中国石油大学 材化专业 化工原理期末考试试卷

1、卷化工原理期末试卷专业班级 材料化学 学 号 姓 名 开课系室 化学工程系 考试日期 一、填空题（共30分，每空1分）1. 研究单元过程的四个基本工具包括物料衡算、 、 和过程速率。2. 某台设备在负压下操作，指示其内部压力的真空表读数为220mmHg，若当地大气压力为760mmHg，则设备内部的绝对压力为 kPa。3. 一般情况下，温度升高时，气体的粘度 ，液体的粘度 。4. 液体离开离心泵的叶轮进入蜗壳后，由于蜗壳流道逐渐 ，液体流速不断 ，液体压力上升。5. 降尘室中颗粒能被分离出来的必要条件是 。6. 在管内空气对流传热系数测定的实验中，在套管换热器内用饱和水蒸气加热空气，传热壁面的温

2、度应接近于 的温度，总传热系数接近于 侧的对流传热系数。7. 根据黑体辐射的斯蒂芬波耳兹曼定律，温度为500K的黑体的辐射能力为 W/m2。8. 大容积饱和沸腾随温差的变化出现三种不同的沸腾状态，即自然对流、 和 。9. 根据溶液与蒸汽流向的相对关系，多效蒸发常见以下三种操作流程：并流加料、 和 。10. 浓度为20%（质量分数）的硝酸钠水溶液，以2000kg/h的流率进料，在单效蒸发器中浓缩，若水分蒸发量为500kg/h，则完成液浓度为 。11. 某泡点进料的连续精馏塔，已知其操作线方程分别为y=0.75x+0.24和y=1.2x-0.02,则回流比R= ,馏出液组成xD = ,釜液组成xW

3、 = 。12. 一块完整的溢流式塔板可以分为 、 、 、安定区和边缘区五个区域。13. 用对流干燥除去湿物料中的水分时，当干燥介质一定，湿物料中 水分可以除去， 水分不可以除去。14. 已知某湿空气的总压为一个大气压，某温度下水蒸气的饱和蒸气压为10kPa，若此温度下该湿空气的相对湿度为50%，则其绝对湿度应为 kg水/kg绝干空气。15. 已知湿物料进料量为2000kg/h，物料的初始含水量为50%（湿基，以下同），干燥完成时物料含水量20%，则物料失去的水分为 kg/h。16. 由干燥速率曲线可将干燥过程分为三段，即物料预热阶段、 和 。17根据吸附质与吸附剂间作用力类型的不同，可将吸附分

4、为两类，即 和 。二、简答题（共20分，每题5分）1、如图所示，左侧水槽中液面高度H保持不变，若阀门开度减小，则阀门前后两根测压管中水面如何变化？为什么？（假设此时摩擦系数不变） 2、简述恒压过滤实验中测定过滤常数的原理。3、画出板式塔气液负荷性能图并标明各线的名称。4、画出干燥平衡曲线，并在图中标明结合水、非结合水、自由水和平衡水的含量。三、计算题（50分）1、（20分）用水泵向高位水箱供水（如附图所示），管路流量为150m3/h，泵轴中心线距水池液面和水箱液面的垂直距离分别为2m和45m。泵吸入管与排出管分别为内径205mm和内径180mm的钢管。吸入管管长50m（包括吸入管路局部阻力的当

5、量长度），排出管管长200m（包括排出管路局部阻力的当量长度），管内摩擦系数=0.025，水的密度1000 kg/m3，粘度1.0×10-3 Pa·s，泵的效率为65%。试求：(1)吸入管和排出管内的流速、雷诺数各为多少？各属于哪种流动类型？（4分）(2)泵吸入口处A点的真空表读数？（6分）(3)泵向单位质量流体所作的功为多少？（6分）(4)泵的轴功率是多少？（4分）2、（15分）在某厂一套管换热器中，将某溶液与冷却水进行逆流换热，已知内管尺寸为25×2.5mm，溶液走管外，流量为1000kg/h，比热为3.35kJ/(kg·K)，对流传热系数为1163

6、W/(m2·)，从150冷却到80；冷却水走管内，从15加热到65，定性温度下水的物理性质如下：比热为4.174kJ/(kg·K)，导热系数为0.6338W/(m·K)，粘度为0.656mPa·s，密度为992.2kg/m3。求：(1) 冷却水用量； （2分）(2) 冷却水的对流传热系数；（5分）(3)如果忽略管壁热阻，求以传热外表面为基准的总传热系数；（2分）(4)该换热器使用6个月后，由于水侧管壁生垢，使传热能力下降，若冷却水流量不变，则水的出口温度为60，求污垢热阻。（6分） 3、（15分）含甲醇0.4（摩尔分率，以下同）的甲醇水溶液，在常压连续精

7、馏塔中分离，进料速率为500kmol/h，饱和液体进料，操作回流比为1.2，进料中甲醇的93%进入塔顶馏出液中，要求馏出液中甲醇摩尔分率为0.93，全塔平均相对挥发度为4.0。试求：(1)塔顶、塔底的产品量及塔釜残液中甲醇含量；（4分）(2)操作回流比是最小回流比的几倍？（6分）(3)由第二块塔板（从塔顶向下数）上升的汽相组成y2。（5分）化工原理期末试题答案专业班级 材料化学 开课系室 化学工程系 考试日期 一、填空题（共30分，每空1分）17. 能量衡算 、 系统的平衡关系 18. 72 19. 增大，减小20. 扩大 ， 下降 21.22. 水蒸气 ， 空气 23. 3543.7524.

8、 核状沸腾和膜状沸腾25. 逆流加料和平流加料26. 26.67%27. R = 3 , xD = 0.96 , xW = 0.1 28. 降液管区 、 受液盘区 、 有效传质区(鼓泡开孔区) 29. 自由，平衡30. 0.032331. 750 32. 恒速干燥阶段和降速干燥阶段17 物理吸附 和 化学吸附 二、简答题（共20分，每题5分）1、答：以管路中心线为高度基准，水槽液面为1-1截面，管路出口处为2-2截面，列两截面间的柏努利方程：已知，u1=0, p1=p2=0(表压), z2=0，上式变为当阀门开度减小时，流体流动阻力增大，即Hf增大，由上式可知u2减小。 (1分)以阀门左边测压

9、管下端垂直于水平管路的截面为3-3截面，列1-1截面至3-3截面间的柏努利方程： 由于u2下降，Hf,1-3也下降，所以p3上升，测压管中水面上升。 (2分)以阀门右边测压管下端为4-4截面，列4-4截面至2-2截面间的柏努利方程： p2=0(表压)，由于u2下降，Hf,4-2也下降，所以p4减小，测压管中水面下降。 (2分)2、答：恒压过滤基本方程为，上式可变形为： (2分)由此可知，t/q与q成直线关系，在直角坐标纸上，若用纵坐标表示t/q，横坐标表示q做图得一条直线。直线的斜率为1/K，截距为2qe/K，由此可以求出K，qe，进而求得teqe2/K，所求得的K、qe和te即为恒压过滤操作

10、条件下的过滤常数。 (3分)3、答： 1、过量液沫夹带线2、过量漏液线3、液泛线4、液相负荷下限线5、液相负荷上限线(画出图给3分,标明各线名称给2分)4、答：(画出图给3分,标明各种水的的含量给2分)三、计算题（50分）1、解：（1）已知水流量qV=150m3/h=0.0417 m3/s泵吸入管内水的流速：泵排出管内水的流速： (2分)泵吸入管内：，为湍流泵排出管内：，湍流 (2分)（2）以水池液面为高度基准面，列11面到真空表处的柏努利方程： (1分)已知，z1=0, u1=0, p1=0（表压）, z2=2m, u2=1.264m/s, (2分) (3分)真空表读数为25294.4Pa（

11、3）列11面和33面间的柏努利方程： (1分)已知，z1=0, u1=0, p1=0（表压）, z3=47m, u3=0，p3=0（表压） (3分)将以上数据代入柏努利方程，得： (2分)（4）泵的有效功率Ne=heqm=503.3×0.0417×100021kW (2分)轴功率为N=Ne/=21/0.65=32.3kW (2分)2、解：(1)已知：d1=0.02m, d2=0.025m, W1=1000kg/h, Cp1=3.35kJ/(kg·K), h2=1163W/(m2·), T1=150, T2=80, t1=15, t2=65, 定性温度下水

12、的性质为：Cp2=4.174kJ/(kg·K), =0.6338W/(m·K), =0.656mPa·s, =992.2 kg/m3由热量衡算，得： (2分)(2)管内冷却水流速为： (2分)冷却水的对流传热系数为： (3分)(3)总传热系数为(忽略管壁热阻)K2=902.2 W/(m2·K) (2分)(4)因有水垢生成，出口水温降为60由热量衡算 (1分)原状态下使用6个月后 (2分) (1分) (2分)3、（15分）解：（1）已知F=500 kmol/h，zF=0.4, xD=0.93, DxD/ FzF =0.93D=200 kmol/h, W=F

13、-D=300 kmol/h (2分)由物料衡算：FzF=DxD+WxW得： xW=0.0467 (2分)（2）饱和液体进料，则：q=1，xd=zF=0.4代入相平衡方程： (2分) （2分）R/Rmin=1.2/0.621=1.932 (2分)(3)精馏段操作线方程为： (1分)已知y1=xD=0.93，则与y1成平衡的x1为： (2分) (2分)化工原理期末试卷专业班级 材料化学 学 号 姓 名 开课系室 化学工程系 考试日期 一、填空与选择（共30分，每空1分）33. 化学工程中的“三传一反”指的是质量传递、 、 和反应工程。34. 流体在管内流动时会引起机械能损失，这是由于 。35. 一

14、般情况下，温度升高时，气体的粘度 ，液体的粘度 。36. 离心泵启动前灌泵是为了防止 现象；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。37. 在恒压过滤实验中，为求得过滤常数而使用的公式为 。38. 降尘室中颗粒能被分离出来的必要条件是 。39. 恒压过滤时，当洗涤液粘度与滤液粘度一致，并采用横穿洗法时，板框过滤机洗涤速率为过滤终了速率的 。40. 根据黑体辐射的斯蒂芬波耳兹曼定律，温度为1000K的黑体的辐射能力为 W/m2。41. 在套管换热器中，水蒸汽冷凝加热内管中流动的空气，现空气流速增加一倍，则总传热系数约增加 倍。42. 将72%（质量分数）的硝酸氨水溶液在单效蒸发器

15、中浓缩至90%，溶液的进料流率为4000kg/h，则需蒸发出的水分量为 kg/h。43. 单效蒸发过程中的温度差损失包括三部分，分别是 、 和二次蒸汽的流动阻力损失引起的温度差损失。44. 精馏得以进行的三个必要条件分别是 、 和 。45. 某泡点进料的连续精馏塔，已知其操作线方程分别为y=0.667x+0.32和y=1.5x-0.05,则回流比R= ,馏出液组成xD = ,釜液组成xW = 。46. 写出三种常见散装填料的名称： 、 、 。47. 干燥系统热量衡算表明，提供的热量主要用于四个方面：即汽化湿分、 、 和设备热损失。 48. 已知某湿空气的总压为101.3kPa，某温度下水蒸气的

16、饱和蒸气压为5kPa，若此温度下该湿空气的相对湿度为60%，则其绝对湿度应为 kg水/kg绝干空气。49. 已知某干燥器湿物料进料量为1000kg/h，物料的初始含水量为30%（湿基，以下同），干燥完成时物料含水量15%，则物料失去的水分为 kg/h。50. 结晶单元操作中，晶核的生成机理主要有三种，即 、 和二次成核。二、简答题（共20分，每题5分）1、 什么是离心泵的工作点？单泵操作时常用的流量调节手段有哪些？2、画出干燥速率曲线，并标明曲线中各段对应的干燥阶段。3、简述板式塔的不正常操作现象中漏液的原因及危害4、画出水的大容积饱和沸腾曲线，并在图中标明各种沸腾状态所在区域。三、计算题（5

17、0分）1、（15分）如图，用一离心泵从露天贮水罐向一设备输送密度为1000kg/m3的水，设备内液面上方压力为0.1atm（表），输送管线规格均为57×3.5mm钢管，管路总长（包括所有当量长度）为300m，摩擦系数=0.025可视为常数，管路中有一截止阀，阀两侧接一倒装U形管压差计，已知泵的特性曲线为： H=32.94-2.202×106qV2（式中：H为扬程，m；qV为流量，m3/s）。试求：(1)管路内水的流量； （7分）(2)泵的扬程和泵的有效功率；（4分）(3)若管路中截止阀的局部阻力系数=6.4，试求压差计的读数R。（4分） 2、（15分）某厂用一套管换热器冷凝

18、2,000kg/h的甲苯蒸气，冷凝温度为110，甲苯的汽化潜热为363 kJ/kg，冷凝传热膜系数为10,000 W/(m2·K)。冷却水于16及5,000kg/h的流量进入套管内管(内管尺寸为57×3.5mm)作湍流流动，对流传热系数为2400 W/(m2·K)。水的比热为4.19kJ/(kg·)，管壁热阻可忽略。试求：(1)试计算冷却水的出口温度；（3分）(2)计算套管长度；（6分）(3)由于气候变化，冷却水温度升高到25，试计算该换热器在此情况下每小时可冷凝多少kg的甲苯。（6分）3、（20分）在一连续精馏塔内分离某甲苯-苯二元混合物。已知进料中含

19、甲苯40%(摩尔分率，以下同)，进料速率为100kmol/h，进料中蒸汽量占一半，塔顶采用全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的1.8倍；进料中甲苯的96%进入馏出液，要求塔顶组成为xD=0.93；塔内的平均相对挥发度为2.5。试计算：(1)塔顶、塔底产品量和塔釜残液组成；（4分）(2)最小回流比Rmin；（5分）(3)塔内由下往上数塔釜以上第一块理论板上升气相的组成；（8分） (4) 若该板的气相默弗里效率EmV=0.52，则该板上升的实际气相组成为多少？（3分）化工原理期末试题答案专业班级 材料化学 开课系室 化学工程系 考试日期 一、填空与选择（共30分，每空1分）51. 热量传递

20、、 动量传递 52. 流体具有粘性而形成内摩擦力53. 增大，减小54. 气缚， 气蚀 55.56.57. 1/4 58. 5670059. 1.7460. 800 61. 溶液沸点升高引起的温度差损失、液柱静压头引起的温度差损失62. 1、有汽相和液相回流和有汽液两相接触的场所63. R= 2.0 , xD = 0.96 , xW = 0.1 64. 拉西环 、 鲍尔环 、 阶梯环 (或弧鞍形填料、矩鞍形填料等)65. 加热产品 、 随废气放空 66. 0.0190kg水/kg绝干空气67. 176.5 kg/h68. 初级均相成核 、 初级非均相成核 二、简答题（共20分，每题5分）1、

21、答：离心泵特性曲线(H-qV曲线)与管路特性曲线的交点为离心泵的工作点。 (2分)常用流量调节手段有：改变阀门开度，改变泵电机的转速和改变叶轮直径。(3分)2、答：AB段：干燥过程的预热阶段。BC段：恒速干燥阶段。CD段：降速干燥阶段。(画出图给3分，标明各阶段给2分)3、答：漏液：部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，而是从阀孔直接漏下。 (1分)原因：气速较小时，气体通过阀孔的速度压头小，不足以抵消塔板上液层的重力；气体在塔板上的不均匀分布也是造成漏液的重要原因。 (2分)后果：导致气液两相在塔板上的接触时间减少，塔板效率下降，严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法进行传热、传质，塔板将失去其基本功能。 (2分)4、答：(画出图给3分，标明各阶段给2分)三、计算题（50分）1、解：（1）以地面为高度基准面，水罐液面为11截面，设备内液面为2-2截面，列1-1截面到2-2截面间的柏努利方程： (2分)已知：z1=5，u1=0, p1=0（表压）， z2=11m， p2=0.1MPa， u2=0m/s管路中流体流速与流量的关系为： (2分)代入柏努利方程得到管路特性曲线方程：将上式与泵的特