化工原理经典习题.doc

化工原理（含化工原理实验）经典习题一、选择与填空（20%）1、用离心泵将某贮槽A内的液体输送到一常压设备B，若设备B变为高压设备，则泵的输液量 ，轴功率 。2、球形颗粒的自由沉降过程包括加速运动和等速运动两个阶段，沉降速度是指 阶段中的颗粒相对于流体的运动速度。3、通过三层平壁的定态热传导过程，各层界面接触均匀，第一层两侧面温度分别为120和80，第三层外表面温度为40，则第一层热阻R1与第二、三层热阻R2、R3的大小关系为 。A、R1(R2+ R3) B、R1(R2+ R3) C、R1(R2+ R3) D、无法确定4、某二元物系，相对挥发度=2.5，对n、n-1两层理论板，在全回流条件下，已知xn=0.35，则yn-1= 。5、在吸收操作中，若c*c cic，则该过程为 。A、液膜控制 B、气膜控制 C、双膜控制 D、不能确定6、分配系数kA增加，则选择性系数 。A、减小 B、不变 C、增加 D、不确定7、在填料塔的p/zu曲线图上，有 和 两个折点，该两个折点将曲线分为三个区，它们分别是 、 、 。8、采用一定状态的空气干燥某湿物料， 不能通过干燥除去。A、结合水分 B、非结合水分 C、自由水分 D、平衡水分二、如图所示(附件)，用离心泵将储槽A中的液体输送到高位槽B（两个槽位敞开），两槽液面保持恒定，两液面的高度差为12m，管路内径为38mm，管路总长度为50m（包括管件、阀门、流量计的当量长度）。管路上安装一孔板流量计，孔板的孔径为20mm，流量系数C0为0.63，U管压差计读数R为540mm，指示液为汞（汞的密度为13600kg/m3）。操作条件下液体密度为1260kg/m3，粘度为110-3Pas。若泵的效率为60%，试求泵的轴功率，kW。摩擦系数可按下式计算：滞流时， = 64/Re湍流时， = 0.3164/Re0.25 （13）三、在一定条件下恒压过滤某悬浮液，实际测得K=510-5m2/s，Ve=0.5m3。先采用滤框尺寸为635mm635mm25mm的板框压滤机在同一条件下过过滤某悬浮液，欲在30min过滤时间内获得5m3滤液，试求所需滤框的个数n。 （6%）第一页，共二页四、有一列管换热器，装有25mm2.5mm钢管300根，管长为2m。将管程的空气由20加热到85，空气流量为8000kg/h。用108的饱和蒸汽在壳程作为介质，水蒸气的冷凝传热膜系数为1104W/(m2K)。管壁及两侧污垢热阻可忽略，热损失可忽略。已知管内空气的普兰特准数Pr为0.7，雷诺准数Re为2.383104，空气导热系数为2.8510-2W/(mK)，比热容为1kJ/(kgK)。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（以管外表面积为基础）；（3）通过计算说明该换热器能够满足要求。 （12%）五、在一连续精馏塔中分离某理想二元混合物。已知原料液流量为100kmol/h，其组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同）；塔顶馏出液流量为50kmol/h，其组成为0.96；泡点进料；塔顶采用全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的1.5倍；操作条件下平均相对挥发度为2.1，每层塔板的气相默弗里板效率为0.5。（1）计算釜残液组成；（2）求精馏段操作线方程；（3）若经过精馏段第n块实际板液相组成降低了0.01，求经过该板气相组成的最大变化量。 （13%）六、在填料层高度为8.5m的吸收塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。已知进塔混合气体中溶质的含量为0.05（摩尔比）；单位塔截面上惰性气体流量为50kmol/(m2h)；气相总吸收系数为0.34 kmol/(m2h)；溶质的吸收率为98%；在操作条件下，该系统的平衡关系为Y=2.2X（X、Y均为摩尔比）；溶剂用量为最小用量的1.5倍。试计算：（1）出塔液相组成；（2）所有填料的比表面积。 （11%）七、湿度为0.01kg/kg绝干空气的常压新鲜空气经预热器加热后，在常压下用于干燥某种湿物料。空气进、出预热器的温度分别为20、120，含水量分别为20%、5%（均为湿基）。干燥后产品的流量为60kg/h，湿物料的平均比热容为2.134kJ/(kg)，忽略干燥系统的热损失。试求：（1）新鲜空气的流量V（m3/h）；（2）干燥系统所需要的总加热速率Q。 （10%）八、实验部分（15%/）1、在进行间歇精馏操作过程中，为了保持塔顶温度的恒定，应逐渐 回流比；同时为了保持塔顶产品产量的恒定，应逐渐 塔釜加热量。2、在进行圆形直管内空气湍流流动的对流传热系数测定实验中，需要测定哪些物理量？3、在恒压过滤常数测定实验中，已知不同滤液量V对应的过滤时间，试简要说明利用作图法求取恒压过滤常数的方法。4、设计一实验流程（画出其实验流程示意图），可以完成如下实验内容：（1）进行离心泵性能的研究；（2）进行水平直管摩擦阻力与流动雷诺数关系的研究。一、【基本题】（选择填空题或直接填空，每空1分，共25分）1、在完全湍流区，流动摩擦阻力损失与（ ）成正比；在层流区，流动摩擦阻力损失与（ ）成正比。流速的一次方 流速的平方 流速的三次方 流速的五次方2、在设计沉降室时，所依据的基本关系是Vsblut，其中ut是指（ ）颗粒的平均沉降速度 要求被除去的最小颗粒的沉降速度平均粒径大小的颗粒的沉降速度3、在塔板设计中，若加大板间距则漏夜线（ ），液泛线（ ）。下移 不变 上移 不确定4、填料因子值减小，填料塔的液泛速度uF（ ）增大 不变 不确定 减小5、对于第I类物系，若温度升高，则溶质在溶剂中的溶解度（ ）、分层区的面积（ ）。不变 减小 增大 不确定6、离心泵的气蚀余量越小，则其抗气蚀能力（ ）。越强 越弱 不确定7、精馏塔有（ ）种进料热状况，其中（ ）进料的q值最大，进料温度（ ）泡点温度。8、在逆流吸收塔中，用清水吸收混合气中的溶质组分。其液气比L/V为2.7，平衡关系为Y=1.5X。若溶质的回收率为90%，则操作液气比与最小液气比之比值（ ）。9、离心泵压头的物理意义：（ ）。10、选择旋风分离器的依据是 ：（ ）、（ ）和（ ）。11、根据热补偿方式的不同，列管式换热器可分为（ ）换热器、（ ）换热器和（ ）换热器。12、某恒压过滤的方程为V2+V=0.01721，V单位为m3，单位为s若过滤面积为18.55m2，则过滤常数K=（ ）、Ve=（ ）、e=（ ）、qe=（ ）；欲得5m3的滤液，所需的过滤时间为（ ）。二、【流体输送】（共12分）采用如图所示的输送系统，将水池中的清水输送到高位槽中。（1）试分析当出口阀C的开度由C1增大到C2时，真空表和压力表的读数如何变化；（8分）（2）若离心泵的方程为H327.0104Q2 （m2/s）试求输水量为0.01m3/s时的管路方程。 （4分）三、【传热】（共12分）一定流量的空气用列管式换热器从20加热到80，空气在管内呈湍流流动，管外为饱和蒸汽冷凝加热。现因生产需要，空气流量增加20%，并要求空气的第一页 共二页进出口温度保持不变。现拟采用提高加热蒸汽的温度，从而提高平均传热温差的办法来解决这一问题，试求：换热器平均温差应提高的百分比。 （12分）（不考虑管壁及可能的污垢热阻）四、【精馏】（共13分）在常压连续精馏塔内分离某理想二元混合物。已知进料量为100kmol/h，其组成为0.4（易挥发组分的摩尔分率，下同）；馏出液流量为40kmol/h，其组成为0.95；进料为泡点进料；操作回流比为最小回流比的1.6倍；每层塔板的液相默弗里板效率EML为0.5；在本题范围内气液平衡方程为y=0.6x+0.35；测得进入该塔某层塔板的液相组成为0.35。试计算：（1）精馏段操作线方程； （8分）（2）离开该层塔板的液相组成。 （5分）五、【吸收】（共11分）在一直径为1.2m、填料层高度为5m的吸收塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。已知入塔混合气中惰性组分的摩尔流量为40kmol/h，气相总体积吸收系数为62.5kmol/(m3h)；在操作条件下，平衡线和操作线均为直线，且平衡线与操作线的斜率之比为0.7。试计算该吸收塔的吸收率A。 （11分）六、【干燥】（共12分）在常压下用湿空气干燥某湿物料。已知湿空气的流量为1000kg/h，进预热器时的温度为20，相对湿度为60%，进干燥器的温度为107，离开干燥器时的湿度为0.03kg/kg绝干气，试求以下两种情况下空气出干燥器的温度。（1）理想干燥过程； （6分）（2）不向干燥器补充热量，加热物料消耗的热量为15000kJ/h，干燥器的热损失为3KW。 （6分）已知20时水的饱和蒸汽压为2.334kPa。七、【实验】（共15分）1、在进行连续精馏操作过程中，随着进料中轻组分浓度减小，塔顶温度（ ），塔底馏出液中轻组分（ ） （2分）。2、在离心泵性能测定实验中，应进行（ ）曲线的测定 （3分）。3、干躁过程中，随着干球温度的升高，干躁速率（ ），临界湿含量（ ） （2分）。4、设计一实验流程（画出其实验流程示意图）并写出简要实验步骤，完成如下实验内容： （8分）（1）进行恒压过滤常数的测定；（2）进行滤饼的压缩性指数s和物料常数k的测定。一、选择与填空（共30分）1、如图所示的流动系统，当阀门C的开度增大时，流动系统的总摩擦阻力损失hf将 ，AB管段的摩擦阻力损失hf，AB将 。（2分）2、三只长度相等的并联管路，管径的比为1:2:3，若三只管路的流动摩擦系数均相等，则三只管路的体积流量之比为 。（2分） : 3 C、1: 24:39 D、1:4:9 A、1:2:3 B、1:1题 附图 3题 附图3、如图所示的清水输送系统，两液面均为敞口容器。现用该系统输送密度为1200kg/m3的某溶液（溶液的其他性质与水相同），与输送清水相比，离心泵所提供的压头 ，轴功率 。（2分）A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定4、如图所示为某流动系统的竖直圆管段部分，当清水的平均流速为50mm/s时（此时管内为层流），管轴心处的某刚性球形固体颗粒由A截面到达B截面的时间为20s；当平均流速为30mm/s时，该固体颗粒在管轴心处由A截面到达B截面的时间为 。（2分）5、板框过滤机采用横穿洗涤法洗涤滤饼，其洗涤操作的特征是：洗液流经滤饼的厚度大约是过滤终点滤饼厚度的 倍；洗液流通面积是过滤面积的 倍。（2分）A、1 B、0.5 C、2 D、46、一维稳态温度场傅立叶定律的表达式为 。（2分）7、在传热计算中，平均温度差法往往用于 计算，传热单元数法往往用于 计算。（2分）A、设计型 B、核算型 C、设计型和核算型8、操作中的精馏塔，若保持F、xF、q、R不变，减小W，则L/V ，L 。（2分）A、减小 B、不变 C、增大 D、不确定9、在吸收操作中，以液相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为 。（2分）A、X*X B、XX* C、XiX D、XXi第一页 共三页10、板式塔是 接触式气液传质设备，操作时 为连续相；填料塔是 接触式气液传质设备，操作时 为连续相。（4分）11、若萃取相和萃余相在脱除溶剂后的组成均与原料液的组成相同，则所用萃取剂的选择性系数 。（2分）A、小于1 B、大于1 C、不确定 D、等于112、多级错流萃取的特点是： 、 和 。（3分）13、常压湿空气由t1加热到t2，则空气的性质参数H2 H1、I2 I1、tW2 tW1。（3分）A、大于 B、不确定 C、小于 D、等于二、采用如图所示的输送系统，将水池中的清水（密度为1000kg/m3）输送到密闭高位槽中。离心泵的特性方程为H407.0104Q2（式中H的单位为m，Q的单位为m3/s），当压力表的读数为100kPa时，输水量为10L/s，此时管内流动已进入阻力平方区。若管路及阀门开度不变，当压力表读数为80kPa时，试求：（1）管路的特性方程；（10分）（2）输水体积流量；（5分）（3）离心泵的有效功率。（5分）三、过滤基本方程式为：)(dd12esVVvrpAV+=?式中 V过滤体积，m3；过滤时间，s；A过滤面积，m2；p过滤的压差，Pa；s滤饼的压缩性指数，无因次；滤液的粘度，Pas；r单位压差下滤饼的比阻，1/m2；v滤饼体积与相应滤液体积之比，m3滤饼/m3滤液；Ve过滤介质的虚拟滤液体积，m3。试根据该式分析强化过滤操作的途径。（8分）四、某低粘度流体的流量为10000kg/h，比热容为4.18kJ/(kg)，生产上要求将该流体由15加热到100。现采用的换热器是列管式换热器，其管束由160根管径为25mm2mm的不锈钢管组成。管外的加热热源为110的饱和水蒸气，其冷凝对流传热系数为12kW/(m2)。欲完成生产任务，当换热器为单管程时，换热器的长度为4.5m；若将单程改为双管程，而管子的总数不变，试求：（1）换热器的总传热系数；（10分）（2）所需换热管的长度。（6分）（不考虑管壁及可能的污垢热阻，忽略换热器的热损失，并假设流体在管内均呈湍流流动，两种情况下蒸气冷凝对流传热系数相同）第二页 共三页五、某制药厂用板式精馏塔回收丙酮含量为75（摩尔，下同）的废丙酮液媒。该精馏塔共装有28层塔板，塔顶采用全凝器，泡点回流；塔底采用再沸器间接加热。因在常压下操作，该分离物系可视为二元理想物系，其平均相对挥发度为1.8。现场测得一组数据如下：馏出液中丙酮的含量 96 釜残夜中丙酮的含量 5精馏段液相的负荷 40kmol/h 精馏段气相的负荷 60kmol/h提馏段液相的负荷 66kmol/h 提馏段气相的负荷 60kmol/h试根据以上数据核算：（1）丙酮的回收率；（5分）（2）操作回流比与最小回流比的比值；（8分）（3）该板式塔的总板效率。（7分）提示：吉利兰图中的曲线可用下式表示，即：Y0.54580.5914X0.0027X其中 1min+?=RRRX，2min+?=NNNY六、在直径为1.2m的填料吸收塔中，拟装填3m高的DN25塑料阶梯环填料，该填料的比表面积为228m2/m3，在该填料吸收塔中用纯溶剂吸收某混合气体中的溶质组分。已知入塔混合气体的流量为40kmol/h，溶质的含