化工基础第四章习题答案
《化工设备机械基础》习题解答
《化工设备机械基础》习题解答第一章化工设备材料及其选择一. 名词解释1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。
或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。
2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。
3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。
4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。
冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。
6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。
对于钢材，μ=0.3 。
7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。
8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。
9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。
它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。
10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。
1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。
把FeO中的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。
钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。
钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。
2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。
其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。
沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。
3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。
4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。
5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。
6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。
化工基础第四章习题答案
2.如习题1燃烧炉的平壁是一层厚度为230mm 的耐火砖（ λ =1.163)、一层普通砖厚度为240mm 的普通砖（ λ =0.5815）和一层厚度为40mm 的保温材料（ λ =0.07）砌成，当定态后测得内壁面温度为720 ℃ ，保温材料外表面温度为70 ℃ 。
试计算耐火砖与普通砖、普通砖与保温材料间的交界面温度。
解:3．平壁炉是用内层为120mm 厚的耐火砖和外层为230mm 的普通砖砌成。
两种砖的导热系数均为未知。
测得炉内壁温度为800℃，炉外侧壁面温度为113℃。
为减少热损失，后又在普通砖外包一层厚度为50mm 、导热系数为0.2 W/(m·℃)的石棉。
包扎后测得各层温度为：炉内壁温度为800℃，耐火砖和普通砖界面温度为686℃，普通砖和石棉界面温度为405℃，石棉外侧温度为77℃。
试求包扎后热损失较原来热损失减小的百分数?1431212372070550023024004116305815007t t A A......A A AΦδδδλλλ--===++++12117205*********t t A A,..A ∆δλ-==26112t .=333370550004007t t A A,..A ∆δλ-==4、 在φ50mm ×5mm 的不锈钢管(λ1 = 16W ·m -1·K -1)外包扎30mm 厚的石棉(λ2 = 0.22W ·m -1·K -1)，测得管内壁面温度为600℃，石棉外壁面温度为100℃；试求每米管线的热损失。
若上述温差保持不变，欲使热损失减少60％，在石棉外层再包裹一层保温材料(λ3 = 0.07) 。
问：该保温材料的厚度应为多少？解：⑴管线的热损失Q/L = ·Δt=①管线各层半径r 1 =(50 - 2×5)/2 = 20(mm) = 0.02m ，r 2 = r 1 + 5×10-3 = 0.025(m)，r 3 = r 2 + 30×10-3 = 0.055(m)； ②导热系数λ1 = 16W ·m -1·K -1 ，λ2 = 0.22W ·m -1·K -1 。
化工基础第四章 单元反应
4.1.2单元反应的分类
4.1.2.1按参加反应物质的相态分类 4.1.2.2按反应器型式分类 4.1.2.3按操作方式分类 4.1.2.4按传热方式分类 4.1.2.5按热效应分类 4.1.2.6按热力学特征 4.1.2.7按时间特征 4.1.2.8按反应过程的化学特性分类
4.1.2.1按参加反应物质的相态分类
第4章 单元反应
4.1概述
4.1.1单元反应及其在化工生产中的作用 4.1.2单元反应的分类 4.1.3单元反应的表征 4.1.4反应类型的比较 4.1.5单元反应对反应器的要求 4.1.6化学反应器的分类
4.1.1单元反应及其在化工生产中的作用
单元反应是指具有化学变化特点的基本加工过程， 比如氧化、还原、硝化、磺化等反应过程。化工过 程是由一系列单元反应和一系列单元操作构成。反 应过程是化工生产中创造新物质的过程，因此是化 工生产过程的中心环节。前述的各单元操作主要是 发生物理变化，是为化学反应过程提供条件的。
④液─固相反应过程
液─固相反应过程是指参加反应的物质存在液相和固相的非均相反应过 程。这类反应包括两种情况：一种情况是反应物分别处于液相和固相 的非催化反应，如：纯碱苛化制烧碱，反应物为固相的氢氧化钙和液 相的碳酸钠溶液；另一种情况是反应物都处于液相，催化剂处于固相 的催化反应，如乙醇脱氢制乙醛，反应物乙醇处液相，锌、钴等催化 剂处于固相。这类反应多数是用槽式反应器，也有用塔式反应器、回 转筒式反应器的。 其特征和气─固相反应很相似，液─固相非催化反应通常在固相表面进 行，液相反应物要先扩散到固相表面；液─固相催化反应通常在固相催 化剂表面进行，液相反应物要先扩散到催化剂表面。液相反应物的扩 散速度要比气相反应物慢，为增大相间抵触，加快扩散速度，常在反 应釜中设搅拌装置。
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第四章多组分系统热力学4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。
此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。
以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。
解：根据各组成表示的定义4.2D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20 C时的密度。
求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。
解：质量分数的定义为4.3在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B介于和之间时，溶液的总体积。
求：（1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。
（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。
解：根据定义当时4.460 ︒C时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa。
二者可形成理想液态混合物。
若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60 ︒C 时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。
解：质量分数与摩尔分数的关系为求得甲醇的摩尔分数为根据Raoult定律4.580 ︒C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。
两液体可形成理想液态混合物。
若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 ︒C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。
解：根据Raoult定律4.6在18 ︒C，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O2 0.045 g，能溶解N2 0.02 g。
现将 1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18 ︒C下的体积及其组成。
设空气为理想气体混合物。
其组成体积分数为：，解：显然问题的关键是求出O2和N2的Henry常数。
18 C，气体压力101.352 kPa下，O2和N2的质量摩尔浓度分别为这里假定了溶有气体的水的密度为（无限稀溶液）。
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化学工程基础第四章作业答案第四章化学反应工程的基本原理4-2 在一定条件下，SO2催化制取SO3的反应式为已知反应器入口处SO2的浓度是7.15（摩尔分数，下同），出口物料中含SO2 0.48, 求SO2的转化率。
解∵∴4-3 已知700℃、3´105Pa（绝压）下的反应C4H10 → 2C2H4 H2 （A）（B）反应开始时C4H10为116kg。
求当反应完成50时，cA、pA、yA、cB各为多少解依题意yA,0 1，xA 50 cA,0 37.09kmol·m-3 cA 9.27 kmol·m-3 pA 7.5 ´ 104Pa yA 0.25 kmol·m-3 4-4 乙醇在装有氧化铝催化剂的固定床反应器中脱水，生成乙烯C2H5OH → C2H4 H2O 测得每次投料0.50kg乙醇，可得0.26kg乙烯，剩余0.03kg乙醇未反应。
求乙醇转化率、乙烯的产率和选择性。
解乙醇总消耗量0.50 - 0.03 0.47kg 其转化率xA ´100 94 设生成0.26kg乙烯需乙醇a kg a 0.427kg 乙烯的选择性Sp 0.909 乙烯的收率Yp Sp·xA 0.909 ´0.94 0.854 4-5 在间歇操作搅拌釜中用醋酸和丁醇反应生产醋酸丁酯，反应式为CH3COOH C4H9OH CH3COOC4H9 H2O （A）B （R）（S）已知反应在100℃下进行，动力学方程为-rA 2.9 ´10-7cA2mol·m-3·s-1。
反应物配比为丁醇醋酸＝4.972 1（摩尔比），每天生产醋酸丁酯2400kg（忽略分离损失），辅助生产时间为30min，混合物的密度视为常数。
等于750kg·m-3，试求当醋酸的转化率为50％时所需反应器的体积大小（装料系数取0.7）。
解MA 60 MB 74 MR 116 cA,0 ´750 1.753kmol·m-3 1753 mol·m-3 qn,A,0 1.724 kmol·h-1 1.724 ´103 mol·m-3 qV,0 0.9835m3·h-1 V qV,0tr t/ 0.9835 ´32.78 30 ´ 1.03m3 VR 1.47m3 4-6 某气相一级反应A →3R，反应速度常数k 8.3310-3s-1，在间歇反应器中进行，初始条件为纯A，总压为101325Pa。
《工程化学基础》习题参考答案分析
《⼯程化学基础》习题参考答案分析《⼯程化学基础》习题答案(仅供参考)第⼀章习题参考答案1. P H=123.941kPa; P o2=61.9705kPa2. ⑴ P H2=60.021kPa; P o2=14.985kPa; P N2=5.994kPa⑵ P 总=81 kPa(3) X H2=0.741 ; X O2=0.185 ; X N2=0.0745. (1) F N2=75kPa； P o=75kPa(2)F N2=37.5062kPa；P o2=112.4938kPa(3)P总=243.0632kPa6. ( 1)硫蒸⽓的摩尔质量：65.2230(2)硫蒸⽓的化学式为：S2第⼆章习题参考答案1. 是⾮题：⑴(-)；⑵(-)；⑶(-) ；⑷(-)；⑸(-)； (6)(+ ) 。
2. 选择题：⑴(c);⑵(d) ；⑶(a);⑷(c) ；⑸(d) o3. (1) △ U=150kJ; (2) △ U=-250kJ; (3) △ U=450kJ; (4) △ U=975kJ。
4. (1)W=-3.10kJ; (2) △U=37.53kJ o5. (1)9.75kJ;⑵ 0kJ; (3)8.11kJ; (4)0kJ o6. 可获得肌⾁活动的能量为17.86kJ7. △ rHmp298.15K)=-16.73kJ.mol-110. (1)-1366.8kJ.mol-1; (2)-429.82 kJ.mol-1.11. (1)-153.89 kJ.mol-1; (2)-82.89 kJ.mol-1第三章参考习题答案1. 是⾮题(1)(-);⑵(-);⑶(+);⑷(-);⑸(-);⑹(-) o2. 选择题：(1) (c);⑵(b) ;(3)(b);⑷(c) o3. 填空题:(1) △ rHm B —增⼤；△ rSm B —增⼤；△ rGm B —基本不变;K 0 —减⼩；v(正)—增⼤,v(逆)—增⼤多⼀些。
化工原理第四章习题及答案
2空气岀口温度
3壁温
12、一定流量的液体在一
与物性都不变，改用一
增大
增大
增大
减小
减小 略有减小
AB
基本不变
基本不变
基本不变
■定，当空气
B
25>2.5mm的直管内作湍流流动,19X2mm的直管，则其 值将变为
其对流给热系数
=1000W/(m2-C)。如流量W/(m2C)。
1496
C 1585
A1059B
13、穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示。试比较第一层的热阻
小。C
D1678
R1与第二、三层热阻R2、R3的大
A C
A R1> (R2+R3)B R1< (R2+R3)
14、①在一列管式换热器中，
C R1= (R2+R3)D
用冷却水冷凝酒精蒸汽，换热器最好
无法比较
放置；冷却水应走
A C
3、列管式换热器中，壳程设有折流挡板，当两流体均无相变时，挡板能起强化传热的作用，其原因是
1；
2；
3。
1流速增大，使壳程 增大；
2流体大部分横穿流过管束，流道短，边界层薄，比顺着管子纵向流动高；
3流体在折流挡板间穿行时，流向及流速都在不断变化，增加了扰动，强化了传热。
4、 水蒸气冷凝时的比气体无相变时的大得多，其原因是气体的
近（
）。
D
A20°C；
B50C；
C 77.3C；
D 119.6C。
47、 已知在温度T时耐火砖的发射能力（辐射能力）大于铜的发射能力，则铜的黑度为（），耐火
砖的黑度为（）。A B
A；B；C ； D。
化工基础课后习题答案第四章
第四章：传质过程1. 压强为 1.013×105Pa 、温度为 25℃的系统中，N 2和O 2的混合气发生定常态扩散过程。
已知相距 5.00×10-3m 的两截面上，氧气的分压分别为 1.25×104Pa 、7.5×103Pa ；0℃时氧气在氮气中的扩散系数为 1.818×10-5 m 2·s -1。
求等物质的量反向扩散时：（1）氧气的扩散通量； （2）氮气的扩散通量；（3）与分压为 1.25×104Pa 的截面相距 2.5×10-3m 处氧气的分压。
解：（1）首先将 273K 时的扩散系数换算为 298K 时的值：P 0 T 1.75D = D 0P ( T 0) 5273 + 25 = 1.818×10-5 × 1.013×10 1.013×105 × ( 等物质的量反向扩散时氧的扩散通量为：N A= RTD l = ( p A,1– p A,2)2.119×10-51.75 =2.119×10-5 m 2·s -1273 )= 8.314 × 298 ×5.00×10-3 × (1.25×104 - 7.5×103 ) = 8.553×10-3 mol· m 2·s -1（2）由于该扩散过程为等物质的量反向扩散过程，所以 - N A= N B，即氮气的扩散通 量也为 8.553×10-3 mol· m 2·s -1。
（3）因为系统中的扩散过程为定常态，所以为定值，则：/p A,2/ = p A,1- N ARTl1.52×（1014）Pa 和反向扩散与单向扩散的传（2）H 质通量大小。
解：（1）当NH 3和H 2作等物质的量反向扩散时：N A= RTD l = ( p A,1– p A,2)1p B,m = p B.2- p B.1 = 9.65×104 - 8.614 ×104-27 = 9.12×104Pa㏑p B.2 ㏑ 9.65×10 p B.17.83×10-5 8.61×1041.013×105N A= 8.314 × 298 × 0.02 × 9.12×104 × (1.52×104 - 4.80×103)= 1.825 ×10-2 mol· m 2·s -1计算结果表明，单向扩散时的传质通量比等物质的量反向扩散时的传质通量大，前者是后者的 PPN A-5= 5.29×10l mol· m -2·s -1根据扩散量等于蒸发量，得：N A· A · dt = MρAA · A · dl23t = 995.7 × 10l 2p B,m = p B.1 - p B.2 = 9.624×104 - 1.0046×105-13 = 9.84×104Pa㏑ p B.1 p B.㏑ 9.624×10 1.006×105-51.0 =2.4×10 1.013×1058.314 × 293l G· 9.84×104( 5065 - 660)l G= 4.47×10-5m武汉大学3。
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2.如习题1燃烧炉的平壁是一层厚度为230mm 的耐火砖（ λ =1.163)、一层普通砖厚度为240mm 的普通砖（ λ =0.5815）和一层厚度为40mm 的保温材料（ λ =0.07）砌成，当定态后测得内壁面温度为720 ℃ ，保温材料外表面温度为70 ℃ 。
试计算耐火砖与普通砖、普通砖与保温材料间的交界面温度。
解:
3．平壁炉是用内层为120mm 厚的耐火砖和外层为230mm 的普通砖砌成。
两种砖的导热系数均为未知。
测得炉内壁温度为800℃，炉外侧壁面温度为113℃。
为减少热损失，后又在普通砖外包一层厚度为50mm 、导热系数为0.2 W/(m·℃)的石棉。
包扎后测得各层温度为：炉内壁温度为800℃，耐火砖和普通砖界面温度为686℃，普通砖和石棉界面温度为405℃，石棉外侧温度为77℃。
试求包扎后热损失较原来热损失减小的百分数?
14312
12372070
550023024004116305815007t t A A
......A A A Φδδδλλλ--===++++
12
117205*********t t A A,
..A ∆δλ-==26112t .=333370
550004007t t A A,
..A ∆δλ-==
4、 在φ50mm ×5mm 的不锈钢管(λ1 = 16W ·m -1·K -1
)外包扎30mm 厚的石棉(λ2 = 0.22W ·m -1·K -1)，测得管内壁面温度为600℃，石棉外壁面温度为100℃；试求每米管线的热损失。
若上述温差保持不变，欲使热损失减少60％，在石棉外层再包裹一层保温材料(λ3 = 0.07) 。
问：该保温材料的厚度应为多少？
解：
⑴管线的热损失
Q/L = ·Δt
=
①管线各层半径
r 1 =(50 - 2×5)/2 = 20(mm) = 0.02m ，
r 2 = r 1 + 5×10-3 = 0.025(m)，r 3 = r 2 + 30×10-3 = 0.055(m)； ②导热系数
λ1 = 16W ·m -1·K -1 ，λ2 = 0.22W ·m -1·K -1 。
—18—
③管线的热损失
3140
2π
Σ[ · ] ln r 1 r i+1 1
λi
2×3.14（600 - 100）
[ ·ln + •ln ]
r 1 r 2 1 λ1 1
λ2
r 2 r 3 30mm
5mm 50mm
3140
Q/L = =
= 873(J·s-1·m-1)
⑵需加保温层的厚度
①确定管线的热损失
Q’/L = 873 - 873×60％
= 349.2(J·s-1·m-1)
②求r
4
349.2 =
=
移项整理有：
349.2×[3.598 + 14.29·ln(r
4
/55)] = 3140
1256.4 + 4990·ln(r
4
/55) = 3140
则：
ln(r
4
/55) =(3140 - 1256.4)/4990 = 0.377
lnr
4
= 0.377 + ln55 = 0.377 + 4.007 = 4.384 即：
r
4
= arcln4.384 = 80(mm)
③确定保温材料的厚度
r 4 - r
3
= 80 - 55 = 25(mm)= 0.025m
r4 - r3
30mm5mm
50mm
0.014 + 3.584 + •ln
3140
1
0.07 55
r
4
3.598 + •ln
3140
1
0.07 55
r
4
9．在一列管换热器中，用水蒸气加热原油。
管子规格为Φ25mm×2.5mm，管内原油的表面传热系数为1000 W·m-2·K-1，管内污垢层的热阻系数R h,1=1.5 ×10-3m2·K·W -1；管外水蒸气加热原油，管外水蒸气冷凝的表面传热系数为10000 W·m-2·K-1，管外污垢热阻及管壁的热阻可忽略不计，试求传热系数及各部分热阻占总热阻的百分数。
解:基于管外表面的K2用下式计算
2
1
2
1,
1
1
2
21
1
h
d
d
R
d
h
d
K
h+
+
=
1-
2-
3
2
K
m
W
310
10000
1
20
25
10
5.1
20
1000
25
1
⋅
⋅
=
+
⨯
⨯
+
⨯
=
-
K。