化工原理 第3章 参考解答 (期末专用)
《化工原理》3-4章期末考试复习题
《化工原理》3-4章期末考试复习题《化工原理》3-4章期末考试复习题一、填空题2-1 一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在水中的沉降速度将，在空气中的沉降速度将。
答案：下降，增大分析：由斯托克斯定律μρρ18)(2gd u s t -=对空气系统，s ρ 》ρ，故 uu u u t t '≈'对水系统，水的密度随温度的变化可忽略，故同样有uu u u t t '≈'可见无论是气体还是液体，温度的改变主要是通过粘度变化来影响沉降速度。
气体粘度随温度升高而增加，故沉降速度下降；液体粘度随温度升高而减小，故沉降速度增大。
但要注意此结论是通过斯托克斯定律得出，其他情况还需要具体分析。
2-2若降尘室的高度增加，则沉降时间，气流速度，生产能力。
答案：增加；下降；不变分析：因沉降距离增加，故沉降时间将增加。
降尘室高度的增加使气体在降尘室内的流道截面增大，故气流速度下降。
生产能力的计算公式为： t Au Vs =可见，降尘室的生产能力只决定于沉降面积和沉降速度而与降尘室的高度无关。
2-3 选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是；；。
答案：气体处理量，分离效率，允许压降2-4 通常，非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行，悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。
答案：气固；液固2-5 沉降操作是指在某种中利用分散相和连续相之间的差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
沉降过程有沉降和沉降两种方式。
答案：力场；密度；重力；离心2-6 阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为沉降速度，由于这个速度是阶段终了时颗粒相对于流体的速度，故又称为“终端速度”。
答案：等速；加速2-7影响沉降速度的主要因素有① ；② ；③ ；答案：颗粒的体积浓度；器壁效应；颗粒形状2-8 降尘室通常只适合用于分离粒度大于的粗颗粒，一般作为预除尘使用。
答案：50μm 2-9 旋风分离器的总效率是指，粒级效率是指。
化工原理答案-第三章习题答案-150
第三章习题解答3-1 某圆柱形固定床填充的催化剂直径为p d ，高为h ，试求等体积的当量直径及球形度。
解：h d d e 2p 346ππ=，32p 23h d d e = ()p 312p p 2322218)24(23d h h d h d d h d P P +=⋅⋅+⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=πππφ3-2 求20mm×20mm×25mm 的长方体颗粒的体积当量直径，表面积当量直径，比表面积当量直径及形状系数。
解：体积当量直径：mm V d ev 7.262520206633=⨯⨯⨯==ππ表面积当量直径：mm Sd es 8.282)252020202020(=⨯⨯+⨯+⨯==ππ比表面积当量直径：mm S V a d ea 1.232)252020202020(252020666=⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯=== 形状系数：86.08.287.26222222=====es ev es ev P s d d d d S S ππφ 3-3 由边长皆为2mm 的立方体，直径和高度均为2mm 的圆柱体及直径为3mm 的球体各10kg 组成的均匀颗粒床层，床层直径为0.2m ，高度为 1 m 。
已知颗粒的密度皆为1900kg/m 3，求床层的空隙率和颗粒的平均比表面积。
解： 床层体积：3220314.012.044m h d V b =⨯⨯==ππ颗粒体积：30158.01900310m V P =⨯= 床层空隙率：497.00314.00158.00314.0=-=-=bpb V V V ε 颗粒的平均比表面积：3球柱立a a a a ++=-13000002.0002.0002.06002.0002.0-=⨯⨯⨯⨯=m a 立 1223000002.0)002.0(4002.02)002.0(4-=⨯⨯⋅+⨯⨯=m a πππ柱 1322000003.066003.0003.0-==⨯⨯=m a ππ球 11 2.67676232000300030003---==++=++=mm m a a a a 球柱立 3-4 某形状近似球形的微小固体颗粒，其沉降运动处于斯托克斯定理区，试计算（1）该颗粒在20℃与200℃的常压空气中的沉降速度之比为多少？（2）该颗粒在20℃与50℃的水中的沉降速度之比为多少？[（1）1.44，（2）0.55]解：（1）20℃空气的粘度s Pa ⋅⨯=-51081.1μ，200℃空气的粘度s Pa ⋅⨯=-5'106.2μ，因沉降速度处于斯托克斯定律区，ρρ>>p ，故()()()()44.11081.1106.2181855''''22'=⨯⨯=--=--=--μρρμρρμρρμρρs s s s t t g d gd u u （2）20℃水的粘度s Pa ⋅⨯=-3101μ，50℃水的粘度s Pa ⋅⨯=-3'1055.0μ，因沉降速度处于斯托克斯定律区，并考虑到液体的密度随温度变化很小，故()()()()55.01011055.0181833'''''22'=⨯⨯=≈--=--=--μμμρρμρρμρρμρρs s p p p p t t g d g d u u 无论是气体还是液体，温度的改变主要是通过粘度的变化而影响沉降速度。
化工原理：(含答案)第三章 非均相物系的分离
第三章 非均相物系的分离一、填空题：1．⑴一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由20°C 升至50°C ，则其沉降速度将 。
⑵降尘室的生产能力只与降尘室的 和 有关，而与 无关。
解⑴下降 ⑵长度 宽度 高度2．①在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。
②在滞流（层流）区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比；在湍流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。
解①增加一倍 ， 减少一倍 ， 不变 ②2 ， 1/2沉降操作是指在某种 中利用分散相和连续相之间的 差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
沉降过程有 沉降和 沉降两种方式。
答案：力场；密度；重力；离心3．已知q 为单位过滤面积所得滤液体积V/S ，e e e S V q V /，为为过滤介质的当量滤液体积（滤液体积为e V 时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力），在恒定过滤时，测得2003740/+=∆∆q q τ，过滤常数K ＝ ，e q = 。
解0.000535 ， 0.05354．⑴间歇过滤机的生产能力可写为Q ＝V/∑τ，此外V 为 ，∑τ表示一个操作循环所需的 ，∑τ等于一个操作循环中 ， 和 三项之和。
一个操作循环中得到的滤液体积 ，总时间 ，过滤时间τ ，洗涤时间τw ， 辅助时间τD⑵．一个过滤操作周期中，“过滤时间越长，生产能力越大”的看法是 ，“过滤时间越短，生产能力越大”的看法是 。
过滤时间有一个 值，此时过滤机生产能力为 。
不正确的 ，不正确的 ， 最适宜 ， 最大⑶．过滤机操作循环中，如辅助时间τ越长则最宜的过滤时间将 。
⑶ 越长(4). 实现过滤操作的外力可以是 、 或 。
答案：重力；压强差；惯性离心力5．⑴在过滤的大部分时间中， 起到了主要过滤介质的作用。
⑵最常见的间歇式过滤机有 和 连续式过滤机有 。
⑶在一套板框过滤机中，板有 种构造，框有 种构造。
经典化工原理考试题及答案
化工原理考试题及答案第三章非均相分离姓名____________班级____________学号_____________成绩______________一、填空题：1.（2分）悬浮液属液态非均相物系，其中分散内相是指_____________；分散外相是指 ______________________________。
***答案*** 固体微粒，包围在微粒周围的液体2.（3分）悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_____________三个力的作用。
当此三个力的______________时，微粒即作匀速沉降运动。
此时微粒相对于流体的运动速度，称为____________ 。
***答案*** 重力、阻力、浮力代数和为零沉降速度3.（2分）自由沉降是 ___________________________________ 。
***答案*** 沉降过程颗粒互不干扰的沉降4.（2分）当微粒在介质中作自由沉降时，若粒子沉降的Rep相同时，球形度越大的微粒，介质阻力系数越________ 。
球形粒子的球形度为_________ 。
***答案*** 小 15.（2分）沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在 _________力或__________力的作用下，沿受力方向发生运动而___________ ，从而与流体分离的过程。
***答案*** 重离心沉积6.（3分）球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。
滞流沉降时，其阻力系数=____________.***答案*** 粒子所受合力的代数和为零 24/ Rep7.（2分）降尘宝做成多层的目的是____________________________________ 。
***答案*** 增大沉降面积，提高生产能力。
8.（3分）气体的净制按操作原理可分为_____________________________________ ___________________.旋风分离器属_________________ 。
化工原理第三章习题及参考答案
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ϕ3. 球形度s4. 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dcD2、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：______。
Ａ转鼓本身ＢＣ与转动盘紧密接触的固定盘Ｄ8A d p＝6V/A此处V为非球形颗粒的体积，AB d p＝(6V/π)1/3(9、在讨论旋风分离器分离性能时，分割直径这一术语是指旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径Ｂ旋风分离器允许的最小直径C。
，u T，r有关p，u T，r，k有关pA。
A有关TA13。
现将转速度降低一半，其他条件不变,则其生产能力应为____________。
A 5m3/hB 2.5m3/hC 10m3/hD 3.54m3/h D14、要除去气体中含有的5μ～50μ的粒子。
除尘效率小于75％，宜选用。
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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。
化工原理第三章习题及参考答案
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：______。
化工原理 第3章 参考答案 (期末专用)
T 46℃ 46℃ T1 t2 32℃ T2 =10℃
Q=QL=Q1+Q'1=qm1r1+qm1cp1(T1-T2) Q=QL=Q1+Q'1=Q2=qm2cp2(t2-t1)→qm2 Q'1=qm1cp1(T1-T2)=qm2cp2(t-t1)→t
求：∆tm1、∆t'm1→求A2=A1+A'1 t t1 =5℃ 已知r=351.6[kJ/kg] →A CS2平均温度tm=(46+10)/2=28℃ 查：28℃下CS2比热cp=0.963[kJ/kg·℃] Q1=qm1r1=(300/3600)×351.6=29.3[kW] Q'1=(300/3600)×0.963×103×(46-10)=2.89[kW] Q=QL=Q1+Q'1=29.3+2.89=32.19[kW] Q L Q=QL=Q1+Q'1=Q2=qm2cp2(t2-t1) qm2 = cp2(t2 - t1) 2 返回
解出： t′ =34.1 ℃ 2 ′ ∆m Q K′A t′ q′ 1 ⋅ r q′ 2cp2 (t′ - t1) 2(34.1-30) m 2 m = = = = =1.64 Q K ∆ m qm1 ⋅ r qm2cp2 (t2 - t1) At 35-30 冷却水流量增加一倍，蒸汽冷凝量q'm1将增加64%
Q=QL=Q1+Q 32.19×103 L qm2 = = =0.285 kg/ s] [ 3 cp2(t2 - t1) 4.187×10 ×(32-5)
Q'1=qm1cp1(T1-T2)=qm2cp2(t-t1)=2.89[kW] Q'1=0.285×4.187×103×(t-5)=2.89[kW] →t=7.45℃
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]
1 K2
1 1
(d2 ) d1
1 2
1 50.46
(
0.038 0.033
)
1 104
1 22.9210-3[ m2 K ]
K2
W
K2
43.63[ W ] m2 K
热 T=120℃→T=120℃
∆t大/∆t小=94/34>2
冷 t2 = 86℃←t1=26℃
34
94
7
t m
94 - 34 ln 94
Q=QL=Q1=Q2=qm2cp2(t2-t1)
qm2=uAρ=u[(0.785d2)(n/2)]ρ
qm2=12×[(0.785×0.0332)(200/2)]×1.076=1.104[kg/s]
Q2=1.104×1.005×103×(86-26)=66570[W]
Re du 0.03312 1.076 2.15 104 104
4.16m2
A1
Q1 K2tm1
2.89 103 174 16.43
1.01m2
需方：A2=A1+A'1=4.16+1.01=5.17m2
供方：A2=πd2ℓn=8.71[m2]>5.17[m2] 适用
富裕量： A选 - A需 100% 8.71- 5.17 100% 68.5%
A需
5.17
4
Q=QL=Q1+Q'1=29.3+2.89=32.19[kW] Q=QL=Q1+Q'1=Q2=qm2cp2(t2-t1) qm2
QL cp2 (t 2 -
t1)
2
返回
Q=QL=Q1+Q'1=Q2=qm2cp2(t2-t1)
qm2
QL cp2 (t 2 -
t1)
32.19 103 4.187 103 (32
59℃70 43.63 59
25.86[m2 ]
A2
25.86
1.084[m]
d 2n 3.14 0.038 200
ℓ/d=1.084/0.033<50→校正
1
1f
1[1
(
d )0.7
]
50.46 [1 ( 0.033)0.7 ] 1.084
1
54.84[
W m2 K
]
1 1 (0.038) 1 K2 54.84 0.033 10000
1 K2
21.09
10-3[
m2 K W
]
K
2
47.42[
W m2 K
]
A2
Q K2t m
66570 47.42 59
23.79[m2 ]
8
返回
A2
23.79
0.997[m]
d2n 3.14 0.038 200
返回
26、有一单壳程、双管程列管式换热器，壳程为120℃ 饱和水蒸气冷凝，常压空气以12m/s的流速在管程内流 过。列管为Φ38×2.5mm钢管，总管数为200根，已知 空气进口温度为26℃，要求被加热到86℃，又已知蒸 汽侧对流传热系数为104[W/(m2·K)]；壁阻及垢阻可忽 略不计。试求（1）换热器列管每根管长为多少米？ （2）由于此换热器损坏，重新设计了一台新换热器， 其列管尺寸改为Φ54×2mm；总管数减少20%；但每根
近似计算： α1<<α2→K1≈α1=54.84[W/m2·K]
和冷却时的总传热系数分别为：K1=291W/m2·K；以及
K'2=174W/m2·K；问此换热器是否适用（传热面积A及
传热系数均以外表面积计）?
T
解：供方：A2=πd2ℓn A2=3.14×0.025×3×37=8.71[m2]
T1 46℃ t2 32℃
46℃
需方：Q≥QL=Q1+Q'1=Q2
T2 =10℃
T2 =10℃
∆t大/∆t小=38.55/14>2
t
t1 =5℃
→A
t m1
38.55 -14 ln 38.55
24.24℃
∆t大/∆t小=38.55/5>2
14
3
返回
∆t大/∆t小=38.55/5>2
tm1
38.55 - 5 ln 38.55
16.43℃
5
A1
Q1 K1t m1
29.3103 291 24.24
- 5)
0.285[kg
/ s]
Q'1=qm1cp1(T1-T2)=qm2cp2(t-t1)=2.89[kW]
Q'1=0.285×4.187×103×(t-5)=2.89[kW] →t=7.45℃
T
热流体T1=46℃→T1=46℃→T2=10℃
T1 46℃ 46℃ t2 32℃
冷流体 t2=32℃← t=7.45℃←t1=5℃ 14℃ 38.55℃ 5℃
1.985 105
Pr cp 1.005 103 1.985 105 0.697
0.02861
空气被加热：k=0.4
设：ℓ/d>50
6
返回
1
0.023
d
Re 0.8pr 0.4
式3- 30
1
0.023
0.02816 0.033
(2.15104 )0.8 0.6970.4
50.46[
W m2 K
作业题：p166页3-24 有一单管程列管式换热器，该
换热器管径为Φ25×2.5mm，管数为37根，管长3m。
今拟采用此换热器冷凝并冷却CS2饱和蒸汽，自饱和温 度46℃冷却到10℃。CS2在壳程冷凝，流量为300[kg/h] 冷凝潜热为351.6kJ/kg；冷却水在管程流动，进口温度
为5℃，出口温度为32℃。逆流流动。已知CS2在冷凝
管长维持原值。用此新换热器加热上述空气，求空气 的出口温度？
解 1 以管外表面积A2 为基准，计算K2 A2=πd2ℓn→求ℓ
5
返回
解（1）空气定性温度：tm=(26+86)/2=56℃ 查：物性数据ρ=1.076[kg/m3]；cp=1.005[kJ/kg·℃]；
λ=2.861×10-2[W/m·℃]；µ=1.985×10-5[Pa·s]
t
T2 =10℃ 求：∆tm1、∆t'm1→求A2=A1+A'1
t1 =5℃
已知r=351.6[kJ/kg]
→A
CS2平均温度tm=(46+10)/2=28℃
查：28℃下CS2比热cp=0.963[kJ/kg·℃]
Q1=qm1r1=(300/3600)×351.6=29.3[kW]
Q'1=(300/3600)×0.963×103×(46-10)=2.89[kW]
A2
1
Q K 2 t m
Q1 K1t m1
Q1 K2tm1
A1 A1
t
t1 =5℃
→返A回
T
Q=QL=Q1+Q'1=qm1r1+qm1cp1(T1-T2)
T1 46℃ 46℃
Q=QL=Q1+Q'1=Q2=qm2cp2(t2-t1)→qm2
t2 32℃
Q'1=qm1cp1(T1-T2)=qm2cp2(t-t1)→t