合肥工业大学化工原理.docx

合肥工业大学化工原理试卷（一）一.填空题(20分) 1.(2分) 当地大气压为750mmHg时, 测得某体系的表压为100mmHg, 则该体系的绝对压强为_mmHg,真空度为_mmHg。2.(2分) 米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管长不变, 管径增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的_倍。3.(2分) 离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生现象。4.(2分) 传导传热的傅立叶定律为其各项表示为, , ， 和。5.(2分)设降尘室的长、宽、高分别为 、B、 （单位均为m）, 颗粒的沉降速度为 u0 ( )，气体的体积流量为qv, 则颗粒能在降尘室分离的条件是 。A B C D 6. (2分) 当吸收平衡线为斜率m的直线时，则1/Kx1/kx_。若为液膜控制，则Kx 。7.(2分) 间壁换热器管壁温度 tW接近_一侧的流体温度；总传热系数K的数值接近_一侧的值。8.(3分) 蒸发操作中，造成温度差损失的原因有： (1)_； (2)_； (3)_。9.(4分) 已知在50、P1atm时空气中水蒸汽分压Pw =55.3mmHg，则该空气的湿含量H；相对湿度j；（50时,水的饱和蒸汽压为92.51mmHg）。二.选择题(10分)1.(2分) 流体在管内流动时，滞流内层的厚度随流速的增加而（ ）。 A. 变小 B. 变大 C. 不变2.(2分)为使U形压差计的灵敏度较高，选择指示液时，应使指示液和被测流体的密度差（指 - ）的值（ ）。 A. 偏大 B. 偏小 C. 越大越好 总 3 页 第 2 页3.(2分) 离心泵铭牌上标明的流量是指( ) A. 效率最高时的流量 B. 泵的最大流量 C. 扬程最大时的流量 D. 最小扬程时的流量4.(2分) 精馏塔的进料状况为冷液进料时，则提馏段的液体下降量L（ ） A. L+F; B. L+F C. =L+F （注：L一精馏段液体下降量；F一进料量）5.(2分) 在下列哪些线上露点温度相等( ) A. 等相对湿度线； B. 等热焓线； C. 等湿度线； D. 绝热冷却线 三.简答题（10分）1. (4分) 试列举三种分离均相物系的单元操作，并指出其分离依据。2. (3分) 刚从冰箱中拿出的奶瓶放在空气中，外壁常常会析出水珠，请解释原因。3. (3分) 用一般的蒸馏方法分离乙醇水混合液，为何得不到无水乙醇？ 四.计算题（60分）1.(15分) 用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为38.4吨/小时,高位槽中液面比油池中液面高20m, 管路总长(包括阀门及管件的当量长度) 330m,进出口阻力不计。管径为1084mm,若油在输送温度下的比重为0.96, 粘度为3430cP,求泵所需的实际功率,设泵的效率=50%。 2.(15分) 用一传热面积为3m2由252.5mm的管子组成的单程列管式换热器,用初温为 10的水将机油由200 冷却至100 ,水走管内,油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h,其比热分别为4.18kJ/kgK和2.0kJ/kgK;水侧和油侧的对流传热系数分别为2000 W/m2K和250 W/m2K,两流体呈逆流流动,忽略管壁和污垢热阻。 (1)计算说明该换热器是否合用?(2)夏天当水的初温达到30,而油的流量及冷却程度不变时,该换热器是否合用?(假设传热系数不变) 3.(15分) 用常压精馏塔分离双组分理想混合物，泡点进料，进料量100kmol/h， 加料组成为50%，塔顶产品组成 95,产量 D50kmol/h，回流比R=2Rmin，设全塔均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度3。求： （1）Rmin(最小回流比)； （2）精馏段和提馏段上升蒸汽量； （3）列出该情况下的精馏段操作线方程。 总 3 页 第 3 页4.(15分)在常压逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质A，进塔气体中溶质A 的含量为8%（体积），吸收率为98%，操作条件下的平衡关系为y=2.5x， 取吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试求：(1)水溶液的出塔浓度；(2)若气相总传质单元高度为0.6m，现有一填料层高为6m的塔，问该塔是否合用?注：计算中可用摩尔分率代替摩尔比，用混合气体量代替惰性气体量，用溶液量代替溶剂量。 合肥工业大学化工原理试题参考答案和评分标准（一）一.填空题(20分)1. 答案： 850; -100 (2分， 每空1分)2. 答案： 1/16 (2分) 3. 答案：气蚀 (2分)4. 答案：QAt/n,Q表示单位时间传递的热量,表示温度向降低方向传递,A表示传热面积,表示导然系数和t/n表示温度梯度。或Q/At/,Q/表示单位时间传递的热量,表示温度向降低方向传递,A表示传热面积,表示导然系数和t/表示温度梯度。(2分)5. 答案：B (2分)6. 答案：1/（mky）； kx (2分，每空1分)7. 答案：大 热阻大或值小 (2分，每空1分)8. 答案：（1）溶质的存在使蒸气压下降，沸点升高 （2）液柱静压强引起 （3）管道流体阻力导致(3分， 每空1分)9. 答案：0.0488Kg湿分/Kg干空气， 0.598 (4分， 每空2分)二.选择题(10分)1. 答案：A (2分)2. 答案：B (2分)3. 答案：A (2分)4. 答案：A (2分)5. 答案：C (2分) 三.简答题（10分）1. (4分) 答案：（1） 蒸发，分离溶液混合物。溶质A是非挥发性的，而溶剂B是挥发性的。（2） 吸收，分离气体混合物。组分A与组分B（或几种惰性组分）在吸收剂中的溶解度差别。（3） 蒸馏，分离溶液混合物。A、 B两组分挥发性不同。2. (3分) 答案：刚从冰箱中拿出的奶瓶因温度较低会将周围空气冷凝达到饱和状态，故会析出水珠。3. (3分) 答案：因乙醇水体系为非理想物系，存在最低恒沸点，此时相平衡线与对角线相交，物系的相对挥发度=1，因此不能用普通的蒸馏方法分离得到无水乙醇。 四.计算题（60分）1.(15分) 答案： 对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程：He=Z+(l+le )/d(u2/2g)Z=20m l+le =330m d=108-24=100mm=0.1m u=ms/0.785d2r =38400/36000.7850.12960 =1.415m/s (4分)Re=du/=0.11.415960/343010-3=39.62000 (2分)=64/Re=64/39.6=1.616 (3分)He=20+1.616(330/0.1)(1.4152/29.81)=564.2m (3分)N=QHeg/=38400564.29.81/(36000.51000) =118.1kw (3分) 2.(15分) 答案：(1) Q1=12002(200-100)=240000kJ/h (2分) Q2=Q1, t2=t1+Q1/(ms2Cp2)=10+240000/(10004.18)=67.4 (2分) tm=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110 (2分) 1/K1=1/1+d1/(2d2)=1/250+25/(200020) K1=216.2 W/m2K (2分) A1=Q1/(K1tm) =240000103/(216.23600110) =2.8 m23m2 不适用 (2分) 3.(15分) 答案：（1）y=x/1+(-1)x=3x/(1+2x) (2分) 泡点进料q=1, xe=xf=0.5, (2分)ye=30.5/(1+20.5)=1.5/2=0.75Rmin/(Rmin+1)=(0.95-0.75)/(0.95-0.5)=0.20/0.45=4/9 Rmin=4/5=0.8 (4分)（2）V=V=(R+1)D=(20.8+1)50=130kmol/h (3分)（3）y=R/(R+1)x+xD/(R+1)=0.615x+0.365 (4分) 4.(15分) 答案：(L/G)min=(y1-y2)/xe1=(y1-y2)/(y1/m)=m (2分) L/G=1.2(L/G) min =(y1-y2)/x1 x1=y1/（1.2m）=0.08/(1.22.5)=0.0267 (3分)S=m/(L/G)=m/(1.2m)=1/(1.2) =1/(1.20.98)=0.8503 (3分) y1/y2=y1/(y1 (1-)=1/(1-)=1/0.02=50 (2分) NOG=1/(1-S)ln (1-S)y1/y2+S=14.2 (3分) h=HOGNOG=0.614.2=8.50 m6 m ,所以不合用。 (2分)化 工 原 理 试 题姓名_ 班级_ 学号_ 得分_一.填空题（共24分）1.(3分) 当Re 为已知时，流体在圆形直管内呈层流时的摩擦系数=_，在管内呈湍流时，摩擦系数与_、_有关。2.(2分) 某液体在套管环隙内流动，大管规格为563mm，小管规格为302.5mm,液体粘度为1mPa.s.，密度为1000kg.m-3，流速为1m.s-1，则该液体在套管环隙内流动的Re=_。3.（7） 离心泵的叶轮有_、_和_三种类型，若输送浆料或悬浮液宜选用_。离心泵在启动时应先将出口阀_，目的是_。往复泵在启动时，其出口阀必须_.4.（2）过滤速率是指_ 。在恒压过滤时，过滤速率将随操作的进行而逐渐_ 。5.（2） 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近_的温度，而传热系数K值接近_的对流传热系数。6.（2）有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为1第二种为 2，若作为换热器材料，应选用_种；当作为保温材料时，应选用_种。7.（3）列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于_，折流挡板的形状有_，_等。8.（3）若维持不饱和空气的湿度H不变，提高空气的干球温度，则空气的湿球温度，露点，相对湿度(变大,变小,不变,不确定)。二、选择题(共16分，每题2分)1.干燥是（ ）过程。A. 传质； B. 传热； C. 传热和传质。2.介质阻力系数=24/Re的适用范围是（ ）。A. 圆柱形微粒； B. 球形微粒； C. 方形微粒； D. 层流区； E. 过渡区； F. 湍流区 3.在下面几种换热器中，传热系数较大的是（ ）；能适用于高温高压场合的是（ ）；单位传热面积的金属耗量较大的是（ ）。A. 套管式 B. 列管式 C. 板式4.在稳定变温传热中，流体的流向选择（ ）时传热平均温度差最大。A. 并流 B. 逆流 C. 错流5.离心泵的扬程是指泵给予（ ）液体的有效能量。A. 1kg B. 1N C. 1m6.现要输送45m3.h-1的水，若管内水的流速约取2.5m.s-1，则可选（ ）钢管。 A. 763mm B. 88.54mm C. 1084mm 7.将管路上的阀门关小时，其阻力系数（ ）。A. 变小 B. 变大 C. 不变8.在等速干燥阶段中，在给定的空气条件下，对干燥速率正确的判断是：( ) A. 干燥速率随物料种类不同而有极大的差异；B. 干燥速率随物料种类不同而有较大的差异；C. 各种不同物料的干燥速率实质上是相同的；D. 不一定。五.计算题（共60分）1.（15分）现某厂准备选用一台换热器用19.61kN.m-2(表压)的饱和水蒸汽供牛奶消毒用，牛奶在管内流动，从10加热到85，其平均比热为3.9kJ.kg-1.K-1，处理量为3t.h-1。饱和水蒸汽在管外冷凝，冷凝水在饱和温度下排出，换热器的传热系数K=1400W.m-2.K-1（以外表面积计）,换热器的散热损失为饱和蒸汽放出热量的5%，试求：（1）饱和水蒸汽的消耗量为多少kg.h-1?（2）要选用多大换热面积的换热器？ 当地大气压为98.07kN.m-2附：饱和蒸汽性质表压力 温度 焓/kJ.kg-1 汽化热/kN.m-2 液体蒸汽 kJ.kg-119.61 53.6 2242594 237098.07 99.1 4152676 2261117.7 104.2 4372684 22472.（10分）已知空气的t=30, tw=20,试算出该空气的H和值。（空气总压=101.3kPa)水的饱和蒸汽压数据如下：温度t ()15 20 25 30 35蒸汽压P(kN.m-2)1.71 2.333.17 4.25 5.623.（15分）如图所示水以一定流速自下向上流动，在U形压差计中测得读数h100mm，二测压孔间距为1m，求：（1）流体由2-2截面流至1-1截面的能量损失为多少m水柱？（2）2-2与1-1截面间静压差P为多少m水柱？4.(20分) 如图所示的输水系统，输水量为36m3.h-1，输水管均为802mm的钢管，已知水泵吸入管路的阻力损失为0.2m水柱，压出管路的阻力损失为0.5m水柱, 压力表的读数为2.5kgf.cm-2，试求：（1）水泵的扬程；（2）若水泵的效率70，水泵的轴功率（kW）；（3）水泵吸入管路上真空表的读数。注：当地大气压为750mmHg 。化工原理参考答案一. 填空题1.(3分) 64/Re; Re; /d2.(2分) 200003.3.(7分) 闭式、 半开式和开式； 半开式或开式； 关闭； 减少启动功率，保护电机； 打开4.(2分) 单位时间内通过单位面积的滤液体积； 变慢5.(2分) 饱和水蒸汽； 空气6.(2分) 第一 第二7.(3分) 提高壳程流体的流速, 使壳程对流传热系数提高, 园缺形（弓形）,园盘和环形8.(3分) ， 不变； ；二. 选择题1.(2分) C2.(2分) B D 3.(3分) C, B, A4.(2分) B5.(2分) B6.(2分) B7.(2分) B8.(2分) C五.计算题1.(15分) (1) Q=msCp(t2-t1)=310003.9(85-10)/3600=243.7kWQ热=Q5%Q热Q热=Q/0.95=243.7/0.95=256.58kWD=Q/r=256.583600/2247=411.1kg/h(2)t1=104.2-10=94.2;t2=104.2-85=19.2tm=(t1-t2)/ln(t1 /t2)=(94.2-19.2)/ln(94.2/19.2)=47.14A=Q/(Ktm)=2.437105/(140047.14)=3.693 m22.(10分) 依tw=20查出 pw=ps=2.33kN.m-2代入下式：H=Hw=0.622pw /(P-pw)=0.6222.33/(101.3-2.33)=0.01464 kg水汽/kg干空气。依t=30查得：ps=4.25kN.m-2,=2.33/4.25=0.548或依入H=0.622.ps /(P-ps)得：0.01464=0.624.25/(101.3-4.25)=0.5483.(15分) （1）列2-2与1-1截面柏努利方程式得：P2/P1/hf,2-1即（P2P1）/h f,2-1 列00等压面静力学方程式得：（P2P1）/（0）/比较式与式得：f,2-1（0）/0.112.61.26mH2O（2）（P2P1）/f,2-11.2612.26mH2O（3）若反向流动，采用类似方法可得（P1P2）/h f,1-2（P1P2）/h1（0）/即f,1-2h（0-）/f,21f,1-2h1100mm4.(20分)u36/3600/(0.7850.0762)2.2 m/s（3）在低位槽液面11与泵入口截面22间列柏努利方程，得0Z2P2 /u2/2Hf,1 P-Z2u2/2Hf（4.810009.8+2.22/21000+0.21 0009.81）-51.4103N. m-2-51.4103/(1.01325100000)760-386mmHg(表)负表压即真空度吸入管路上真空表读数为386mm Hg柱（1）在泵入口截面22与泵出口截面33截面列柏努利方程Z2P2/gu22/2gHeZ3P3/gu32/2gHfu2u3，不计Hf,2-3 He（Z3Z2）（P2P3）/0.2 + (2.59.81104+51.4103)/(10009.81)30.5mH2O柱（2）NeHQ/30.50.0110009.81/0.74.27 kw