四川大学化工考研复试面试化工原理面试题库答案.docx

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四川大学化工考研复试面试化工原理面试题库答案

1.用化工原理解释“开水不响，响水不开”的现象。

水中能溶有少量空气，容器壁的表面小空穴中也吸附着空气，这些小气泡起气化核的作用。

水对空气的溶解度及器壁对空气的吸附量随温度的升高而减少，当水被加热时，气泡首先在受热面的器壁上生成。

气泡生成之后,由于水继续被加热，在受热面附近形成过热水层，它将不断地向小气泡内蒸发水蒸汽,使泡内的压强（空气压与蒸汽压之和）不断增大，结果使气泡的体积不断膨胀，气泡所受的浮力也随之增大，当气泡所受的浮力大于气泡与壁间的附着力时，气泡便离开器壁开始上浮。

在沸腾前，窗口里各水层的温度不同,受热面附近水层的温度较高，水面附近的温度较低。

气泡在上升过程中不仅泡内空气压强P。

随水温的降低而降低，泡内有一部分水蒸汽凝结成饱和蒸汽,压强亦在减小，而外界压强基本不变，此时，泡外压强大于内压强，于是上浮的气泡在上升过程中体积将缩小，当水温接近沸点时，有大量的气泡涌现，接连不断地上升，并迅速地由大变小，使水剧烈振荡，产生"嗡,嗡"的响声，这就是"响水不开"的道理。

对水继续加热，由于对流和气泡不断地将热能带至中、上层,使整个溶器的水温趋于一致，此时，气泡脱离器壁上浮，其内部的饱和水蒸汽将不会凝结，饱和蒸汽压趋于一个稳定值。

气泡在上浮过程中，液体对气泡的静压强随着水的深度变小而减小，因此气泡壁所受的外压强与其内压强相比也在逐渐减小，气泡液--气分界面上的力学平衡遭破坏，气泡迅速膨胀加速上浮，直至水面释出蒸汽和空气，水开始沸腾了，也就是人们常说的"水开了"，由于此时气泡上升至水面破裂，对水的振荡减弱,几乎听不到"嗡嗡声"，这就是"开水不响"的原因。

2.试举例说明分子动量扩散、热量扩散和质量扩散现象，并阐述三个过程的物理本质和共性特征。

动量传递——在垂直于实际流体流动方向上，动量由高速度区向低速度区的转移。

如：

流体输送，过滤，沉降。

热量传递——热量由高温度区向低温度区的转移。

如：

干燥，换热，蒸发。

质量传递——物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移。

如：

吸收，精馏，萃取，吸附、膜分离。

传质和传热：

结晶、干燥。

由此可见，动量、热量与质量传递之所以发生，是由于物系内部存在着速度、温度和浓度梯度的缘故。

可以用类似的数学模型来描述，都可用传递方程遵维象方程：

物理量的传递速率=推动力/阻力。

牛顿粘性定律、傅里叶定律、费克扩散定律都是描述分子运动引起传递的现象定律，通量与梯度成正比。

3.简要阐述通过圆管内流体流动实验测定摩擦系数的方法。

4.试分析流量增大时，泵入口真空表与出口压力表的读数会如何变化？

根据离心泵的特征曲线和管路特性曲线，泵出口阀开大或泵转速减小，管路的流量都会增加，扬程降低。

在液面和泵入口截面列伯努利方程，Pa/ρ+u^2/2+gZ1=P1/ρ+u2^2/2+gZ2+hf,流速u2增加，阻力hf增加，则进口压力P1降低，P1=Pa-P真空，所以真空表增加。

P1/ρ+u2^2/2+gZ2+he=P2/ρ+u2^2/2+gZ3+hf,P1降低,he降低，P2降低，即出口的压力表读数降低。

5.试从性能参数、操作方式、适用范围等方面对离心泵和往复泵作比较。

6.流体在管径不变的直管中作稳定流动，由于流动流体有摩擦阻力损失，所以流体的流速沿管长变小，此说法对否？

解释原因。

不对，不可压缩流体在连续定态流动中，连续性方程式，qv=uA=常数，管径d不变，则流速u不变，由伯努利方程，Pa/ρ+u^2/2+gZ1=P1/ρ+u2^2/2+gZ2+hf，位能、动能不变，管道有阻力损失，则静压能减少。

7.在对流传热实验中，热空气的放热量和冷却水的吸收量，哪个用于估算总的传热量更合理？

用热空气侧的放热量，此实验是固定冷却水的流量，调节变频器改变风机的转速来改变蒸汽热空气的质量流量，空气侧的传热系数远小于冷却水侧，所以传热阻力主要在于空气侧，总传热系数K约等于h1空气侧的传热系数。

水侧的流速较大，进出口温度变化很小，误差较大；空气侧进出口温度变化大，误差小，W*Cp（T1-T2）=KA△tm，所以用放热量估算更合理。

传热系数影响因素：

流动状况，类型，流体性质，传热面因素。

8.两台规格相同的单程列管式换热器，分别采用串联和并联操作，试定性分析哪种操作的传热速率更快，如果都能完成传热任务，采用哪种操作更好？

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对于并联主要有以下几种情况：

1.一台设备时若直径、面积很大2.防止换热器出现故障系统停车

对于串联主要有以下几种情况：

1.管壳程流速选择合理，但传热温差太小所需要的换热面积很大，即直径一定时所需管长太长

2.多管程结构，采用一台时温差修正掉太多，解决温差校正系数过低的问题（一般要求>0.8）可采用串联结构

3.介质完全冷凝后还需要过冷很多，一般需要在冷凝器后串联一台冷却器

这种情况下两台换热器的规格一般不一样

串联优点：

可以防止偏流，流速高，传热系数大，能提高换热器的工作效率

缺点：

处理量小，压降较大

并联优点：

处理量大，压降较小

缺点：

容易产生偏流，流速较低，传热系数较小，降低换热效率。

以上分析，串联操作能够在较小的换热面积下达到同样的加热效果，并联会使单列流量减少总传热系数也会减少。

所以串联好。

9.如果要安排一个沉降室和一个旋风分离器出去含尘气体中的灰尘，上述两个设备如何安排？

为什么？

先是是降尘室然后再经过旋风分离器。

因为降尘室结构简单，流动阻力小体积大，分离效率低，生产能力只与沉降面积BL和颗粒沉降速度ut有关，与高度H无关，通常适合分离直径大于50微米的粗颗粒，一般做预除尘用。

旋风分离是利用离心沉降的原理使颗粒从气固非均相混合物中分离出来，主要指标：

分离效率和气体压降。

10.影响颗粒沉降速度的因素有哪些？

颗粒的因素：

尺寸、形状、密度、是否变形等；

介质的因素：

流体的状态（气体还是液体）、密度、黏度等；

环境的因素：

温度（t升高，密度降低，黏度升高）、压力、颗粒的浓度；

设备的因素：

壁效应。

11.分离液体会何物常见的单元操作有哪些？

各自的操作原理、适用范围？

精馏：

利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热驱动和相平衡关系约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离。

适用范围：

组分的相对挥发度大。

也可采用加入第三组份共沸剂与原溶液一种或两种组分形成恒沸物，和萃取剂来改变组分间的挥发度，并采用恒沸精馏和萃取精馏分离。

萃取：

利用组分在萃取剂中溶解度的差异来实现分离。

适用范围：

1.组分相对挥发度接近1；2.溶质为难挥发物质，并且含量较低；3.有热敏性物质。

吸附：

各组分在固体吸附剂中吸附能力的差异。

适用范围：

12.某工厂有一处理废气的吸收塔，尾气的浓度为y2,达到原国家排放标准，由于国家标准变为y2’，且y2’＜y2，试分析采用什么措施达到要求？

1.增加液气比，操作性斜率增大，推动力增加；

2.增加操作压力或者提高操作温度，溶解能力增加，平衡系数M减小，平衡性斜率减小，推动力增加；

3.减小吸收剂入塔浓度，操作线上移，推动力增加

吸收推动力增加，则气体出口浓度降低。

13.在双组分连续精馏塔中，如果其他条件不变（原料液进料量、进料组成、塔顶和塔底产品组成。

回流比。

操作压力等），只是塔顶回流液为冷液，理论塔板数将如何变化？

从泡点回流改为冷液回流时，xD↑，理论塔板数减小，冷液回流至塔顶时，冷凝一部分蒸气，放出的潜热把冷液加热至塔顶第一板的饱和温度。

冷凝部分中含难挥发组分较大，使气相易挥发组分增浓。

同时，在塔顶回流比保持不变的条件下，增加了塔内的内回流，使得精馏段实际回流比增大，操作线向平衡线靠近，所需NT减少，这也有利于分离。

即冷量从塔顶加入、热量从塔底加入有利于精馏的分离。

14.在双组分连续精馏塔中，短时间内出现原料液体浓度下降，试分析采用什么措施塔顶产品纯度达到要求？

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减少采出率:

若保持回流比R和采出率D/F不变。

则精馏段操作线斜率不变，但受进料的影响，塔内每板上的易挥发组分的含量均会减小，塔顶溜出液xD和塔底釜残液xW的组成也会减少,为维持xD不变，则减少采出率。

增大回流比：

精馏段液气比增大，操作性斜率增大，提馏段液气比减小，操作性斜率减少，两操作性与平衡线距离变大，推动力增加。

15.在恒定的干燥条件下，如果原料的湿含量大于临界湿含量，为什么会出现恒速干燥段？

影响恒速段干燥速率的主要因素有哪些？

为什么？

临界湿含量Xc是由恒速段向降速段转折的对应含水量，所以大于临界湿含量，就会出现恒速干燥段，此时物料表面温度=湿球温度tw，干燥速率与物料无关，除去的是非结合水。

影响恒速段干燥速率的主要因素：

为表面气化控制阶段

空气的条件：

温度t、湿度H、速度u、接触方式。

与物料的厚度，分散无关。

临界湿含量影响因素：

1.物料的特性、结构、分散程度；2、干燥介质温度t、湿度H、速度u；

16.萃取过程与吸收过程的主要差别有哪些？

萃取：

分离液液混合物，利用组分在萃取剂溶解度的差异。

萃取中稀释剂与B组分往往部分互溶，平衡线为曲线，使过程变得复杂；

萃取Δρ，σ较小，使不易分相，设备变得复杂。

吸收：

分离气体混合物，利用混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度不同

17.填料吸收塔塔底为什么会有液封装置？

原理是什么？

1、塔内正压，这时采用液封装置是防止塔内气体（一般为有毒有害或者本来就是产品）外漏，造成污染环境或者浪费。

2、塔内真空，这这时采用液封装置是防止塔外气体进入塔内，影响吸收效率和增加后面的相关设备（如风机）负担。

原理就是：

利用一定高度液体产生的压力抵消塔内产生的压力产生平衡，隔离塔内外气体。

18.启动离心泵的步骤试什么？

说出理由。

启动前应做好如下准备工作：

检查水泵设备的完好情况；轴承充油、油位正常、油质合格；将离心泵的进口阀门全部打开；泵内注水或真空泵引水（倒灌除外）打开放气阀排气；检查轴封漏水情况，填料密封以少许滴水为宜；电机旋转方向正确。

以上准备工作完成后，便可启动电机，待转速正常后，检查压力、电流并注意有无振动和噪音。

一切正常后，逐步开启出口阀，调整到所需工况，注意关阀空转的时间不宜超过3分钟。

启动前先关闭出口阀原因：

全关时，轴功率最小，减小启动电流，保护电机。

停止离心泵时先关闭出口阀原因：

防止高压液体倒流入泵损坏叶轮。

19.离心泵的汽蚀现象是如何产生的？

如何避免此现象产生？

离心油泵的吸入动力是靠吸入液面上压力与叶轮甩出液体后形成的低压差。

提高泵的安装高度，叶轮入口处压力越来越低，若低于输送液体的饱和蒸汽压则出现汽泡，气泡受压缩后溃灭，叶轮受冲击而出现剥落，泵轴振动强烈，甚至振断。

这种汽化一凝结一冲击一剥蚀现象，就称为汽蚀现象。

汽蚀可以采用的方法:

（1）合理确定泵的安装位置，以保证最低压力处的压力大于液体的饱和蒸汽压。

（2）提高离心泵本身抗汽蚀性能的措施，例如可以改变叶轮的进口几何形状，采用双吸式叶轮，也可以采用较低的叶轮入口速度，加大叶轮入口直径。

（3）适当增大叶片入口边宽度，也可以使叶轮入口相对速度减少。

采用抗汽蚀材料制造叶轮。

（4）提高装置有限汽蚀余量，如减少吸入管路阻力损失，增大吸入罐液面上的压力

20.用什么方法可调节离心泵流量，各有什么优缺点。

（1）节流调节法。

用泵出口阀门的开度大小来改变泵的管路特性，从而改变流量。

这种调节方法的优点是十分简单，缺点是节流损失大。

（2）变速调节。

改变水泵转速，使泵的特性曲线升高或降低，从而改变泵的流量。

这种调节方法，没有节流损失，是较为理想的调节方法。

（3）改变泵的运行台数。

用改变泵的运行台数来改变管道的总流量。

这种调节方法简单，但工况点在管路特性曲线上的变化很大，所以进行流量的微调是很困难的。

（4）汽蚀调节法。

如凝结水泵采用低水位运行方式，通过凝汽器的水位高低，改变水泵特性曲线，从而改变流量。

这种调节方法简单易行、省电，但叶轮易损，并伴有振动，有噪声。

（5）轴流泵和混流泵常采用改变叶轮、叶片角度的办法，此法调节流量十分经济。

21.水流经列管换热器的管程，水的流速增加，给热系数h增加，流动阻力△P增加，试给出给热系数和流动阻力对流速的比例关系。

给热系数正比于速度的0.8次方

△P=32uul/d^2

22.冬天，手放在空气中不觉得冷，而放在水中会觉得很冷，为什么？

因为在水里手外面一层介质是水，空气中外面一层介质是空气，温度有差异手会自动向外散热，水的传热系数h比空气的传热系数大得多（10/1000），传热快。

在水中手的热量很快就散发了，手表面温度就会迅速降低，达到水那样的温度的时间要比空气里面快很多，血液循环来不及供热，皮肤就会感觉到很冷。

23.不凝性气体的存在对冷凝传热有何影响？

冷凝器在操作时是如何消除不凝性气体影响的？

当蒸汽冷凝时，不凝性气体就会在液膜表面富集形成气膜，这样冷凝蒸汽到达液膜表面冷凝前，必须先以扩散的方式通过这层气膜，这将导致液膜表面的蒸汽的蒸汽风压及对应的饱和温度下降，相当于附加了一热阻，使对流传热系数大大下降。

在高处安装气体排放口，壳体的底部有出水口呈锥形，方便冷凝水排出蒸汽冷凝器。

24.典型的传质过程是：

等摩尔反向传质和通过停滞分层的传质，请问：

气体吸收属于哪种传质过程？

精馏属于哪种传质过程？

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吸收属于组分A通过停滞组分B的分子扩散，及单向扩散，在吸收中，A被液体吸收CA>Cai，A组分在气相的浓度大于平衡浓度，即相界面有浓度差-传质推动力，使得气相中的组分转移到液相中，但没有液相的组分转移到气相。

精馏属于等分子反方向扩散，当摩尔汽化潜热相等的两组分混合物蒸馏时，气液界面附近即视为等物质的量反方向扩散，气相主体通过液面的气膜扩散到液相表面冷凝，放出的热正好使等量的液相汽化并通过气膜扩散少气相主体。

25.传质单元高度和哪些因素有关？

传质单元数和哪些因素有关？

HOG为传质单元高度，单位m,（以气相总传质系数计算）?

传质单元高度相当于完成一个传质单元分离任务所需要的填料层高度为一传质单元高度HOG，反映填料性能，设备效能高低。

与设备类型、填料性能，体积吸收系数和两相流动状况有关。

NOG为传质单元数，为一无因次量。

（以y-ye为推动力）传质单元数相当单位推动力驱动传质时，引起混合气体组成变化的大小。

反映了气体分离的难易程度、要求。

与操作液气比、相平衡、液气进出口浓度有关。

26.有一种物料，初始湿含量很高，要求干燥到很低的湿含量，问应采用气流干燥器还是流化床干燥器？

请说明理由。

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选择流化床干燥器。

气流干燥特点：

1.干燥强度大气速高，物料悬浮于气体中，对粒度50微米以下的颗粒，可干燥到含水量较低。

2、干燥时间短物料停留时间不超过5秒，物料温度不会升高太多，适合热敏性物质。

3、产品磨损大

流化床干燥器特点：

1、物料在干燥器的时间可以调节，由出料口控制可以得到含水量很低的物质，对颗粒大的物质，可以通过调节风速。

不适合颗粒太小的如30微米以下。

2、结构简单、对物料磨损轻、气固容易分离流动阻力小。

27.有一种热敏性物质，当物料被加热到60摄氏度时就会变质，工厂选用气流干燥器，采用250摄氏度的气体作为干燥介质，请分析工厂干燥工艺的合理性。

提高干燥器进口温度，可以提高传质、传热的推动力，但为热敏性物质，气流干燥器中，物料和介质接触的较充分、干燥速率快、时间短。

介质温度可选择高些，工艺是否合理还要根据物料守恒和热量守恒计算出物流离开干燥器时的温度。

恒速段物料温度=湿球温度，降速阶段，热量用于蒸发水分和使物料升温，物料出口温度=允许最大温度-（5-10）

28.一在线操作的精馏塔，其他条件一定，加大回流比，塔顶和塔底产品的组成如何变化？

试分析之。

加大回流比，其他条件不变，精馏段的液汽比增加，提馏段上升的蒸汽量增加，液气比减小，则塔顶的组成Xd增加，塔底的组成Xw减小。

所需的理论塔板数减小。

29.露点温度和湿球温度有何不同，试说明之。

露点温度td：

在总压和湿度不变，将不饱和气体冷却达到饱和，此时的温度。

湿球温度tw：

大量气体和少量液体长期接触后，热质同时反方向传递达到极限时液体的温度。

绝热饱和温度tas：

总压一定，湿气体绝热降温增湿至饱和状态的温度。

区别：

露点温度td时空气状态点沿等湿线与饱和湿度线相交对应的温度，而湿球温度tw是空气状态点沿绝热等焓线与饱和湿度线相交对应的温度，t>tw=tas>td.

30.描述流体流动的拉格朗日法和欧拉法有何不同？

拉格朗日法是以流体中的一个质点为研究对象，着眼于某个流体质点，就是说跟踪质点的运动。

通过描述每一个物质点在不同时刻的位置来表述整个质点系的位置，函数关系中自变量是物质坐标

欧拉法是以流动空间中的某一点作为研究对象，质点经过这个空间点时给以“关注”，看质点在这点怎么运动，不关注质点到达前和离开之后怎样运动。

记录空间坐标系上每个点所对应质点的编号，函数关系中自变量是空间坐标。

用来描述物质的运动，即描述不同时刻物质点所相对参考系的位置。

31.何谓稳态热传导？

传热的方式主要有三种：

导热、对流、辐射。

由于物体内部分子、原子和电子等微观粒子的热运动，而组成物体的物质并不发生宏观的位移，将热量从高温区传到低温区的过程称为导热。

如果温度仅随位置变化而不随时间发生变化，则认为是稳态导热，特点试传热速率q为常量。

32.管壳式换热器为何常采用多管程，分程的作用是什么？

通常在列管换热器封头内设置隔板来实现多管程，如果流量不变，增加管程则流速增加，对流传热系数h增加，湍流情况下h正比于u^0.8，总传热系数K也增加，工业上采用来强化传热过程。

带来的不利：

两侧流体无相变时，对流平均推动力减小，流动阻力增加。

33.全回流操作的特点是什么，有何实际意义？

全回流的特点：

1、不出产品、不进原料。

塔顶蒸汽冷凝后全部回流入塔；塔底液体汽化后液全部返回塔内，没有精馏段和提馏段的区分。

2、回流比无穷大，即为x-y图的对角线，所需的理论塔板数最少。

3、操作线方程为y=x，斜率为1，上升气体和下降液体的摩尔流量相等。

实际意义：

在生产装置的开工阶段和塔板（或填料）的性能研究中使用。

34.综合比较板式塔与填料塔的特点，说明板式塔和填料塔各适用与何种场合？

两种气液传质设备

板式塔适用：

塔身较高时；对液体负荷有更大的操作范围，可处理聚合或含固体悬浮物的物料，清洗方便；要移除反应热或溶解热时（安装冷却盘管）；直径不小于0.6米；需要有侧出料时；液体流量小时；

填料塔适用：

塔径小于0.5时；易气泡、腐蚀性；热敏性物质；压降小，对压力要求低的真空蒸馏；

35.如何选择萃取操作的温度？

在萃取过程中，稀释剂与萃取剂的互溶度越小越好，温度对互溶度有显着的影响，温度上升，互溶度增加，使分层区域减小，温度特别高时，分层区会消失，使萃取不能进行。

分层区与萃取剂的性质和温度有关，但温度过低，会使流体黏度增加，扩散系数减小，不利于传质，应结合萃取传质速度和分层区因素选择最佳操作温度。

36.如何区别结合水分和非结合水分？

结合水和非结合水时以结合力来区分，表现为平衡蒸汽压不同，其大小只与固体性质有关与气体无关。

受化学力或物理化学力的作用而存在于固体中的水分称为结合水；多于结晶水的部分为非结合水，只是机械的附在固体表面性质与纯水相同，其蒸气压力为水的饱和蒸气压。

物料吸收空气的水分到达最大吸湿含量Xh，物料再接触液态水时，可以超过Xh，>Xh时。

为非结合水。

平衡水与自由水以传质的平衡状态来划分，与湿料和气体有关。

与不饱和的气体的湿分分压呈平衡的物料湿含量称为平衡湿含量X*，分为平衡水分和自由水分；