华东理工大学化工原理简答题真题汇总.doc

第一章 流体流动1. 何谓轨线？何谓流线？为什么流线互不相交？99答：轨线是同一流体质点在不同时刻所占空间位置的连线；流线是采用欧拉法考察的结果，流线上各点的切线表示该点的速度方向；因为同一点只有一个速度，由此可知，流线互不相交。2. 动能校正系数为什么总是大于、等于1的？试说明理由？003. 简述数学模型法规划实验的主要步骤。00、03、06、10答：数学模型实验研究方法立足于对所研究过程的深刻理解，按以下主要步骤进行工作： 将复杂的真实过程本身化简成易于用数学方程式描述的物理模型； 将所得到的物理模型进行数学描述即建立数学模型； 通过实验对数学模型的合理性进行检验并测定模型参数。4. 流体流动过程中，稳定性是指什么？定态性是指什么？015. 简述因次论指导下的实验研究方法的主要步骤。01、04答：因次分析法的具体步骤： 找出影响过程的独立变量； 确定独立变量所涉及的基本因次； 构造因变量和自变量的函数式，通常以指数方程的形式表示； 用基本因次表示所有独立变量的因次，并出各独立变量的因次式； 依据物理方程的因次一致性原则和定理得到准数方程； 通过实验归纳总结准数方程的具体函数式。6. 层流与湍流的本质区别是什么？02答：湍流的最基本特征是出现了径向的速度脉动。当流体在管内层流时，只有轴向速度而无径向速度，牛顿型流体服从牛顿粘性定律；然而在湍流时，流体质点沿管道流动的同时还出现了径向的随机脉动，这种脉动加速了径向的动量、热量和质量的传质，动量的传递不仅起因于分子运动，而来源于流体质点的横向脉动速度。7. 非牛顿流体中，塑性流体的特点是什么？02、05、06、10答：含固体量较多的悬浮体常表现出塑性的力学特征，即只有当施加的剪应力大于某一临界值（屈服应力）之后才开始流动，流动发生后，通常具有剪切稀化性质，也可能在某一剪切率范围内有剪切增稠现象。8. 什么是流体流动的边界层？边界层分离的条件是什么？03答：由于流体粘性的作用，靠近壁面的流体将相继受阻而降速，随着流体沿壁面前流动，流体受影响的区域逐渐扩大，而流速降为未受边壁影响流速的99%以内的区域即为边界层。流道扩大时就会造成逆压梯度，逆压梯度及壁面附近的粘性摩擦是引起边界层分离现象，而是取决于逆压梯度与剪切力梯度之比值是否足够大，若其比值为10 12，将会产生形体阻力，发生边界层分离。9. 非牛顿流体中，抗凝性流体的特点是什么？03答：不少非牛顿流体受力产生的剪切率与剪应力的作用时间有关，当一定的剪应力作用的时间足够长后，粘度随着作用时间延长而增大的行为称为震凝性。10. 动量守恒和机械能守恒应用与流体流动时，二者关系如何？04答：动量守恒和机械能守恒定律都从牛顿第二定律出发导出，都反映了流动流体各运动参数变化规律。流动流体必应同时遵循这两个规律，但在实际应用场合却有所不同。当机械能守恒定律应用于实际流体时，由于流体的粘性导致机械能的耗损，因此机械能衡算式中将出现hf。但是动量守恒定律却不同，它只将力和动量变化率联系起来，并未涉及能量和能耗问题。因此在实际流体的流动中，当机械能损耗无法确定，机械能衡算式不能有效地应用时，可以试用动量守恒确定各运动参数之间的关系。但必须有一前提：控制体内流体所受的作用力能够正确确定，或者主要的外力可以确定而次要的外力可以忽略。反之，当重要的外力不能确定，而阻力能从其他途径求得，或阻力可以忽略，则机械能衡算式可有效地解决问题。但最终均须借助实验对所得关系式进行校正。11. 何谓泊谡叶方程？其应用条件有哪些？0612. 简述流体静压强的特性。07第二章 流体输送机械1. 简述往复泵的水锤现象。往复泵的流量调节方法有哪几种？99答：当泵处于吸入行程，压出阀门关闭，无液体排出，但管内液体由于惯性在短时间内继续 流动。于是，在压出阀门附近造成真空，管内形成反向压差，在反向压差的作用下，管内流体必作反向运动产生冲击，消耗动能，这种现象称为“水锤现象”。往复泵的流量调节方法： 旁路调节； 改变曲柄转速和活塞行程。第三章 液体的搅拌1. 简述搅拌釜中加挡板或导流筒的主要作用分别是什么？982. 搅拌器应具有哪两种不同的功能？99、06答：搅拌器的两种不同功能： 产生强大的总体流动，搅拌桨叶之所以取于泵叶片相似形状，就是为了造成大的总体流动，以达到宏观的均匀； 产生强烈的湍动，使液体为团尺寸减小。3. 大小不一的搅拌器能否使用同一条功率曲线？为什么？00答：不能。因为功率曲线只适用于尺寸比例符合规定比例关系的（几何相似）的搅拌装置，若比例关系不同，即对比变量数值就会不同，其功率曲线亦不同。4. 搅拌器的两个功能是什么？改善搅拌效果的工程措施有哪些？02、10答：为了达到均匀混合，搅拌器应具备两种功能：即在釜内形成一个循环流动，称为总体流动；同时希望产生强剪切或湍动。流体在容器内作循环流动，搅拌器对单位重量流体所提供的能量必定全部消耗在循环回路的阻力损失上，增加循环回路的阻力损失即提高液流的湍动程度，可采取措施有： 提高搅拌器的转速，搅拌器可提供较大的压头； 阻止容器内液体的圆周运动。方法如下：（1）在搅拌釜内装挡板；（2）破坏循环回路的对称性； 安装导流筒来抑制圆周运动的扩展，严格控制流动方向，既消除短路现象又有助于消除死区。5. 搅拌器按工作原理可分为哪几类？各类搅拌器的特点是什么？03答：搅拌器按工作原理可分为两大类：一类是以旋浆式为代表，其工作原理与轴流泵叶轮相同，具有流量大，压头低的特点，液体在搅拌釜内主要作轴向和切向运动；另一类以涡轮式为代表，其工作原理与离心泵叶轮相似，液体在搅拌釜内主要作径向和切向运动，与旋浆式相比具有流量小、压头较高的特点。6. 简述搅拌过程中强化湍动的主要措施。04答：液流中湍动的强弱虽难以直接测量，但可以从搅拌器所产生的压头大小反映出来。液流在容器内作循环流动，搅拌器对单位重量流体所提供的能量必定全部消耗在循环回路的阻力损失上，增加循环回路的阻力损失即提高液流的湍动程度，可采取的措施有： 提高搅拌器的转速，搅拌器可提供较大的压头： 阻止容器内液体的圆周运动，方法如下：在搅拌釜内装挡板， 破坏循环回路的对称性； 安装导流筒来抑制圆周运动的扩展，严格控制流动方向，既消除短路现象又有助于消除死区。7. 试列举出三种搅拌器放大的准则。05、07答：搅拌器的所有放大准则应能保证在放大时混合效果保持不变，对不同的搅拌过程和搅拌目的，有以下放大准则可供选择： 保持搅拌雷诺数nd2/不变。 保持单位体积能耗P/V0不变。 保持叶片端部切向速度nd不变。 保持搅拌器的流量和压头之比值，即q、H不变。第四章 流体通过颗粒层的流动1 试写出回转真空过滤机单位面积滤液量q与转速n、浸入面积分率以及过滤常数的关系式，并说明过滤面积为什么用转鼓面积A而不用A-cp？982 在考虑流体通过固定床流动的压降时，颗粒群的平均直径是按什么原则定义的？为什么？99答：颗粒群的平均直径是以比表面积相等为准则的来确定的。因为固体的颗粒很小，流体在颗粒层内流动是极其缓慢的爬流，无脫体现象产生，这样流体阻力主要由颗粒层内固体表面积的大小来决定，而颗粒的形状并不重要，基于对流动过程的此种认识，应以比表面积相等为准则来确定实际颗粒群的平均直径。3 加快过滤速率有哪几种途径？00、02、05、07（影响过滤速率的因素有哪些？）答一：加快过滤速率的三种途径： 改变滤饼结构； 改变悬浮液中颗粒的聚集状态； 动态过滤。答二：加快过滤速率的三种途径： 改变滤饼结构如空隙率、可压缩性，常用的方法是添加助滤剂使滤饼较为疏松而且不可压缩； 改变悬浮液中的颗粒聚集状态，过滤之前先将悬浮液作处理，使分散的细小颗粒聚集成较大颗粒。其方法：.加入聚合电解质使固体颗粒之间发生桥接，形成多个颗粒组成的絮团；.在悬浮液中加入无计电解质使颗粒表面的双电层压缩，颗粒间借范德华力凝聚在一起； 动态过滤：采用多种方法，如机械的、水力的或电场的人为干扰限制滤饼增长的过滤方法。4 在表面过滤方式中，何谓架桥现象？015 在考虑流体通过固定床流动的压降时，颗粒群的平均直径是按什么原则定义的？为什么？05答：颗粒的平均直径以比表面积相等为原则来定义。 由于固体颗粒尺寸较小，流体在颗粒层内的流动是极其缓慢的爬流，无边界脱体现象发生；流动阻力主要由颗粒层内固体表面积的大小决定，而颗粒的形状并不重要，因此应以表面积相等作为准则，确定实际颗粒群的平均直径。6 气体中含有12微米直径的固体颗粒，应选用哪一种气固分离方法？067 何谓固定床吸附器的透过曲线？什么是透过点、饱和点？07第五章 颗粒的沉降和流态化1. 当沉降处于斯托克斯定律区时，试写出非球形颗粒的等沉降速度当量直径de的计算式。98、05答：当颗粒直径较小，球形颗粒的沉降处于斯托克斯定律区时，沉降速度为：假设非球形颗粒的实际沉降速度为uj，则颗粒的等沉降速度当量直径为：2. 流化床的压降与哪些因素有关？983. 因某种原因使进入沉降室的含尘气体温度升高，若气体质量及含尘情况不变，降尘室出口气体的含尘量将有何变化？原因何在？99、07（温度降低时的情况如何？）答：出口气体的含尘量增加。因为温度的提高必带来空气密度的增加，那么由颗粒沉降公式 可以看出d min的增加，即降尘室壳全部出去的最小颗粒直径增加，也就是出口气体的含尘量增加。 4. 评价旋风分离器性能的主要指标有哪些？00答：旋风分离器性能的主要指标有两个： 分离效率； 气体经过旋风分离器的压降。5. 简述旋风分离器性能指标中分割直径dpc的概念。016. 什么是颗粒的自由沉降速度？02、10答：静止液体中，设颗粒的初速度为0，在重力或离心力作用下沿重力方向或离心力方向作沉降运动，随着下降速度的增加，加速度逐渐减小，当加速度等于0时，颗粒将以恒定不变的速度ut继续下降，此ut即为颗粒的自由沉降速度。7. 实际流化现象有哪两种？通常，各自发生于什么系统？03答：从床内流体和颗粒的运动状况来看，实际中存在两种截然不同的流化现象：散式流化：一般发生于液-固系统，散式流化床较接近理想流化床；聚式流化：一般发生于气-固系统，聚式流化的床层不如散式流化那样平稳，而是频繁的起伏波动。8. 影响颗粒沉降速度的因素有哪些？04答：对于固定的流-固系统，物性、和r都是定值，单个球形颗粒的沉降速度只与颗粒有关；实际中还需要考虑下列各因素：干扰沉降、端效应、分子运动。非球形、液滴或气泡的运动等。9. 何谓流化床层的内生不稳定性？如何控制？04答：设有一正常操作的流化床，由于某种干扰在床内某局部区域出现一个空穴，该处床层密度即流动阻力必然减小，附近的气体便优先取道此空穴而通过。空穴处气体流量的急剧增加，可将空穴顶部更多颗粒推开，从而空穴变大，空穴变大又使该处阻力进一步减小，气体流量进一步增加，从而产生恶性循环，这种恶性循环称为流化床层的内生不稳定性。 为抑制流化床的这一不利因素，通常采取以下措施，设计适当开空率和压降的分布板来增加分布板的阻力；设置水平挡板或垂直构件的内部构件；采取小直径、宽分布的颗粒；采用细颗粒、高气速流化床。第六章 传热1. 影响辐射传热的主要因素有哪些？99、04答：影响辐射传热的主要因素： 温度的影响，辐射热流量正比于温度四次方之差； 几何位置的影响，角系数对两物体间的辐射传热有重要影响； 表面黑度的影响，通过改变表面黑度的方法可以强化或减弱辐射传热； 辐射表面之间介质的影响。2. 简述辐射传热中黑体和灰体的概念。00、02答：黑体：吸收率等于1的物体，实际不存在。灰体：把实际物体当成是对各种波长辐射均能同样吸收的理想物体。（在一定温度下，灰体的辐射能力和吸收率的比值恒等于同温度下黑体的辐射能力，柯奇西荷先定律）3. 液体沸腾的必要条件有哪两个？01、10答：第七章 蒸发1. 蒸发器提高液体循环速度的意义有哪些？98、05答：蒸发器提高液体循环速度的重要性不仅在于提高沸腾给热系数，其主要用意在于降低单程汽化率，在同样蒸发能力下（单位时间的溶剂汽化量），循环速度越大，单位时间通过加热管的液体量越多，溶液一次通过加热管后汽化的百分数（汽化率）也越低。溶液在加热表面附近的局部浓度增高现象可以减轻，加热面上结垢现象可以延缓。溶液浓度越高，为较少结垢所需要的循环速度越大。2. 何谓蒸发设备的生产强度？提高蒸发器生产强度的途径有哪些？99、07答：单位传热面的蒸发量定义为蒸发器的生产强度U。即： U = W/AW为各效水份蒸发量总和；A为各效传热面积之和。3. 循环型蒸发器中，降低单程汽化率的目的是什么？014. 蒸发操作节能的措施有多种，试写出三种。06第八章 气体吸收1. 化学吸收和物理吸收相比有何优点？04答：化学吸收与物理吸收相比，具有如下优点： 化学反应提高了吸收的选择性； 加快了吸收速率，从而减小了设备容积； 反应增加了溶质在液相的溶解度，减少吸收剂用量； 反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除去气相中很少量的有害气体。第九章 液体精馏1. 简述恒沸精馏和萃取精馏的主要异同点。04答：恒沸精馏和萃取精馏都是在被分离溶液中加入某种添加剂改变原溶液中各组分间的相对挥发度而实现分离的。但其差别在于： 恒沸精馏添加剂必须与被分离组分形成恒沸物，而萃取精馏则无此限制，故萃取精馏添加剂的选择范围较广； 恒沸精馏的添加剂被汽化由塔顶蒸出，此项潜热消耗较大（尤其当馏出液比例较多时），其经济性不及萃取精馏； 由于萃取必须不断由塔顶加入，故萃取精馏不能简单地用于简写操作，而恒沸精馏从大规模连续产生至实验室小型间歇精馏均能方便地操作。第十章 汽液传质设备1. 简述什么是汽液传质板式塔操作中的转相点？982. 综合评价塔板性能的标准是什么？99、02答一：综合评价塔板性能的标准为： 通过能力大，即单位塔截面能够处理的汽液负荷高： 塔板效率高； 踏板压降低； 操作弹性大； 结构简单，制作成本低。答二：衡量塔板性能优劣的标准，一般包括两个方面：一是塔板的效率（点效率、默弗里板效率等）；二是生产能力。即可通过气、液两相负荷的大小。塔板效率高，传质效果好，塔顶和塔底的产品质量或者所用的塔板数小，塔的总高就低，投资较少。允许通过气、液两相的流量都很大，塔的生产能力就大，满足生产量的塔径相对较小。3. 筛板塔的汽液接触状态有哪三种？各有什么特点？01、05答：气液两相在塔板上的接触情况可大致分为下列三种状态： 鼓泡接触状态：当孔速很低时，通过筛孔的气流断裂成气泡在板上液层表面十分清晰。该状态是两相接触面积为气泡表面；由于气泡数量较少，气泡表面的湍动程度亦低，传质阻力较大。 泡沫接触状态：随着孔速的增加，气泡数量急剧增加，气泡表面连成一片并且不断发生合并与破裂，板上液体大部分以液膜形式存在于气泡之间，仅在靠近塔板表面处才能看到少许清液。该状态下液体仍为连续相，气体仍为分散相；两相传质表面是面积很大的液膜，此液膜不同与因表面活性剂的存在而形成的稳定泡沫，塔高度湍动而且不断合并和破裂。 喷射接触状态：当孔速继续增加，动能很大的气体从筛孔以射流形式穿过液层，将板上液体破碎成许多大小不等的液滴而抛于塔板上方空间；被喷射出去的液滴落下以后，在塔板上汇聚成很薄的液层并再次被破碎成液滴抛出。该状态时液体为分散相而气体为连续相；两相传质面积是液滴的外表面，且液滴多次形成与合并使传质表面不断更新。4. 简述填料塔等板高度HETP的概念。02、07、10答：在填料塔中，分离效果相当于一块理论板的填料层高度即为填料塔的等板高度（HETP）。5. 简述填料塔载点、泛点的概念。03、04、05、07、10答：载点（L点）：空塔气速u增大到ut以后，气速使上升气流与下降液体间摩擦力开始阻碍液体顺利下流，使填料表面持液量增多，占去更多空隙，气体实际速度与空塔气速的值显著提高，故压力降比以前增加的快，这种现象称为载液，L点称载点。泛点F：空塔气速u增大到ut以后，p与u成垂直关系，表明上升气体足以阻止液体下流，于是液体填料层充满填料层空隙，气体只能鼓泡上升，随之液体被气流带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至被完全破坏，这种现象称液泛，F点称为泛点。6. 板式塔的不正常操作现象有哪些？04、06答：如果板式塔设计不良或操作不当，塔内将会产生一些使塔根本无法工作的不正常现象： 夹带液泛：对一定的液体流量，当气速增至某一定数值时，塔板上必将出现恶性循环，板上液层不断增厚而不能达到平衡；最终液体将充满全塔，并随气体从塔顶溢出； 溢流液泛：因降液管通过能力的限制而引起的液泛； 漏液：液体在板上与垂直向上的气体进行错流接触由降液管流下，当气速较小时，部分液体从筛孔直接落下的现象。7. 简述板式塔、填料塔各适合什么应用场合？068. 为何有时实际塔板的默弗里板效率会大于1？湿板效率和默弗里板效率的实际意义有何不同？07第十一章 液液萃取1. 何谓萃取操作的选择性系数？什么情况下= ? 98、06（它在什么情况下不能进行萃取分离？）2. 什么是转盘萃取塔的特性速度？983. 当两相流量比相差很大时，而且所选用的萃取塔设备又可能产生严重的轴向返混，此时应将流量大的还是流量小的一相作为分散相？为什么？99答：应选用流量小的一相作为分散相。因为当两相流量比相差很大，而且所选设备有可能产生严重的轴向混合，因为较小的返混量就会影响推动力，所以我们首先应当考虑的尽量减少轴向混合的影响，而不是考虑获得较大的相际传质表面积，因此，应将流量小者作为分散相。4. 液液萃取塔设备的主要技术性能有哪些？00答：液液萃取设备的主要性能指标为： 设备允许通过能力，即两相的极限通过能力，决定设备的直径； 设备的传质速率，决定设备的高度。5. 简述萃取（三元物系）过程中的临界混熔点、选择性系数？016. 简述萃取过程中选择溶剂的基本要求有哪些？02、03、05、10答：液液萃取过程中，所使用的溶剂必须满足两个基本要求： 溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部分互溶； 溶剂具有选择性，即对溶质和稀释剂有不同的溶解能力。7. 何谓超临界萃取？超临界萃取的基本流程有哪些？07第十二章 其他传质分离方法1. 吸附分离常用的吸附剂有哪些？03、10答：化工生产中常用天然和人工制作的两类吸附剂：天然矿物吸附剂有硅藻土、白土、天然沸石等；人工吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝、合成沸石和天然沸石分子筛等。2. 简述膜分离的基本原理。03答：利用固体膜对流体混合物中的各组分的选择性渗透从而分离各个组分的方法统称为膜分离，其过程推动力是膜两侧的压差或电位差。第十三章 热、质同时传递的过程1湿球温度与绝热饱和温度的物理意义有何区别？05答：湿球温度与绝热饱和温度都有重要的实用意义，都表达了气体入口状态已确定时与之接触的液体温度的变化极限。但从此两极限温度导出的过程可知，两者之间有着完全不同的物理意义： 湿球温度是传热和传质速率均衡的结果，属于动力学范围；而绝热饱和温度却完全没有速率方面的含义，它是由热量衡算和物料衡算导出的。因而属于静力学范围。对空气-水系统可认为绝热饱和温度与湿球温度是相等的；但对其他物系，如某些有机液体和空气系统，湿球温度高于绝热饱和温度。第十四章 固体干燥1. 在连续干燥器之前用预热器加热空气，被加热空气所获得的热量Q按其去向可分为哪四项？干燥器热效率定义为哪些项之比？982. 提高连续干燥器的热效率的措施有哪些？983. 何谓平衡水、自由水、结合水和非结合水？他们之间有何相互关系？99答：平衡含水量（X*）：是指物料在指定的空气条件被干燥的极限。自由含水量（X）：是指所有能被指定状态的空气带走的水份。结合水：是指借化学力和物理化学力与固相相结合的水份。非结合水：是指物料中含水较多时，除一部分水与固体结合外，其余的水只是机械地附着于固相的表面或颗粒堆积层中的大量空隙中，这些水份称为非结合水。结合水与非结合水总和为总的含水量（X1），而自由含水量（X）为含水量（X1）与平衡含水量（X*）的差，即：X = X1 X*。4. 在恒定干燥条件下，将含水35%（湿基）的湿物料进行干燥，开始时干燥速度恒定，当干燥至含水量为8%（干基）时，干燥速率开始下降，再继续干燥至物料恒重，并测得此时物料含水量为0.08%（干基），则物料的临界含水量为_（干基），平衡含水量为_（干基）。01、03（类似）5. 简述干燥中临界含水量受哪些因素的影响？01、06（何谓临界含水量？）、106. 恒速干燥阶段的湿物料表面温度是什么温度？为什么？02答：恒速干燥阶段湿物料表面即达空气的湿球温度。恒速干燥阶段物料的非结合水无论其数量多少，所表现的性质均与液态纯水相同，此时气固接触类似于大量空气与少量水接触一样，经较短的接触时间后，物料表面即为空气的湿球温度，且维持不变。7. 何谓平衡含水量、自由含水量？07