化工原理试题终

1. 流体在圆形直管中作层流流动时，其速度分布是型曲线，其管中心最大流速为平均流速的倍，摩擦系数人与Re的关系为o2. 气体的粘度随温度的升高而,水的粘度随温度的升高3. 当计算流体由粗管进入细管的流动局部阻力时，其公式中的流速应该用 管中的速度。4. 流体在管内作湍流流动时（不是阻力平方区），其摩擦系数人随和而变。5. 牛顿粘性定律的数学表达式为,牛顿粘性定律适用于型流体。6. 孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒,变;后者是恒，变O7. 流体在水平等径直管中稳定流动时的摩擦阻力损失M所损失的是机械能中的 项。8. 流体在等径管中作稳定流动，流体由于流动而有摩擦阻力损失，流体的流速沿管长O9. 液柱压力计量是基于原理的测压装置，用U形管压差计测压时，当一端与大气相通时，读数R表示的是或10. 减少流体在管路中流动阻力E M的措施有：1. 离心泵的工作点是曲线与曲线的交点。2. 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。3. 管路特性曲线的一般表达式是o4. 若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头一，流量，效率轴功O5. 离心泵在两敞口容器间输液，当被输送流体的密度改变后，离心泵的及保持不变。6. 往复泵主要适用于的场合。7. 离心泵的流量调节阀安装在离心泵一管路上，泵进口处安装，出口处安装8.2B-19型号的离心泵，2代表，19代表o9.离心泵的主要特性曲线有等。11. 往复泵的转速（往复次数）增加时，流量一，扬程O （增大，变小，不变）12. 离心泵的扬程含义是o13. 离心泵常采用调节流量，往复泵常采用调节流量。14. 离心泵中是将原动机的能量传递给液体的部件，而则是将动能转变为压能的部件。15. 离心泵按吸液方式分为和o1. 在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将材料包在内层确保保温效果好。2. 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知bl b2 b3；导热系数 入lv入2v九3。在稳定传热过程中，各层的热阻R1R2 3；各层导热速率Q1Q2Q3。3. 间壁换热器管壁温度tw接近a一侧的流体温度；总传热系数K的数值接近一侧的a值。（忽略间壁热阻和污垢热阻）4. 判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的。A：通过一定传热面的传热速率不随时间变化，为一定值。B：系统中任一点的温度维持恒定。C:总的传热速率等于通过垂宜于热流方向的各传热面的传热速率之和。D：系统中任一传热面上的热通量在过程中不变。5. 如图所示为间壁式换热器中冷热流体稳态传热过程的温度分布曲线，该传热过程是由和三个串联的热传递环节组成，由图分析可知：al02,控制热阻应在侧，因此若强化该传热过程，应从侧着手。一概念题：1、 溶液的相对挥发度(a)等于两组份,a 1则表示组分A和B, a=1则表示组分A和B当塔板中时，该塔板称理论塔板。2、 精馏过程是利用和的原理而进行的。精馏过程的回流比是指，最小回流比是指一3、已分析测得这四股物料的组成为 0.62， 0.70， 0.75， 0.82，试找出 Y6、 X6， Y7， X76677的对应值，Y6=， X_=， Y_=， X_=66775、 分离要求一定。当回流比为一定时，在五种进料状况中，进料的q值最大,其温度，此时，提馏段操作线与平衡线之间的距离，分离所需的总理论板数。6、 精馏操作的依据是。实现精馏操作的必要条件包括和。7、精馏塔塔顶某理论板上汽相露点温度为J液相泡点温度为塔底某理论板上汽 相露点温度为液相泡点温度为f4。试按温度大小顺序用 、=、符号排列如34下：。8、吉利兰(Gilliland)关联图如图示(纵轴上N及Nmin均包括塔釜)。试说明：参见附图：4、如图所示a点表示；b点表示；c点表示；ab段表示；be段表示。9、某二元物系的相对挥发度a=3,在具有理论板的精馏塔内于全回流条件下作精馏操操作，已知x =0.3，则y =(由塔顶往下数)。nn-1的摩尔流量由于影响而不一定相等。精馆塔在操作过程中进料组成不变，进料量适当增加，则塔顶组成X。将一,塔釜组成礼将（泡点液体进料）。11、操作中精馆塔，保持F, q, Xf, D不变。若采用回流比R小于最小回流比ffmin,则x。-, xw；（2）若R增大，则沧xw L/V. （增加，减小，不变，不确定）12、间歇精馅操作中，若保持馅出液组成不变，必须不断回流比，若保持回流比不变，则馆出液组成 ;在精馅塔内，灵敏板是指板。13、连续精憎塔设计时，当采用塔顶全凝器，泡点回流方案时，为完成分离任务所需 理论板数为NT】。若釆用塔顶分凝器，而回流比和前方案相同时，则完成同样分离任务 所需理论板数为“2。比较：A：叫2叫】B：叫尸叫】C： NT2 NtiD：判断依据不足。14、某二元混合物要求用精馅方法分离，规定产品浓度为X。，xwo如进料为乂他时，则相应的最小回流比为R若进料为相应为R畀现x1B： t2D： t 15C下 操作，此时平衡关系为尸2x,出塔溶液中含H?S为0.0126 （摩尔分率），混合气体通过 塔截面的摩尔流率为100kmol/（m2.h）o试求： 单位塔截面上吸收剂用量和出塔溶液的饱和度； 气相总传质单元数； 气相体积总传质系数。注：计算中可用摩尔分率代替摩尔比。4、气体混合物中含丙酮3%（体积百分率）。要在逆流填料吸收塔内用水吸收丙酮的98%, 若平衡关系为y*=1.05x,试求：用含0.01% （摩尔百分率）丙酮的水作吸收剂，且液气比为2,则所需的传质单元数 应为多少？若气液两相进料组成不变，液气比变为1.04,当填料层无限高时，丙酮的极限回收 率为多少？注：计算中可用摩尔分率代替摩尔比。干燥1、对不饱和湿空气，干球温度湿球温度，露点温度湿球温度。（后）干燥操作中，干燥介质（不饱和湿空气）经预热器后湿度,温度o当物料在恒定干燥条件下用空气进行恒速对流干燥时，物料的表面温度等于 温度。2、对不饱和空气进行加热，使温度由q升至t2,此时其湿球温度一,相对湿度,露点,湿度o在湿度一定时，不饱和空气的温度越低，其相对湿度越；不饱和空气中水蒸汽分压越高，其湿度越3、 恒定的干燥条件是指空气的以及都不变。 在实际的干燥操作中，常常用来测量空气的湿度。 测定空气中的水汽分压的实验方法是测量O4、_吸湿性物料和一非吸湿性物料，具有相同的干燥面积，在相同的干燥条件 下进行干燥，前者的干燥速率为U”后者的干燥速率为Up,则在恒速干燥段Ua一U B-（/=#）干燥器内部无补充加热的情况下，进干燥器的气体状态一定，干燥任务一定， 则气体离开干燥器的湿度H2越,干燥器的热效率越一。对于为水蒸汽所饱和的空气，则其干球温度t,湿球温度tw,绝热饱和温度tas 露点温度td的关系是rfwtsfd5、湿空气经预热，相对湿度V,对易龟裂物料，常采用方法来控制进干燥器的卩值。干燥操作的必要条件是干燥过程是相结合的过程。温度30C,水汽分压为2KPa的湿空气与水温为40C的水接触,则传热方向： 水空气，传质方向：水空气。（用箭头符号表示）已知30C、40C下水的饱和蒸汽压分别为4.2472和7.3766KPa。-干燥传质速率是:干燥传热速率是_已知在 t二50。、 P二时空气中水蒸汽分压 Pw 二55 gmmHg, 则该牢气的湿含 量H=；相对湿度 吓；（50C时水的饱和蒸汽压为97 51 mmHg）非结合7、在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg,经干燥后物料的含 水量由40%减至5% （均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度Hj为0.009kg水/kg 绝干气，离开干燥器时湿度气为0.039kg水/kg绝干气，假定干燥过程中无物料损失, 试求：水分蒸发量W （kg水/h）；空气消耗量（kg绝干气/h）；原湿空气消耗量Z. （kg原空气/h）；干燥产品量G2 （kg/h）o8、在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下：空气进入预热器的温度为 15C,湿含量为0.0073kg水/kg绝干气，焙为35ld/kg绝干空气；空气进干燥器温度为 90C,焙为109kJ/kg绝干气；空气出干燥器温度为50C；湿含量为0.023kg水/kg绝干 气；进干燥器物料含水量为0.15kg水/kg绝干料；出干燥器物料含水量为0.01kg Zk/kg 绝干料；干燥器生产能力为237kg/h （按干燥产品计）。试求：1. 绝干空气的消耗量（煽绝干气什）；2. 进预热器前风机的流量（m3/s）；3. 预热器加入热量（kW）（预热器热损失可忽略）。附湿空气比容计算公式： （0.772+1.244H（t+273）/273x（1.0133xl05）/Po1、用常压连续精馆塔分离某二元理想混合物，已知相对挥发度0=3,加料量住lOkmol/h, 饱和蒸汽进料，进料中易挥发组分浓度为0.5(摩尔分率，下同)，塔顶产品浓度为0.9, 塔顶蒸汽全凝液于泡点下回流，回流比R=2Rmm,易挥发组分的回收率为90%,塔釜 为间接蒸汽加热，试计算提馅段上升蒸汽量。om=3, F=10kmol/h, q=0,气=0.5, xd=0.9,沪0.9, R=2.0Rmin , =?解：q=0 y=SF=(R+l)DFyq=XFXq=y a-(a-l)yJ=0.5/(3-2x0.5)=0.25/?min=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.9-0.5)/(0.5-0.25)=1.6 ff=2.0Rmin=2xl6=3.2*.* D=riFxf/xD=0.9xl0x0.5/0.9=5kmol/hir=(3.2+l)5-10=llkmol/h2、分离苯和甲苯混合液，进料组成为0.4,憎出液组成为0.95,残液组成为0.05 (以 上组成均为苯的摩尔分率)。苯对甲苯的平均相对挥发度为2.44。泡点进料，塔顶冷凝 器为全凝器，塔釜为间接蒸汽加热。试求：最小回流比；若回流比取最小回流比的1.2倍，列出精憎段操作线方程；列出提馆段操作线方程。解： ye=2.44x0.4/(1+1.44x0.4)=0.62ffmin = (xD-ye)/(ye-xF)=(0.95-0.62)/(0.62-0.4)=1.5(2) R=1.2xl.5=1.8y ,=(1.8/2.8)x +0.95/2.8=0.64x +0.34n+1nn令 F=lkmol/hFx=Dxd+Wxw0.4=0.95D+(l+D)x0.05解得 D=0.39kmol/hM/=0.61kmol/h9=1L=L+qF=/?ZHF=1.8x0.39+l=1.7kmol/hV*=U=(R+l)D=2.8x0.39=1.09kmol/h. y,=U）e/V,-WxJV=1.7xl/1.09-0.61x0.05/1.09=1.56xl-0.028y =1.56x -0.028m+1m3、常压连续精馆塔分离二元理想溶液，塔顶上升蒸汽组成人=0.96 （易挥发组分摩尔 分率），在分凝器内冷凝蒸汽总量的1/2 （摩尔）作为回流，余下的蒸汽在全凝器内全 部冷凝作塔顶产品，操作条件下，系统平均相对挥发度a=2.4,求：塔顶产品及回流液的组成；由塔顶第二层理论板上升的蒸汽组成。y 严.96llkmol/hL=l/2kmol/h D=l/2kmol/hy =2x0.96-x0 0代入(1) 2xO.96-xq=2.4xo/(1+1.4xO)x =0.9440xD=y0=2.4x0.944/(l+1.4x0.944)=0.976 xi*=yi/a-(a-l)yi=0.96/(2.4-1.4x0.96)=0.909y2=Rxi/(R+l)+xD/(R+l)=0.909/2+0.976/2=0.9434、用一连续精馆塔在常压下分离甲醇水混合物，进料为含甲醇0.41的饱和蒸汽，流 率为100kmol/ho要求塔顶馅出液含甲醇不低于0.95,塔底釜液甲醇不大于0.05 （以上 均为摩尔分率），已知操作条件下的平衡关系如附图，操作时回流比为2.4,试求：塔顶、塔底产品的流率；所需理论塔板数及进料板位置；两段的液相流率与汽相流率之比和q线方程；对应的最小回流比。解：物料衡算：F=tW(a)(FxF=DxD+Wxw(b)由何得W=F-D则：FxF=DxD+(F-D)xw100x0.41=DX 0.95+(100-0)x0.0541=0.95D+5-0.05D0=36/0.9=40kmol/hW= 100-40=60kmol/h(2)精馆段操作线方程：y= R/(R+l)x+xJ(R+lxJ(R+l=0.95/(2.4+l)=0. 279 0. 28提馆段操作线方程：/ = L+qHL+qF-Wj-Wxw/iL+qF-WL=RD=2.4x40=96kmol/hq=0r=L=96kmol/hq 线 y=g/(g-i)x-xF/(g-i)y=*F由图解可得：叫=6-1=5(不含釜)进料位置件=5(3) V= L+D=96+40= 136kmol/hL/V= 96/136=0.706U/V=L/V=L/V-(l-q)F=96/(136-100)=2.67(4) /?min/(Rmin+l)=(0.95-0.41)/(0.95-0.1)=0.6353Rmin=0.6353R +0.6353Rmin=0.6353/（1-0.6353）=1.742计算题：1、在常压填料吸收塔中，用清水吸收废气中的氨气。废气流量为2500m3/h （标准状 态），废气中氨的浓度为15g/m3,要求回收率不低于98%O若吸收剂用量为3.6m3/h, 操作条件下的平衡关系为Y=1.2X,气相总传质单元高度为0.7m。试求：A：塔底、塔顶及全塔的吸收推动力（气相）；B：气相总传质单元数；C ：总填料层高解：yi=15/17/(1000/22.4)=0.01977kmolNH3/kmolB+NH3y2=3.954xl0-4 kmolNH3/kmolB+NH3岭专1/(1人)=0.01977/(10.01977)=0.0201711101 NH/kmolBy2=y/1-y2)=3*9555xl0-4kmolNH3/kmolB2500/22.4x(l-0.01977)=109.4kmolB/hL=3.6xl000/18=200kmolB/h全塔物料衡算1仇声2刖岭-岭）200(X0)=109.4(0.02017-3.9555x10-4)得 X=0.010721=-*=0.02017-1.2x0.01072=0.0072A# =Y -Y *=0.00042 2 1AZ =(0.0072-0.0004)/ln(0.0072/0.0004)=0.00235m=(-)/X01=(0.02-0.0004)/0.00235=8.34H=N H =8.34x0.7 =5.84mOG OG2、在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂S吸收混合气体中的可溶组分A。入塔气体 中A的摩尔分率人=0.03,要求其收率 朋=95%。已知操作条件下mV/L= 0.8 Cm可取 作常数)，平衡关系为沧mX,与入塔气体成平衡的液相浓度叫-0.03。试计算：操作液气比为最小液气比的倍数；吸收液的浓度Xj；完成上述分离任务所需的气相总传质单元数NoOG解：(1吟3/97=0.03093X=0=(1-)=0.03093x(1-0.95)=0.00155由最小溶剂用量公式(Lmin/v)=(r-r)/(r/m-x2)=(r-r)/(r/m)=m(r-r)/r=o.95m 已知 mV/L=0.8则 L/1(l/0.8)m=1.25m(L/V)/(L/V)min=1.25/0.95=1.316(2)由物料衡算式得：X1=(ri-r2)/(L/V)=(0.03093-0.00155)/(1.25xl)=0.0235 NOG=l/(l-/nV7L)ln(l-/nV/L)(ri-mX2)/(r2-/nX2)+mV/ =l/(l-0.8)ln(l-0.8)r/y2+0.8=7.843、在填料层高为8m的填料塔中，用纯溶剂逆流吸收空气一于混合气中的H2S以净化 空气。已知入塔气中含H2S 2.8% (体积),要求回收率为95%,塔在latm 15C下 操作，此时平衡关系为尸2x,出塔溶液中含为0.0126 (摩尔分率)，混合气体通过塔截面的摩尔流率为100kmol/(m2*h)o试求： 单位塔截面上吸收剂用量和出塔溶液的饱和度; 气相总传质单元数； 气相体积总传质系数。注：计算中可用摩尔分率代替摩尔比。解：0=0.028y2=yi(l-)=0.028(l-0.95)=0.0014i=(yi-y2)/ X U=(0.028-0.0014)/0.0126xl00=211kmol/(m2-h)xi*=yi/n=0.028/2=0.014xi/xi*=0.0126/0.014=90% A/i=yi-mxi=0.028-2x0.0126=0.0028Ay2=y2=0.00i4Ay =(0.0028-0.0014)/(ln(0.0028/0.0014)=0.00202m%如2叫曲之(3) hZNg/KyaKya= VNqg /h=100/8xl3.2=165kmol/(m3h)4、气体混合物中含丙酮3%(体积百分率)。要在逆流填料吸收塔内用水吸收丙酮的98%, 若平衡关系为y*=1.05x,试求：用含0.01% (摩尔百分率)丙酮的水作吸收剂，且液气比为2,则所需的传质单元数 应为多少？若气液两相进料组成不变，液气比变为1.04,当填料层无限高时，丙酮的极限回收 率为多少？注：计算中可用摩尔分率代替摩尔比。解：岭今上)R03(l0.98)R.0006 lM=mV/L=1.05/2=0.525 NOG=l/(l-lM)ln=l/(l-0.525)ln(l-0.525)(0.03-1.05x0.0001)/(0.0006-1.05x0.0001+0.525=7.104(2)填料塔无限高时：Xj与人平衡(T此时液气比变为1.04, mL/V) xeyJmO.03/1.050.02357作物料衡算求出y； : Jq* 芒严占+农2是低浓气体吸收，可认为、V不发生变化。(L/V)x+y=(L/Vx+y2:Y； =yi+(L/V)(x2-xi)=0.03 +1.04(1x10-4-0.02857)=3.9x10-4此时极限回收率为/=(人少2 )/yi=(0 03-3.9xl0-4)/0.03=98.7%7、在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg,经干燥后物料的含 水量由40%减至5% (均为湿基)，以热空气为干燥介质，初始湿度Hj为0.009kg水/kg 绝干气，离开干燥器时湿度气为0.039kg水/kg绝干气，假定干燥过程中无物料损失, 试求：水分蒸发量W (kg水/h)；空气消耗量(kg绝干气/h)；原湿空气消耗量/ (kg原空气/h)；干燥产品量G2 (kg/h)o解：(1) 水分蒸发量Wxi=0.40/(1-0.40)=0.667kg 水/kg 绝干料x2 =0.05/(1-0.05)=0.053kg 水/kg 绝干料G= GJ1-VUJ=1000(1-0.40)=600kg 绝干料/h/. W=600x(0.667-0.053)=368.4kg 水/h(2) L = W/叫HJ=368.4/(0.039-0.009)=12280kg 绝干气/hLf=H1+HJ=12280(1+0.009)=12390.5kg 原空气/h(3)G2=G-W= 1000-368.4=631.6kg/h8、在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下：空气进入预热器的温度为 15C,湿含量为0.0073kg水/kg绝干气，焙为35kJ/kg绝干空气；空气进干燥器温度为 90C,焙为109kJ/kg绝干气；空气出干燥器温度为50C；湿含量为0.023kg水/kg绝干 气;进干燥器物料含水量为0.15kg水/kg绝干料；出干燥器物料含水量为0.01kg zk/kg 绝干料；干燥器生产能力为237kg/h (按干燥产品计)。试求：1. 绝干空气的消耗量(烟绝干气/h)；2. 进预热器前风机的流量(m3/s)；3. 预热器加入热量(kW)(预热器热损失可忽略)。附湿空气比容计算公式：(0.772+1.244H(H-273)/273x(1.0133xl05)/Po解：1.求绝干空气量1Gc= G2(l-IV2)=G2/(l+X2)=237/(l+0.01)=234.7kg 绝干料/hW= Gc(Xi-X2)=234.7(0.15-0.01)=32.9kg/h=1/(-)=32.9/(0.023-0.0073)=20961(6 绝干气/h2.求风机流量Vv =(0.772+1.244H0)(t +273)/273=(0.772+1.244x0.0073)x288/273=0.824m3 湿空气/kg 绝H0干气V=LXv =0.824x2096=1727m3/hH3. 求预热器加入热量QpQp 凯(Lo)=2096(109-35) =155104kJ/s=43.08kW葩:1、y x/yxA能分离，不能用普通精憾的方法分离 A D D A ?离开的气相与液相达到相平衡2、多次部分汽化和多次部分冷凝回流和塔顶产品量之比，塔板数为无数多时的回流比的极限值3、y6=0.82,x6=0.70,y7=0.75,x7=0.62取 a：yXn-l,b：yXnC：yn+Ad：Xn-l-V ：去林5、冷液小于泡点温度 最远最少6、混合液中各组分的挥发度的差异塔顶液相的回流塔底上升气流7、上月尸严28、R=无穷，N=NminR=Rmin, N=无穷9、0.79410、摩尔潜热相等进料热状况的不同不变 不变11、(1)减少增加(2)增加减少增加12、增加不断下降温度对外界干扰最灵敏的塔板13、c14、c15、d16、b 17、c1、增加被分离组分的相对挥发度2、D1W2, R1R23、；0；lo4、解：增加，减少，不变，不变吸收1、传质单向2、P = 0.1atmP* = 1.62x0.02 = 0.0324atm从气相向液相转移AP = 0.0676atmc* = 0.1/1.62 = 0.0617c = 0.02Ac = 0.0417 kmol/m33、液膜阻力气膜阻力H/kG X A、D D4、CBA；在同一平衡分压下CC*CB*CA*减小增大5、精憾吸收双膜 溶质渗透表面更新双膜6、也较大 y*0x 溶解度大，选择性高，腐蚀性小，挥发度小7、气膜100%易 P/PwdIVI由于总体流动使传质速率比单纯分子扩散增加的比率。8、1.气相中惰性气体不溶于液相吸收剂不挥发2不变；减少；不变减少；靠近；增加 增加；增加 不变；增加对气膜控制系统，因为G个，所以円门个，故Wxlz；故ya(增加)，由于操作线斜率减少，故x将(增加)，回收率(减少)。 D11.解：ye=0.5x0.01=0.005N =K (y-y )=k (y-yi)=1.5(0.025-0.005)=2(0.025-yi)A y e yyi=0.0112.2.0 1.022813.物料衡算气液平衡传质速率14.: L/G不变，而厶山，G&,且H定，故HOG&,故应有ya减少，xb上升，回收率将上升；NOG个液膜控制，液相15.DAA干燥1、大于，小于不变，升高该空气的湿球温度2、上升，下降，不变，不变大高3、湿度、温度、速度与物料接触的状况干、湿球温度计露点。4、= 大 高=，=，=o升高， 不变。5、下降，废气部分循环。湿物料表面的水分压强大于干燥介质中的水蒸汽分压 传质过程与传热过程6、U=-GCdx/(AdQ)q = Q./(AdQ)0.0488, 0.598主要以机械方式与物料相结合的水份。