合肥工业大学化工原理.docx
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合肥工业大学化工原理
XX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/Kx＝1/kx＋_＿＿＿。
若为液膜控制，则Kx»＿＿＿。
7.（2分）
间壁换热器管壁温度tW接近α____________一侧的流体温度；总传热系数K的数值接近__________________一侧的α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ｔ＝50℃、P＝1atm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（ρ指-ρ）的值（）。
A.偏大B.偏小C.越大越好
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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+FC.=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φ108×4mm,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η=50%。
2.（15分）
用一传热面积为3m2由φ25×2.5mm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/kg·K和2.0kJ/kg·K;水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/m2·K和250W/m2·K,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D＝50kmol/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α＝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。
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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。
XX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：
ｄQ＝－λA∂t/∂n,ｄQ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,λ表示导然系数和∂t/∂n表示温度梯度。
或ｄQ/ｄτ＝－λAｄt/ｄδ,ｄQ/ｄτ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,λ表示导然系数和ｄt/ｄδ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α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α=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+λ[（l+Σle）/d]（u2/2g）
△Z=20ml+Σle=330md=108-2×4=100mm=0.1m
u=ms/0.785d2r
=38400/3600×0.785×0.12×960
=1.415m/s（4分）
Re=duρ/μ=0.1×1.415×960/3430×10-3=39.6<2000（2分）
λ=64/Re=64/39.6=1.616（3分）
He=20+1.616×（330/0.1）×（1.4152/2×9.81）=564.2m（3分）
N=Q·He·ρg/η=38400×564.2×9.81/（3600×0.5×1000）
=118.1kw（3分）
2.（15分）答案：
（1）Q1=1200×2×（200-100）=240000kJ/h（2分）
Q2=Q1,
t2=t1+Q1/（ms2·Cp2）=10+240000/（1000×4.18）=67.4℃（2分）
△tm=（132.6-90）/ln（132.6/90）=110℃（2分）
1/K1=1/α1+d1/（α2·d2）=1/250+25/（2000×20）
K1=216.2W/m2·K（2分）
A1=Q1/（K1△tm）=240000×103/（216.2×3600×110）
=2.8m2<3m2故适用（2分）
（2）t1=30℃时
t2=30+240000/（1000×4.18）=87.4℃
△tm=（112.6-70）/ln（112.6/70）=89.6℃（3分）
A2=240000×103/（3600×89.6×216.2）=3.45m2>3m2
不适用（2分）
3.（15分）答案：
（1）y=αx/[1+（α-1）x]=3x/（1+2x）（2分）
泡点进料q=1,xe=xf=0.5,（2分）
ye=3×0.5/（1+2×0.5）=1.5/2=0.75
Rmin/（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=（2×0.8+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：
①（L/G）min=（y1-y2）/xe1=（y1-y2）/（y1/m）=mη（2分）
L/G=1.2（L/G）min=（y1-y2）/x1
x1=y1/（1.2m）=0.08/（1.2×2.5）=0.0267（3分）
②S=m/（L/G）=m/（1.2×m×η）=1/（1.2η）
=1/（1.2×0.98）=0.8503（3分）
y1/y2=y1/（y1（1-η））=1/（1-η）=1/0.02=50（2分）
NOG=1/（1-S）ln[（1-S）y1/y2+S]=14.2（3分）
h=HOG×NOG=0.6×14.2=8.50m>6m,所以不合用。
（2分）
化工原理试题
_________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λ=__________，在管内呈湍流时，摩擦系数λ与____________、_____________有关。
2.（2分）某液体在套管环隙内流动，大管规格为φ56×3mm，小管规格为φ30×2.5mm,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λ1》第二种为λ2，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ζ=24/Re的适用X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.1kgB.1NC.1m
6.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.φ76×3mmB.φ88.5×4mmC.φ108×4mm
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-1
19.6153.622425942370
98.0799.141526762261
117.7104.243726842247
2.（10分）已知空气的t=30℃,tw=20℃,试算出该空气的H和φ值。
（空气总压=101.3kPa）水的饱和蒸汽压数据如下：
温度t（℃）1520253035
蒸汽压P（kN.m-2）1.712.333.174.255.62
3.（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h＝100mm，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ΔP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φ80×2mm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η＝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;ε/d
2.（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）C
2.（2分）BD
3.（3分）C,B,A
4.（2分）B
5.（2分）B
6.（2分）B
7.（2分）B
8.（2分）C
五.计算题
1.（15分）
（1）Q=msCp（t2-t1）
=3×1000×3.9×（85-10）/3600
=243.7kW
Q热=Q＋5%Q热
Q热=Q/0.95==243.7/0.95=256.58kW
D=Q/r=256.58×3600/2247=411.1kg/h
（2）
△t1=104.2-10=94.2℃;△t2=104.2-85=19.2℃
△tm=（△t1-△t2）/ln（△t1/△t2）
=（94.2-19.2）/ln（94.2/19.2）
=47.14℃
A=Q/（K×△tm）=2.437×105/（1400×47.14）
=3.693m2
2.（10分）
依tw=20℃查出pw=ps=2.33kN.m-2
代入下式：
H=Hw=0.622pw/（P-pw）=0.622×2.33/（101.3-2.33）
=0.01464kg水汽/kg干空气。
依t=30℃查得：
ps=4.25kN.m-2,φ=2.33/4.25=0.548
或依入H=0.622φ.ps/（P-ψps）得：
0.01464=0.62×4.25φ/（101.3-4.25φ）→φ=0.548
3.（15分）
（1）列2-2与1-1截面柏努利方程式得：
P2/ρｇ＝P1/ρｇ＋ｌ＋hf,2-1
即（P2－P1）/ρｇ＝hf,2-1＋ｌ……①
列0－0等压面静力学方程式得：
（P2－P1）/ρｇ＝ｈ（ρ0－ρ）/ρ＋ｌ……②
比较式①与式②得：
ｈf,2-1＝ｈ（ρ0－ρ）/ρ＝0.1×12.6＝1.26mH2O
（2）（P2－P1）/ρｇ＝ｈf,2-1＋ｌ＝1.26＋1＝2.26mH2O
（3）若反向流动，采用类似方法可得
（P1－P2）/ρｇ＝hf,1-2－ｌ……③
（P1－P2）/ρｇ＝h1（ρ0－ρ）/ρ－ｌ……④
即ｈf,1-2＝h（ρ0-ρ）/ρ
∵ｈf,21＝ｈf,1-2
∴h1＝ｈ＝100mm
4.（20分）
u＝36/3600/（0.785×0.0762）≈2.2m/s
（3）在低位槽液面1－1与泵入口截面2－2间列柏努利方程，得
0＝Z2＋P2/ρｇ＋u2/2ｇ＋Hf,1
P＝-Z2ρｇ－u2ρ/2－Hfρｇ
＝－（4.8×1000×9.8+2.22/2×1000+0.2×1000×9.81）
＝-51.4×103N.m-2
＝-51.4×103/（1.01325×100000）×760
＝-386mmHg（表）
负表压即真空度
∴吸入管路上真空表读数为386mmHg柱
（1）在泵入口截面2－2与泵出口截面3－3截面列柏努利方程．
Z2＋P2/ρg＋u22/2g＋He＝Z3＋P3/ρg＋u32/2g＋Hf
∵u2＝u3，不计Hf,2-3
∴He＝（Z3－Z2）＋（P2＋P3）/ρｇ
＝0.2+（2.5×9.81×104+51.4×103）/（1000×9.81）
＝30.5mH2O柱
（2）Ne＝HQρｇ/η＝30.5×0.01×1000×9.81/0.7＝4.27kw
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