过程原理与设备复习试题与答案

过程原理与设备复习题一、单项选择题1.流体在圆形直管中层流流动时的速度分布曲线为（）。A.直线8.抛物线^双曲线 D.椭圆线2．计算管路系统突然扩大和突然缩小的局部阻力时，速度值应取为（）。A.上游截面处流速B.下游截面处流速 C/小管中流速 D.大管中流速TOC\o"1-5"\h\z3.根据工作原理分类，齿轮泵属于（ ）。A.离心式B.往复式C.旋转式D.流体动力作用式4．离心泵吸入管路底阀的作用是（ ）。A.阻拦液体中的固体颗粒；B.避免出现气蚀现象；C.维持最低的允许吸上高度；D.防止启动前充入的液体从泵漏出.在斯托克斯区，颗粒的沉降速度与其直径的9次方成正比，n等于（ ）。A.1/2B.1C.3/2D.2.一套管换热器，环隙为120℃蒸汽冷凝，管空气从20℃被加热到50℃，则管壁温度应接近于（）。A.35℃B.50℃C.77.5℃D.120℃TOC\o"1-5"\h\z7．单层平壁稳态热传导时，若壁厚增加，平壁材料及传热面积不变，则温差（ ）。A.变小B.不变C.变大D.不确定8.传热实验时,在套管换热器中用饱和水蒸气冷凝来加热空气（空气走管,蒸气走环隙）,为强化传热决定加装翅片,更为有效的方法是将翅片装在（ ）。A.管外侧B.管侧C.外管外侧D.外管侧9．进料热状态参数值为最大的进料方式是（ ）A.冷液体B.饱和液体C.饱和蒸气D.过热蒸气10.某二组分混合物，其中A为易挥发组分，液相组成xA=0.4时，泡点温度为t1,与之相平衡的气相组成yA=0.8,与此相应的露点温度为t2,则（ ）。A.2t1=t2B.t1>t2C.t1=t2D.t1<t211．下列单元操作中，属于热量传递的是（）。A.蒸馏B.蒸发C.吸收 D.吸附流体在直管中层流流动时，摩擦阻力损失与流速（）。

A.无关A.无关B.一次方成正比C.平方成正比口.立方成正比TOC\o"1-5"\h\z离心泵的轴功率是在( )。A.流量为零时最大B.压头最大时最大C.流量为零时最小D.工作点处最大在一水平变径管路中，细管截面1和粗管截面2与U形管液柱压差计相连，当流体流过该管段时压差计测量的是1、2两截面间的( )。A.总能量损失 B.动能差C.压强差D.局部阻力损失15．离心泵的工作点是指( )。A.与泵最高效率对应的点B.由泵的特性曲线所决定的点C.由管路特性曲线所决定的点D.泵的特性曲线与管路特性曲线的交点16.含尘气体在降尘室中沉降，若气体处理量不变，降尘室的高度增加一倍，则该气体中临界粒径颗粒的沉降速度将( )。A.增加两倍B.增加一倍C.降为原来的1/2D.不变17．转筒真空过滤机的操作方式是( )。A.恒压B.恒速 C.先恒压后恒速 D.先恒速后恒压流体在圆形直管作强制湍流时，其对流传热系数与雷诺数Re的9次方成正比，其中n值为( )A.0.5B.0.8C.1D.2不能引发降液管液泛这种现象的原因是( )。．．A.塔板间距过小 B.过量雾沫夹带 C.严重漏液 D.气、液负荷过大精馏操作中，若其它条件都不变，只将塔顶的过冷液体回流改为泡点回流，则塔顶产品组成x( )。DA.变小B.变大C.不变D.不确定21.连续操作时，物料衡算通式中的过程积累量为( )。A.零 B.正数 C.负数D.任意值22．流体在圆管中层流流动，若只将管流体流速增加1倍，管流体仍为层流流动，则阻力损失( )。A.增加2倍 B.增加-陞倍C.增加1倍D.不变23.流体的流动类型可用雷诺准数来判定，若为湍流，则Re ( )A.<4000B.<2000 c.>2000D.>4000TOC\o"1-5"\h\z24．离心泵的设计工况点是( )。A.流量为零时 B.压头最大时C.流量最大时D.效率最大时25．活塞往复运动一次，只吸入和排出液体各一次，该泵为( )。A.单动泵B.双动泵C.三联泵D.以上均是.在湍流区,颗粒的沉降速度与其黏度的9次方成反比，n等于( )。A.1B.1/2C.1/3D.0.水在圆管中强制湍流时的对流传热系数为a，若将水的流量增加一倍，而其他条件不变，则此时对流传热系数为()。A. 2a b.2o.8a c.ad.a..2TOC\o"1-5"\h\z.在列管式换热器中，用常压水蒸气冷凝以加热空气，空气平均温度为20℃，则换热器壁面温度约为( )。A.20℃B.40℃c.60℃D.100℃.分离某双组分混合物，进料量为100kmolh，进料组成为0.6,要求馏出液组成不小于0.9，则塔顶馏出液最大产量为( )。A.60kmol/hB.66.7kmol/h C.90kmol/hD.不能判断.精馏塔设计中,增大操作压强,则相对挥发度( )。A.增大B.不变C.减小 D.不确定二、多项选择题1．气体在直径不变的圆形管道作等温稳定流动,各截面上的( )。A.速度相等B.体积流量相等C.质量流量相等D.质量流速相等E.速度逐渐减小气体输送机械通常按压缩比的大小分为( )。A.通风机B.鼓风机C.压缩机D.往复泵E.真空泵在水平重力降尘室中分离含尘气体,当分离的临界粒径和临界粒径颗粒的沉降速度一定时,影响其生产能力的因素是( )。A.降尘室的高度 B.降尘室的宽度 C.降尘室的长度 D.降尘室的层数E.降尘室的横截面积4.影响冷凝传热系数的因素有( )。A.流体的物性 B.冷凝传热温度差C.不凝性气体D.蒸汽过热E.传热面的形状与布置TOC\o"1-5"\h\z5.连续稳定操作中的精馏塔，F、q、Xd、Xw、V’不变，减小XF，则有( )0A.D增大B.W增大C.D减小D.亚减小E.R增大流体在圆管中层流流动，下列说法正确的是( )。A.速度分布为抛物线形状 B.平均流速为最大流速的0.82倍C.最大流速为平均流速的2倍 D.管中心处的速度最大E.管壁处速度为0流体输送机械根据工作原理的不同，通常分为( )。A.压缩式B.往复式C.离心式D.旋转式E.流体动力作用式在现有的过滤设备上进行过滤时，要想提高过滤速率应采取的措施有( )。A.增大过滤压力差B.增大操作温度C.选用阻力低的过滤介质D.增加滤饼厚度E.增大滤液黏度表征流体无相变时对流传热系数的特征数有( )。A.ReB.EuC.PrD.NuE.Gr根据操作压力进行分类，蒸馏分为( )。A.萃取蒸馏B.常压蒸馏C.恒沸蒸馏D.加压蒸馏E.减压蒸馏11．关于流体压力之间的关系，下列等式中正确的是( )。A.表压=绝对压力—大气压力B.表压=大气压力—绝对压力C.真空度=大气压力—绝对压力 D.真空度=绝对压力—大气压力E.绝对压力=真空度+表压关于离心泵特性曲线的描述，说法正确的是：( )。A.随流量增大，扬程增大B.随流量增大，扬程减小C.随流量增大，轴功率增大D.随流量增大，效率增大E.随流量增大，效率先增大后减小颗粒在流体中沉降，其沉降流型分为( )。A.层流区B.过渡区C.湍流区D.层流底层区 E.完全湍流区影响对流传热系数的因素有()。A.流体的物理性质B.流体的对流起因C.流体的流动状态D.流体的相态变化E.传热面的形状、相对位置与尺寸能引发降液管液泛这种现象的原因是( )。A.塔板间距过小 B.严重漏液C.过量雾沫夹带 D.气、液负荷过大E.液面落差过高三、 填空题.某设备的表压为50kPa,当地大气压力为100kPa,则该设备的绝对压力为（ ）kPa。.过程的传递速率是决定化工设备的重要因素,传递速率（）时,设备尺寸可以小。TOC\o"1-5"\h\z3．单位重量液体流经泵所获得的能量称为（ ）。4.单位体积气体流经通风机后所获得的总机械能,称为通风机的（ ）。5．在过滤操作中,真正发挥拦截颗粒作用的主要是（ ）而不是过滤介质。6．依靠离心力的作用,使流体中的颗粒产生沉降运动,称为（ ）。根据热量传递机理的不同,有3种基本传热方式：传导、（ ）和辐射。在卧式管壳式换热器中,用饱和水蒸气冷凝加热原油,则原油宜在（）程流动。9．在精馏塔中,越往上汽液两相中易挥发组分越多,温度越（ ）。在连续操作的精馏塔中,采用全回流操作,则回流比等于（ ）。测速管是测量流体的（ ）速度。流体在圆管流动时，当Re增大到一定程度，层流底层很薄，壁面的突出点全部伸入湍流主体中。这种情况下的流体流动,称为（ ）。13．离心泵的特性曲线中,将效率与流量的关系曲线中效率最高点称为（ ）。14．往复泵的流量调节方法通常有（ ）、改变原动机转速和改变活塞的行程三种。将降尘室用隔板分25层后,要求气体的处理量不变,则临界粒径的沉降速度可以降为原来的1/25,临界粒径将为原来的（ ）。旋液分离器是利用（ ）的作用,使悬浮液中固体颗粒增稠或使粒径不同及密度不同的颗粒进行分级。单层平壁稳态热传导中,壁厚越厚,传热的阻力（ ）。在固定管板式换热器中,易结垢的流体易走（ ）程。对于双组分的理想溶液,当总压增大时,泡点（ ）。在精馏塔的进料板以下的塔段中,上升气相从下降液相中提出了（ ）组分,故称为提馏段。流体在圆形管湍流流动时,在管壁处的速度为（ ）。湿式气体流量计是一种用来测量（ ）体积的容积式流量计。离心泵的安装高度超过允许安装高度时,将可能发生（ ）现象。24．为了能使高阻力管路系统的输液距离增大、流量增多,需要提高泵的扬程,通常采用离心泵的（ ）操作。在规定的沉降速度条件下，降尘室的生产能力只取决于降尘室的（）而与其高度无关。在现有的过滤设备上进行过滤时，要想提高过滤速率应采取的措施有：增大过滤（ ）、增大操作温度和选用阻力低的过滤介质。27．单位时间通过单位传热面积传递的热量，称为（ ）。换热器安装折流挡板是为了提高（）流体的对流传热系数。间歇精馏过程中，若保持馏出液组成恒定，则需逐渐增大（ ）。泡点下的饱和液体进料时，精馏段上升蒸气量（ ）提馏段上升蒸气量。四、名词解释.光滑管流动：.容积损失：.重力沉降：.等温面：.操作弹性：.体积流量：.行程：.电除尘法：.对流：.全回流：.质量流量：.全风压：.沉聚：.热流密度：.液面落差：五、简答题应用量纲一致性方程推导雷诺数的量纲。分析离心泵输送液体黏度大于水时，对流量、扬程、轴功率及效率的影响。简述重力降尘室的操作原理。换热器的强化传热中，最有效的途径是增大总传热系数K,写出增大K的措施。一正在运行中的精馏塔，由于前段工序的原因，使料液组成x下降，而F、R、q、V'F不变。试分析L、V、D、W变化趋势。何谓层流底层，分析层流底层厚度的影响因素。分析影响离心泵最大允许安装高度的因素。某微小颗粒在水中按斯托克斯定律沉降，比较在50℃水中和20℃水中的沉降速度的大小关系并分析其原因。分析影响膜状冷凝传热的因素。精馏操作时，若F、x、R、q不变，塔顶产品量D增加，分析L、W、V、L'、V'F变化趋势。如图所示，有一水平输水管路，d2=2d1，d3=44，已知流体在管路1中的流速为u1，当流量增加一倍时，其他条件不变，求解各段的平均流速(以u1表示)。3写出离心泵的三条特性曲线，分析启动离心泵时关闭出口阀的原因。在现有过滤设备上进行过滤时，简述提高过滤速率的方法。写出以传热面A为基准的总传热系数表达式，对于无相变流体，分析提高a的措施。115.在一定的精馏塔连续操作，若在F、x、q、D不变的条件下，加大回流比R，假F设全塔效率不变，分析W、L、V、L'、R'变化趋势。六、计算题.如题图所示，某化工厂用泵将敞口储槽中密度为1200kg/m3的碱液输送至蒸发器，储槽液面恒定。蒸发器上部蒸发室操作压力为27kPa(真空度)，蒸发器进料口高于储槽液面15m，输送管道为。68mmx4mm的钢管，送料量为20m3/h，碱液流经所有管路的能量损失为120J：kg。试求：(1)管流体流速;(2)泵提供的外加机械能。.在套管式换热器中用饱和水蒸气加热苯液，苯在9114mmx4mm的钢管中流动。120℃的饱和水蒸气在环隙中冷凝，将流量为4000kg/h的苯从30℃升到90℃。总传热系数为500W..42•K）（操作条件下苯的比热容为1.87x103J；Qg•K），水蒸气的汽化潜热为2204kJkg）。试求：（1）饱和水蒸气消耗量；（2）以钢管表面为基准所需的有效长度。.在连续精馏塔中分离双组分理想溶液，原料流量为150kmol/h，易挥发组分组成为0.4（摩尔分数，下同），饱和液体进料，塔顶产品组成为0.97，塔底釜液组成为0.02，操作回流比为最小回流比的1.5倍，该物系平均相对挥发度为2.47，塔顶全凝器，冷凝为泡点液体回流入塔。试求：（1）馏出液与釜液摩尔流量；（2）回流比。.用离心泵把20℃密度为1000kg/m3的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽水位维持恒定，各部分相对位置如图所示，管路的直径均为976mmx2.5mm，水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按Zh=2u2与Zh=10u2计算，管流速2ms。排水管f1 f2与喷头连接处的表压为98.07x103Pa。试求泵的有效功率。.在一列管式换热器中，用冷却水将100℃的热水冷却到50°c,热水流量为60m3：h,冷却水在管流动，从20℃升到45℃。已知总传热系数K为2000W-（n2•k）换热管为。25mmx2.5mm的钢管，长为3m。（已知热水密度为P1=960kg/m3，热水与冷水的比热容为c=c=4.187x103J-keg•K））试求：p1 p2 '（1）冷却水消耗量；（2）逆流操作时，以换热管外表面为基准所需换热管数。.一连续精馏塔常压下分离双组分混合物，塔顶为全凝器，泡点回流，塔釜用间接蒸汽加热，全塔平均相对挥发度为2,进料量为100kmolh，进料组成0.5（摩尔分数，下同），饱和蒸气进料，塔顶馏出液组成0.95，塔底组成0.05。回流比为最小回流比的1.5倍。试求：（1）馏出液与釜液摩尔流量；（2）回流比。.用离心泵将密度为1000kg/m3的水溶液由敞口贮槽送至表压为100kPa的高位槽中。两槽液面恒定，两液面间垂直距离20m。输送管路为。76mmx3mm钢管，送液量30m3/h。吸入管路长6m，排出管路长40m，贮槽液面与泵入口间、两液面间所有管件的当量长度分别为20m和50m，管路摩擦系数为0.03，当地大气压为100kPa。试求泵的有效功率。.某管壳式换热器中，用水逆流冷却某石油馏分，该馏分的流量为1500kgh，平均比热容为3.36x103J/Qg•K），要求将它从90℃冷却到40℃。冷却水的进口温度为15℃，出口温度为55℃。冷却水的平均比热容为4.18x103J《g•K）换热器的总传热系数为200W..(n2.K)试求:（1）冷却水用量；（2）所需传热面积。.用一精馏塔分离双组分理想混合物，已知泡点进料，全塔平均相对挥发度为3，进料量为200kmolh，进料组成为0.3（摩尔分数，下同）。要求塔顶馏出液组成为0.9,釜液组成为0.1。回流比为最小回流比的2倍，塔顶全凝器，冷凝为泡点液体回流入塔。试求：（1）馏出液与釜液摩尔流量；（2）回流比。过程原理与设备复习题答案一、单项选择题B2.C3.C4.D5.D6.D7.C8.B9.A10.CB12.B13.C14.C15.D16.D17.A18.B19.C20.A21.A22.C23.D24.D25.A26.D27.B28.D29.B30.C二、多项选择题1.CD2．ABCE3.BC4.ABCDE5.BCE6.ACDE7．BCDE8.ABCACDE10.BDE11.AC12．BCE13.ABC14.ABCDE15.ACDE三、填空题150 2.大3.扬程4.全风压5滤饼6.离心沉降7.对流8.管9.低无穷大11.点12.完全湍流13.设计工况点14.旁路调节15.1/5离心力17.越大18.管19.增大20.易挥发21.零22.气体23.汽蚀24.串联25.底面积26.压力差27.热流密度28.壳程29.回流比30.等于四、名词解释光滑管流动：在流体湍流流动条件下，如果层流底层的厚度大于壁面的绝对粗糙度，流体如同流过光滑管壁，这种情况的流动称为光滑管流动。容积损失：泵有部分高压液体泄漏到低压区，使排出的液体流量小于流经叶轮的流量而造成的功率损失。重力沉降：由于地球引力作用而发生的颗粒沉降过程。等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点相连接而构成的面。操作弹性：在正常操作条件下，汽相的最大处理量与最小处理量之比值。体积流量：单位时间流体流经管路任一截面的体积。行程：活塞在泵缸两端间移动的距离。电除尘法：使含尘气体中的颗粒在高压电场受电场力的作用而沉降分离的方法。对流：在流体中，冷、热不同部位的流体质点作宏观移动和混合，将热量从高温处传到低温处的现象。全回流：若塔顶上升蒸气冷凝后全部回流至塔，称为全回流。质量流量：单位时间流体流经管路任一截面的质量。全风压：单位体积气体流经通风机后所获得的总机械能。沉聚：悬浮液放在大型容器里，其中的固体颗粒在重力下沉降，得到澄清液与稠浆的操作，称为沉聚。热流密度：单位时间通过单位传热面积传递的热量。液面落差：塔板进、出口之间的清液层高度差。五、简答题dimd=L,（1分）dimu=LT-1,（i分）dimp=ML-3,（i分）dup一 LLT-1ML-3-dimR二ML-1T-1（1分）R— ,dimR= =1（1分）eR e ML-1T-1因为液体黏度增大，叶轮液体流速降低，流量减少。（1分）因为液体黏度增大，液体流经泵时的流动摩擦损失增大，扬程减小。（1分）因为液体黏度增大，叶轮前、后盖板与液体之间的摩擦而引起能量损失增大，使所需要qpgH的轴功率增大。（2分）n=v^j—，所以效率减小。（1分）含尘气体由管路进入降尘室后，因流道截面积扩大而流速降低。（2分）只要气体从降尘室进口流到出口所需要的停留时间等于或大于尘粒从降尘室的顶部沉降到底部所需的沉降时间，则尘粒就可以分离出来。（3分）要想增大总传热系数，就必须减小金属壁、污垢及两侧流体等热阻较大者的热阻。（3分）当金属壁很薄，其热导率较大，且壁面无污垢时，则减小两侧流体的对流热阻对提高K值最有效。（1分）若两侧流体的对流传热系数相差较大时，增加较小的对流传热系数对提高K值最有效。（1分）R、q不变，Xf下降，R'则减小，（1分）V'不变，R=V'W，W增加，（1分）F不变，D=F-W，D减小，（1分）L=RD,L减小，（1分）V=（R+1）D,V减小。（1分）由于流体具有黏性，邻近管壁处的流体受到管壁处流体层的约束作用，其流速不大，仍然保持一层作层流流动的流体薄层，称为层流底层。（3分）厚度受雷诺数影响，随着Re增加，厚度减薄。（2分）贮槽液面上方的压力，（当贮槽敞口时，为地环境大气压）（2分）液体在工作温度下的饱和蒸气压，（1分）允许汽蚀余量，（1分）吸入管路的压头损失。（1分）50℃水中的沉降速度比较大（2分）沉降速度与流体的黏度成反比，与颗粒同流体的密度差成正比。水温升高，黏度减小，密度虽也有减小，但并不显著，总的结果是使沉降速度增大。（3分）.①流体的物性；②冷凝传热温度差：③不凝性气体的影响；④蒸气流速和流向的影响；⑤蒸气过热的影响；⑥传热面的形状与布置（答对1条得1分，5条以上5分）

.F、x、R、q不变，塔顶产品量D增加，根据F=D+W,W减小，（1分）FL=RD,L增加，（1分）V=（R+1）D,V增加，（1分）L'=L+qF,L'增加，（1分）V，=V+（q-1）F,V'增加。（1分）qq11u=—=qq11u=—=——,

.A nd2丁（2分）q；=2qv，则ui=2ui,（1分）u2—uiu-L2，,/d丫u（1分）u；=u「寸=威。（1分）3 1（d） 83包括H-曲线、P-曲线和-曲线；（3分）轴功率随着流量的增加而上升，时P最小，因此，离心泵应在关闭出口阀的情况下启动，这样可以使电机的启动电流最小，以保护电动机。（2分）增大过滤压力差，（2分）增大操作温度，（2分）选用阻力低的过滤介质。（1分）LLbddd-———+R+ 」+R L-+-L-（2分）①增大流体流速，（1分）②管插入Kad1九d d2dadLL m 2 2215.（1分）L=RD，15.（1分）L=RD，L增大，F、x、q、D不变，R增大，F=D+W，则W不变，F（1分）V=L+D，V增大，（1分）L'=L+qF，L'增大，（1分）R'=（R+1）D+。—1）F，R增大。（1分）WW六、计算题1.解:（1）d=68-2x4=60mm=0.06m，u=qv=20/3600=1.96m/s （3分）A-x0.0624（2）在低位储槽液面1-1截面与管路出口截面2-2截面之间列伯努利方程p—pu2—u2TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"W=（Z-Z）g+—2——l+」 l+乙h （2分）2 1p2f以低位储槽液面1-1为基准面Z—Z=15m，u=u=0，21 12p1=0（表压）p2=27x103Pa（真空度） （3分）-27X103（2分）W=15x9.81+ +0+120=244.65J/kg（2分）12002.解:（1）热负荷Q=qcm1p1-1）=4000X1.87X103x（90-30）=1.25x105W1 3600（2分）饱和水蒸汽消耗量qm2Q1.25义105*36002204义103=204.17kg/h（2分）120—120（2）30T909030AtAt=—1,m AtIn—1At2-At 90-30 2- ln9030=54.61℃（2分）1.25x（2）30T909030AtAt=—1,m AtIn—1At2-At 90-30 2- ln9030=54.61℃（2分）1.25x105 =4.58m2500x54.61（2分）l=-A兀d1458 =13.75m兀x（114-2x4）x10-3（2分）x-x 0.4-0.023解：（1）D=F—f =150x =60kmolihx-x 0.97-0.02DW（2分）W=F—D=150—60=90kmolh（2分）（2）饱和液体进料，xp=xF=0.4由汽液相平衡方程yp2.47XI=0.621+1.47x0.4（3分）Rminx-y—D Py-xPP0.97-0.62 =1.590.62-0.4R=1.5R =2.39min（3分）4.解:在低位槽液面1-1截面与管道出口2-2截面（侧）之间列伯努利方程pu2zg+—+—+W=z1P2（2分）以低位槽液面为基准z=0,z=14mp1=0,p=98.07x103Pa（表压），（2分）d=76-2x2.5=71mm=0.071m，u=0，u=u

12=2ms（3分）q（3分）q=pq=1000x兀. —d2u=7.92kg：s9807x10322W=14x9.81+——— +——+2x22+10x22=285.41J/kg1000 2（3分）P=qW=7.92*285.41=2260.45（3分）em5.解:（1）热负荷Q=（1）热负荷Q=qcTm1p11)二960x60x4.187x103x(100-50)=3.35x106W3600（2分）冷却水消耗量qm2c~(n^二p2 2 13.35x106 冷却水消耗量qm2c~(n^二p2 2 13.35x106 k/4.187x103x(45-20)- g§（2分）100f50(2)逆流45―20Atm逆55 30At+At

——1 2255+30=42.5℃(3分)3.35x103.35x10