陈敏恒《化工原理》(第3版)(上册)课后习题-流体通过颗粒层的流动(圣才出品)
陈敏恒《化工原理》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(流体通过颗粒层的流动 复习笔记)
4.1 复习笔记一、概述1．固定床定义固定床是指众多固体颗粒堆积而成的静止的颗粒层。
2．常见流体通过固定床的流动（1）流体通过固定床反应器进行化学反应，此时组成固定床的颗粒是粒状或片状催化剂；（2）固体悬浮液的过滤，此时可将由悬浮液中所含的固体颗粒形成的滤饼看作固定床，滤液通过颗粒之间的空隙流动。
二、颗粒床层的特性1．单颗粒的特性对于球形颗粒存在以下两个关系：式中d p——球形颗粒的直径；v——球形颗粒的体积；s——球形颗粒的表面积。
因此，球形颗粒的各有关特性可用单一参数——直径d p全面表示。
球形颗粒的比表面积非球形颗粒的当量直径：通常试图将非球形颗粒以某种相当的球形颗粒代表，以使所考察的领域内非球形颗粒的特性与球形颗粒等效。
根据不同方面的等效性，可以定义不同的当量直径。
（1）体积等效使得当量球形颗粒的体积等于真实颗粒的体积V，则体积当量直径定义为（2）表面积等效使得当量球形颗粒的表面积等于真实颗粒的表面积s，则面积当量直径定义为（3）比表面积等效使得当量球形颗粒的比表面积等于真实颗粒的比表面积μ，则比表面当量直径定义为d ev，d es和d ea在数值上是不等的，但根据各自的定义式可以推出三者之间有如下关系。
记，则可得可以看出的物理含义故可称为形状系数。
体积相同时球形颗粒的表面积最小，因此，任何非球形颗粒的形状系数皆小于1。
2．颗粒群的特性在任何颗粒群中，各单颗粒的尺寸都不可能完全一样。
从而形成一定的尺寸（粒度）分布。
为研究颗粒分布对颗粒层内流动的影响，首先必须设法测量并定量表示这一分布。
颗粒粒度测量的方法：筛分法，显微镜法，沉降法，电阻变化法，光散射与衍射法，表面积法等。
3．床层特性颗粒按某种方式堆积成固定床时，床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示。
空隙率的定义如下：一般乱堆床层的空隙率大致在0.47～0.7之间。
三、流体通过固定床的压降1．颗粒床层的简化模型在固定床内大量细小而密集的固体颗粒对流体的运动提供了很大的阻力。
化工原理上册课后习题答案陈敏恒版.doc
化工原理习题及解答（华南理工大学化工原理教研组编）2004年6月流体力学与传热第一章 流体流动1.1 解：混合气体的平均分子量Mn 为Mn=M 2co y 2co + M 2o y 2o + M 2N y 2N + M O H 2y O H 2=44×0.085+32×0.075+28×0.76+18×0.08=28.86kg/kmol该混合气体在500℃，1atm 时的密度为ρ=po T p To Mm **4.22**=4.2286.28×273273=0.455kg/m ³ 1.2 解：设备上真空表的绝对压强为绝对压强=大气压―真空度=740―100=640mmHg=640×760100133.15⨯=8.53×104N/m²设备内的表压强为 表压强=―真空度=―100mmHg =―（100×760100133.15⨯）=―1.33×104N/m² 或表压强=―（100×1.33×102）=―1.33×104N/m²1.3 解：设通过孔盖中心的0—0水平面上液体的静压强为p ，则p 便是罐内液体作用于孔盖上的平均压强。
根据流体静力学基本方程知p=p a +ρg h作用在孔盖外侧的是大气压强p a ，故孔盖内外两侧所受压强差为Δp =p ―p a = p a +ρgh ―=a p ρghΔp=960×9.81(9.6―0.8)=8.29×104N/m²作用在孔盖上的静压力为 =p Δp ×24d π=8.29×104241076.376.04⨯=⨯⨯πN每个螺钉能承受的力为N 321004.6014.04807.9400⨯=⨯⨯⨯π螺钉的个数=3.76×10341004.6⨯=6.23个1.4 解：U 管压差计连接管中是气体。
陈敏恒《化工原理》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解
目 录绪 论0.1 复习笔记0.2 名校考研真题详解第1章 流体流动1.1 复习笔记1.2 课后习题详解1.3 名校考研真题详解第2章 流体输送机械2.1 复习笔记2.2 课后习题详解2.3 名校考研真题详解第3章 液体的搅拌3.1 复习笔记3.2 课后习题详解3.3 名校考研真题详解第4章 流体通过颗粒层的流动4.1 复习笔记4.2 课后习题详解4.3 名校考研真题详解第5章 颗粒的沉降和流态化5.1 复习笔记5.2 课后习题详解5.3 名校考研真题详解第6章 传 热6.1 复习笔记6.2 课后习题详解6.3 名校考研真题详解第7章 蒸 发7.1 复习笔记7.2 课后习题详解7.3 名校考研真题详解第8章 气体吸收8.1 复习笔记8.2 课后习题详解8.3 名校考研真题详解第9章 液体精馏9.1 复习笔记9.2 课后习题详解9.3 名校考研真题详解第10章 气液传质设备10.1 复习笔记10.2 课后习题详解10.3 名校考研真题详解第11章 液液萃取11.1 复习笔记11.2 课后习题详解11.3 名校考研真题详解第12章 其他传质分离方法12.1 复习笔记12.2 课后习题详解12.3 名校考研真题详解第13章 热、质同时传递的过程13.1 复习笔记13.2 课后习题详解13.3 名校考研真题详解第14章 固体干燥14.1 复习笔记14.2 课后习题详解14.3 名校考研真题详解绪 论0.1 复习笔记一、化工生产过程1．化学工业的定义化学工业是对原料进行化学加工以获得有用产品的工业，核心是化学反应过程及其设备——反应器。
2．化工生产的要求为使反应器内保持适宜的压力、温度和物料的组成等条件，原料需经过前处理。
前处理是指原料经过的一系列预处理以除去杂质，达到必要的纯度、温度和压力的过程。
反应产物同样需要经过各种后处理过程加以精制。
二、单元操作1．单元操作的分类按操作的目的可分为：（1）物料的增压、减压和输送；（2）物料的混合或分散；（3）物料的加热或冷却；（4）非均相混合物的分离；（5）均相混合物的分离。
陈敏恒《化工原理》(第3版)(上册)章节题库-流体流动(圣才出品)
第三部分章节题库说明：本部分严格按照大连理工大学无机化学教研室陈敏恒主编的《化工原理》（第3版）教材内容进行编写。
每一章都精心挑选经典常见考题，并予以详细解答。
熟练掌握本书考题的解答，有助于学员理解和掌握有关概念、原理，并提高解题能力。
绪论化工原理中的“三传”是指______。
A．动能传递、势能传递、化学能传递B．动能传递、内能传递、物质传递C．动量传递、能量传递、热量传递D．动量传递、质量传递、热量传递【答案】D【解析】化学工业各个行业中的单元操作从物理本质上有三种：①动量传递过程（单相或多相流动）；②热量传递过程——传热；③物质传递过程——传质。
第1章流体流动一、选择题1．动量是向量，其方向与速度方向（）。
A．相反B．相同C．呈45°夹角D．呈90°夹角【答案】B2．流体在圆管中沿管截面上的剪应力分布仅与流动截面的（）有关。
A．流体种类B．流体流动形态C．流速D．几何形状【答案】D3．有人希望使管壁光滑些，于是在管道内壁涂上一层石蜡，倘若输送任务不变，且流体呈层流流动，流动的阻力将会（）。
A．变大B．变小C．不变D．阻力的变化取决于流体和石蜡的浸润情况【答案】C【解析】层流流动，流动的阻力与管壁光滑程度无关。
4．以下几种关于流体说法正确的是（）。
A．流体在圆管内流动时，无论层（滞）流或湍流，管中心处流速最大，距管壁越近流速越小，在管壁处流速为零B．层流时，平均流速大约是管中心处流速的0.8倍C．湍流时，平均流速大约是管中心流速的0.5倍D．层流内层对传热和传质过程影响很大，它的厚度随Re的增大而增厚【答案】A5．在完全湍流区（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数λ的值（）。
A．与光滑管相同B．与Re和管道相对粗糙度有关C．仅与管道相对粗糙度有关D．仅与Re有关【答案】C6．若圆形直管内液体流量不变，设计时将管径增加一倍，则层流和完全湍流时的液体流动阻力损失分别为原来的（）。
A．16倍，32倍B．1/4，1/32C．1/2，1/2D．1/8，1/16【答案】B7．水在一段圆形直管内做层流流动，若其他条件不变，现流量及管径均减小为原来的十万种考研考证电子书、题库视频学习平台圣才电子书二分之一，则此时因流动阻力产生的压力损失为原来的（）。
化工原理第三版上册陈敏恒答案
化工原理第三版上册陈敏恒答案【篇一：化工原理答案第三版思考题陈敏恒】问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件?答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。
问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。
问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降? 答3．分子间的引力和分子的热运动。
通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。
液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。
问题4. 静压强有什么特性?答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。
(1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)；(2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下大。
外部压强p=f/a=10/0.008=1.25kpa内部压强4.91kpa。
题5附图题6附图因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。
问题6. 图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一u形压差计，读数分别为r1、r2，两压差计间用一橡皮管相连接，现将容器a连同u 形压差计一起向下移动一段距离，试问读数r1与r2有何变化？(说明理由)答6．容器a的液体势能下降，使它与容器b的液体势能差减小，从而r2减小。
r1不变，因为该u形管两边同时降低，势能差不变。
问题7. 为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好?答8．前者指速度分布大小均匀；后者指速度方向平行、无迁移加速度。
化工原理第三版（陈敏恒）上、下册课后思考题答案（精心整理版）
化工原理第三版（陈敏恒）上、下册课后思考题答案（精心整理版）第一章流体流动1、什么是连续性假定?质点的含义是什么?有什么条件?连续性假设：假定流体是由大量质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质。
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比分子自由程却要大得多。
2、描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态；欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。
3、粘性的物理本质是什么?为什么温度上升,气体粘度上升,而液体粘度下降?粘性的物理本质是分子间的引力和分子的运动与碰撞。
通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主，温度上升，热运动加剧，粘度上升。
液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。
4、静压强有什么特性?①静止流体中，任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于某一点不同方向上的静压强在数值上是相等的；③压强各向传递。
7、为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好?由静力学方程可以导出，所以H增加，压差增加，拔风量大。
8、什么叫均匀分布?什么叫均匀流段?均匀分布指速度分布大小均匀；均匀流段指速度方向平行、无迁移加速度。
9、伯努利方程的应用条件有哪些?重力场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系。
12、层流与湍流的本质区别是什么?区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
13、雷诺数的物理意义是什么?物理意义是它表征了流动流体惯性力与粘性力之比。
14、何谓泊谡叶方程?其应用条件有哪些?应用条件：不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻力损失计算。
15、何谓水力光滑管?何谓完全湍流粗糙管?当壁面凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻力损失的影响时，称为水力光滑管。
化工原理上册课后习题答案陈敏恒版
化工原理上册课后习题答案流体力学与传热第一章 流体流动1.1 解：混合气体的平均分子量Mn 为Mn=M 2co y 2co + M 2o y 2o + M 2N y 2N + M O H 2y O H 2 =44×0.085+32×0.075+28×0.76+18×0.08 =28.86kg/kmol该混合气体在500℃，1atm 时的密度为 ρ=po T p To Mm **4.22**=4.2286.28×273273=0.455kg/m ³1.2 解：设备上真空表的绝对压强为 绝对压强=大气压―真空度 =740―100=640mmHg=640×760100133.15⨯=8.53×104N/m²设备内的表压强为表压强=―真空度=―100mmHg=―（100×760100133.15⨯）=―1.33×104N/m²或表压强=―（100×1.33×102）=―1.33×104N/m²1.3 解：设通过孔盖中心的0—0水平面上液体的静压强为p ，则p 便是罐内液体作用于孔盖上的平均压强。
根据流体静力学基本方程知 p=p a +ρg h作用在孔盖外侧的是大气压强p a ，故孔盖内外两侧所受压强差为Δp =p ―p a = p a +ρgh ―=a p ρghΔp=960×9.81(9.6―0.8)=8.29×104N/m²作用在孔盖上的静压力为=pΔp ×24d π=8.29×104241076.376.04⨯=⨯⨯πN每个螺钉能承受的力为N 321004.6014.04807.9400⨯=⨯⨯⨯π螺钉的个数=3.76×10341004.6⨯=6.23个1.4解：U 管压差计连接管中是气体。
陈敏恒《化工原理》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(颗粒的沉降可流态化 课后习题详解)
而
得 查 60℃天气
5-3 直径为 0.12mm，密度为 2300kg/m3 的球形颗粒在 20℃水中自由沉降，试计算
颗粒由静止状态开始至速度达到 99％沉降速度所需的时阃间和沉降的距离。
解：已知：
，20℃水，求：由 0→99%u 所需 t，距离 s。
根据牛顿第二定律有
（设处于斯托克斯区）所以 积分得
表 5-1
粒径/μm
5～10
10～20
20～40
40～100
质量分率
0.20
0.20
0.30
0.30
粒级效率ηi
0.80
0.90
0.95
1.00
试计算该旋风分离器的总效率及未分离下而被气体带出的颗粒的粒度分布。
若进旋风分离器的气体中催化剂尘粒的量为 18g/m3，含尘气的流量为 1850m3/h，试
解：已知： ，求：A、B 两种颗粒能否分开？
因为沉降在斯托克斯区
所以
即
同一
必有
能否将 A、B 分开，取决于 A 最小颗粒的沉降速度，是否大于 B 最大颗粒的沉降速度
即
，所以 A、B 可完全分开。
5-7 试证 ζ·Re2p 为与沉降速度无关的无量纲数据，且当 ζ·Re2p 小于何值时则沉降是
在斯托克斯定律区的范围以内？
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证明：已知：欧根方程，小颗粒惯性项可忽略，且
，大颗粒性项以在水中
验
假设成立 在空气中
验证：
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假设成立。
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5-2 密度为 2000kg/m3 的球形颗粒，在 60℃空气中沉降,求服从斯托克斯定律的最大
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降为多少？
解：已知：圆柱体 dp，h。h＝dp＝4mm，D＝1m，L＝1.5m，ε＝0.43，T＝20℃，P
＝101.3kPa 空气，qv＝360m3/h，求：
表达式， P
体积相等，
当
查 20℃，101.3kPa 下空气
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用欧根公式
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解：已知：20℃，101.3kPa 空气，u＝0.3m/s， P /L＝220Pa/m u＝0.8m/s， P /L＝1270Pa/m
30℃，0.7MPa 甲烷，u＝0.4m/s ＝0.012mpa·S， ＝4.5kg/m3，求甲烷 P /L
将欧根公式简化：
查 20℃，101.3kPa 空气 将两组数据公式代入上式：
得 A＝12193 B＝1424 甲烷
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过滤物料衡算 4-3 某板框压滤机共有 20 只滤框，框的尺寸为 0.45m×0.45m×0.025m，用以过滤 某种水悬浮液。每 lm3 悬浮液中带有固体 0.016m3。滤饼中含水的质量分数为 50％。试求 滤框被滤饼完全充满时，过滤所得的滤液量（m3）。已知固体颗粒的密度ρp＝1500kg/m3， ρ水＝l000kg/m3。 解：已知：板框 20 只，尺寸 0.45×0.45×0.025m， ＝0.016m3 固 l / m3 悬浮液，滤 饼中含水 50%（质量）， P =1500kg/m3， =1000kg/m3 ，求：滤饼充满滤框所得滤液 V
解得：
4-8 某压滤机先在恒速下过滤 10min，得滤液 5l。此后即维持此最高压强不变，作恒 压过滤。恒压过滤时间为 60min，又可得滤液多少升？
设过滤介质阻力可略去不计。
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解：已知：恒速过滤阶段τ1＝10min，v1＝5L，恒速过滤阶段Δτ＝60min，qe＝0，求 ΔV
4-2 用 20℃、101.3kPa 空气通过某固定床脱硫器，测得如下数据：空塔气速 0.3m/s， 单位床层高度的压降 220 Pa/m； 0.8m/s， 1270Pa/m。
试利用欧根公式估计甲烷在 30℃、0.7MPa 下以空塔气速 0.4m/s 通过床层时，单位床 层高度的压降为多少？已知在操作条件下甲烷物性： ＝0.012mPa·s； ＝4.50kg/m3。
恒压过滤
恒压阶段的 K 即是恒速终了时的 K 因为恒压过滤
4-9 有 一 叶 滤 机 ， 自 始 至 终 在 恒 压 下 过 滤 某 种 水 悬 浮 液 时 ， 得 过 滤 方 程 （q 单位为 L/m2； 单位为 min）。在实际操作中，先在 5min 时间内作恒
速过滤，此时过滤压强自零升至上述试验压强，此后即维持此压强不变作恒压过滤。全部过 滤时间为 20min。试求：（1）每一循环中每 lm2 过滤面积可得的滤液量（L）；（2）过滤后 再用相当于滤液总量的 1/5 水以洗涤滤饼，洗涤时间为多少？
过滤设计计算
4-4 在恒压下对某种滤浆进行过滤实验，测得如下数据：
滤液量/m3
表 4-1 0.1 0.20
0.30
过滤时间/s
38 115
228
过滤面积为 1m2，求过滤常数 K 及 qe。
解：因为恒压
，所以
由已知计算出
0.40 380
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解：已知 V＝3800m3/year，工作 5000hr/year，恒压τ+τD＝2.5hr，τ＝1.5hr， K
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＝4×10-6m3/s，qe＝2.5×10-2m3/m2，滤饼不洗涤，求（1）A；（2）A 单＝8m2 时，需几 台？
表 4-2
由图 4-1 可知：
代入
线性方程
即截距
，斜率
。
解得 K＝
图 4-1 ，
4-5 某生产过程每年欲得滤液 3800m3，年工作时间 5000h，采用间歇式过滤机，在 恒压下每一操作周期为 2.5h，其中过滤时间为 l.5h，将悬浮液在同样操作条件下测得过滤 常数 K＝4×10-6m2/s；qe＝2.5×10-2m3/m2。滤饼不洗涤，试求：（1）所需过滤面积，m2； （2）今有过滤面积为 8m2 的过滤机，需要几台？
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第 4 章 流体通过颗粒层的流动
（一）习题
固定床压降
4-1 某种圆柱形颗粒催化剂其有径为 dp，高为 h，试求等体积的当量直径 de 及球形
度 。现有 h＝dp＝4mm 的颗粒，填充在内径为 lm 的圆筒形容器内，填充高度为 1.5m， 床层空隙率为 0.43。若在 20℃、l01.3kPa 下使 360m3/h 的空气通过床层。试估算床层压
（1）每一周期滤液量 恒压过程
（2）
N＝2 台
4-6 叶滤机在恒定压差下操作，过滤时间为 ．卸清等辅助时间 。滤饼不洗涤。试
证：当过滤时间满足
时，叶滤机的生产能力达最大值。
证明：已知：恒压下，过滤时间 t，辅助时间 tD，洗涤时间
求证：
时，生（q）即是最大生产能力。
解：已知：叶滤机，恒压下测得 q2+20q＝250τ（q-L/m2；τ-min），实际操作，恒速 过程 t＝5min，压强升至实验压，再恒压操作，全部过滤时间 t＝20min，求：（1）t ＝20min，q（2）qπ＝q/5，求 t （1）恒压过滤 所以
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得： 所以
过滤操作型计算 4-7 在恒压下对某种悬浮液进行过滤．过滤 10min 得滤液 4l。再过滤 lOmin 又得滤 液 2L。如果继续过滤 lOmin，可再得滤液多少升？ 解：已知恒压过程：t＝10min 时，V＝4t，Δt1＝10min，ΔV1＝2L，Δt2＝10min，求 ΔV2 恒压时 由已知条件 因为