化工原理练习题

化工原理练习题

0 绪论

1. 化工原理中的“三传”是指④

①动能传递、势能传递、化学能传递，②动能传递、内能传递、物质传递

③动量传递、能量传递、热量传递， ④动量传递、热量传递、质量传递

2. 下列单元操作中属于动量传递的有① ①流体输送，②蒸发，③气体吸收，④结晶 3. 下列单元操作中属于质量传递的有② ①搅拌，②液体精馏， ③流体加热，④沉降 4. 下列单元操作中属于热量传递的有② ①固体流态化，②加热冷却， ③搅拌，④膜分离 5、 l kgf/cm2=________mmHg=_______N/m2

6. 在 26 ℃和1大气压下 ,CO2 在空气中的分子扩散系数 D 等于 0.164cm2/s, 将此数据换算成m2/h 单位 , 正确的答案为___④___

① 0.164m2/h

② 0.0164 m2/h ③ 0.005904 m2/h, ④

0.05904 m2/h

7. 己知通用气体常数 R=82.06atm.cm3/mol.K, 将此数据换算成用kJ/kmol.K所表示的量 , 正确的答案应为__③_____

① 8.02 ② 82.06 ③ 8.314 ④ 83.14

第3 章 机械分离

一、选择题

1. 下面过滤速率方程式中属于恒压过滤方程的是 ② ①dq/dθ=K/2(q+qe)；②q2＋2q.qe=K.θ； ③q2＋q.qe=2K.θ；④q2＋q.qe=K.θ/2 2. 过滤速率基本方程为 ① ① dq/dθ=K/2(q+qe)；② dq/dθ=K/(q+qe)； ③dq/dθ=KA2/2(V+Ve)；④dV/dθ=K/2(V+Ve)

3 恒压过滤中单位面积累积滤液量q与时间θ的关系可表示为下图中的 ① q q q q ①

θ ②

θ ③ θ ④

θ

4 对静止流体中颗粒的自由沉降而言，在沉降过程中颗粒所不会受到的力有：①

①牛顿力；②浮力；③曳力 (阻力)；④场力(重力或离心力) 。 5叶滤机洗涤速率与终了过滤速率之比为：④ ①1/2； ②1/3； ③1/4； ④1。

6恒压过滤中，当过滤时间增加1倍，则过滤速率为原来的2/2倍。 ①2； ②2/2； ③2； ④0.5。

7关于离心沉降速度和重力沉降速度，下述说法正确的是 ③ 。

① 离心沉降速度和重力沉降速度是恒定的； ②离心沉降速度和重力沉降速度不是恒定的；

③离心沉降速度不是恒定值，而重力沉降速度是恒定的； ④离心沉降速度是恒定值，而重力沉降速度不是恒定的 8. 下面哪个是过滤推动力 ④ 。

①液体经过过滤机的压降； ②滤饼两侧的压差； ③过滤介质两侧的压差； ④过滤介质两侧的压差与滤饼两侧的压差之和。 9. 用板框式过滤机进行恒压过滤，忽略介质阻力，过滤20min得到滤液8m3，若再过滤20min，可再得滤液 ③ m3.（计算见化工原理学习指导p63，）

①8； ②4； ③5.3； ④11.3。

10. 含尘气体在降尘室内沉降，沉降区为层流（符合斯托克斯公式），理论上能完全除去30μm的粒子，现气体处理量增大一倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒子粒径为 ④ 。 ①60μm； ②15μm； ③30μm； ④302μm。 11, 一密度为7800kg/m3,的小钢球在密度为1200 kg/m3的某液体中自由沉降速度是其在20℃水中沉降速度的1/4000, 水的黏度为1mPa.s，则此液体的黏度为

④ 。（计算见化工原理学习指导p65）

①4000 mPa.s； ②40 mPa.s； ③33.82 mPa.s； ④3382 mPa.s。

12. 助滤剂的作用是 ② 。

①降低滤液黏度，减小流动阻力； ②形成疏松饼层，使滤液得以畅流； ③帮助介质拦截固体颗粒； ④使得滤饼密实并有一定刚性。

13. 板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间，设框已充满，则在每一个滤框中，滤液穿过的厚度为③ 层的滤饼，横穿洗涤时洗液穿过的厚度为① 层的滤饼，洗涤速率为过滤终了速率的④ 。 ①1； ②2； ③1/2； ④1/4。 14. 降尘室没有以下优点 ① 。

①分离效率高； ②阻力小； ③结构简单； ④易于操作。 15. 在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加1倍，则沉降时间 ① ，气流速度 ② ，生产能力 ③ 。

①增加1倍； ②减小1倍； ③不变； ④增加2倍。 16. 助滤剂应具有以下性质 ② 。

①颗粒均匀，柔软，可压缩； ②颗粒均匀，坚硬，不可压缩； ③颗粒粒度分布广，坚硬，不可压缩； ④颗粒均匀，可压缩，易变形。

17. 板框过滤机中 ②

①框有两种不同的构造； ②板有两种不同的构造； ③框和板都有两种不同的构造； ④框和板都只有一种构造。 18.板框过滤机洗涤速率是过滤终了速率的四分之一，这一规律只有在以下条件下才能成立 ③ 。 ①过滤时的压差与洗涤时的压差相同；

②滤液的黏度与洗涤液的黏度相同；

③过滤压差与洗涤压差相同且滤液黏度与洗涤液的黏度相同； ④过滤压差与洗涤压差相同，滤液黏度与洗涤液的黏度相同且过滤面积与洗涤面积相同。

19. 在重力场中，微小颗粒的沉降速度与下列因素无关 ④ ①颗粒的几何形状； ②颗粒的几何尺寸； ③流体与粒子的密度； ④流体的流速。

??20. 重力沉降中阻力沉降系数 24/ Re 0 的适用范围是 ②

①圆柱形微粒，层流区； ②球形微粒，层流区； ③方形微粒，湍流区； ④球形微粒，湍流区。 二、填空

1. 固体颗粒在空气中自由沉降, 颗粒受 重力、浮力、阻力等几种力的作用。其沉降速度公式为 。

2. 降尘室为气固或液固两相分离设备，它们的生产能力与该设备的 长度和宽度 有关，与 高度 无关。

3. 工业上常用的过滤介质有织物介质、堆积介质和多孔性固体介质 4. 常用的过滤设备有板框压滤机、叶滤机 和回转过滤机 等。 5. 间歇式过滤机一个完整的操作周期中所包括的时间有过滤时间 ，洗涤时间 ，组装、卸渣及清洗滤布等的辅助时间 。 6.根据滤液流出的方式，过滤分为明流、暗流 7.板框过滤机的洗涤方式有置换式 和横穿洗涤法

8. BAY10-402-25中B表示板框过滤机，A表示暗流，Y表示液压压紧方式，10表示过滤面积10m2, 402表示滤框的内边长为402mm，25表示滤框的厚度为25mm

9. 流体通过颗粒层的流动多呈 层流 状态 , 故单位体积床层所具有的表面积对流动阻力起决定作用。 10. 过滤分深层过滤和滤饼过滤 两种方式。

11对板框式过滤机，洗涤面积Aw和过滤面积A的定量关系为Aw=A/2。洗水走过的距离Lw和滤液在过滤终了时走过的距离L的定量关系为Lw=2L，洗涤速率（dV/d?）（dV/d?）w和终了时的过滤速率

E的定量关系为（dV/d?）w=（dV/d?）E/4。 12. 含尘气体中尘粒直径在75μm以上时，一般应选用 降尘室除尘，若尘粒直径在5μm以上，可选用旋风分离器，如尘粒直径在1μm以下，可选用袋滤器。

13. 某球形颗粒在一定密度及黏度的空气中沉降，如处于层流沉降区，当空气温度升高时，空气黏度 增大 ，颗粒的沉降速度 下降 。 14. 除去液体中的固体颗粒一般可采用 重力沉降 、 离心分离 和 过滤 。

Q?V/?c15. 板框过滤机的生产能力可写为： 其中θc 等于一个操

作循环中的过滤时间、洗涤时间和整理辅助时间之和。 16.恒速操作的过滤机，过滤10min得到滤液0.01m3，继续过滤20min，可再得滤液 0.02 m3，然后，用0.01 m3洗涤液洗涤，速率不变，所需洗涤时间为10min。

17. 板框过滤机恒压操作，滤布阻力忽略不计，经θ时间后的滤液量为V1，当框数增加到原来的1.5倍，框厚度增加到原来的2倍，也经过θ时间的滤液为V2，则V2= 1.5 V1。

18. 某颗粒的重力沉降适用于斯托克定律，如在水中的沉降速度为u1，在空气中为u2，则u1 小于 u2，如在热空气中的沉降速度为u3，在冷空气中为u4，则u3， 小于 u4大于。（大于，等于，小于，不确定） 三、简述题 1. 什么是过滤？

是指以某种多孔物质作为介质，在外力的作用下，流体通过介质的孔道，而使固体颗粒被截留下来，从而实现固体颗粒与流体分离的操作。

2. 什么是沉降？

利用非均相混合物在重力场或离心力场中，各成分所受重力和离心力的不同，将非均相混合物发生相对运动，并加以分离的方法称为沉降分离

3． 为什么板框压滤机洗涤速率近似等于过滤终了时过滤速率的四分之一？

由于洗涤液通过两层过滤介质和整层的滤饼层的厚度，而过滤终了时滤液只通过一层过滤介质和滤饼层厚度的一半，即洗涤液流动距离比滤液长1倍，其阻力也大1倍，故洗涤速率变为原来的一半，又因洗涤液的流通面积为滤液的流通面积的0.5倍，这样洗涤速率又变为原

来的一半，基于上述原因，当洗涤压差与过滤终了相同，且洗涤液的黏度与滤液的黏度相同时，板框压滤机洗涤速率近似等于过滤终了时过滤速率的四分之一。

4．降尘室的生产能力与哪些因素有关？为什么降尘室通常制成扁平型或多层？降尘室适用于分离直径多大的颗粒？ 降尘室的生产能力公式：

Vs?A0u0可以看出：降尘室的生产能力与底面积成正比，与沉降速度成正比，与降尘室的高度无关。因此降尘室通常制成扁平型或多层，降尘室属于重力沉降设备，以重力为推动力，速度小，适用于分离100微米以上的颗粒。

5. 写出重力沉降速度的斯托克斯公式，并说明公式的应用条件；

2d u0?(?s??)g18?

Re0?du0???0.3，可延伸到?2第5章 传热

一、选择题

1. 下列关于传热与温度的讨论中正确的是 ③ 。

①绝热物系温度不发生变化；②恒温物体与外界 ( 环境 ) 无热能交换；

③温度变化物体的焓值一定改变；④物体的焓值改变, 其温度一定发生了变化

2. 下列关于温度梯度的论断中错误的是 ④ 。

①温度梯度决定于温度场中的温度分布 ②温度场中存在温度梯度就一定存在热量的传递 ③热量传递会引起温度梯度的变化 ④热量是沿温度梯度的方向传递的

3. 气体的导热系数值随温度的变化趋势为 ① 。

① T 升高 , λ增大；② T 升高 , λ减小；

③ T 升高 , λ可能增大或减小；④ T 变化 , λ不变

4. 空气、水、金属固体的导热系数分别为λ1、λ2、λ3, 其大小顺序 ② 。

①λ1>λ2>λ3；②λ1<λ2<λ3； ③λ2>λ3>λ1；④λ2<λ3<λ1

5. 水银、水、软木的导热系数分别为λ1、λ2、λ3其大小顺序为 ① 。

①λl〉λ2〉λ3；②λl〈λ2<λ3； ③λ1>λ3>λ2；④λ3>λ1>λ2

6. 多层平壁定态热传导时，各层的温度降与各相应层的热阻 ①

①成正比；②成反比；③没关系；④不确定

7.对由三层平壁组成的多层平壁稳定热传导而言, 若三层的传热推动力 Δt1>Δt2>Δt3, 则三层平壁的传热阻力R1、R2、R3之间的关系为 ①

① Rl>R2>R3；② RlR3> R2；④R2> Rl >R3

8 双层平壁稳定热传导, 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Δt1 和Δt2,若Δt1>Δt2, 则λ1和λ 2的关系为 ①

①λ1<λ2；②λ1>λ2；③λ1=λ2；④无法确定。

9. 由厚度都相同的平壁组成的三层平壁而言 , 若λ1>λ2>λ3, 则热阻 R1 、 R2 、 R3 之间的关系为 ②

① Rl>R2>R3；② R1R3>R2；④R3> R1> R2。 10 对于三层圆筒壁的稳定热传导而言, 若Q1、Q2、Q3为从内向外各层的导热量, 则它们之间的关系为 ③

① Q1>Q2>Q3；② Q3>Q2>Ql；③ Ql=Q2=Q3；④ Q1、Q2、Q3之间无法比较

11. 某燃烧炉炉壁内外表面温度分别为 t1 、 t2, 今在炉壁外表面加一层保温层, 炉壁内外表面的温度变化为T1,T2。下列的判断正确的是 ②

① T1= T2,TI- T2>t1-t2；② T1>T2,T1- T2>t1-t2 ③ T1tl-t2；④ (1)、(2)、(3) 以外的其他判断 12. 设水在一圆直管内呈漏流流动, 在稳定段处, 其对流传热系数为α1; 若将水的质量流量加倍, 而保持其他条件不变, 此时的对流传热系数α2与α1的关系为 ③

①α2=α1； ②α2=2α1；③α2=20.8 α1；④α2=20.4α1

13. 液体在圆形直管内作强制端流时, 其对流传热系数α与雷诺准数 Re的n次方成正比, 其中n 的值为 ②

① 0.5；② 0.8；③ 1；④ 2

4. 某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A和B, ΔtA>ΔtB, 则A层导热系数 < B 层导热系数, 将 A 层材料放在里层时保温效果较好

5. 下面各组传热系数α的数值大小(饱和蒸气的压力相同)为: (1) α空气 < α水

(2) α水蒸气冷凝 > α水加热或冷却 (3) α弯管 > α直管

6. 套管换热器的总传热速率方程的表达式为 ; 以外表面积为基准的总传系数 Ko 的计算式为 (忽略垢层热阻) 。

7. 写出两种带有热补偿的列管式换热器的名称 U型管式 、 浮头式 ，带补偿圈的固定管板式（任意2种）。

8. 多程列管式热交换器的壳程中常装有一定数目与管束相垂直的折流挡板 (简称挡板), 其目的是 提高对流传热系数

9. 有相变时的对流传热系数比无相变时 大 ，黏度μ值大，对流给热系数 小 ，热壁面在冷空气之下比热壁面在冷空气之上时对流传热系数 大

10. 当设计一台用饱和蒸气加热空气的列管式换热器时 空气 宜在管内流动。

11. 列管式换热器中, 用饱和水蒸气加热空气, 则传热管的壁温接近饱和水蒸气的温度，总传热系数K的值接近空气给热系数

13. 固定管板式列管换热器中, 压力高、腐蚀性以及不清洁的物料应走 管程。

14．根据冷、热两流体的接触方式的不同, 换热器分为直接混合式、蓄热式、间壁式等类型。

15． 热量传递的基本方式为热传导 ( 简称导热 )、对流传热、热辐射等。

16 间壁式换热器的类型有 ①夹套式②喷淋式蛇管换热器③套管式④列管式⑤沉浸式蛇管换热器等

17. 根据所采取的温差补偿措施的不同, 列管式换热器包括固定管板式、浮头式、U型管式、具有补偿圈的固定管板式等类型 18在通常情况下的同类换热器中，设空气的自然对流的给热系数为α

1，空气的强制对流给热系数为α2，水的强制对流给热系数为α3，蒸

汽冷凝的强制对流给热系数为α4，则从大到小的顺序为 α4>α3>α2>α1 。对于某些热敏性物料的加热而言，为避免出口温度过高而影响产品质量，冷热流体宜采用 并流操作（逆流、并流、错流、湍流）。 19对于固定管板式换热器，下列换热介质通常走管程的有A、C、D，走壳程的有B、E、F。

A 高压流体；B 蒸汽；C 易结垢的流体；D 腐蚀性流体；E 黏度大的流体；F 被冷却的流体。

20两流体通过间壁换热，冷流体从20℃升至50℃，热流体从100℃降到70℃则并流时的?tm= 43.28 ℃，逆流时的?tm= 50 ℃。

21在套管式换热器中，热流体进出口温度分别为100℃和60℃，冷流体进口温度为30℃，且已知冷热流体的热容流量mscp相等，则?tm= 30 ℃。

①30； ②40； ③50； ④70。

22套管式换热器的管隙通入压强一定的饱和蒸汽，使管内的空气温度升高，保持空气的压强不变，流量增大，其他条件不变，则传热速率Q变大，传热系数K变大，空气出口温度t2变小，对数平均温差?tm变大。

23有一并流操作的换热器，已知冷流体进出口温度分别为20℃和50℃，热流体进出口温度分别为90℃和60℃，则其平均传热温差Δ

tm为 30.8 ℃。

24. 列管换热器的管程设计成多程是为了提高管程的给热系数，在壳程设置折流板是为了提高壳程的给热系数。

25. 在确定列管式换热器的冷热流体的流程时，通常蒸汽走壳程，高压流体走管程，易结垢的流体走管程，有腐蚀性的流体走管程，黏度大的流体走壳程，流量小的流体走壳程。

26. 在温度小于180℃的条件下，水蒸气是最适宜的加热剂，而当温度不很低时，水 是最适宜的冷却剂。

27. 某一热流体流经一段直管后，再流入同一管径的弯管段，则弯管的传热系数比直管段的 大 。

dt28. 一维（x方向）稳态热传导，傅里叶定律可表示为：q??? dx29. 多层平壁的热传导公式：t1 ?tn?1Q＝bi?i?1?iAn＝t1?tn?1?Ri?1ni

30. 圆壁热传导公式： t1?t2Q?b/?Am，其中Am=2?rml，rm=r2?r1lnr2/r1

31. 牛顿冷却定律 Q ??TA?T?TW?32. 总传热系数K

33. 传热速率方程 ?KA?tmQ

有相变：Q?ms1rd11bdo1do??Rso??Rsio?K?o?dmdi?idi?t1??t2?tln1?t2?tm?34. 热量衡算式 Q?ms1cp1?T1?T2??ms2cp2?t2?t1?=KA?tm

35. 复杂流型：先求Δtm逆，再计算P,R值，然后查图5-19得到温度校正系数

36. 传热效率-传热单元数法

先确定最小热容流量：如热流体： ms1cp1?(mscp)min逆流

??1?exp[NTU1(1?CR1)]CR1?exp[NTU1(1?CR1)]?tm???tm逆P?t?t冷流体温升?21两流体初温差T1?t1R?热流体温降T1?T2?冷流体温升t2?t1??并流

CR1?ms1cp1ms2cp21?exp[?NTU1(1?CR1)]1?CR1NTU1?KAms1cp1??T1?T2T1?t1

37.圆形直管内的做强制湍流的给热系数表达式？及其条件。

?du?0.8cp?n??0.023()()d??适用范围： Re>10000，0.650 流体被加热时，n＝0.4，被冷却时，n＝0.3 特征尺寸：管内径d

38. 从传热速率方程的角度分析列管式换热器的优点： Q=KA△tm

单位体积的传热面积A大； 为强制对流，对流传热系数大：K大 可以采用逆流，传热推动力Δtm大

其它优点:结构紧凑、坚固、高温、高压、耐腐蚀 三、简答题：

1．热水瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？（从传热的角度简析理由）

（1）热水瓶胆设计成玻璃夹层结构，夹层内空气被抽出，接近真空，可防止对流热损失；（2）瓶胆夹层内表面均镀有银、铝等低黑度涂层，减低了辐射散热量（3）使用中，瓶盖选用导热系数小的软木塞，而且灌水时还要在瓶口处留一段空气柱，因为空气的导热系数远小于水，从而有效的降低了瓶口处的热损失。 2. 提高给热系数的措施有哪些？

（1）提高流速，增加管程数提高管内流速，增加折流板数提高壳程流速，但此方法是以增大泵耗为代价的。

（2）改变流动状态：增加折流板，加强壳程的湍动程度，管内表面加工螺纹槽，管内安装插入物如麻花纽带等。

（3）有相变的沸腾和冷凝传热的强化：液体沸腾保持核状沸腾，制造人工表面，增加汽化核心数，冷凝保持滴状冷凝，排除不凝气体，保持气液流向一致，合理布置冷凝面，利用表面张力（沟槽、金属丝） （4）引入机械振动：传热面振动或流体振动，目的是加强层流底层的湍动。

3. 传热基本方程中，推导得出对数平均推动力的前提条件是什么？ 假设的前提条件：（1）定态换热操作，或略热损失；（2）传热系数K在整个传热面上保持不变；（3）忽略冷、热流体的比热容随温度的变化。

4. 室内暖气片为什么只把外表面制成翅片状？

室内暖气片内部的热流体和片外的冷流体（空气）之间的热传递为对流-导热-对流的过程，因为暖气片外壁与空气的给热系数远小于片内一侧水或水蒸气与内壁的给热系数，即片外一侧的给热热阻为控制热阻，要提高传热速率，改变片外的给热系数更重要，暖气的外表面制成翅片状后，加剧了空气的湍动程度，破坏了层流底层，使总传热系数增大。

5. 气温下降，应添加衣服，把保暖性好的衣服穿在里面好还是外面好，为什么？

因为保暖性好的衣服导热系数小，热阻大，热损失小，所以把保暖性好的衣服穿在外面好

6.简述换热器的强化途径（P207）

从传热速率方程Q=KA?tm，因此强化传热，有三个途径： （1）传热系数K：与两流体的给热系数、污垢热阻、和管壁热阻有关。

d11d2bd21??Rs12??Rs2? K?1d1d1?dm?2原则上减少上式中任意一项分热阻，都能提高K值，但当分热阻的相互差别较大时，总热阻主要有其中较大的热阻控制，增加K值，应设法减小对K值影响较大的项，如污垢热阻较大时，应主要考虑如何防止或延缓垢层形成或垢层清洗，当a1和a2相近时，同时提高两流体的给热系数，当差别较大时，设法增加较小的a才能有效提高K值，加大流速，增加湍动程度，以减少层流底层的厚度，可以有效的提高无相变的流体的给热系数，从而达到提高K值的目的，如增加列管式换热器的管程数和折流板的数目，管内装入强化添加物等

（2）平均温差：其大小由冷热流体的温度决定，一般的，已为生产条件所决定，从节能的角度，应尽量在低温差条件下传热，当两边流体为变温传热时，尽可能考虑从结构上采用逆流或接近逆流的情况，以得到较大平均温差

（3）单位体积内的传热面积：可以从改进传热面的结构着手，如翅片式换热器，在换热器内外表面带有各种形状的翅片，或以各种波纹管代替光管，不仅增加了传热面积，同时增大了湍动程度。特别是对于传热系数小的一侧采用翅片对提高传热系数更有效。 7. 提高传热系数K的措施有哪些？

传热系数K：与两流体的给热系数、污垢热阻、和管壁热阻有关。

d11d2bd21??Rs12??Rs2? K?1d1d1?dm?2原则上减少上式中任意一项分热阻，都能提高K值，但当分热阻的相互差别较大时，总热阻主要有其中较大的热阻控制，增加K值，应设法减小对K值影响较大的项，如污垢热阻较大时，应主要考虑如何防止或延缓垢层形成或垢层清洗，当a1和a2相近时，同时提高两流体的给热系数，当差别较大时，设法增加较小的a才能有效提高K值，加大流速，增加湍动程度，以减少层流底层的厚度，可以有效的提高无相变的流体的给热系数，从而达到提高K值的目的，如增加列管式换热器的管程数和折流板的数目，管内装入强化添加物等.

8. 传热基本方程中，推导得出对流平均推动力的前提是什么？ 定态换热操作，忽略热损失；

传热系数K在整个传热面上保持不变； 忽略冷热流体的比热容随温度的变化。

9.夹套式釜式设备，夹套内通蒸汽从上口进还是从下口进？冷却水从上口进还是从下口进？为什么？

（1）加热蒸汽从上口进，下口出：便于导出冷凝液，利用蒸汽的潜热进行换热，传热系数大；

（2）冷却水从下口进，上口出，保证夹套内充满液体。

10． 为什么一般情况下，逆流总是优于并流？并流适于哪些情况？ 当冷、热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递相同的热流量，所需的传热面积较小，此外，逆流操作可以在更宽的范围内完成传热任务。对一定的热流体进口温度T1，逆流时冷流体的最高极限出口温度为T1，而并流时则为T2，所以，如果换热的目的是单纯的冷却，逆流时冷却介质温升可选择较大而冷却介质用量可以较少；如果换热的目的是回收热量，逆流时回收的热量温位（即温度t2）可以较高，因而利用价值较大。 宜采用并流操作的情况：

（1） 对某些热敏性物料的加热过程，并流可避免冷流体出口温度t2

过高而影响产品质量；

（2） 高温换热器中，逆流时两流体的高温端集中在一端，会使该处

壁温特别高，为降低壁温，可采取并流操作，以延长换热器的使用寿命。

11. 有相变时与无相变的对流给热系数相比较，哪个大？为什么？ 有相变时的给热系数大于无相变时的给热系数。这是因为：对流体传热，无相变时热阻主要集中在紧贴换热壁面的层流内层内，当液体发

生相变（沸腾）时，气泡的生成和脱离对液体薄层产生强烈扰动，使热阻大大下降，给热系数增加；对气体传热，无相变时热阻主要集中在壁面附近的层流底层中（主要导热过程），当发生相变（蒸汽冷凝时）热阻主要集中在冷凝液膜内，因蒸汽冷凝给热系数大于气体的导热系数，所以给热系数增加。

12. 列管换热器中用蒸汽加热空气，蒸汽走壳程，空气走管程且做湍流流动，若其他条件不变，下列情况下，Q/Δtm=KA，将如何变化？ （1）空气压强加倍；（2）传热管数目加倍。

?du?0.8cp?0.4?dG0.80.4K??空气?0.0023（）（）=0.0023（）Pr

d??d?（1）p增加一倍，cp、μ、λ不变，则Pr准数不变，p增加，质量流率G=uρ不变，雷诺数Re不变，所以传热系数K不变，因此Q/Δtm=KA不变

（2）传热管数目加倍，A’=2A，则u’=0.5u，

K'?'u'0.81??()?()0.8 K?u2?(Q/?tm)'K'A'10.8??()?2?20.2?1.15

Q/?tmKA213. 在一列管式换热器中用饱和水蒸汽预热某有机溶液（无相变），蒸汽走壳程，现若蒸汽压力变大，而其它操作参数不变，试定性分析K、Q、t2、Δtm的变化趋势？ 根据-NTU法，冷流体 ms2cp2?(mscp)min

CR2?ms2cp2ms1cp1?0，不变，NTU2?KA不变ms2cp2所以：?=t2-t1不变。T-t1

蒸汽压力变大，T增加

所以t2增大，K不变，Q增加，Δtm增加

第7章 蒸发

一、选择题

1. 提高蒸发装置的真空度, 一定能取得的效果为 ① ①将增大加热器的传热温差；②将增大冷凝器的传热温差 ③将提高加热器的总传热系数；④会降低二次蒸气流动的阻力损失 2. 采用多效蒸发的目的在于 ③

①提高完成液的浓度；②提高蒸发器的生产能力

③提高生蒸气的利用率（节省生蒸汽的用量，节能）；④提高完成液的产量

3. 下列关于并流加料多效蒸发装置的各效总传热系数(K1 ,K2，K3 … ) 以及各效蒸发量(W1, W2，W3 … ) 相对大小的判断中正确的是 ①

①K1> K2> K3……, W1

③K1> K2> K3……, W1>W2>W3……；④K1< K2W2>W3……

4. 在常压单效蒸发器中蒸发某种盐溶液。已测知该盐溶液在常压下因蒸气压降低引起的沸点升高为 12 ℃ , 液柱静压引起的平均沸点升高为 4 ℃ , 请据下表选定该蒸发操作至少得用 ③ 表压的生蒸气

饱和水蒸气绝对压强 1.5 饱和水蒸气的温度/℃ ①2.5；②2；③1.5；④1

5. 有一四效蒸发装置，冷料液从第三效加入，继而经第四效，第二效后再经第一效蒸发得完成液，可断定自蒸发现象将在出现 ④ 。

①第一效； ②第二效； ③第三效； ④第四效

6. 有一套平流加料蒸发装置, 一共三效, 各效蒸发器的形式及传热面均相同。现以 W1 、 W2 、 W3 分别表示第一、二、三效在相同时间内蒸发出的水分量, 它们的大小顺序为 ①

①W1>W2>W3；②W2>W1>W3；③W3>W2>W1；④W1=W2=W3

7. 导出蒸发器的简化热量衡算式时，所做的基本假定是 ③ 。 ①沸点进料； ②溶液的热焓和比热容取溶质和溶剂的质量平均值；

③ 忽略溶解热和稀释热； ④无热损失。

2 2.5 3 3.5 115 120 128 132 138 8. 在单效蒸发器中，将某水溶液从20%浓缩至50%，原料沸点进料，加热蒸汽温度为96,2℃，有效传热温差为11.2℃，二次蒸汽的温度为75,4℃，则溶液的沸点升高为 ④ ℃。 ①11.2；②20.8；③85；④9.6 4．

为蒸发某种黏度随温度和浓度变化较大的溶液，宜采用 ②

流程。

①并流加料；②逆流加料；③平流加料；④自然双效三体并流加料。 10. 并流加料的多效蒸发中，除第一效外，各效的进料温度 ① 该效溶液的沸点。

①高于；②低于；③等于；④不确定。

11.提高蒸发器生产强度的主要途径是增大 。

①传热温度差；②加热蒸汽压力；③传热系数；④传热面积。 12. 蒸发器的生产强度随效数的增多而 ② ，随传热温差的增大而 ① ，随传热系数的减小而 ② 。 ①增大；②减小；③不变；④不确定。

13. 生蒸汽的经济性随蒸发器的热损失增大而 ② ，随溶液的进料温度升高而 ① ，随效数的增多而 ① 。 ①增大；②减小；③不变；④不确定。 14. 为了提高蒸发器的生产强度 ④ 。 ①不应考虑传热系数问题，而应设法提高传热温差； ②不应考虑传热系数问题，而应设法降低传热温差； ③尽可能采用并流进料法；

④应该设法提高总传热系数或增加传热温度差，或两者同时并进。 二填空题

1.将一流量10000kg/h，含量为68%（质量，下同）的硝酸铵水溶液浓缩至90%，则水分蒸发量为___________kg/h。 2蒸发过程的实质是 热量传递

3大多数工业蒸发所处理的是水溶液, 热源是 加热蒸汽（生蒸汽）， 产生的仍是 水蒸气（二次蒸汽） 两者的区别是 温位（或压强，或压力） 不同

4D/W为单位蒸汽的消耗量，用以表示蒸汽利用的经济程度。 5一般定义单位传热面的水份蒸发量为蒸发器的 生产强度 6多效蒸发可以节省生蒸汽的用量，但是以增加设备投资和降低蒸发器的生产强度为代价。

7多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液沸点较前一效低，已使前一效引出的二次蒸汽可以作为后一效的加热用蒸汽。

8单效蒸发操作中，二次蒸汽的温度低于生蒸汽温度，这是由于传热推动力和温度损失（溶液沸点升高）造成的。

9. 蒸发器的生产强度是指 单位传热面积上单位时间内所蒸发的水分量，生产能力是指单位时间内蒸发的水分量，传热温度差损失等于溶液的沸点与同压力下水的沸点（二次蒸汽温度）之差，及器内中层深度溶液沸点与表面沸点之差（后者按饱和蒸汽计算）。

10. 在三效并流加料蒸发过程中，从第一效到第三效，溶液浓度越来越 大，蒸发室的真空度越来越大，溶液的沸点愈来愈低，各效产生的二次蒸汽压力将愈来愈低。

11．蒸发操作中所指的生蒸汽为作热源用的加热蒸汽，二次蒸汽为溶液蒸发过程中汽化出来的水蒸汽。

12. 蒸发操作中，加热蒸汽放出的热量主要用于（1）二次蒸汽汽化所需要的潜热，（2）预热原料液，（3）补偿蒸发器的热损失。 13. 在三效蒸发并流加料蒸发过程中，从第一效到第三效，溶液浓度将越来越大，蒸发室的真空度将越来越大，溶液的沸点将越来越低，各效产生的二次蒸汽压力将越来越低。

W14. 单效蒸发蒸发的水分量 ?F(1?x0/x)15. 加热蒸气消耗量 D，不计浓缩热

16. 蒸发器的传热面积

17. 杜林规则

三、简答题

1 为什么多效蒸发的效数不能无限增多（效数的限制）？

A?QDR?K?tmK(TS?t)D?F(Ct?C0t0)?W(H?Ct)?QLF(Ct?C0t0)?Wr?QL?Hs?hsRotA?tA?Kotw?tw

1）技术上的限制（锅炉和真空系统限定） 提高生蒸汽的温度受到锅炉的压力升高的限制

降低末效蒸发器二次蒸汽的出口温度受到真空系统的限制。 同时真空泵真空度高，二次蒸汽温度低，引起完成液的黏度升高，α下降，K下降，不利传热总温差。

效数增加，温度差损失的增加，总的有效温差减小，设备生产强度降低，在技术上每效蒸发器的有效温差不应小于7～10℃，因而效数有一限制，否则蒸发不能操作下去。 2

随着效数的增加，虽然D/W在不断降低，但这种降低不与效数成正比，而在逐渐减少，将单效增为多效时，设备费用成倍增加，所以当增加的设备费已大于减少的加热蒸汽费用时，就再无必要增加效数。

2 比较单效蒸发和3效蒸发的生产能力和生产强度（设单效蒸发器和3效蒸发时的每个蒸发器传热系数相同，传热面积相等） 3．为提高生蒸气的利用率, 可供采取的措施有哪些？

①多效蒸发（2分）；②额外蒸气的引出（1分）；③二次蒸气的再压缩,再送入蒸发器加热室（1分）；④蒸发器加热蒸气所产生的冷凝水热量的利用（1分）。

4. 为什么说采用多效蒸发操作能节省加热蒸汽用量？

因为多效蒸发是除末效外，各效产生的二次蒸汽都作为下一效的加热蒸汽用，从而提高了加热蒸汽的经济程度。若蒸发水分量W相同时，则多效蒸发所耗加热蒸汽量远比单效蒸发小。 5. 多效蒸发中并流加料流程的优缺点有哪些？

优点：1.由于后一效操作压力低于前一效，故溶液的输送靠效间压力差进行，不另用泵；2.由于后一效溶液的沸点低于前一效，故前一效溶液进入后一效时，会因过热而自行蒸发，可使后一效产生较多的二次蒸汽，即水分蒸发量多；

缺点：随效数的增加，溶液浓度逐效增高而温度逐效降低，致使溶液粘度增大较快，使传热系数逐效下降，传热效果一效不如一效。 适于：热敏性物料的蒸发

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