化工原理(上)考试试题及答案

化工原理（上）考试试题A、B卷题型例及思路试题题型---填空10%（5小题）；气体的净制按操作原理可分为________________、______________、_______________.旋风分离器属____________。选择10%（5小题）；为使U形压差计的灵敏度较高,选择指示液时,应使指示液和被测流体的密度差（ρ指--ρ）的值（）。A.偏大；B.偏小；C.越大越好。判断10%（5小题）；若洗涤压差与过滤压差相等，洗水粘度与滤液粘度相同时，对转筒真空过滤机来说，洗涤速率=过滤未速度。（）问答10%（2~3小题）；为什么单缸往复压缩机的压缩比太大，会使压缩机不能正常工作？计算60%（4小题）。计算题题型：一、流体流动与输送20分1、已知两截面的压强P1P2高度差⊿Z有效功We摩擦系数λ管路总长Σl管直径与壁厚φ密度ρ,求体积流量V(m3/h).解题思路：求体积流量，需要知道管内流速。先选取截面，列出机械能衡算式，代入已知的压强，高度差，有效功，大截面上的速度约为零，摩擦损失用计算公式代入，衡算式中只有速度未知。求出速度，再乘于管道面积即得体积流量，再进行单位换算。2、已知高度差⊿ZP1P2管路总长Σl体积流量V摩擦系数λ,求(1)管径d;(2)在此管径d下,摩擦系数λ改变后的体积流量V.解题思路：（1）求管径，先选取截面，列出机械能衡算式，代入已知的压强，高度差，无有效功，大截面上的速度约为零，摩擦损失用计算公式代入，其中速度用已知的体积流量除于管道截面积表示，当中包含了直径，进行体积流量的单位换算，整个衡算只有直径未知。（2）在确定的直径下，用改变了的摩擦系数求体积流量，方法同题1。3、已知管直径与壁厚φ密度ρ粘度μ位置高度Z管路总长Σl(层流λ=64/Re,需判断)，两截面的压强P1P2体积流量V泵效率η，求轴功率N.解题思路：求轴功率，需要求出有效功率，则先选取截面，列出机械能衡算式，代入已知的压强，高度差，大截面上的速度约为零，摩擦损失用计算公式代入，摩擦系数未知，先用体积流量除管道截面积计算出管内速度，再计算雷诺数，判断是否属层流，是则用公式λ=64/Re计算摩擦系数，求出有效功，再计算出质量流量，质量流量等于体积流量乘密度，两者乘积即为有效功率，再除于效率即得轴功率。注意单位。4、已知ρVφ⊿ZP1P2直管长度l局部阻力当量长度le(以阻力为直管的%表示)λη,求N.解题思路：求轴功率，需要求出有效功率，则先选取截面，列出机械能衡算式，代入已知的压强，高度差，大截面上的速度约为零，摩擦损失用计算公式代入，其中总长为直管加局部，求出有效功，再计算出质量流量，两者乘积即为有效功率，再除于效率即得轴功率。注意单位。5、已知P1P2⊿ZVΣlλ进出口阻力不计φρμη，求轴功率N.解题思路：求轴功率，需要求出有效功率，则先选取截面，列出机械能衡算式，代入已知的压强，高度差，大截面上的速度约为零，摩擦损失用计算公式代入，求出有效功，再计算出质量流量，两者乘积即为有效功率，再除于效率即得轴功率。注意单位。6、已知φ水平等径管截面间管长lAB阻力损失⊿Pf孔板λNη孔板流量计孔板直径d0,孔流系数C0指示液高度R指示液密度ρA流体密度ρ流量计算公式求PA—PB功率消耗分率。解题思路：在规定的两截面间列出机械能衡算式，水平等径管两截面上的速度相等，无高度差，无有效功输入，摩擦损失包括管段的摩擦损失和孔板的阻力损失，孔板的阻力损失已知，管段的摩擦损失用计算公式代入，管内速度未知，先用流量计算公式计算出孔板流量计孔中的速度，再用连续性方程计算出管内速度，则可算出两截面间的压差PA—PB；功率消耗分率是指在该两截面间消耗的功率占总功率消耗的百分数，总功率消耗用轴功率乘效率求得，该两截面间消耗的功率用两截面间消耗的功乘质量流量计算得到，对水平等径管，两截面间消耗的压强降与两截面间的压差相等。注意单位换算。7、已知P1P2⊿Zφ管长l阀件、弯头等当量长度le/d管内流速uλρη求有效功率Ne轴功率N.解题思路：先求出有效功率，则先选取截面，列出机械能衡算式，代入已知的压强，高度差，大截面上的速度约为零，摩擦损失用计算公式代入，求出有效功，再计算出质量流量，两者乘积即为有效功率，再除于效率即得轴功率。注意单位。8.已知P1P2管长ld各阻力系数ζV,求⊿Z.解题思路：选取截面和基准面，列出机械能衡算式，计算出管中的流速，用阻力计算公式计算阻力损失，然后将已知的压强、流速、阻力损失代入，即可求出所需的⊿Z。9.已知P1P2(真空度mmHg)ρu⊿Zφ进口管路阻力损失Wf1，出口管阻力hf2(mH2O)，求有效功率Ne。解题思路：选取截面和基准面，列出机械能衡算式，代入已知数据，注意压强与阻力损失的单位换算，求出We，再求出ms,根据Ne=msWe求出有效功率。10.已知P1P2φρ真空表高度Z1压强表高度Z2V进口管阻力Wf1出口管阻力Wf2压强表表压η求两液面高度差N真空表读数解题思路：关键在截面的选取，要求方程中只包含一个未知数。先在泵出口压强表截面与高液面间列出机械能衡算式，代入已知的压强，压强表高度，大截面上的速度约为零，管内速度用体积流量除管道面积得到，出口管阻力，无有效功输入，这样就可以求出高液面的高度，求出了两液面高度差；再在低液面与高液面间列出机械能衡算式，代入已知的大截面上的压强，大截面上的速度约为零，进口管阻力，出口管阻力，求出有效功，计算出质量流量，两者乘积即为有效功率，再除于效率即得轴功率；最后在真空表截面与压强表截面间列出机械能衡算式，代入已知的管内速度，真空表高度，压强表高度，有效功，压强表表压，就可以求出真空表读数—真空度，真空度等于负的表压。注意单位换算。二、非均相分离10分1、已知颗粒直径dp颗粒密度ρp流体密度ρ沉降θ（时间），流体粘度μ,求沉降高度H.解题思路：沉降高度等于沉降速度乘沉降时间，则可以先假设沉降处在层流区，用斯托克斯公式计算出沉降速度，再进行雷诺数检验，正确就乘于时间即得沉降高度。2、已知沉降速度utdpρpρ,求μ.解题思路：公式变形，先假设沉降处在层流区，用斯托克斯公式计算出流体粘度，再进行雷诺数检验，正确即可。3、已知（降尘室）处理量V(Nm3)---N标准操作温度t℃μρρp最小颗粒直径dpmin求(1)面积A,(2)已知宽度b，求长度L,(3)当L实际=1/2L理论时，采取什么措施.解题思路：先进行气体体积换算，温度校正，再用降尘室处理量计算公式（即斯托克斯公式变形，其中沉降速度等于体积量除于降尘室底面积）计算面积，进行雷诺数检验；面积等于长乘宽，已知宽度，就可算出长度；保证底面积，可以通过加一挡板解决。4、已知操作压力⊿P过滤时间θ滤液量V过滤介质当量滤液量Ve不计压缩性指数s=0过滤常数K,求(1)过滤面积A,(2)滤框数n(已知长与宽)，（3）在一种洗涤方式下，一定洗涤时间θw下的洗涤液量Vw,(4)⊿P加倍,一定过滤θ下的Vˊ.解题思路：恒压过滤，先写出过滤方程，过滤介质当量滤液量Ve不计，方程简化为V2=KA2θ,式中滤液量、过滤时间、过滤常数均已知，则可直接求出过滤所需面积；过滤面积等于两倍的n个框面积，则框数n=A/2ab；在相同的操作压力和相同的黏度下洗涤速度等于最终过滤速度的δ倍，置换洗涤δ=1，横穿洗涤δ=1/4，而最终的过滤速度用过滤公式求导求得，V2+2VVe=KA2θ,2VdV+2VedV=KA2dθ,dV/dθ=KA2/(2V+2Ve)则洗涤液量等于洗涤速度乘于洗涤时间；操作压强加倍，过滤常数K受影响，在压缩性指数s=0情况下，K增大一倍，此时代入时间即可得到滤液体积。5、已知降尘室的长L宽b高H,中间加一挡板，V(Nm3)t℃μρρp求能否沉降某大小的颗粒。解题思路：先进行气体体积换算，温度校正，将标准状况下的体积换算成操作状况下的体积，中间加一挡板，降尘室的底面积等于两倍的长乘宽，写出降尘室计算能沉降的最小颗粒临界直径公式dpmin=[(Vs/A)×18μ/(ρp-ρ)g]1/2注意单位换算，进行雷诺数检验，将临界直径与所需沉降颗粒的直径进行比较，临界直径小则可除去，临界直径大则不能。6、已知⊿Pθ（时间）VVe不计s=0K,滤框数n，长、宽、厚，洗水量，洗涤方式，洗涤压力，问（1）是否能用，（2）洗涤时间。解题思路：恒压过滤，先写出过滤方程，过滤介质当量滤液量Ve不计，方程简化为V2=KA2θ,式中滤液量、过滤时间、过滤常数均已知，则可直接求出过滤所需面积；再根据求出实际提供的过滤设备的面积A=2nab，进行比较，提供的面积大于所需面积，则可以用，小于则不能用；洗涤时间等于洗涤液量除于洗涤速度，洗涤速度等于最终过滤速度的δ倍，置换洗涤δ=1，横穿洗涤δ=1/4，而最终的过滤速度用过滤公式求导求得，V2+2VVe=KA2θ,2VdV+2VedV=KA2dθ,dV/dθ=KA2/(2V+2Ve)。7、降尘室已知长L宽b高H,加挡板数nρpρμt℃dpmin求处理量V(Nm3)。解题思路：先写出降尘室计算处理能力的公式，Vs/A=dpmin2(ρp-ρ)g/18μ，降尘室的底面积等于（n+1）倍的长乘宽，先计算出Vs，进行雷诺数检验，然后进行气体体积换算，温度校正，将实际的体积换算成标准体积，注意单位换算。8、已知过滤机板框数n长与宽与厚过滤时间θF横穿洗涤Vw辅助时间θRVe不计求生产能力K解题思路：恒压过滤，先写出过滤方程，过滤介质当量滤液量Ve不计，方程简化为V2=KA2θ,式中过滤时间、过滤常数、过滤面积A=2nab均已知，则可以计算出已知过滤时间下的滤液量；一个生产过程时间包括过滤时间，洗涤时间和辅助时间，过滤时间、辅助时间已知，洗涤时间等于洗涤液量除于洗涤速度，横穿洗涤时洗涤速度等于最终过滤速度的1/4倍，而最终的过滤速度用过滤公式求导求得，V2+2VVe=KA2θ,2VdV+2VedV=KA2dθ,dV/dθ=KA2/(2V+2Ve)，生产能力即等于滤液量除于三个时间之和，再进行单位换算。9、已知滤框的长与宽与厚一定θF对应的V滤渣厚度K单位过滤面积的过滤介质当量滤液量qe横穿洗涤Vw辅助时间θR求板框数nθw24小时的滤液量解题思路：恒压过滤，先写出过滤方程q2+2qqe=KθF，已知qe、K，则可以求出q，而q=V/A，V已知，则可求出A，而A=2nab，则可求出板框数n；洗涤时间等于洗涤液量除于洗涤速度，洗涤液量已知，横穿洗涤时洗涤速度等于最终过滤速度的1/4倍，而最终的过滤速度用过滤公式求导求得；24小时的滤液量=24V/（θF+θR+θw），注意时间单位。三、传热20分1、已知管直径与壁厚φ冷流体的进口温度t1出口温度t2热流体质量流量ms1比热Cp热流体进口温度T1出口温度T2管外传热膜系数α1管内传热膜系数α2金属壁导热系数λ与污垢热阻Rs，逆流,求总传热系数K冷流体质量流量ms2传热管长L.解题思路：总传热系数用公式关联；冷流体质量流量用热量衡算方程计算；求管长，应先求出传热面积，传热面积用总传热速率方程求，先写出总传热速率方程，公式中传热速率、总传热系数已经求出，对数平均温度差用公式计算，求出面积，再求管长，L=A/пd1。2、已知φT1T2体积流量V(Nm3/min)—N标准标准状态密度ρ0热流体比热Cp1ms2t1Cp2K逆流,求管长L.解题思路：先求出热流体的质量流量=ρ0V，再用热量衡算方程计算冷流体的出口温度，求管长，应先求出传热面积，传热面积用总传热速率方程求，先写出总传热速率方程，公式中传热速率用热量衡算方程计算，K已知，对数平均温度差用公式计算，求出面积，再求管长，L=A/пd1。3、已知传热面积Ams1T1T2Cp1t1t2冷流体比热Cp2逆流,求Kms2.解题思路：列出热量衡算式，代入已知数据，求出冷流体质量流量，写出总传热速率方程，公式中传热速率用热流体热量衡算方程计算，面积已知，对数平均温度差用公式计算，就可以求出总传热系数。4、已知ms1蒸汽饱和温度Ts汽化（冷凝）潜热rα1管内流体流速utm1s2φρCp流体粘度μ流体导热系数λ金属壁导热系数λ钢Rs热量损失Ql求传热速率（传热量）Qt2A提高Q的措施.解题思路：蒸汽冷凝，温度不变，释放出的热量等于质量乘冷凝潜热，扣除热量损失即为传热速率；冷流体出口温度用热量衡算方程计算，传热速率已经求出，其他条件已知，就可以求出；求传热面积就用总传热速率方程，公式中传热速率已知，对数平均温度差用公式计算，而总传热系数未知，用公式关联，先用管内流体强制湍流公式关联出管内传热系数，再关联出总传热系数，就可以求出传热面积；针对本题，措施主要为提高小的传热系数侧的速度以提高总传热系数，进而提高传热速率。5、已知φms1T1T2Cp1t1t2Cp2K不计热量损失Q求mls2.逆流、并流的⊿tm及管长L。解题思路：两种情况下流体各自的进出口温度不变，用公式计算两中情况下的对数平均温度差，注意流体方向对两端两流体的温度差影响，求管长，应先求出传热面积，传热面积用总传热速率方程求，先写出总传热速率方程，公式中传热速率用热量衡算方程计算，K已知，对数平均温度差已求出，求出面积，再求管长，L=A/пd1。6、已知φ管程流体流速u体积流量VCpρt1t2Ts冷凝α1α2λ求K管子根数n及长L。解题思路：求管子根数n，一根管子的大小已知，则它的截面积就可以求出，而管内速度也知道，则一根管子的体积流量就可以求出，现在总的体积流量知道，则管子根数n就等于总的体积流量除于一根管子的体积流量；求管长，应先求出传热面积，传热面积用总传热速率方程求，先写出总传热速率方程，公式中传热速率用冷热量衡算方程计算，冷流体质量流量等于体积流量乘密度，总传热系数用公式关联，对数平均温度差用公式计算，蒸汽冷凝，温度不变，求出面积，再求管长，L=A/nпd1。7、已知ms1T1T2Cp1Cp2212ρtt逆流KQl不计求ms2核算已有换热器.解题思路：先写出热量衡算方程，代入已知条件，就可以求出冷流体质量流量；再写出总传热速率方程，公式中传热速率用热热量衡算方程计算，对数平均温度差用公式计算，求出传热面积，这是传热所需面积，实际已有的换热器有面积，两者进行比较，实际的比所需的大就可以用。8、已知ms1T1T2t1t2逆流湍流状态气体温度高，液体温度低，在管内，Cp1Cp2（λRsQl）不计Cp不变求ms2t1升高后（ms1T1T2不变）的t2ms2。1解题思路：先写出热量衡算方程，代入已知条件，就可以求出冷流体质量流量；t升高后，由于ms1T1T2不变，Cp不变，Ql不计，所以此时传热量仍然与原来相同，Q=ms1Cp1(T1-T2）=ms2Cp2(t2-t1）,式中t1已知ms2、t2未知，再写出前后两中情况下的总传热速率方程，Q=ms1Cp1(T1-T2）=KAΔtm，Q=ms1Cp1(T1-T2）=KAΔtm,Q=Q,面积不变，λRs不计，α气α液，所以K≈α气，液体流量变化基本不影响K，K=K，这样使得Δtm=Δtm，Δtm可以用原来的四个温度求出，Δtm即可得到，而Δtm计算式中只有t2未知，就可以求得t2，再利用热量衡算方程，就可以求得ms2。9.已知ms1Cp11212TTttK逆流Ql不计，求冷流体体积流量Vs2，A;TTt不变时，在一定的Vs2下，问能否改成并流？KAms1121解题思路：先写出热量衡算方程，代入已知条件，就可以求出传热速率Q和冷流体质量流量ms2，进一步可以求出体积流量；求出Δtm再用传热速率方程求出A;TT不变，即要求的Q不变，KA不变，即要求的Δtm不变，用热量衡算方程求出一定的Vs2下时冷ms112流体的t2，求出此时并流下的Δtm，与要求的进行比较，如大于要求的，则可以改成并流操作，如小于要求的，则不可以改成并流操作。或者将t2与T2进行比较，如t2大于T2则不可以改成并流操作。四、蒸发10分1、已知原料浓度x0完成液浓度x传热面积A总传热系数K蒸汽饱和温度Ts生蒸汽冷凝潜热R二次蒸汽温度T1温度差损失⊿ˊ（沸点升高）⊿ˊˊ（液柱静压强）热量损失Ql二次蒸汽汽化潜热r,沸点进料,求原料液处理量F加热蒸汽消耗量D.解题思路：求原料液处理量F，通过物料衡算方程，即Fx0=（F-W）x,F=Wx/(x-x0),需要先求得水份蒸发量W，写出传热方程Q=KAΔt=KA（Ts-t1）=Wr+Ql,t1=T1+⊿ˊ+⊿ˊˊ,代入已知条件，就可求出W，进而求出F；写出加热蒸汽消耗量D计算公式，沸点进料，简化，代入已知条件，求出D，注意热量损失Ql的单位。2、已知A加热蒸汽压强Ps(-Ts-R)二次蒸汽压强P（-T1-r）t1原料进料温度t0=沸点即t1沸点进料蒸发量W热损失Ql,求D/WK.解题思路：写出加热蒸汽消耗量D计算公式，沸点进料，简化，根据压强，查出加热蒸汽冷凝热R和二次蒸汽汽化热r，注意压强均需按绝压查，求出加热蒸汽消耗量D，再求D/W，不要忘记；写出传热方程Q=KAΔt=KA（Ts-t1）=Wr+Ql,代入已知条件，注意热量损失Ql的单位，就可以求出传热系数K。3、已知Fx0xt0t1T1Ts比热CprR(生蒸汽)Ql,求WD解题思路：写出水份蒸发量W计算公式，代入已知条件，就可以求出W；写出加热蒸汽消耗量D计算公式，代入已知条件，注意热量损失Ql的单位，就可以求出D。4、已知Cpx0xPs(-Ts-R)P1（-T1-r二次蒸汽）t0=t1WQlK⊿,求FDA.解题思路：求原料液处理量F，通过物料衡算方程，即Fx0=（F-W）x,F=Wx/(x-x0)代入已知条件，就可以求出F；写出加热蒸汽消耗量D计算公式，沸点进料，简化，根据压强，查出加热蒸汽冷凝热R和二次蒸汽汽化热r，注意压强均需按绝压查，代入已知条件，注意热量损失Ql的单位，就可以求出D；写出传热方程Q=KAΔt=KA（Ts-t1）=DR,代入已知条件，就可以求出传热面积A。5、已知APs(-Ts-R)P（-T1-r二次蒸汽）t0=t1蒸发时间与蒸发量，Ql=x%DR，大气压力，各⊿，求D，K。解题思路：写出加热蒸汽消耗量D计算公式，根据压强，查出加热蒸汽冷凝热R和二次蒸汽汽化热r，注意压强均需按绝压查，根据蒸发时间与蒸发量，求出W，代入已知条件，就可以求出D；写出传热方程Q=KAΔt=KA（Ts-t1）=DR,查出加热蒸汽温度Ts，二次蒸汽温度T1，t1=T1+⊿，代入已知条件，就可以求出传热系数K。6、已知Fx0xAP（冷凝器）各⊿，Kt0=t1Ql=0大气压力，求Ps.Ps-Ts列表解题思路：水蒸汽压强与温度成对应关系，求加热蒸汽压强，通过求温度而得，写出水份蒸发量W计算公式，代入已知条件，就可以求出W，再写出传热方程Q=Wr+Ql=KAΔt=KA（Ts-t1）,根据压强，查出二次蒸汽汽化热r，因为是冷凝器的压强，先根据压强，查出温度，加⊿ˊˊˊ，再查二次蒸汽汽化热r，Ql=0，沸点进料，代入已知条件，就可以求出完成传热所需的温度差，代入t1=T1+⊿ˊ+⊿ˊˊ+⊿ˊˊˊ，就可以求出所需的Ts，再根据温度去查出所需的蒸汽压强。7、已知Cpx0x加热蒸汽压强Ps二次蒸汽压强Pt1t0=t1WKQl=x%DRPs(-Ts–R-焓i)列表求FD/WA.解题思路：通过物料衡算方程，即Fx0=