化工原理试卷及答案

化工原理试卷及答案

1填空题（每空 1 分，共 20 分）

1．某容器内的绝对压强为200 kPa ，当地大气压为101.3 kPa ，则表压为______。 2．在重力沉降操作中，影响沉降速度的因素主要有 、 和 。 3．热量传递的基本方式有 、 和 。 4．吸收因子A 可表示为 ，它是 与 的比值。

5．空气的干球温度为t ，湿球温度为t w ，露点温度为t d ，当空气的相对湿度等于1时，则t 、

t w 和t d 的大小关系为 。

6．吸收操作一般用于分离 混合物，其原理是利用原料中各组分 差异来达到分离的目的；精馏操作则一般用于分离 混合物，其原理是利用原料中各组分的 差异来达到分离的目的。

7．恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括 阶段和 阶段。

8．全回流（R = ∞）时，精馏段操作线的斜率为 ，提馏段操作线的斜率为 ，对相同的x D 和x W ，部分回流比全回流所需的理论板数 。 一、 选择题（每小题 2 分，共 20 分）

1．不可压缩流体在圆管内作稳定流动，流动速度与管径的关系是 （ ）

A . 21221()u d

u d = B ．2112

2

()u d u d =

C ．

11

22

u d u d = D ．

12

21

u d u d = 2．离心泵的特性曲线是在哪种情况下测定 （ ）

A ．效率一定

B ．功率一定

C ．转速一定

D ．管路（l +∑l e ）一定

3． 对一台正在工作的列管式换热器，已知α1＝11600 W?m -2?K -1 ，α2＝116 W?m -2?K -1，要提高总传热系数K ，最简单有效的途径是 （ ） A ．设法增大α1 B ．设法增大α2 C ．同时增大α1和α2

D ．不确定

4．在降尘室内，要使微粒从气流中除去的条件是 （ ）

A．停留时间≥沉降时间B．停留时间≤沉降时间

C．停留时间＜沉降时间D．停留时间＞沉降时间

5．在讨论旋风分离器的分离性能时，临界粒径这一术语是指（）

A.旋风分离器效率最高时旋风分离器的直径

B.旋风分离器允许的最小直径

C．旋风分离器能够全部分离出来的最小粒径

D．能保持层流流型最大的颗粒直径

6. 若亨利系数E值很大，依据双膜理论，则可判断过程的吸收速率控制由（）

A．气膜B．液膜C．双膜D．液相主体

7．沿着精馏塔的提馏段往下，蒸气中易挥发组分（）A．越来越少B．越来越多

C．基本不变D．先增多，后变少

8．对逆流操作的吸收塔，其它条件不变，当吸收剂用量趋于最小用量时则（）A．吸收推动力最大B．吸收率最高

C．出塔的气体浓度最低

D．吸收液浓度趋于最高

9．固体物料在恒速干燥终了时的含水量称为（）A．平衡含水量B．自由含水量C．临界含水量D．饱和含水量

10．对于有一定精馏塔数的精馏塔，当q、x F等保持一定，而回流比R增大时，则定有

（）A．x D增大，x w减小B．x D不变，x w增加

C．x D减小，x w增加

D．x D减小，x w不变

三、判断题（每小题1分，共10 分）

1．化学工程中的传递过程包括动量传递、热量传递和质量传递。（）2．离心泵的压头又称扬程，指离心泵对单位质量的液体所能提供的有效能量。（）3．流体在管路中流动时阻力可分为局部阻力和直管阻力两类。（）4．液体和气体的粘度均随温度升高而增大。（）5．溶液被加热到产生第一个气泡时的温度，称为泡点温度。（）6．升高温度或降低总压均有利于吸收操作的进行。（）

3．流体在管路中流动时阻力可分为局部阻力和直管阻力两类。（）4．液体和气体的粘度均随温度升高而增大。（）5．溶液被加热到产生第一个气泡时的温度，称为泡点温度。（）6．升高温度或降低总压均有利于吸收操作的进行。（）7．一般来说，离心沉降设备的分离效果比重力沉降设备的分离效果好。（）8．填料塔中填料的有效比表面积越大，传质单元高度越小。（）9．两流体间壁传热时，以管外或管内表面积计，传热速率相等。（）10．转子流量计是恒压强变截面的流量计。（）四、简答题（每小题5分，共20 分）

1．怎样强化传热过程？哪种强化途径是最主要的？

2．什么是离心泵的气蚀现象？简述气蚀现象引起的不良后果。

3．简述流体在直管内流动时的流动类型及其判断依据。

4．何谓两相间传质的双膜理论？其基本论点是什么？

1.有一用水吸收混合气中氨的常压逆流吸收塔，如图所示。水由水池用离心泵送至塔顶经喷头喷出，泵入口管为Φ108 mm×4 mm的无缝钢管，管中流量为40 m3/h，出口管为Φ89 mm×3.5 mm无缝钢管。池内水深为2 m，池底至塔顶喷头入口处的垂直距离为20 m。管路的总阻力损失为40 J/kg，喷头入口处的压强为120 kPa（表压）。试计算：1）此过程离心泵提供的有效功W；2）设泵的效率为65%，试求泵所需的功率。（本题条件下，水的密度为1000kg/m3，重力加速度g=9.81m/s2）

题1附图

2.在一套管式换热器中，流量为2500 kg/h，平均比热容为2.0 kJ/(kg?℃)的热流体在内管中从90℃冷却至50℃，环隙中冷水从20℃被加热至40℃。冷、热流体逆流流动。已知冷却水的平均比热容为4.17 kJ/(kg?℃)，传热系数K值为200 w/(m2?℃)。试求：（1）冷却水用量，kg/h；（2）所需的传热面积。（忽略换热过程中的热损失）

3.有苯和甲苯混合物，含苯0.4，流量1000 kmol/h，在一常压精馏塔内进行分离，要求塔顶馏出液中含苯0.9（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流，取回流比为最小回流比的1.5倍，已知相对挥发度α = 2.5。试计算：（1）塔顶产品量D；塔底残液量W及组成x W；（2）回流比R及精馏段操作线方程。

一、填空题（每空1 分，共20 分）

1．98.7 kPa

2．颗粒直径（dp）、颗粒密度（ρp）、流体密度（ρ）

3．(热)对流、(热)传导、(热)辐射

4．L/m G操作线斜率平衡线斜率

5．t=t w=t d

6．气体溶解度液体挥发度（沸点）

7．恒速干燥降速干燥

8．1 1 多

二、选择题（每小题2 分，共20 分）

1-5．ACBAC 6-10．BADCA

三、判断题（每小题1 分，共10 分）

1．√ 2．√ 3．√ 4．×5．√ 6．×7．√ 8．√ 9．×10．√ 四、简答题（每小题5 分，共20分）

1．根据传热总速率方程Q=KA△t m，可知，强化传热的方式有三种：

1）增加传热面积A；

2）增加总传热系数K；

3）增加对数平均温度差；

其中，增加K的方法是最为主要的一种方式。（5分）

2．当叶轮入口入的最低压强降到液体在该处温度下的饱和蒸气压时，泵内液体汽化，汽泡形成和破裂的过程中使叶轮材料受到损坏的现象成为汽蚀现象。

（2分）

汽蚀现象危害：1）造成很高的局部压力，发生噪声，引起泵的振动；

2）同时还造成金属表面严重的电化学腐蚀；

3）严重时，造成泵泵的流量、扬程和效率都会下降，不能正常工作。（3分）

根据雷诺数Re

ud

ρ

μ

=（分）

可将流体在直管内的流动分为三种方式：

1）当雷诺数Re2000,

≤层流；

2）当雷诺数2000Re4000,

<<流动类型不稳定，可能层流，也可能湍流；

3）当雷诺数

Re 4000,

≥流动湍流。

（3分）

4．双膜理论基于双膜模型，它把复杂的对流传质过程描述为溶质以分子扩散形式通过两个串

联

的

有

效

膜

。

（2分）

双膜理论的三个基本观点：

1）相互接触的气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧分别存在着稳定的气膜和液膜。膜内流体流动状态为层流，溶质A 以分子扩散方式通过气膜和液膜，由气相主体传递到液相主体。

2）在相界面处，气液两相达到相平衡，界面处无扩散阻力。

3）在气膜和液膜以外的气液主体中，由于流体的充分湍动，溶质A 的浓度均匀，即认

为主体中没有浓度梯度，换句话说，浓度梯度全部集中在两个膜层内。 （3分）

五、计算题（每小题 10 分，共 30 分）

1．解：以水池为1-1截面，塔顶喷头入口处为2-2截面，在1-1截面和2-2截面间列柏努利方

程

，

221122

12f 1-2u p u p Z g +++W =Z g +++h 22ρρ

∑

（2分） 以

1-1

截面为基准面，由己知可得：

00()18,120()

表压表压1122Z =, p = kPa Z =m p =kPa

由于水池液面比管路的截面大得多，因此01u = 塔顶喷头入口的流速222

40/3600 2.110.08244vs q u ===m/s d ππ

代入上式可得：

2.1100

76.583881/W g J Kg 2.11?120?10=18+

++40=1+2.23+120+40=3.21000

（5分） 由e v p q W p p

ρη=

=可得

40/3600338.811000

5791 5.790.65

e

v p q W p W KW ρ

η

η

??=

=

=

==（3分）

2．解：（1）()111255.56m p Q q c T T =-= KJ/S(KW)

己知冷热流体换热过程中无热损失，()()11122221m p m p Q q c T T q c t t =-=- （3分） 己知冷热流体换热过程中无热损失，()()11122221m p m p Q q c T T q c t t =-=- （3分）

()()

()

111222212500/3600 2.090500.67/4.17(4020)

m p m p q c T T q kg s

c t t -??-=

=

=-?-

（2分） （

）

1212

(9040)(5020)

39.1550

ln ln

30m t t t t t ?-?---?=

==??℃

（2分）

()1112m p m Q q c T T KA t =-=?

3

2

55.56107.1020039.15

m Q A m K t ?===??

另解：由于

1290405

240203t t ?-==

m t t t ?+?---?===℃ （2分）所以3

255.5610 6.9520040

m Q A m K t ?===?? （3分）

3． 解：（1）

kmol/h 600kmol/h 400%

904

.010009.0===?W D D

10000.44000.9

10000.44000.96000.0667

600

W W x x ?-??=?+?=

=

（2）1

11

---=

=q z x q q

y q F

q 线方程： 4.0=x 平衡线方程：

()x

x

y x

x y 5.115.2115.2+=

-+=

=ααα 联立求得交点坐

标为：0.4

0.625

p p x y ==

min min 0.90.625

1.222

1.5 1.83330.6250.4

D p p p

x y R R R y x --=

=

===--

精馏段操作线：

317.0647.01

1+=+++=

x R x x R R

y D

（4分）