化工原理复习题

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998.2kg/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90kPa的地区，仍使该塔塔顶在相似的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？解：题4附图题4附图4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900kg/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BDh1h2AC题5附图（1）计算玻璃管内水柱的高度；（2）判断A与B、C与D点的压力与否相等。解：（1）容器底部压力（2）10．硫酸流经由大小管构成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm和φ57×3.5mm。已知硫酸的密度为1831kg/m3，体积流量为9m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。现规定料液以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1题12附图解:以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’简化:题17附图14．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。现规定输送量为40×103kg/h题17附图解:在贮槽液面1-1’与回流管出口外侧2-2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30m3/h，此时管路的所有能量损失为40J/kg。设泵的效率为70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解：2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成；耐火砖b1=230mm，1=1.05W/(m·℃)绝热砖b2=230mm，2=0.151W/(m·℃)建筑砖b3=240mm，3=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℃，规定绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过138℃，试求：绝热层需几块绝热砖；一般砖外侧温度为多少？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、Φ50×5㎜的不锈钢管，导热系数λ1＝16Ｗ／（ｍ·Ｋ），外面包裹厚度为30mm导热系数λ２＝0.2W/（ｍ·Ｋ）的石棉保温层。若钢管的内表面温度为623Ｋ，保温层外表面温度为习题3-3附图解：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当相等，可得到钢管外表面的温度t2。16、每小时8000m3（原则状况）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%解：热量衡算：查得原则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：（1）逆流1212060401580451201206015401052019、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101004032156825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18010mm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W/(m2℃)。试求：（1）冷却水用量；（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906050906050204040（3）并流时平均温度差为906090602050701021、在一内管为252.5mm的套管式换热器中，CO2气体在管程流动，对流传热系数为40W/(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，总传热系数增长多少；（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，总传热系数增长多少；（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Rs2=0.5310-3(m2K/W)管外水侧热阻Rs1=0.2110-3(m2K/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2=80W/(m2K)总传热系数增长92.8%（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，1=6000W/(m2K)总传热系数增长0.7%

第五章气体吸取气液平衡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=0.10根据，因此2．向盛有一定量水的鼓泡吸取器中通入纯的CO2气体，经充足接触后，测得水中的CO2平衡浓度为2.875×10－2kmol/m3，鼓泡器内总压为101.3kPa，水温30℃，溶液密度为1000kg/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混合气与水充足接触，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．用清水逆流吸取混合气中的氨，进入常压吸取塔的气体含氨6％（体积），氨的吸取率为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。试用气相摩尔比表达塔顶和塔底处吸取的推进力。解：塔顶：塔底：吸取过程设计型计算10．用20℃的清水逆流吸取氨－空气混合气中的氨，已知混合气体总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.0133kPa，规定混合气体处理量为773m3/h，水吸取混合气中氨的吸取率为99％。在操作条件下物系的平衡关系为，若吸取剂用量为最小用的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（用摩尔分率表达）。解：（1）实际吸取剂用量L=2Lmin=2×23.8=47.6kmol/h＝856.8kg/h（2）X1=X2+V（Y1-Y2）/L=0+11．在一填料吸取塔内，用清水逆流吸取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)的水溶液吸取含SO2为0.09（摩尔分率）的混合气中的SO2。已知进塔吸取剂流量为37800kg/h，混合气流量为100kmol/h，规定SO2的吸取率为80%。在吸取操作条件下，系统的平衡关系为，求气相总传质单元数。解：吸取剂流量惰性气体流量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的清水逆流吸取混合气中的丙酮，规定丙酮的回收率为98.8%。已知操作压力为100kPa，操作温度下的亨利系数为177kPa，气相总体积吸取系数为0.0231kmol/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取，故kmol/m2·s==11.0也可由和=83.3，查图5-25得到=9.78=因此=9.78×1.04=10.17m

第六章蒸馏3．试计算压力为101.3kPa时，苯-甲苯混合液在96℃时的气液平衡构成。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．在一持续操作的精馏塔中，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），规定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。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=29.1kmol/hD=11.31kmol/h塔顶馏出液摩尔分数：7．在一持续精馏塔中分离苯－氯仿混合液，规定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=44.48kmol/h（1）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：提馏段下降液体构成：8．某持续精馏塔，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、釜液构成及回流比。解：精馏段操作线的斜率为：由精馏段操作线的截距：塔顶馏出液构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．用一持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）所需的至少理论塔板数。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．用一持续精馏塔分离苯-甲苯混合液。进料液中含苯0.4（质量分数，下同），规定馏出液中含苯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Φ35mm×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，水由粗管持续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的倍。答案：减少；升高；m；湍流；41.流体在圆形直管内作定态流动，雷诺准数Re＝1500，则其摩擦系数应为（）A.0.032B.0.0427C.0.0267D.无法确定2.双液体U形差压计规定指示液的密度差()A.大；B.相等；C.小；D.无规定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λ与Re的关系为（）。A.随Re增长，λ增长B.随Re增长，λ减小C.随Re增长，λ基本不变D.随Re增长，λ先增长后减小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点处在同一水平面)PB>PB1B.PB<PB1C.PB=PB1D.无法比较答案：B；C；C；A；1.离心泵的安装高度超过容许安装高度时，离心泵会发生现象。2.离心泵开动之前必须充斥被输送的流体是为了防止发生（）。A.汽化现象B.汽蚀现象C.气缚现象D.气出现象答案：汽蚀；C简述何谓离心泵的特性曲线并阐明其特点。答：离心泵的特性曲线表达泵的压头H、轴功率N、效率η与流量Q之间的关系曲线。其特点为：（1）H-Q曲线，表达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，表达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）η-Q曲线，表达泵的效率与流量的关系，当Q=0时，η=0；伴随流量增大，泵的效率随之而上升并到达一最大值，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，进水管道所有阻力损失为1.96J/kg，出水管道所有阻力损失为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长而，随其温度的升高而。2.厚度不一样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；减少；R1>R2>R3；Q1=Q2=Q3；黑度；温度的四次方1.间壁传热时，各层的温度降与各对应层的热阻成（）2.在相似的温度下，实际物体的吸取率比黑体的吸取率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.总传热热阻总是靠近对流传热系数（）的一侧流体。6.壁温总是靠近对流系数（）的流体答案：正比；小；大；小；较