09专业课知识华东理工真题答案2003已

1、2003 年华东理工大学化工原理一、简答题1、答：由于流体粘性的作用、靠近壁面的流体将相继受阻而降速，随着流体沿壁面前，流速受影响的区域逐渐扩大，而流速降为未受边壁影响的 99%以内的区域即为边界层。流道扩大时就会造成逆压梯度，逆压梯度及壁面附近的粘性摩擦是引起边界层分离的两个必要。但并不是只要存在逆压梯度就会发生边界层分离现象，而是取决于逆压梯度与剪应力梯度之比值是否够大，若其比值为1012，将会产生形体阻力，发生边界层分离现象。【考点分析】：边界层即边界影响所及的区域，其形成是流体具有粘性的结果。边界层分离又称为现象。分离，是指原来紧贴壁面的边界层脱离壁面的2、答：不少非流体受力产生的剪切

2、率与剪应力的作用时间有关，当一定的剪应力作用的时间足够长后，粘度随着作用时间的延长而增大的行为称为震凝性。【考点分析】：在层流时从粘性定律的流体统称为非流体，其依时性表现为：触变性、震凝性。3、答：搅拌器按工作原理可分为两类：一类是以旋浆式为代表，其工作原理与轴流泵叶轮相同，具有流量大、压头低的特点，液体在搅拌釜内主要作轴向和切向运动；另一类以涡轮式为代表，其工作原理与离心泵叶轮相似，液体在搅拌釜内主要作径向和切向运动，与旋浆式相比具有流量较小、压头较高的特点。【考点分析】：此题搅拌器的类型，属于基础知识题。4、答：数学模型实验研究方法立足于对所研究过程的深刻理解，按以下主要步骤进行工作：、将

3、复杂的真实过程本身简化成易于用数学方程式描述的物理模型；、对所得到的物理模型进行数学描述即建立数学模型；、通过实验对数学模型的合理性进行检验并测定模型参数；【考点分析】：数学模型法德精髓是抓住过程的特征和研究的目的这两方面的特殊性，对具体问题作具体分析，即对不同的过程，不同的研究目的，做出不同的简化。5、答：从床内流体和颗粒的运动状况来看，实际中存在两种截然不同的流化现象：、散式流化：一般发生于液固系统，散式流化床较接近理想流化床；、聚式流化：一般发生于气固系统，聚式流化的床层不如散式流化那样平稳，而是频繁的起伏波动。【考点分析】：此题考查在固体流态化技术中有关实际流化现象的知识。6、答：载点

4、（L 点）：空塔气速增大至L以后，气速使上升气流与下降液体间摩擦力开始阻碍液体顺利，使填料表面持液量增多，占去空隙，气体实际速度与空塔气速的比值显著提高，故压力降比以前增加的快，这种现象称为载液，L 点称为载点。泛点（F 点）：泛点（F 点）：空塔气速增大至F以后，P 与呈垂直关系，表明上升气体足以液体，于是液体充满填料层空隙，气体只能鼓泡上升，随之液体被气流带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至被完全破坏。这种现象称为液泛，F 点称为泛点。【考点分析】：此题属于填料塔基础知识题。7、答：液液萃取过程中，所使用的溶剂必须满足两个基本要求：、溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部分互溶。、溶剂具有选择

5、性，即对溶质和稀释剂有不同的溶解能力。【考点分析】：液液萃取是分离液体混合物的各组分在某溶剂中溶解度的差异而实现分离。8、答:化工生产中常用天然和人工制作的两类吸附剂：、天然矿物吸附剂有硅藻土、白土、天然沸石等、人工吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝、等。法，利用液体混合物沸石和天然沸石分子筛【考点分析】：此题考查常用吸附剂的种类，属于吸附分离方面的基础知识。9、答：利用固体统称为膜分离，其过程推动力是膜两侧的压差或电位差。【考点分析】：此题考查传质分离方法中有关膜分离的基本知识。20%10、答：临界含水量：5%；平衡含水量：0.05%含水量： 0.05% =（120%）24.95%；【考点分析

6、】：含水量表示有两种，一是相对含水量，或称湿基含水量，以水分含量占物料湿重的百分数表示，一是绝对含水量，或称以水分含量占物料干重的百分数表示。含水量，固体物料在恒速干燥终了时的含水量称为临界含水量；平衡含水量指物料在指定空气条件下燥的极限；所有能被指定状态的空气带走的水分称为二、带泵管路水分，该水分即物料的含水量。【考点分析】：泵 1 出口阀的局部阻力系数可根据U 形测压管的读数来计算；带泵管路中，已知流速、两液面落差和压强，在两泵间列柏努利方程，便很容易求得泵 2 出口阀的局部阻力系数。解：（1）如图，由于 U 形管的位差可以忽略。U 形管两端压差：PA PB = gR(i )A、B 两点间

7、的局部阻力损失：(a)u22= PAPB = (b)hf1= 2gR(i) = 29.80.3（13.61）1000 = 8.232联立（a）、（b）两式得：1u2100032（2）在截面 1-1、2-2，以及泵 1、泵 2 之间列柏努利方程u2u2p1p2z1 + 1 + He1 = z2 + 2 + hf12g2gg2gu2u2p2p1z2 + 2 + He2 = z1 + 1 + hf12g2gg2gu2u2其中，He1 = He2； hf12 = 1 t ; hf1C = 2 C;2g2gu = u = 0; u = u = 3m ; z z = 9m; P = 7 104Pa(表压)

8、; P = 012tC2121s将上面两式左右分别相减得：P1 P2 hf12 hf1C= 2+ 2(z1 z2)g即： = + 4g (z z+ P2 P1)2121u2g将已知数据代入得：2 = 16.321三、吸收计算【考点分析】：已知吸收塔的高度，如果传质单元数确定即可计算出总传质单元高度；而最小液气比可根据塔得。解：（1）根据已知数据可知，吸收塔组成来求浓度分别为：y1 = 0.04; y2 = 0.008; x2 = 0; x1 = 0.03由物料守恒方程式得：Ly1 y20.04 0.008G = x x= 1.0670.0312解吸因数：1= mG =0.8= 0.75y1y2

9、 x1x2AL1 y1y11传质单元数：NOG =1 ln (1 ) 2 +A y2yA12A其中，y = mx2 = 0,将已知数据代入得：210.04ln (1 0.75)N=+ 0.75 = 2.772OG10.750.008则气相总传质单元高度:H3H= 1.082mOGNOG2.772（2）最小液气比：（ L ）y1y2 = 0.040.008 = 0.64=Gx1ex20.04/0.8minLG(G)min1.067则原塔操作比与最小液气比之比为：r= 1.67L0.64(3) 依题意得，当y = 0.004 时，11 y1y11N) 2 +=1 ln (1 OGA y yA122

10、A10.04N=ln (1 0.75)+ 0.75 = 4.715OG10.750.004则填料塔高度：H = HOG N= 1.082 4.715 = 5.102mOG四、精馏计算【考点分析】：根据物料式即可分别计算出塔顶采岀率和回收率：由挟点处的组成可计算出最小回流比和回流比，然后根据回流比可列出精馏段和提镏段的操作线方程；只有当回流比为最小回流比时，才可在操作线的交点与平衡曲线之间出现挟点，此时塔板数即为无穷。解：（1）已知 F=100kmol/h对全塔进行物料F=D+WxF = 0.4; xD = 0.99; xW = 0.03有：F xF = D xD + W xW代入已知数据得：D

11、=38.54 kmol/h;W=61.46 kmol/h则塔顶采出率： = D = 38.54 100% = 38.54%1F100塔顶易挥发组分的回收率： = DxD = 38.540.99 100% = 96.39%2FxF1000.4(2)饱和气体进料：q = 0；ye = xF = 0.4由相平衡方程：y = xe = 2.5xe = 0.4, 得x = 0.21ee1+(1)xe1+1.5xe最小回流比：Rmin=xDye = 0.990.4 = 3.11yexe0.40.21回流比 R=1.5 Rmin=1.5 3.11 = 4.67则精馏段操作线方程为：R14.671y=x +x

12、=x + 0.99 = 0.824x + 0.175n+1nDnnR+1R+14.67+14.67+1提镏段操作线方程：RD+qFFDy=x xn+1nw(R+1)D(1q)F(R+1)D(1q)F4.6738.5461.460.03=x n5.6738.541005.6738.54100= 1.52xn 0.0156(3)塔板数无限多，即求解最小回流比时的塔底组成。保持回流比不变，故R= R = 4.67min当q = 0时，ye = xF = 0.4, xe = 0.21x yex 0.4则最小回流比R= D = 4.67D=minyexe0.40.21由上式求得：x = 1.2873 1

13、D故只能是塔顶产品的极限值x = x= 1 为塔顶产品的组成D、max塔釜停止供应蒸汽，即V = 0,V = F = D(R+ 1) = 5.67Rminmin结合全塔物料有：F = D + WFxF = Dx + WxDW得：x = 0.272W即塔底残液的浓度为 0.272五、传热【考点分析】：本题为一不定态传热过程，传热过程中不仅有冷却介质温度的变化，冷却剂的温度亦随之改变，只有找出任一瞬间两物流温度间的关系，才能完成所求，这就需要借助传热基本方程和热平衡方程。解：由传热基本方程：= KS (Tt1)(Tt2)Q = KStmln (Tt1)Tt2dT热平衡方程：Q = Wc(t t )

14、 = mcp,m21p,m d) = KS (Tt1)(Tt2) = KS t2t1 即：Wc(t tp,m21ln (Tt1)ln (Tt1)Tt2Tt2整理得：ln (Tt1) =KSTt2Wcp,m则 ln (Tt1) =KS1603= 1.148Tt2Wcp,m0.14.181000 t2 t1 = 0.68（T t1）由热平衡方程：dTQ = Wc(t t ) = 0.68Wc(T t ) = mcp,m21p,m1p,m d分离变量并积分： mcp,m T2d =dT00.68Wcp,m T1 Tt1 mcp,m T2t18002.210008020 =ln=ln= 6771s =

15、 1.88h0.68Wcp,mT1t10.680.141834020即冷却时间为：1.88h此时冷却水温度：t2 = 0.68(T t1) + t1 = 33.6六、传热【考点分析】：欲求冷流体的出口温度，则须对换热器进行热量冷流体处理量增加， u0.8。解：（1）换热器能提供的传热外表面积为：S0 = nd0l = 38 3.14 0.025 3 = 8.949m2传热量：Q = micp,m(t2 t1) = KS0tm；当= (Tt1)（Tt2） = t2t1 其中：tmln Tt1ln Tt1Tt2Tt2由以上两式得：ln Tt1 = KS0 （a）Tt2micp,m忽略管壁及两侧垢层热阻，则传热系数（以外表面为基准）：11= 802.06W/m2 K = 1 1 d0+10.025+10000 10900.020 idi代入（a）式即：ln 11030 = 802.068.949 = 0