化工原理模拟题(带答案和解)

化工原理传热部分模拟试题及答案一填空(1)在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于侧的对流传热系数，而壁温接近于侧流体的温度值。(2)热传导的基本定律是。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻（大、小）一侧的值。间壁换热器管壁温度t接近于值（大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁W面的热阻愈（大、小），其两侧的温差愈（大、小）。(3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈，其两侧的温差愈。(4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在，减少热阻的最有效措施是。(5)厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b>b>b，导热系数<<，在稳定传热过程中，各层123123的热阻，各层导热速率。(6)传热的基本方式有、和三种。热传导的基本定律是其表达式为。(7)水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2，倍则其对流传热系数约为原来的倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的。倍（设条件改变后仍在湍流范围）(8)导热系数的单位为，对流传热系数的单位为，总传热系数的单位为。二、选择1某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2，倍若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的。倍A1.149B1.74C2D不定2一定流量的液体在一25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数=1000W/m·℃；2如流量与物性都不变，改i用一19×2mm的直管，则其将变为。A1259B1496C1585D16783对流传热系数关联式中普兰特准数是表示的准数。A对流传热B流动状态C物性影响D自然对流影响4在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的＿＿在工程上可行。A提高蒸气流速B提高空气流速C采用过热蒸气以提高蒸气温度D在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积三、计算1，管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，膜系数为2w/m2C1有一换热器，管内通90℃的热流体，膜系数为11005800w/m2C。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005m2C/w解：忽略管壁热阻，并假设壁温为Tw（1）当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得：TTTtw90TT50www11112110058001则T56.4Cw（2）同理TTTt90TT501w11www1R0.005110058002011则T84Cw由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。2一废热锅炉，由25×2锅炉钢管组成，管外为水沸腾，温度为227℃，管内走合成转化气，温度由575℃下降到472℃。已知转化气一侧=300W/m2·K，水侧=10000W/m2·K，钢的导热系数为45W/m·K，若忽略污垢热阻，试求：i(1)以内壁面为基准的总传热系数K;oi(2)单位面积上的热负荷q(W/m2);(3)管内壁温度T及管外壁温度T;iW解：（1）Ki11bddiiddm00iKi10.0020.0210.021300450.023100000.025K289.2W/m2Ki所以（2）qQKStiimqKt289.2(575227)(472227)289.2293.5575227imln472227（3）管内284880.2W/m84.9kW/m2T及管外壁温度TWi575472TTTT2272Wi1因为Wi1bSiiSSm00575472TTTT22721WWii10.0023002145231000025由上述方程可解出T237.8C，T234.2CWi3现有一逆流冷却器，用冷水冷却油，使油温从420K降到370K，水进口温度为285K，出口温度为310K。设油和水的流率、进口温度保持不变，将冷却器长度增加一倍（其它尺寸不变），求油及水的出口温度。解：420K370Kt(420301)(370285)97.52m310K285K对体系进行热量恒算，WC(420370)WC(310285)KStmopowpw2KStKS97.51.95KS（1）所以，WomC(420370)C50CpopopoKS97.53.9KSW（2）C(310285)Cpwwpw冷却器长度增加一倍后，420KT2t285K2ttt135Tt2假设：12222m则WC(420T)WC(t285)2KStopo2wpw2m2KStKS(135Tt)C(420T)C(420t)所以，Wo（3）m22po2po22KStKS(350Tt)C(t285)C(t285)Ww（4）m22pw2pw2(135Tt)（1）=（3）1.95=（5）2（6）2420T2(135Tt)（2）=（4）3.9=t285222解（5）和（6）方程，得：T=341.74Kt=324.13K22t420324.1395.87t341.7428556.7412ttt<2，则用算术平均值合适。m124热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为25mm2.5mm钢管，导热系数45W/mK。冷水在管内湍流流122000W/m2K，热气在环隙中湍流流动，给热系数50W/m2K。不计垢层热阻，试求：动，给热系数（1）管壁热阻占总热阻的百分数；K（2）内管中冷水流速提高一倍，总传热系数有何变化？K（3）环隙中热气体流速提高一倍，总传热系数有何变化？解：（1）1ddd1K[ln]222d2d1111110.0250.0250.0251[ln]=120000.022450.0250=48.3W/m2K10.021m2/W总热阻K3dd0.0250.025lnln管壁热阻222d2450.021=6.2105m2K/W6.2105管壁热阻分率为31030.3%0.021u0.8（2）20.820.820003.48103W/m2K1110.0256.21051]49.0W/m2KK[3.481030.0250KK4948.31.3%增加K48.3（3）220.85087.1W/m2K0.822K[10.0256.21051]82.1W/m2K20000.02KK82.148.369.6%87.1增加K48.3由上可知，管壁热阻往往占分率很小，可忽略；提高K值，强化传热，应在小处着手。化工原理吸收部分模拟试题及答案一、填空1气体吸收计算中，表示设备（填料）效能高低的一个量是传质单元高度，而表示传质任务难易程度的一个量是传质单元数。2如果板式塔设计不合理或操作不当，可能产生严重漏液、严重泡沫夹带及液泛等不正常现象，使塔无法工作。3在填料塔中用清水吸收混合气中HCl，当水量减少时气相总传质单元数N增加。OG4一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在精流单元操作中，而A组份通过B组份的单相扩散体现在吸收操作中。5板式塔的类型有泡罩塔、浮阀塔、筛板塔（说出三种）；板式塔从总体上看汽液两相呈逆流接触，在板上汽液两相呈错流接触。6易溶气体溶液上方的分压小，难溶气体溶液上方的分压大，只要组份在气相中的分压大于液中相该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。7压力减小,温度升高,将有利于解吸的进行。8某低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=1，气膜和液膜体积吸收系数分别为k=2×10-4kmol/m3.s,k=0.4yaxakmol/m3.s,则该吸收过程及气膜阻力占总阻力的百分数分别为气膜控制，约100%；该气体为易溶气体。二、选择1根据双膜理论，当被吸收组分在液中相溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数B。A大于液传相质分系数B近似等于液传相质分系数C小于气传相质分系数D近似等于气传相质分系数2已知SO水溶液在三种温度t、t、t下的亨利系数分别为E=0.0035atm、E=0.011atm、E=0.00625atm，则A2At<tBt>tCt>tDt<t1231231232123143吸收塔的设计中，若填料性质及处理量（气体）一定，液气比增加，则传质推动力A，传质单元数B，传质单元高度C，所需填料层高度B。A增大B减小C不变D不能判断三、计算1有一填料吸收塔，在28℃及101.3kPa，用清水吸收200m3/h氨-空气混合气中的氨，使其含量由5%降低到0.04%（均为摩尔%）。填料塔直径为0.8m，填料层体积为3m3，平衡关系为Y=1.4X，已知Kya=38.5kmol/h。问（1）出塔氨水浓度为出口最大浓度的80%时，该塔能否使用？（2）若在上述操作条件下，将吸收剂用量增大10%，该塔能否使用？（注：在此条件下不会发生液泛）解：（1）Y0.050.05263Y0.00040.000410.0520027310.000412惰性气体流量V(10.05)7.69kmol/h22.4301Y0.052631m1.4X10.0376X0.80X0.030111LV(YY)7.69(0.052630.0004)13.34kmol/h122XX0.030101YYmX0.052631.40.03010.01046111YY0.000422YYY20.003081mYln1Y2ZV(YY)7.69(0.052630.0004)6.74m12KY38.50.7850.80.003082Yam3该塔现有填料层高度Z6m0.7850.82ZZ因为所以该塔不适合。（2）吸收剂用量增大10%时L1.113.3414.67kmol/hLV(YY)7.69(0.052630.0004)14.67kmol/h122XXX011X0.02741YYmX0.052631.40.02740.01424111YY0.000422Y0.014240.00040.003870.01424mln0.00045ZV(YY)7.69(0.052630.0004)5.36m12KY38.50.7850.80.003872Yam因为ZZ所以该塔适合。2一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A。已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m，进塔混合气组成为0.04（A的摩尔分率，下同），出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下平衡关系为Y=2.5X。试求：（1）液气比为最小液气比的多少倍？（2）所需填料层高度？（3）若气液流量和初始组成不变，要求尾气浓度降至0.0033，求此时填料层高度为若干米？解：（1）液气比为最小液气比的多少倍?Y0.040.0417Y0.00530.0053310.04X0.001280.0129710.00531210.001281L/VYY0.04170.005332.80412XX0.01297012(L/V)YYYY0.04170.005332.181212XXY/m0.0417/2.5min121则(L/V)(L/V)2.8042.181.286min(2）所需填料层高度？ZHNSmV/L2.5/2.8040.892OGOGN1ln[1(S)YmX2S]1YmX1SOG221ln[1(0.892)0.041700.892]0.00533010.8925.11故ZHN7mOGOG(3)此条件下的填料层高度。Y0.00330.0033110.00332N1ln[1(S)YmX2S]11SYmXOG221ln[1(0.892)0.041700.892]0.00331010.8927.52ZHN1.57.5211.28mOGOG3某逆流操作的吸收塔，用清水洗去气体中的有害组分。已知该塔填料层总高度为9m，平衡关系Y=1.4X，测得气体进、出口浓度Y=0.03，Y=0.002，液体出口浓度X=0.015（均为摩尔比）。试求：（1）操作液气比L/V；（2）气相总传质单121元高度H，（3）如果限定气体出口浓度Y=0.0015，为此拟增加填料层高度，在保持液气比不变的条件下应增加多少？OG26解：（1）操作液气比L/V；L/VYY0.030.0021.8712XX0.015012（2）气相总传质单元高度H，OG因ZHNSmV/L1.4/1.870.749OGOGN1ln[1(S)YmX2S]1YmX1SOG221ln[1(0.749)0.0300.749]0.002010.7496.004故HZ/N9/61.5OGOG（3）ZZ？YH1.5不变OG由题意知=0.0015其它条件不变，则2新情况下的传质单元数为：N1ln[1(S)YmX2S]11SYmXOG221ln[1(0.749)0.0300.749]0.0015010.7496.98ZHN1.56.9810.47m故OGOGZZ10.4791.47m8某厂吸收塔填料层高度为4m，用水吸收尾气中的有害组分A，已知平衡关系为Y=1.5X，塔顶X=0，Y=0.004，塔底22X=0.008，Y=0.02，求：11（1）气相总传质单元高度；（2）操作液气比为最小液气比的多少倍；（3）由于法定排放浓度Y必须小于0.002，所以拟将填料层加高，若液气流量不变，传质单元高度的变化亦可忽略不2计，问填料层应加高多少？解:（1）气相总传质单元高度Y1.5X1.50.0080.012Y0112Y(YY)(YY)(0.020.012)0.0040.0057711220.020.0120.004YYm1YY2lnln12YY0.020.0042.77N12Y0.00577OGmHZ/N4/2.771.44mOGOG（2）操作液气比为最小液气比的多少倍7L/VYY0.020.0042因为X=0，故122XX0.00812(L/V)YYYY0.020.0041.21212XXY/m0.021.5min121则(L/V)(L/V)1.221.67min（3）ZZ？Y0.002Y0.02X0则212L/VYY0.020.004212XXX121X0.0091所以Y1.5X1.50.0090.013511Y(YY)(YY)(0.020.0135)0.0020.0038211220.020.0135ln0.002mYY1ln1YY22YYN0.020.0024.7112Y0.00382OGmZHN1.444.716.78mOGOG所以ZZ6.7842.78m化工原理流体流动部分模拟试题及答案一填空(1）流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的2倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的1/4倍。(2）离心泵的特性曲线通常包括H-Q曲线、η-Q和N-Q曲线，这些曲线表示在一定转速下，输送某种特定的液体时泵的性能。(3)处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是静止的、连通着的、同一种连续的液体。流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用皮托流量计测量。(4)如果流体为理想流体且无加外功的情况下，写出：up2单位质量流体的机械能衡算式为Ez常数；2ggu2Egz单位重量流体的机械能衡算式为p常数；28up2单位体积流体的机械能衡算式为Ez常数；2gg(5)有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为zρg+（u2ρ/2）+p+Wρ=zρg+（uρ/2）+p+2111s222ρ∑h，各项单位为Pa（N/m2）。f(6）气体的粘度随温度升高而增加，水的粘度随温度升高而降低。(7)流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能减小。(8)流体流动的连续性方程是uAρ=uAρ=······=uAρ；适用于圆形直管的不可压缩流1212体流动的连续性方程为ud2=ud2=······=ud2。1122(9)当地大气压为745mmHg测得一容器内的绝对压强为350mmHg，则真空度为395mmHg。测得另一容器内的表压强为1360mmHg，则其绝对压强为2105mmHg。(10)测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将增加，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将不变。二选择1流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用A流量计测量。A皮托管B孔板流量计C文丘里流量计D转子流量计2离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生A。A气缚现象B汽蚀现象C汽化现象3离心泵的调节阀开A吸入管路阻力损失不变B泵出口的压力减小C泵入口的真空度减小D泵工作点的扬程升高D气浮现象大时，B4流体流动时的摩擦阻力损失h所损失的是机械能中的C项。fA动能B位能C静压能D总机械能6在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数数值CA与光滑管一样B只取决于ReC取决于相对粗糙度D与粗糙度无关7已知列管换热器外壳内径为600mm，壳内装有269根25×2.5mm的换热管，每小时有5×104kg的溶液在管束外侧流过，溶液A层流B湍流C过渡流D无法确定8某离心泵运行一年后发现有气缚现象A停泵，向泵内灌液B降低泵的安装高度C检查进口管路是否有泄漏现象D检查出口管路阻力是否过大密度为810kg/m3，粘度为1.91×10－3Pa·s，则溶液在管束外流过时的流型为A。，应C。三计算1如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两输送管路尺寸为83×3.5mm，泵的进出口管道上分别槽液面均恒定不变，安装有真空表和压力力表安装位置离贮槽道全部阻力损失为表读数为2.452×求：表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H为4.8m，压1的水面高度H为5m。当输水量为36m3/h时，进水管H21.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力105Pa，泵的效率为70%，水的密度为1000kg/m3，试（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？（3）真空表的读数为多少kgf/cm2？解：（1）两槽液面的高度差HHH21在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列液面为基准水平面，得：柏努利方程，以贮槽9upup322gHgHh222322f,23h4.9J/kg其中，,u=0,p=0,f,2333p=2.452×10Pa,H=5m,u=Vs/A=2.205m/s52222.2052.4521054.92代入上式得：H529.74m29.8110009.819.81（2）泵所需的实际功率在贮槽液面0-0´与高位槽液面3-3´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有：upup322gHWgHhf,03020320eh6.864.9J/kg其中，,u=u=0,p=p=0,H=0，H=29.4m23230f,03代入方程求得：W=298.64J/kg，WV36100010kg/s3600故NWW2986.4w，η=70%，NN4.27kwesseese（3）真空表的读数在贮槽液面0-0´与真空表截面1-1´间列柏努利方程，有：upup122gHgHhf,010201201其中，h1.96J/kg,H=0，u=0,p=0,H=4.8m,u=2.205m/sf,01000112.2052p1000(9.814.81.96)5.15104Pa代入上式得，210.525kgf/cm22如图所示输水系统，已知管路总长度（包括所有当量长度，表之后管路长度为80m，管路摩擦系数为0.03，管路内径为1000kg/m3，泵的效率为0.8，输水量为15m3/h。求：（1）整个J/kg；（2）泵轴功率，kw；（3）压力表的读数，Pa。解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg；由题意知，下同）为100m，压力0.05m，水的密度为管路的阻力损失，mH=20mH1=2VuA152.12m/ss(36000.052)4lu21002.122h0.03135.1J/kg则d20.052f（2）泵轴功率，kw；在贮槽液面0-0´与高位槽液面1-1´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有：upup122gHWgHhf,01020120e10h135.1J/kg其中，,u=u=0，p=p=0（表压）,H=0，H=20m01100f代入方程得：WgHh9.8120135.1331.3J/kgef又WV1510004.17kg/s3600ss故NWW1381.5w，η=80%，NN1727w1.727kweese化工原理蒸馏部分模拟试题及答案一、填空1精馏过程是利用部分冷凝和部分汽化的原理而进行的。精馏设计中，回流比越大，所需理论板越少。2精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数减小（增大、减小），同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量增大（增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量减小（增大、减小），所需塔径增大（增大、减小）。3分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中,冷液体进料的q值最大，提馏段操作线与平衡线之间的距离最远,分离所需的总理论板数最少。4相对挥发度α=1，表示不能用普通精馏分离分离，但能用萃精取馏或恒沸精馏分离分离。5某二元混合物，进料量为100kmol/h，x=0.6，要求得到塔顶x不小于0.9，则塔顶最大产量为66.7kmol/h。FD6精馏操作的依据是混合液中各组分的挥发度差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底上升蒸气。p/xy/yv/vp/po7写出相对挥发度的几种表达式====BoA。BAAAp/xx/xBABBBA二、选择1已知q=1.1，则加料中液体量与总加料量之比为C。A1.1:1B1:1.1C1:1D0.1:12精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是D。A液相中易挥发组分进入汽相；B汽相中难挥发组分进入液相；C液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多；D液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。3某二元混合物，进料量为100kmol/h，x=0.6，要求得到塔顶x不小于0.9，则塔顶最大产量为B。FDA60kmol/hB66.7kmol/hC90kmol/hD不能定4某二元混合物，=3，全回流条件下x=0.3，则y=B。nn-1A0.9B0.3C0.854D0.7944‘某二元混合物，=3，全回流条件下x=0.3，则y=Dnn-1A0.9B0.3C0.854D0.7945精馏的操作线是直线，主要基于以下原因D。A理论板假定B理想物系C塔顶泡点回流D恒摩尔流假设6某筛板精馏塔在操作一段时间后，分离效率降低，且全塔压降增加，其原因及应采取的措施是B。A塔板受腐蚀，孔径增大，产生漏液，应增加塔釜热负荷B筛孔被堵塞，孔径减小，孔速增加，雾沫夹带严重，应降低负荷操作C塔板脱落，理论板数减少，应停工检修D降液管折断，气体短路，需更换降液管7板式塔中操作弹性最大的是B。11A筛板塔B浮阀塔C泡罩塔8下列命题中不正确的为A。A上升气速过大会引起漏液B上升气速过大会引起液泛C上升气速过大会使塔板效率下降D上升气速过大会造成过量的液沫夹带9二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下线的变化B。A平衡线B操作线与q线C平衡线与操作线D平衡线与q线三、计算1用一精馏塔分离二元液体混合物，进料量100kmol/h，易挥发组分x=0.5，泡点进料，得塔顶产品x=0.9，塔底釜液DFx=0.05（皆摩尔分率），操作回流比R=1.61，该物系平均相对挥发度α=2.25，塔顶为全凝器，求：W(1)塔顶和塔底的产品量（kmol/h）；(2)第一块塔板下降的液体组成x为多少；1(3)写出提馏段操作线数值方程；(4)最小回流比。解：（1）塔顶和塔底的产品量（kmol/h）；F=D+W=100（1）D0.9W0.05Fx1000.550（2）FW=47.06kmol/hD=52.94kmol/h上述两式联立求解得（2）第一块塔板下降的液体组成x为多少；1x因塔顶为全凝器，xy1(1)x1D11y0.9x10.801(1)y1（3）写出提馏段操作线数值方程；VV(R1)D2.6152.94138.17LLqFRDF1.6152.94100185.23LWx185.23x47.060.05yxWVV138.17138.17则m1mm1.34x0.017m（4）最小回流比。泡点进料，q=1,xx0.5qFxq2.250.5yq0.6921(1)x11.250.5qxyRDmin0.90.6921.083qyx0.692