化工原理考题.docx

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化工原理考题

离心泵

一、填空

1、离心泵为了避免（气缚）现象，启动前需（先向泵内充满）被输送的液体，因而离心泵不具有（自吸）能力。

为了避免发生（汽蚀）现象，需限制（泵的安装）高度。

2、离心泵的主要构件（叶轮）、（泵壳）。

3、离心泵的比例定律（切割定律）、（相似定律）、（组合法设计）。

4、离心泵的设计点是指（工作效率最高的点）。

而离心泵的工作点则是指（离心泵在实际的输送过程中与管路相连接，离心泵特性曲线和管路特性曲线的交点）。

5、往复泵的正位移特性是指（往复泵的排液能力与活塞位移有关，但与管路情况无关，而压头则受管路的承压能力所限制）。

6、离心泵的特性曲线是在（）测定的。

启动离心泵时必须关闭（出口阀门），目的是使离心泵的（功率）最小，以免烧坏电机。

二、选择

1、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因（C）。

A）水温太高B）真空计坏了C）吸入管路堵塞

D）排出管路堵塞

2、离心泵漏入大量空气后将发生（B）。

A）汽化现象B）气缚现象C）汽蚀现象D）气浮现象

3、以下物理量不属于离心泵的主要性能参数（D）。

A）扬程B）效率C）轴功率D）有效功率

4、离心泵的调节阀开大时，则（B）

A）吸入管路的阻力损失不变B）泵出口的压力减小C）泵入口处真空度减小D）泵工作点的扬程升高

5、离心泵铭牌上标明的是泵在（C）时的主要性能参数。

A）流量最大B）压头最大C）效率最高D）轴功率最小

6、离心泵产生汽蚀的原因可能是（B）。

A）启动前没有充液B）安装高度过高C）底阀堵塞D）叶轮直径太小

7、由阀门全开的条件算出在要求流量为Q时所需扬程为He，在离心泵的性能曲线上查得与Q对应的扬程为H，H>He，在流量为Q时泵的效率为η，则泵的轴功率为（B）。

A）QHeρg/1000ηkwB）QHρg/1000ηkwC）QHeρ/102ηkwD）QHρg/102ηkw

三、简述

简述离心泵的气缚和汽蚀现象，往复泵有无气缚和汽蚀现象，为什么？

四、计算题

用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强101.33×103Pa。

蒸发器上部的蒸发室内操作压强为200mmHg（真空度）。

蒸发器进料口高于贮槽内的液面15m，输送管道的直径为ø68×4mm，送料量为20m3/h，溶液流经全部管道的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率。

若效率为65%，则轴功率为多少？

解：

在贮槽液面1-1与管路出口内侧2-2两截面间列柏努力方程

gz1+u12/2+P1/ρ＋W=gz2+u22/2+P2/ρ+∑hf

式中Z1=0,Z2=15m,P1=0（表压）,P2=-（200/760）×101.33×103=-26670Pa（表压），u1=0,

u2=20/（3600×0.785×0.062）=1.97m/s

∑hf=120J/kg

一、填空

1、当颗粒与流体作相对运动时，层流的范围是（10^-4

2、若降尘室的高度增加，则沉降时间（增加），气流速度（减小），生产能力（不变）。

3、离心沉降时，旋转半径R＝0.4m，切向速度ut=20m/s，则离心分离因数Kc=（）。

4、降尘室的生产能力只与降尘室的（底面积）有关，而与（高度）无关。

5、颗粒的球形度ψ＝（），比表面积a＝（）。

6、除去液体中混杂的固体颗粒，在化工生产中可以采用（过滤）、（重力沉降）、（离心沉降）。

7、旋风分离器性能的好坏，主要以（临界粒径）来衡量。

（临界粒径）愈小，说明其分离性能愈好。

二、选择题

1、沉降室的生产能力取决于（B）。

A、沉降室的高度B、沉降室的底面积

C、含尘气体速度D、能100％除去的最小颗粒的沉降速度

2、在长为Lm，高为Hm的降尘室中，颗粒的沉降速度为utm/s，气体通过降尘室的水平流速为um/s，则颗粒能在降尘室内分离的条件是：

（D）

A、L/u

C、L/ut≥H/uD、L/u≥H/ut

3、设降尘室的长、宽、高分别为L、b、H（单位均为m），颗粒的沉降速度为utm/s，气体的体积流量为qv，则颗粒能在降尘室分离的条件是：

B

A、H/ut≥LbH/qvB、H/ut≤LbH/qv

C、L/ut≤HbH/qvD、L/ut≥HbH/qv

习题

用一离心泵将敞口贮槽中20℃的水送往一个密闭容器中，容器内保持10kPa（表压）压强，贮槽液面与容器入口之间的垂直距离40m，管路为φ83×4mm钢管，总长45m（包括所有局部阻力的当量长度），摩擦系数λ＝0.028。

管路上装有孔径d0=30mm孔板流量计，测得连接孔板的指示液为汞的U形压力计读数R＝0.32m、孔流系数C0＝0.61。

求：

1）此管路中水的流速，流量;2）泵的压头;

3）有效功率;4）若泵效率为65％，求泵的轴功率。

解：

1）qv=αA0[2gR（ρi-ρ）/ρ]1/2=0.61×0.785×0.032×[2×9.81×0.32×（13600－1000）/1000]=3.83×10－3m3/s

u=qv/（0.785d2）＝3.83×10－3/（0.785×0.0752）=0.86m/s

2）在贮槽液面与容器入口两截面间列柏努利方程

He＝（z2-z1）+（P2-P1）/ρg+（u22-u12）/2g+∑Hf

式中P1=0（表压），P2=10kPa，Z2－Z1＝40m，u1=u2=0

∑Hf=λ×（l＋le）/d×u2/2g

=0.028×45/0.075×0.862/（2×9.81）＝0.63m

He＝10×103/（103×9.81）+40+0.63=41.65m

3）Pe=qvHeρg=3.83×10－3×41.65×103×9.81=1565w

4）Pa=Pe/η=1565/65%=2408w

过滤

一、填空

1、过滤的两种方式是：

（滤饼过滤）和（深层过滤），自来水处理采用的是：

（深层过滤）。

2、实现过滤操作的推动力可以是（重力）、（压差）或（离心力）。

二、选择题

1、过滤推动力一般是指（B）。

A、过滤介质两边的压差B、过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差C、滤饼两边的压差D、液体进出过滤机的压差

2、推导过滤基本方程式时一个最基本的依据是：

（C）。

A、固体颗粒的沉降速度B、滤饼的可压缩性

C、流体的层流流动D、过滤介质的比阻

3、板框压滤机中，最终的过滤速度是洗涤速度的（C）。

A、一倍B、一半C、四倍D、四分之一

4、在板框压滤机中，如滤饼不可以压缩，介质阻力不计，当过滤压差增加一倍时，其过滤速率为原来的（C）。

如滤液粘度增加一倍，压差不变，过滤速度为原来的（B）。

A、21/2倍B、1/2倍C、2倍D、1/21/2倍

三、计算题

1、用板框压滤机在恒压下处理某种悬浮液，滤框边长0.65m，厚0.05m，共10个框，已测得操作条件下有关参数为：

K＝6×10－5m2/s，qe=0.01m3/m2，获得1m3滤液的滤饼体积为0.1m3。

求：

滤框完全充满需多少时间，可得多少滤液？

解：

ν＝0.1/1=0.1m3滤饼/m3滤液

滤饼体积VC＝0.652×0.05×10=0.211m3

滤液体积V＝0.211/0.1=2.11m3

过滤面积A＝0.652×2×10=8.45m2

由恒压过滤方程：

V2＋2VeV=KA2t

2.112+2×0.01×8.45×2.11=6×10-5×8.452×t

解得t=1122s

拟用一板框压滤机处理某一悬浮液，获每m3滤液得滤饼量0.04m3。

在1.5atm操作压力下，过滤常数K＝2.73×10-5m2/s，过滤介质阻力可忽略不计。

滤饼为不可压缩。

1）若要求过滤1h获取0.41m3的滤饼，试求所需的过滤面积。

2）若板框边长为0.81m，试确定框数及框的厚度。

3）若滤饼不需洗涤，拆装时间需45min，试求为使上述板框压滤机生产能力达到最大时，其操作压力应提高至多少？

解：

1）由恒压过滤方程：

V2＋2VeV=KA2t

因Ve=0

V2=KA2t

V=0.41/0.04＝10.25m3

10.252=2.73×10-5×A2×3600

A=32.7m2

2）设框数为n，框厚为δ

A＝2×0.812×n=32.7m2

n=25个

滤饼体积VC＝0.812×δ×25=0.41

得δ＝0.025m=25mm

3）恒压过滤方程：

V2=KʹA2t

Q＝V/∑t＝V/[（V2/KʹA2）+0+tD]=1/（V/KʹA2+tD/v）

要使Q最大，只需分母最小。

即只需V/KʹA2＝tD/V

也就是V2=KʹA2tD

即10.252=Kʹ×32.72×45×60

解得Kʹ=3.64×10-5m2/s

K=2ΔP/rμν

Kʹ/K=ΔPʹ/ΔP=3.64×10-5/2.73×10-5=4/3

ΔPʹ=4/3×1.5=2.0atm

某板框过滤机的边长为250mm，厚为25mm，框数为8，以此过滤机过滤某悬浮液，测得过滤时间为8.75min与15min时的过滤量分别为0.15m3及0.20m3。

试计算过滤常数K。

解：

由恒压过滤方程：

V2＋2VeV=KA2t

A=2×0.252×8=1m2

由已知得方程组

0.152+2×0.15Ve=K×8.75×60

0.202+2×0.20×Ve=K×15×60

联立两式解得K＝5×10-5m2/s

某板框过滤机共有10个框，框的边长为500mm，在一定压力下恒压过滤30min后，获得滤液5m3。

假设滤布阻力可以忽略不计。

试求：

1）过滤常数K;2）如果再过滤30min，还能获得多少m3滤液？

解：

由恒压过滤方程：

V2＋2VeV=KA2t

因Ve=0

V2=KA2t

A＝2×0.52×10＝5m2

52=K×52×30×60

K=1/1800=5.56×10-4m2/s

再过滤30分钟，有：

Vʹ2=KA2tʹ＝5.56×10-4×52×（30+30）×60＝50

解得：

Vʹ＝7.07m3

ΔV=7.07-5=2.07m3

实验室中在与生产条件相同的压差下对某种颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验，测得qe=0.01m3/m2，K＝1.579×10-4m2/s。

悬浮液中，固相质量分率为0.07，固相密度为2000kg/m3，滤饼不可压缩，其含水量为30％（质量分数）。

今选用一台直径1.5m，长10m的转筒真空过滤机处理此种料浆，所用滤布与实验相同，转筒浸没角为120º，转速为0.5转/分，操作真空度为8.0×104Pa，试求：

1）该过滤机的生产能力（以每小时获滤液体积计）;2）滤饼厚度。

解：

1）过滤面积A＝πDL＝3.14×1.5×10＝47.1m2

浸没度φ＝120/360＝0.3333

q=（Kφ/n+qe2）1/2-qe=

[1.579×10-4×0.3333/（1/120）+0.012]1/2-0.01=0.07m3/m2

生产能力Q=nqA=1/120×0.07×47.1=0.0275m3/s

=99m3/h

2）C＝1/（1-0.3）＝1.429kg湿滤渣/kg干渣

C/ρC=1/ρP+（C-1）/ρ

1.429/ρC=1/2000+（1.429-1）/1000

ρC=1538kg/m3

ν＝Xρ/（1-CX）×C/ρC=0.07×1000/（1-1.429×0.07）×1.429/1538=0.0722m3滤饼/m3滤液

滤液体积：

V＝qA=0.07×47.1=3.297m3

滤饼体积：

VC＝νV＝0.0722×3.297＝0.238m3

滤饼厚度：

L＝VC/A=0.238/47.1=0.005m=5mm

传热

一.填空

1.间壁式换热器传热过程包括:

（流体1向换热器壁面的对流换热）（然后是换热器壁面的导热过程）（最后是换热器壁面向流体2的对流换热）三个步骤.

2.传热的基本方式有三种:

（热传导）（热对流）和（热辐射）.

3.无相变化时热负荷的计算方法有两种:

（比热法）和（反差法）.

4.在传热实验中,用饱和水蒸汽加热空气,加热蒸汽在（壳）程流动,加热器顶部设置排气阀是为了（定期排放不凝性气体）.总传热系数接近于（空气）侧的对流传热系数,而壁温接近于（蒸汽）侧流体的温度.

5.一般说来,（金属）的导热系数最大,（气体）的导热系数最小.

6.黑体1的表面温度为27℃,黑体2的表面温度为627℃,黑体2的辐射能力为黑体1的（（900/300）^4=81）倍.为了减少设备的辐射热损失,可在表面镀以黑度（较小）的银铝等.

7.单一饱和蒸汽冷凝时,热阻由（冷凝液膜的热阻）决定,含不凝性气体的蒸汽冷凝时,热阻由（不凝性气体层的热阻）决定.

8.间壁式换热器中,壁温总是接近于（热阻中）侧流体的温度.

9.在列管换热器中,蒸汽一般通入（管）程,压力高的物料则走（管）程.

10.1和2两种流体在管壳式换热器中进行换热,1为腐蚀性介质,而2无腐蚀性,

（2）流体应走管程.

11.工业上常用饱和蒸汽作加热介质,其主要原因是:

1）饱和蒸汽有恒定的（温度）,2）有（较大的对流传热）系数.

二.选择

1.下列换热器属于间壁式的是（3，4）.

1）直接接触式换热器2）蓄热式换热器

3）夹套式换热器4）套管式换热器

2.列管换热器管程常用流速范围为:

一般液体（,1）,气体（3）.

1）0.5～3m/s2）3～15m/s3）5～30m/s

3、某套管换热器，管间用饱和水蒸汽加热管内空气（空气在管内作湍流流动）使空气温度由２０℃升至６０℃，现需空气流量增加为原来的２倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的

（1）．

1）1.149倍2）1.74倍3）2倍4）不变

三、简答

简述强化传热过程。

四、计算

１、有一套管换热器内管为￠５４×２ｍｍ，外管为￠１１６×４ｍｍ的钢管。

内管中苯从５０℃加热到８０℃，流量为４０００ｋｇ／ｈ,环隙为133.3℃的饱和水蒸汽冷凝,其汽化热为2168.1kJ/kg,冷凝传热系数为11630w/m2k。

苯在５０℃～８０℃之间的物性参数平均值为ρ＝880kg/m3,Cp=1.86kJ/kg.k,λ=0.134w/mk,μ=0.39×10-3Pa.s。

管内壁垢阻为0.000265m2k/w。

管壁及管外侧垢阻忽略不计。

试求：

1）加热蒸汽消耗量。

2）所需传热面积。

3）如苯的流量增加50%，要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多少？

解：

1）Q=qm2r=qm1Cp1（t2-t1）=4000/3600×1.86×103×（80-50）=62000w

qm2=Q/r=62000/（2168.1×103）=0.0286kg/s

2）以外表面为基准

u=qV/0.785d2=4000/3600/880/（0.785×0.052）=0.64m/s

Re=duρ/μ=0.05×0.64×880/（0.39×10-3）=7.22×104>104（湍流）

Pr=CPμ/λ=1.86×103×0.39×10-3/0.134=5.41（0.7

因苯被加热,n=0.4

α1=0.023λ/dRe0.8Pr0.4=0.023×0.134/0.05×（7.22×104）0.8×（5.41）0.4=933.4w/m2k

K2=1/[（1/α1+Rd1）×d2/d1+1/α2]=1/[（1/933.4+0.000265）×54/50+1/11630]=653.9w/m2k

⊿tm=（83.3-53.3）/㏑（83.3/53.3）=67.19℃

Q=K2A2⊿tm

A2=Q/K2⊿tm=62000/（653.9×67.19）=1.41m2

或K1=1/[（1/α1+Rd1）+1/α2×d1/d2]=1/（1/933.4+0.000265+1/11630×50/54）=706.2w/m2k

A1=Q/K1⊿tm=62000/（706.2×67.19）=1.307m2

L1=1.307/（0.05×3.14）=8.32m

L2=1.411/（0.054×3.14）=8.32m

3）qm1́=1.5qm1

Q́=qm1́Cp1（t2-t1）=93000w

α1́=1.50.8α1=1.50.8×933.4

=1291w/m2k

K2́=1/[（1/α1́+Rd1）×d2/d1+1/α2]=1/[（1/1291+0.000265）×54/50+1/11630]

=827.3w/m2k

⊿tḿ=[（T-50）-（T-80）]/㏑[（T-50）/（T-80）]=30/㏑[（T-50）/（T-80）]

⊿tḿ=Q́/K2́A2=

93000/（827.3×1.41）=79.67℃

两式联立解得T=145.6℃

或K1́=1/[（1/α1́+Rd1）+1/α2×d1/d2]=1/（1/1291+0.000265+1/11630×50/54）=893.5w/m2k

⊿tḿ=Q́/K1́A1

=93000/（893.5×1.307）=79.64℃

即30/㏑[（T-50）/（T-80）]=79.64

两式联立解得T=145.6℃

有一列管式换热器,装有￠25×2.5mm钢管300根,管长为2m,要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管内由20℃加热到85℃,选用108℃饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。

若水蒸汽的冷凝传热系数为10000w/m2k，管壁及两侧污垢热阻均可忽略不计，而且不计热损失。

已知空气在平均温度下的物性常数为：

Cp=1kJ/kg.k,λ=0.0285w/mk,μ=1.98×10-5Pa.s，Pr=0.7，试求：

1）空气在管内的对流传热系数；2）换热器的总传热系数。

3）通过计算说明该换热器能否满足需要？

4）计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。

解:

1）Pr=0.7

Re=duρ/μ=dqm/μA

=0.02×8000/3600/（300×0.785×0.022×1.98×10-5）=2.38×104>104（湍流）

l/d=2/0.02=100>60,空气被加热n=0.4

α1=0.023λ/dRe0.8Pr0.4

=0.023×0.0285/0.02×（2.38×104）×0.70.4=90.12w/m2k

2）以外表面为基准

K2=1/（1/α1×d2/d1+1/α2）=

1/（1/90.12×25/20+1/10000）

=71.58w/m2k

3）Q=qm1Cp1（t2-t1）=8000/3600×1×103×（85-20）

=1.44×105w

Q́=K2A2⊿tm=71.58×300

×3.14×0.025×2×（88-23）/㏑（88/23）

=1.63×105w

Q́>Q该换热器能满足需要

4）（T-Tw）/（1/α2A2）=（Tw-t）/（1/α1A1）

即（108-Tw）/[1/（10000×0.025）]=[Tw-（20+85）/2]/[1/（90.12×0.02）]

解得Tw=107.6℃

在换热器中用水冷却醋酸，传热面积为50m2，两流体逆流流动。

冷却水流量为3.3×103kg/h，进口温度为20℃，醋酸的进口温度为110℃。

换热器刚清洗之后，冷却水的出口温度为45℃，醋酸的出口温度为40℃。

运转一段时间之后，在冷热两流体的进口温度和流量均不变的情况下，换热器的换热量只达到原来的90%。

求此时换热器传热面两侧的污垢热阻之和的近似值。

水的比热为4174J/kg.K，设两种流体的物性变化不大