化工原理典型例题题解
化工原理典型习题解答
化工原理典型习题解答王国庆陈兰英广东工业大学化工原理教研室2003上 册一、选择题1、 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则(1) 层流时，流动阻力变为原来的 C 。
A ．4倍B ．8倍C ．16倍D ．32倍 (2) 完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。
A ．4倍B ．8倍C ．16倍D ．32倍解：(1) 由 222322642dluu d l du u d l h f ρμμρλ=⋅⋅=⋅⋅= 得162442122122122121212==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==d d d d d d d u du h h f f (2) 由 2222ud l d f u d l h f ⋅⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅⋅=ελ 得322 55212142122112212==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==d d d d d d d u d u h h f f2． 水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩短25%，而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。
A ．1.155倍 B ．1.165倍 C ．1.175倍 D ．1.185倍解：由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2222222111ρρ 得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2222222111u d l l u d l l e e ⋅+⋅=⋅+⋅λλ 又由完全湍流流动得 ⎪⎭⎫⎝⎛=d f ελ所以 ()()222211u l l u l l e e ⋅+=⋅+而 24d u uA V π⋅== 所以 ()()1547.175.01211212==++==e e l l l l u u V V3． 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。
《化工原理》练习题及解答
《化工原理》练习题一、简答题1、汽蚀现象2、真空度3、层流二、选择题1. 在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是( )A. 同一种流体内部B. 连通着的两种流体C. 同一种连续流体D. 同一水平面上，同一种连续的流体2. 离心泵的效率η和流量Q的关系为（）。
A. Q增大，η增大B. Q增大，η先增大后减小C. Q增大，η减小D. Q增大，η先减小后增加3. 双层平壁定态热传导，两层壁厚相同，各层的导热系数分别为λ1和λ2，其对应的温度差为△t1和△t2，若△t1＞△t2，则λ1和λ2的关系为（）。
A. λ1＜λ2,B. λ1＞λ2C. λ1=λ2D. 无法确定4. 在阻力平方区内，摩擦系数λ（）。
A. 为常数，与ε/d、Re均无关B.随Re值加大而减小C. 与Re值无关，是ε/d的函数D. 是Re值与ε/ d的函数三、计算题1.有一石油裂解装置，所得热裂物的温度300℃。
今欲设计一换热器，欲将石油从25℃预热到180℃，热裂物经换热后终温不低于200℃，试计算热裂物与石油在换热器中采用并流与逆流时的对数平均温差ΔΤm。
2.如图所示，水由常压高位槽流入精馏塔中。
进料处塔中的压力为0.1大气压（表压），送液管道为φ 45×2.5 mm、长8 m的钢管。
管路中装有180°回弯头一个(le/d =75)，90°标准弯头一个(le/d =35)。
塔的进料量要维持在3.6m3/h，试计算高位槽中的液面要高出塔的进料口多少米？参考数据：水的粘度为1cP Array《化工原理》练习题答案一、简答题1、汽蚀现象泵的入口处的压力低于被输送流体的饱和蒸汽压，形成大量气泡，气泡进入到离心泵的高压区破裂，液滴填充真空区击打器壁，形成汽蚀现象。
2、真空度真空度= 大气压力－绝对压力3、层流流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合二、选择题1.D2.B3.A4.C三、简答题1. 解：求得 ∆Tm1=97.2℃∆Tm2=145.7℃2.解： 由流量可求得流速为u=0.8 m/s(5分)。
化工原理 第1章 流体流动 典型例题题解
化工原理典型例题题解第1章 流体流动例1 沿程阻力损失水在一段圆形直管内作层流流动，若其它条件不变，现流量及管径均减小为原来的二分之一，则此时因流动阻力产生的压力损失为原来的（ ）。
A 2倍 B .4倍 C .8 倍 D. 16 倍解：因管内流体流动处于层流状态，根据哈根（Hahen ）-泊谡叶（poiseuille ）公式 232dlu P f μ=∆(1) 将式中的流速u 用流量v q 和管径d 表示出来， 24dq u vπ=(2)将(2)式代入(1)式得 4128dlq P vf πμ=∆ (3) 现流量125.0v v q q =; 管径d 2=0.5d 1 ， 根据(3)式，压力损失ΔP f2满足下式85.01/)5.0/(5.0//341141141142212====∆∆d q d q d q d q P P v v v v f f 故答案C 正确。
例2 流体在管内流动时剪应力的分布流体在管内流动的摩擦阻力，仅由流体与壁面之间的摩擦引起吗？ 解：圆管中沿管截面上的剪应力分布式为 r lg Z P g Z P 2)()(2211ρρτ+-+=由该式推导条件可知，剪应力分布与流动截面的几何形状有关，而与流体种类，层流或湍流无关。
对于定常态流动体系，可见剪应力随圆管内流体半径的增大而增大，在壁面处，此剪应力达到最大。
故剪应力（磨擦阻力）并非仅产生于壁面处，而是在流体体内亦存在。
例3 并联管路中的阻力损失首尾相同的并联管路中，流体流经管径较小的支路时，总压头损失较大吗？例 4 附图解：A 为分支点，B 为汇合点。
并联管路Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ具有相同的起始点A 和终点B ，分别利用柏努利方程式进行描述，得H f Ⅰ=H f Ⅱ=H f ⅢIIIIIIIII III IIIIII II III I gd u l gd u l gd u l 222222λλλ==因此，首尾相同的并联管路，各支路上总压头损失相等，并非仅取决于管径的大小，与各支路上的流速、管长均有关系。
化工原理习题及解答
+
196
ρg 2g ρg
2 * 9.8
0.666 * 9.8
èp1=263.5pa=26.9 mmH2O 柱
Hgjc_shsd
(4/51)
ssd2-12、有一垂直管道，内径由 φ300mm 渐缩至 φ200mm，水由下而
上在管中流动。测得水在粗管口和细管口的静压力分别为 p1=150kPa 和 p2=100kPa(如图)，两测压点间垂直距离为 4.5m，若此距离间的摩擦阻力可 以忽略，试求水的流量。(432m3/h)
直距离分别为：h1=2.3m、h2=1.2m、 h3=2.5m 及 h4=1.4m。锅炉中水面与基准 面间的垂直距离 h5=3m。大气压强 p0=99.3kPa。试求锅炉上方水蒸气的压 强 p5。(分别以 Pa 和 kgf/cm2 来计量)。 [答 p=3.64×105Pa=3.71kgf/cm2 ]
至观察孔中心的垂直距离 H 应为多少？设液
体在器内的流动缓慢，可按静力学处理。而且
油水易于分层。没有乳化界面。(0.4m)
解 ρ0gH 0 = ρ1gH1
H1
=
ρ0H0 ρ1
=
800 * 0.5 1000 Nhomakorabea= 0.4m
ssd2-4、精馏塔塔顶分出轻油和水蒸气，经冷凝和油水分离后，轻油一
部分回至塔中，其余为产品，冷凝水则排走，油水分离器应高过塔顶。为操
ssd2-6、列管式换热器的管束 38 根 Φ25×2.5mm 的钢管组成。空气以
10m/s 的速度在管内流动，其平均温度为 50℃，由液柱压力计测得其压力为
250mmHg，压力计一端接通大气，当时大气压 101.3kPa，试求空气的体积
流量和质量流量。(0.12m3/s 0.174kg/s)
化工原理例题及习题
第一章 流体流动【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m 3与998kg/m 3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。
解：根据式1-49984.018306.01+=m ρ=（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4ρm =1372kg/m 3【例1-2】 已知干空气的组成为：O 221%、N 278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa 及温度为100℃时的密度。
解：首先将摄氏度换算成开尔文100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量M m =32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m3根据式1-3a 气体的平均密度为：3kg/m 916.0373314.896.281081.9=⨯⨯⨯=m ρ【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。
油层高度h 1=0.7m 、密度ρ1=800kg/m 3，水层高度h 2=0.6m 、密度ρ2=1000kg/m 3。
（1）判断下列两关系是否成立，即 p A =p'A p B =p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h 。
解：（1）判断题给两关系式是否成立 p A =p'A 的关系成立。
因A 与A '两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。
所以截面A-A'称为等压面。
p B =p'B 的关系不能成立。
因B 及B '两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面B-B '不是等压面。
（2）计算玻璃管内水的高度h 由上面讨论知，p A =p'A ，而p A =p'A 都可以用流体静力学基本方程式计算，即p A =p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2 p A '=p a +ρ2gh于是 p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2=p a +ρ2gh简化上式并将已知值代入，得 800×0.7+1000×0.6=1000h 解得 h =1.16m【例1-4】 如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U 管压差计，压差计读数R =200mm 。
化工原理习题(含答案)
·流体流动部分1．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。
在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 Pa ）？解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm 处的流体压力为[]（绝压）Pa 10813.1Pa )0.15.9(81.9960103.10133⨯=-⨯⨯+⨯=+=gh p p ρ 作用在孔盖上的总力为N 10627.3N 76.04π103.10110813.1)(4233a ⨯⨯⨯⨯⨯-=＝）－＝（A p p F每个螺钉所受力为N 10093.6N 014.04π105.39321⨯=÷⨯⨯=F因此)（个）695.5N 10093.610627.3341≈=⨯⨯==F F n2．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。
读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ，指示液为水银。
为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。
试求A 、B 两点的表压力。
解：（1）A 点的压力()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ⨯=⨯⨯+⨯⨯=+=gR gR p ρρ（2）B 点的压力 ()（表）Pa 107.836Pa 5.081.91360010165.1441汞A B ⨯=⨯⨯+⨯=+=gR p p ρ习题2附图习题1附图3、如本题附图所示，水在管道内流动。
为测量流体压力，在管道某截面处连接U 管压差计，指示液为水银，读数R=100毫米，h=800mm 。
为防止水银扩散至空气中，在水银液面上方充入少量水，其高度可忽略不计。
化工原理精彩试题及其问题详解
化工原理试题与答案一、填空题1. 流体在一根圆形水平直管中流动，测得其平均流速为0.5 m ·s -1，雷诺数Re =1000，压降Δp =10 Pa ，问管中心处的最大流速为 m ·s -1。
若平均流速增大为1 m ·s -1，则压降Δp 为 Pa 。
2.反应器流体的混和按考察的尺度可划分为 混和和 混和。
3. 填料吸收塔正常操作时,若液气比增大,则吸收液的出塔浓度 ,吸收的推动力 。
4. 某间壁式换热器传热面积为2.5 m 2，传热平均温差为45 K ，传热速率为9000 W ，则该换热器此时的总传热系数K = 。
5. 气体的粘度值随温度的升高而 ；液体的粘度值随温度的升高而 。
6. 雷诺数Re 是流体流动 的判据。
流体在管道中流动，当Re 时为稳定层流；当Re 时，可以形成湍流；只有当Re 时，方可达到稳定的湍流。
7. 活塞流反应器的量纲一平均停留时间（无因次平均停留时间）θ等于 ；其停留时间的量纲一方差（无因次方差）为 。
8. 在连续接触的填料塔,进行定常等温吸收操作,填料层高度的计算,可由物料衡算式和吸收速率方程联列导出计算式, 填料层总高度等于 和 之乘积。
9. 列举四种工业上常用的间壁式热交换器： 、 、、 。
10.伯努利方程gZ 1+ρ1p +221u +W e =gZ 2+ρ2p +222u +)21(,-∑f H 适用的条件是在 流动时的 流体。
11. 从手册中查得某液体在25℃和1 atm 时的粘度为0.80 厘泊，试将其换算成国际单位制，粘度应为 。
12. 在研究流体流动规律时，要注意区分是定常（或称定态）流动和不定常（或称不定态）流动，稳定态和不稳定态。
如果所考察的流体流动过程或系统中任何一个部位或任何一个点上的流体性质和过程参数都不随时间而改变，则该过程为 过程，反之，则为 过程。
当流体流动过程的雷诺数大于1×104时，可以认为是 的湍流；当雷诺数在2000 ~4000 之间流体的流动型态为 的过渡区域。
化工原理颗粒的沉降和流态化典型例题题解
第5章颗粒的沉降和流态化【例1】落球粘度计。
使用光滑小球在粘性液体中的自由沉降测定液体的粘度。
现有密度为8010kg/m 3、直径0.16mm 的钢球置于密度为980kg/m 3的某液体中，盛放液体的玻璃管内径为20mm 。
测得小球的沉降速度为1.70mm/s ,试验温度为20℃,试计算此时液体的粘度。
测量是在距液面高度1/3的中段内进行的，从而免除小球初期的加速及管底对沉降的影响。
当颗粒直径d 与容器直径D 之比d/D <0.1,雷诺数在斯托克斯定律区内时，器壁对沉降速度的影响可用下式修正：—0.16x 10-3解：D ―2x 10-2=1.70x 10-31+2.104x 8x 10-3]=1.73X 10-3m/s可得d 2（p -p ）g G.16x 10-3）（8010-980）x 9.81ILl=s =18u 18x 1.73x 10-3t=0.0567Pa •s校核颗粒雷诺数du 'p0.16x10-3x1.70x10-3x980tRet l 0.0567上述计算有效。
【例2】拟采用降尘室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。
降尘室底面积为10m 2,宽和高均为2m 。
操作条件下，气体的密度为0.75kg/m 3,粘度为 2.6X 10-5Pa •s ；固体的密度为3000kg/m 3；降尘室的生产能力为3m 3/s 。
试求：1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径；2）粒径为40u m 的颗粒的回收百分率；3）如欲完全回收直径为10u m 的尘粒，在原降尘室内需设置多少层水平隔板？解：1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径在降尘室中能够完全被分离出来的最小颗粒的沉降速度为V 3u =—r=——0.3t bl 10m/s由于粒径为待求参数，沉降雷诺准数Re t 无法计算，故需采用试差法。
假设沉降在滞流区，则可用斯托克斯公式求最小颗粒直径，即-18l u 18x 2.6x 10-5x 0.3d =t ==6.91x 10-5m =69.1|i mmin '.Ap -p ）g\3000x 9.81s核算沉降流型u 1+2.104-I D J式中u't 为颗粒的实际沉降速度; u t 为斯托克斯定律区的计算值。
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第4章 流体通过颗粒层的流动典型例题
例1：过滤机的最大生产能力
用一板框压滤机对悬浮液进行恒压过滤，过滤20分钟得滤液 20m 3 ，过滤饼不洗涤，拆装时间为15分钟，滤饼不可压缩，介质阻力可略。
试求： （1） 该机的生产能力，以 m 3 （滤液）/h 表示
(2)如果该机的过滤压力增加 20℅，该机的最大生产能力为多少 m 3（滤液）/h 解：（1）h m V Q D /3.346015
2020
3=⨯+=+=
θθ （2）根据恒压过滤方程V 2=KA 2θ
2020
202
2
2
===θV KA
为了得到最大生产能力，则应 min 15==D f θθ
在原压力下对应的滤液量为 300152022
=⨯==f opt KA V θ
33.17m V opt = ΔP ’=ΔP V ∝ΔP 1/2
395.183.172.1m V opt =⨯=
h m V Q D
f opt
/9.376015
1595
.183max =⨯+=
+=
θθ
例2：滤饼的洗涤问题
采用板框压过滤机进行恒压过滤，操作1小时后，得滤液 15m 3 ，然后用2m 3
的清水在相同的压力下对滤饼进行横穿洗涤。
假设清水的粘度与滤液的粘度相同。
滤布阻力可略，试求： （1） 洗涤时间
（2） 若不进行洗涤，继续恒压过滤1小时，可另得滤液多少 m 3 解：V 2=KA 2θ
KA 2=152
采用横穿洗涤法，则有：
E
w d dV d dV ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫
⎝⎛θθ41 hr V KA V f w w 07.115
215
4122412
2=⨯⨯=⨯=
θ 或者 hr J
f w 07.114
1152
22=⨯⨯
==θδθ ''22θKA V = ， 322.21215''m KA V =⨯==θ 32.6152.21m V =-=∆
例3：操作压强对过滤机生产能力的影响
用板框过滤机过滤某悬浮液，一个操作周期内过滤 20分钟后共得滤液 4m 3 （滤饼不可压缩，介质阻力可略）。
若在一个周期内共用去辅助时间30分钟，求： （1） 该机的生产能力
（2）若操作压强加倍，其它条件不变（物性、过滤面积、过滤时间与辅助时间），该机生产能力提高了多少 解：滤饼不洗涤
（1） Q=4/（20+30）=min （2） K ∝ΔP
V ’∝ΔP 1/2 V ’=21/2V=×4= Q=50=min
例4：在×103Pa 的恒定压力差下过滤某种的悬浮液。
悬浮液中固相为直径的球形颗粒，固相体积分率为10%，过滤时形成空隙率为60%的不可压缩滤饼。
已知水的粘度为×10-3Pa·s，过滤介质阻力可以忽略，试求：（1）每平方米过
滤面积上获得滤液所需的过滤时间；（2）若将此过滤时间延长一倍，可再得滤液多少
解：（1）过滤时间已知过滤介质阻力可以忽略时的恒压过滤方程式为
单位面积上所得滤液量q=m2
过滤常数
对于不可压缩滤饼，s=0,常数，则
已知=×103Pa =×10-3Pa·s，滤饼的空隙率=
球形颗粒的比表面为
m2/m3
于
是
m2
又根据料浆中的固相含量及滤饼的空隙率，可求出滤饼体积与滤液体积之比υ。
形成1m3滤饼需要固体颗粒，所对应的料浆量是4m3，因此，形成1m3滤饼可得到4-1=3m3滤液，则
m 3
/m
3
m3/s 所以
s
（2）过滤时间加倍时增加的滤液量
s
则
m 3
/m
2
m 3
/m
2
即每平方米过滤面积上将再得滤液。
例5 用转筒真空过过滤机过滤某种悬浮液，料浆处理量为40m3/h。
已知，每得1m3滤液可得滤饼，要求转筒的浸没度为，过滤表面上滤饼厚度不低于7mm。
现测得过滤常数为K=8×10-4m2/s，q e=m2。
试求过滤机的过滤面积A和转筒的转速n。
解：以1min为基准。
由题给数据知
m3/min(a)
s
(b)
滤饼体积×=min
取滤饼厚度，δ=7mm，于是得到
r/min(c)每分钟获得的滤液量为
m3/min(d)
联立式a、b、c、d解得m2，r/min。
例6 若分别采用下列各项措施，试分析转筒过滤机的生产能力将如何变化。
已知滤布阻力可以忽略，滤饼不可压缩。
（1）转筒尺寸按比例增大50％。
（2）转筒浸没度增大50％。
（3）操作真空度增大50％。
（4）转速增大50％。
（5）滤浆中固相体积分率由10％增稠至15％，已知滤饼中固相体积分率为60％。
（6）升温，使滤液粘度减小50％。
再分析上述各种措施的可行性。
答：根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为
而A=πDL
（1）转筒尺寸按比例增大50％。
新设备的过滤面积为
A’=2A=
即生产能力为原来的倍，净增125％，需要换设备。
（2）转筒浸没度增大50％
即生产能力净增％。
增大浸没度不利于洗涤。
（3）操作真空度增大50％
增大真空度使为原来的倍，则效果同加大浸没度50％，即生产能力提高了％。
加大真空度受操作温度及原来真空度大小的制约。
（4）滤浆中固体的体积分率由10％提高至15％。
Xv的加大使v加大，两种工况下的v分别为
(a)
则
即生产能力（以滤液体积计）下降％
（5）升温，使粘度下降50％
由式a可知
则
即可使生产能力提高％。
但温度提高，将使真空度难以保持。
工业生产中，欲提高生产能力，往往是几个方法的组合。