化工原理复习题

1、第一章流体流动与输送机械1. 燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含CO28.5，O27.5，N276，H2O8（体积），试求此混合气体在温度500、压力101.3kPa时的密度。解：混合气体平均摩尔质量 混合密度 2已知20下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m3和789kg/m3,试计算50（质量）乙醇水溶液的密度。又知其实测值为935 kg/m3，计算相对误差。解：乙醇水溶液的混合密度 相对误差： 3在大气压力为101.3kPa的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa。若在大气压力为90 kPa的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？解：题4 附图

2、4如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m，其读数为58 kPa。试计算液面到下方测压口的距离。解：液面下测压口处压力 BDh1h2AC题5 附图5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm和600mm。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为800 kg/m3和1000 kg/m3。（1）计算玻璃管内水柱的高度；（2）判断A与B、C与D点的压力是否相等。解：（1）容器底部压力 （2） 10硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为76

3、5;4mm和57×3.5mm。已知硫酸的密度为1831 kg/m3，体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: (2) 小管: 质量流量不变 或: 1题12 附图11 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。解: 以高位槽液面为1-1面,管出口内侧为2-2面,在1-1 2-2间列柏努力方程: 简化: 题17 附图1

4、4附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统，丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为2.0MPa（表压），精馏塔内操作压力为1.3MPa（表压）。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m，管内径为140mm，丙烯密度为600kg/m3。现要求输送量为40×103kg/h，管路的全部能量损失为150J/kg（不包括出口能量损失），试核算该过程是否需要泵。 解: 在贮槽液面1-1与回流管出口外侧2-2间列柏努力方程: 简化: 20如附图所示，用泵将20水从水池送至高位槽，槽内水面高出池内液面30m。输送量为30 m3/h，此时管路的全部能量损失为40J/kg。设泵的效率为70，试求

5、泵所需的功率。 解: 在水池1面与高位槽2面间列柏努力方程: 简化: 第三章传热1、某加热器外面包了一层厚为300mm的绝缘材料，该材料的导热系数为0.16W/（m×），已测得该绝缘层外缘温度为30，距加热器外壁250mm处为75，试求加热器外壁面温度为多少？解：2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成；耐火砖b1=230mm，l1=1.05 W/(m·)绝热砖b2=230mm，l2=0.151W/(m·)建筑砖b3=240mm，l3=0.93W/(m·) 已知耐火砖内侧温度为1000，耐火砖与绝热砖界面处的温度为940，要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得

6、超过138，试求：（1） 绝热层需几块绝热砖；（2） 普通砖外侧温度为多少？解：（1）b2=?230mm<b2=442mm<230×2mm则：绝热层需两块绝热砖。校核t2=?（2）t4=?习题3-3 附图3、50×5的不锈钢管，导热系数116（·），外面包裹厚度为30mm导热系数0.2W/（·）的石棉保温层。若钢管的内表面温度为623，保温层外表面温度为373，试求每米管长的热损失及钢管外表面的温度。解：已知钢管的内半径钢管的外半径保温层的外半径根据式（3-12a），每米管长的热损失由于是定态热传导，故各层传导的热量应该相等，可得到钢管外表面

7、的温度t2。16、每小时8000m3（标准状况）的空气在蒸汽加热器中从12被加热到42，压强为400kPa的饱和水蒸气在管外冷凝。若设备的热损失估计为热负荷的5%，试求该换热器的热负荷和蒸气用量。解：热量衡算：查得标准状况下的空气物性参数蒸汽用量：17、在一套管式换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K，冷却水进出口温度分别为290K和320K。试求冷却水消耗量。解：由苯的定性温度，查苯的物性参数由苯计算热负荷由冷却水的定性温度，查水的物性参数18、在一列管式换热器中，将某溶液自15加热至40，载热体从120降至60。试计算换热器逆流和并流时的冷、热流体平均温度差。解：

8、（1）逆流1206040158045时平均温度差为12060154010520并流：19、在一单壳程、四管程的列管式换热器中，用水冷却油。冷却水在壳程流动，进出口温度分别为15和32。油的进、出口温度分别为100和40。试求两流体间的温度差。解：先按逆流时计算，逆流时平均温度差为1004032156825折流时的对数平均温度差为其中由图3-27（a）查得，故20、在一内管为f180´10mm的套管式换热器中，管程中热水流量为3000kg/h，进、出口温度分别为为90和60。壳程中冷却水的进、出口温度分别为20和50，总传热系数为2000W/(m2×)。试求：（1）冷却水用量

9、；（2）逆流流动时的平均温度差及管子的长度；（3）并流流动时的平均温度差及管子的长度；解：（1）水的比热（2）逆流时平均温度差为906050204040（3）并流时平均温度差为90602050701021、在一内管为f25´2.5mm的套管式换热器中，CO2气体在管程流动，对流传热系数为40 W/(m2×)。壳程中冷却水的对流传热系数为3000W/(m2×)。试求：（1）总传热系数；（2）若管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（以外表面积计）解：查得碳钢的导热系数取管内CO2侧污垢热阻

10、Rs2=0.53´10-3 (m2×K/W)管外水侧热阻Rs1=0.21´10-3 (m2×K/W)(1)总传热系数（以外表面积计）（2）管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，即a¢2=80W/(m2×K)总传热系数增加92.8%（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，a¢1=6000W/(m2×K)总传热系数增加0.7%第五章气体吸收气液平衡1在常压、室温条件下，含溶质的混合气的中，溶质的体积分率为10，求混合气体中溶质的摩尔分率和摩尔比各为多少？解：当压力不太高，温度不太低时，体积分率等于分摩尔分率，即y=0.1

11、0根据 ，所以2向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO2气体，经充分接触后，测得水中的CO2平衡浓度为2.875×102kmol/m3，鼓泡器内总压为101.3kPa，水温30，溶液密度为1000 kg/m3。试求亨利系数E、溶解度系数H及相平衡常数m。解：查得30，水的稀溶液：3在压力为101.3kPa，温度30下，含CO220（体积分率）空气CO2混合气与水充分接触，试求液相中CO2的摩尔浓度、摩尔分率及摩尔比。解：查得30下CO2在水中的亨利系数E为1.88×105kPaCO2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液5用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含氨6（

12、体积），氨的吸收率为93.3，溶液出口浓度为0.012（摩尔比），操作条件下相平衡关系为。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。解：塔顶： 塔底： 吸收过程设计型计算10用20的清水逆流吸收氨空气混合气中的氨，已知混合气体总压为101.3 kPa，其中氨的分压为1.0133 kPa，要求混合气体处理量为773m3/h，水吸收混合气中氨的吸收率为99。在操作条件下物系的平衡关系为，若吸收剂用量为最小用的2倍，试求（1）塔内每小时所需清水的量为多少kg？（1）塔底液相浓度（用摩尔分率表示）。解：（1） 实际吸收剂用量L=2Lmin=2×23.8=47.6kmol/h856.8 kg

13、/h（2） X1 = X2+V（Y1-Y2）/L=0+11在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收混合气体中的有害组分A，已知进塔混合气体中组分A的浓度为0.04（摩尔分率，下同），出塔尾气中A的浓度为0.005，出塔水溶液中组分A的浓度为0.012，操作条件下气液平衡关系为。试求操作液气比是最小液气比的倍数？解：12用SO2含量为1.1×10-3(摩尔分率)的水溶液吸收含SO2为0.09（摩尔分率）的混合气中的SO2。已知进塔吸收剂流量为37800kg/h，混合气流量为100kmol/h，要求SO2的吸收率为80%。在吸收操作条件下，系统的平衡关系为，求气相总传质单元数。解： 吸收剂流量惰

14、性气体流量12空气中含丙酮2%（体积百分数）的混合气以0.024kmol/m2·s的流速进入一填料塔，今用流速为0.065kmol/m2·s的清水逆流吸收混合气中的丙酮，要求丙酮的回收率为98.8%。已知操作压力为100 kPa，操作温度下的亨利系数为177 kPa，气相总体积吸收系数为0.0231 kmol/m3·s，试用解吸因数法求填料层高度。解已知因此时为低浓度吸收，故kmol/m2·s= =11.0也可由和=83.3，查图5-25得到=9.78=所以=9.78×1.04=10.17m第六章蒸馏3试计算压力为101.3kPa时，苯-甲苯混

15、合液在96时的气液平衡组成。已知96时，pAo=160.52kPa，pBo=65.66kPa。解：液相苯的分率：气相苯的分率：5根据某理想物系的平衡数据，试计算出相对挥发度并写出相平衡方程式。温度/pAo/kPapBo/kPa70123.331.280180.447.690252.670.1100349.8101.3解：温度/7080901003.9523.7903.6033.453（1）（2）6在一连续操作的精馏塔中，某混合液流量为5000kg/h，其中轻组分含量为0.3（摩尔分数，下同），要求馏出液轻组分回收率为0.88，釜液中轻组分含量不高于0.05，试求塔顶馏出液的摩尔流量和摩尔分数。

16、已知MA=114kg/kmol, MB=128kg/kmol。解：进料混合物的平均摩尔质量：进料混合液的摩尔流量：物料衡算：则：联立求解得：W= 29.1 kmol/h D=11.31 kmol/h塔顶馏出液摩尔分数：7在一连续精馏塔中分离苯氯仿混合液，要求馏出液中轻组分含量为0.96（摩尔分数，下同）的苯。进料量为75kmol/h，进料中苯含量为0.45，残液中苯含量为0.1，回流比为3.0，泡点进料。试求：（1）从冷凝器回流至塔顶的回流液量和自塔釜上升的蒸气摩尔流量；（2）写出精馏段、提馏段操作线方程。解：物料衡算：则：联立求解得：W=F-D=75-30.52=44.48 kmol/h（1

17、）从冷凝器回流至塔顶的回流液量：自塔釜上生蒸汽的摩尔流量：（2）精馏段操作线方程：（3）提馏段操作线方程：提馏段下降液体组成：8某连续精馏塔，泡点进料，已知操作线方程如下：精馏段：y=0.8x+0.172提馏段：y=1.3x-0.018试求：原料液、馏出液、釜液组成及回流比。解：精馏段操作线的斜率为：由精馏段操作线的截距：®塔顶馏出液组成提馏段操作线在对角线上的坐标为（xw, xw），则由于泡点进料，q线为垂直线。精馏段与提馏段操作线交点的横坐标为xF：14用一连续操作的精馏塔分离丙烯-丙烷混合液，进料含丙烯0.8（摩尔分数，下同），常压操作，泡点进料，要使塔顶产品含丙烯0.95，塔

18、釜产品含丙烷0.95，物系的相对挥发度为1.16，试计算：（1）最小回流比；（2）所需的最少理论塔板数。解：(1) 泡点进料，q=1 则xq=xF=0.8（2）全回流时的最小理论板数17用一连续精馏塔分离苯-甲苯混合液。进料液中含苯0.4（质量分数，下同），要求馏出液中含苯0.97，釜液中含苯0.02，操作回流比为2.0，泡点进料，平均相对挥发度为2.5。使用捷算法确定所需的理论塔板数。解：先将质量分数换算为摩尔分数：泡点进料，q=1 则xq=xF=0.44（2）全回流时的最小理论板数由吉利兰图查得：所需的理论塔板数NT=14.4（不包括塔釜）第一章习题1. 液体的粘度随温度升高而 ，气体的粘

19、度随温度的升高而 。2有外加能量时以单位重量流体为基准的实际流体柏努利方程为 ，各项单位为 。3. 水以2m·s-1的流速在35mm×2.5mm钢管中流动，水的粘度为1×10-3Pa·s，密度为1000kg·m-3，其流动类型为 。4. 在稳定流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的 倍。答案：降低；升高； m；湍流；41. 流体在圆形直管内作定态流动，雷诺准数Re1500，则其摩擦系数应为（ ）A. 0.032 B. 0.0427 C. 0.0267 D. 无法确定2. 双液体U形差压计要求指示液的密度差

20、( ) A. 大； B. 相等； C. 小； D. 无要求3. 流体在圆形直管内流动时，若流动已进入完全湍流区，则摩擦系数与Re的关系为（ ）。 A. 随Re增加，增加 B. 随Re增加，减小 C. 随Re增加，基本不变 D. 随Re增加，先增加后减小4. 如图所示开口容器内盛有油高度为h1和水高度为h2及h，则B和B1点之间压强的大小关系为（ ）。(B和B1点处于同一水平面) PB>PB1 B. PB<PB1 C. PB=PB1 D.无法比较答案：B；C；C；A； 1. 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。 2. 离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发

21、生（ ）。 A.汽化现象 B.汽蚀现象 C.气缚现象 D.气浮现象答案：汽蚀；C 简述何谓离心泵的特性曲线并说明其特点。答：离心泵的特性曲线表示泵的压头H、轴功率N、效率与流量Q之间的关系曲线。其特点为：（1）H-Q曲线，表示泵的压头与流量之间的关系。离心泵的压头一般随流量的增大而下降。（2）N-Q曲线，表示泵的轴功率与流量之间的关系。轴功率随流量的增大而上升，流量为零时轴功率最小。（3）-Q曲线，表示泵的效率与流量的关系，当Q=0时，=0；随着流量增大，泵的效率随之而上升并达到一最大值，此后随流量再增大时效率便下降。 如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为

22、f83×3.5mm，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H1为4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为2.452×105Pa，泵的效率为70%，水的密度r为1000kg/m3，试求：（1）两槽液面的高度差H为多少？ （2）泵所需的实际功率为多少kW？第三章习题1. 金属的导热系数大都随其纯度的增加而 ，随其温度的升高而 。 2. 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1>b2>b3，导热系数l1<l2<l3，在稳定传热过程中，各层的热阻 ，各层导热速率 。3. 物体辐射能力的大小与 成正比，还与 成正比。 答案：增大；降低；R1 > R2 > R3；Q1 = Q2 = Q3； 黑度；温度的四次方 1.间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻成（ ） 2.在相同的温度下，实际物体的吸收率比黑体的吸收率A（ ） 3.有相变的对流传热系数比无相变时的对流传热系数（ ） 4.粘度大，对流传热系数（ ） 5.总传热热阻总是接近对流传热系数（ ）的一侧流体。 6.壁温