旋转测压管小孔使其处于不同方向（垂直或正对流向），观测并记录各测压管中的液柱高度H 并回答以下问题： （1） 各测压管旋转时，液柱高度H 有无变化？这一现象说明了什么？这一高度的物理意义是什么？答：在关闭出口阀情况下，各测压管无论如何旋转液柱高度H 无任何变化。
这一现象可通过柏努利方程得到解释：当管内流速u =0时动压头022==u H 动，流体没有运动就不存在阻力，即Σh f =0，由于流体保持静止状态也就无外功加入，既W e =0，此时该式反映流体静止状态 见（P31）。
这一液位高度的物理意义是总能量（总压头）。
（2） A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位是否同一高度？为什么？ 答：A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位在同一高度（排除测量基准和人为误差）。
这一现象说明各测压管总能量相等。
2．当流量计阀门半开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度H /并回答以下问题： （1） 各H /值的物理意义是什么？答：当测压管小孔转到正对流向时H /值指该测压点的冲压头H /冲；当测压管小孔转到垂直流向时H /值指该测压点的静压头H /静；两者之间的差值为动压头H /动=H /冲-H /静。
（2） 对同一测压点比较H 与H /各值之差，并分析其原因。
答：对同一测压点H ＞H /值，而上游的测压点H /值均大于下游相邻测压点H /值，原因显然是各点总能量相等的前提下减去上、下游相邻测压点之间的流体阻力损失Σh f 所致。
（3） 为什么离水槽越远H 与H /差值越大？（4） 答：离水槽越远流体阻力损失Σh f 就越大，就直管阻力公式可以看出22u d l H f ⋅⋅=λ与管长l 呈正比。
3. 当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度H //并回答以下问题：（1） 与阀门半开时相比，为什么各测压管内的液柱高度H //出现了变化？答：从采集的数据可以看出，阀门全开时的静压头或冲压头与半开时相比，各对应点的压头均低于半开时的静压头或冲压头，因为直管阻力Hf 与流速呈平方比（公式3-1）。
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Q q c
'
' ' m 1 p1
T
' 1
T q
' 2
' ' m 2 p2
c
t
' 2
t K A t
' 1 ' '
' m
T1 T2 t 2 t1 At m ' ' ' t1 A t m T1 T2 t 2
t2
t m
A L A L
' Q' q'm1c'p1 T1' T2' q'm 2 c'p 2 t '2 t1 K ' A' t 'm
T1 T2 t 2 t1 At m ' ' ' A t m T1 T2 t 2 t1
T
T 20 C
' 2 0
t
' 1
A
T2 t1
A
T1 t2
例3 将流量为2200kg/h的空气在蒸汽预热器内从20 ℃ 加热到80℃。空气在管内作湍流流动，116℃的饱和蒸 汽在管外冷凝。现因工况变动需将空气的流量增加 20%， 而空气的进、出口温度不变。问采用什么方法才能完成 新的生产任务？请作出定量计算（要求：换热器的根数 不作变化）。 解： Q qm1c p1 t 2 t1 qm 2 r2 KAt m T
本章主要内容
热传导
对流给热
Q 冷 A冷 tW t Q 热 A热 T TW
t Q A
t Tw t w
t q n
0.023式
m
t t w t
t T Tw
对流传热
Q K A t m Q qm1r1 qm1c p1 T1 T2
Q1 q m 1 c p1 t 2 t 1 q m 2 r KAt m
4 qv u A n
4
3 43 KKA ttm Q A m 4 34
t m 4 t m 3
0 .2
0 .8 0.2
Q
d 12
例2 采用传热面积为4.48m2的单管程列管换热器，进行溶 剂和某水溶液间的换热。流量为3600kg/h，比热为 1.88kJ/kg.℃的苯由80 ℃冷却至30 ℃，水溶液由20 ℃被加 热到30 ℃ 。忽略热损失。试求： ⑴ 传热系数K；⑵ 若两流体的流量、苯的进口温度、水 溶液的出口温度保持不变，而水溶液的进口温度降为10 ℃ ，该换热器能否使用？两流体的物性可视为常数。 解： Q qm1c p1 T1 T2 qm 2c p 2 t 2 t1 KAt m
1. C、A、B、 E 、D 2. A
3. C、A
6. A、 B 、C
4. A、B
7. B
5. C
8.C
9. A
12. B
10. C
13. A、C
11. A
14. A
15. C
16. B
Q q m 1c p1 t 2 t1 qm 2 r2 K A t m t 1
t2
1.2qm1
K 1
u 0.8 0.2 d
1.20.8 K t m 1 1.2 1.20.8 t 'm
T
1.2 t m
0.2
例4 在单管程、单壳程列管换热器中，用饱和水蒸汽 加热甲烷气体，列管数为120根。使用一段时间后，出 口甲烷中有水，经判断为管子泄漏所至，打压实验发 现有1/4管子泄漏。问此故障如何解决？ 解：120根 90根 A 3 A
0.023
u
b 0.8 ？ ？ d u c p
d
pM m RT
流体被加热 b =0.4， 流体被冷却 b =0.3。
qv d
2
M m 29
T ？
4
Re 10000, 0.7 Pr 160
17、
1
1
选择题 4、 Q qm 2 r2 qm1c p1 t 2 t1 KAt m
xqm 1
T t2
x 0.8 K
传递的热量
t1
需要的热量
6、 Q q c T T q c t t KAt m 1 p1 1 2 m 2 p2 2 1 m 11、
Q qm 2 r2 qm 2c p 2 t 2 t1
t 1 t 2 t m t 1 ln t 2
d2 d1 d m 2
换热器
结构、强化途径
u 0.8 0.2 d
例1 在0.2MPa、293K下，60m3/h的空气在套管换热器 的内管被加热到353K，内管规格为φ57×3.5mm，试求 管壁对空气的对流给热系数。已知：空气在定性温度 t=323K时，物性数据如下：μ=1.96×10-5Pa.s, λ=2.826×10-2W/m.K，cp=1.017kJ/kg.K 解：
0.8 3 2 u n d1 0.2 4 4 d 0 .8 4 4 u1 u1 1 1 3 3
K 1
例6（综练例4、9）
例5 在管长为1m的冷却器中，用水冷却油。已知两流 体做并流流动，油由420K冷却到370K，冷却水由285K 加热到310K。欲用加长冷却管子的办法，使油出口温 度降至350K。两种情况下油、水的流量，物性参数， 进口温度均不变，冷却器除管长外，其它尺寸均不变。 试求管长。 解： Q qm1c p1 T1 T2 qm 2c p 2 t 2 t1 KAt m
填空题
1、 Q
t1 t 2
1 1 A1
t2 t3
2 2 A2
t 3 t4
T t1
t2 t3
(B侧)
3 3 A3
(A侧) 5、 T TW TW t W tW t Q 1 1 x 0.8 2 A2 K u 1 A1 Am 1 7、 d 0.2 T12 T2 qm1c p1 t 2 t1 KAt m Q qm 2 c q p2 m 2r
Q qm 2 r2 qm1c p1 t 2 t1 KAt m
T1
t2
end
T2
t1
写出下列各种情况的表达式： t t Q q n 1、傅立叶定律；
Q 冷 A冷 tW t 2、多层圆筒壁定态导热过程的热流量；
Am
3、牛顿冷却定律； Q 热 A热 T TW 5、传热过程基本方程； Q K At m 6、传热过程热阻。 d2 d2 d2 1 1 R1 R2 K 1d 1 d1 d m 2
填空题
11. 63.3％ 12. 1.74，3.48
13.表面汽化, 核状沸腾, 膜状沸腾, 核状沸腾
14.临界温度差，临界热负荷 15.减小不凝气的影响，上部、下部 16.冷凝液膜，减薄液膜厚度。 17. 4；2 →5 →1→ 4 →3；3→ 4 →1→ 5→ 2 18. × √ √ × ×
选择题
0.023式
4、无相变流体在圆直管内强制湍流的对流给热系数；
填空题
1. >，> ; > , > ; = , = ; 2．R2 , R3，R1 , 2;
3. 层流内层，减薄层流内层厚度
4．流体流动载热、热传导、加快。
5. 对流，导热，对流， < ， A 侧， A 侧，提高 A 侧
流体流速、清洗污垢。 6. 120℃ 7. 1.149 8. K汽-水 > K水-水 > K气-水 10. 400kg/h 9. 0.2 ，0.185
t4
9、 1
K
1
1
1
2q m 1
2 0.8 K 2 0.2 t m
2
11、 1
u 0.8 0.2 1 ' 2 0.8 1 K 1 2 d 1 1 0.43 0.75 0.25 0.8 ' 1 2 1 K K K 1 1 0 . 68 1 63.3% K K 1 K 0.8 u 0.8 qm 12、 0.2 0.8 1.8 n d d