重庆大学化工原理考研试题2010(含答案)

一．填空题（20分，每空一分）1.流体在管内作层流流动，如流量不变，若仅增大管径，则摩擦系数变大，直管阻力变小。2.离心泵的工作点是管路特性曲线和泵的特性曲线两条曲线的交点。3.正位移泵不能通过出口阀门来调节流量，它们流量调节的方法有调节回路和泵的转速或活塞行程。4.含尘气体通过长为4米，宽为3米，高为1米的降尘室，颗粒的沉降速度为0.03m/s,则降尘室的生产能力为0.36m3/s.5.间壁式换热器中冷热流体定态传热，如在壳程用饱和蒸汽加热，总传热系数接近于管内侧的对流传热系数，因此若强化该传热过程，应从管内侧着手6.两组份的相对挥发度越小，则表示分离该物系越难。二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起平衡线、操作线与ｑ线中哪几条线的变化？操作线和q线。7.某精馏塔在操作时，加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料，且保持Ｆ，ｘF，Ｒ，Ｄ不变，则此时塔顶物料浓度ｘD增加，塔底物料浓度ｘW减少。8.气体吸收计算中，传质单元高度是表示传质设备性能好坏的一个参量，而传质单元数是表示物料分离难易程度的参量。9.用溶剂S分离A、B液相混合物（A为溶质），二相平衡时萃取相中yA=0.3,yS=0.6;萃余相中xA=0.15,xS=0.05,则分配系数kA为2，选择性系数β为16。10.已知在常压及25℃下水份在某湿物料与空气之间的平衡关系为：相对湿度φ=100%时，平衡含水量x*=0.02kg水／kg绝干料；相对湿度φ=40%时,平衡含水量x*=0.007kg水／kg绝干料。现该物料含水量为0.23kg水／kg绝干料,令其与25℃,φ=40%的空气接触,则该物料的自由含水量为0.223kg水／kg绝干料,结合水含量为0.02kg水／kg绝干料。二．选择题（20分，每题2分）1．流量qv增加一倍，孔板流量计压差计读数为原来的D倍，转子流量计的环隙面积A0为原来的B倍。A1B2C3D42.离心泵的扬程是指泵给予B液体的有效能量。A1kgB1NC1m3D1Pa3.三只长度相等的并联管路，管径的比为1:2:3，若三只管路的流动摩擦系数均相等，则三只管路的体积流量之比为C。A1:1:1B1:2:3C1:22.5:32.5D1:4:94.用一气蚀余量为2m的离心泵输送处于沸腾状态下的塔底液体（p0=pv），若泵前管路的全部流动阻力为1.5m液柱，则此泵的安装位置必须C。A高于塔底液面3.5没的上方B高于塔底液面1.5m的上方C低于塔底液面4m的下方D低于塔底液面2m的下方5．实际生产中沸腾传热过程应维持在D区操作。A自然对流B强制对流C膜状沸腾D泡状沸腾6.在吸收塔调节过程中，如减小液体的进口浓度x2，导致吸收推动力增大，传质速率增加，吸收比提高，则气体出口浓度y2B，液体出口浓度B。A增加B减少C不变D无法判断7.在常压下苯的沸点为80.1℃，环己烷的沸点为80.73℃，为使这两组分的混合液能得到分离，可采用下列那种分离方法A。A萃取精馏B普通精馏C恒沸精馏D水蒸汽直接加热精馏8.全回流时精馏段操作线的斜率等于B。A0B1C∞D任意值9.在以下4种进料热状况中，A的q值最大。A过冷液体B饱和液体C气液混合物D饱和蒸汽10.对于一定干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，其湿球温度B。Ａ愈高Ｂ愈低Ｃ不变Ｄ不一定，与其它因素有关三．简答题（20分）1．（8分）以研究直管阻力系数为例，简要列出量纲分析法的步骤，并说明其优点。(1)析因实验，寻找影响过程的主要因素，找出与直管阻力有关的影响因素有流体密度、黏度、管径、管长、粗糙度、流动的流速。（2）规划实验，将变量组合成无量纲数群，从而减少实验个数。（3）数据处理，得到实验结果的正确表达。优点：1、较少实验量。2、简化实验装置。2.（6分）某混合液含溶质A20%，稀释剂80%，拟用纯溶剂S单级萃取，要求萃余液中A的含量为10%（去除S后，1.00Ax），溶解度曲线如图所示。在操作范围内溶质A的分配系数kA=1，如何计算每处理100kg原料液时，所需溶剂用量。（要求将解题过程需要的线和符号在图上画出来，并简答计算步骤，不需量取线段长度计算实际数值）答：由xF=0.2定F点，连结FS。再由1.00Ax确定R’点，连结SR’与溶解度曲线交于R点。分配系数kA=1，即yA=xA,结线为一水平线，由此可得E点。联RE交FS于M点。如图所示。溶剂量S=F·MF/MSREMFR’3．（6分）全回流与最小回流比的意义是什么？各有什么用处？一般适宜回流比为最小回流比的多少倍？答：全回流时，达到指定分离要求的理论板数最少。全回流主要用在精馏装置开停工和实验室研究等场合。开工时为不稳定过程，为了尽快达到分离要求，采用全回流操作，然后再慢慢减小回流比，至规定回流比。最小回流比，是指达到指定分离要求的理论板数最多到无穷，是选择适宜回流比的依据。一般适宜回流比是最小回流比的1.1～2.0倍。四．计算题（20分）1.(20分)如图所示，用离心泵从水池将水送至10米高处的水塔，输水流量qv=0.21m3/min，总管路长L=50m（包括局部阻力的当量长度），管内径约为40mm，摩擦系数λ=0.03，问：（1）若选用的离心泵的特性方程为222240vqH(qv单位m3/min),证明该泵适用。（2）管路情况不变时，此泵正常运转后，管路实际流量为多少？（3）为使流量满足设计要求，需用出口阀门进行调节。阀门调节后，整个管道的阻力损失为多少J/Kg，消耗在该阀门的阻力损失增加多少J/Kg.10m解：（1）将流量qv=0.21m3/min代入离心泵的特性方程：2.3021.0222402224022vqH在两储槽液面之间列伯努力方程：feHguZpgpHguZpgp22222221112228.3351083.9202.06004.05003.010vveqqH代入qv=0.21m3/min，He=24.8m，30.224.8,所以泵适用。（2）管路曲线与离心泵的特性方程联立求解，解得min/232.03mqV（3）未调节前，NJHf/8.1421.08.3352调节后NJHHef/2.20102.3010所以消耗在阀门上的阻力损失，得kgJHE/9.5281.9)8.142.20(2.(15分)一板框过滤机用于恒温恒压（25℃\1atm）条件下一悬浮液过滤。已知滤框容积450mm*450mm*25mm,共30个框。每立方米滤液可形成0.02m3滤饼，qe=0.02m3/m2,K=6.89*10-5m2/s。过滤至滤饼满框后用1/10滤液体积的清水洗涤，洗涤压差与温度同过滤过程。而辅助时间为过滤时间与洗涤时间之和的80%，试求：（1）过滤时间(s)，提示：过滤时间：eqqqKT212（2）洗涤时间(s)。提示：洗涤时间：)(4（3）过滤机生产能力。解：(1):框内滤饼总体积3152.0025.045.045.030mVS滤液总体积36.702.0/152.0mV过滤面积22156.12245.030mA23/626.0mmAVqmin8.1011089.6023.0626.02626.021522eqqqKT(2):洗涤面积2206.645.030mAW23/125.006.66.71.0mmAVq)/(1065.24235smmqqKddqeWsddqq(3):生产能力Q辅助时间sD8659)61074717(8.0smVQPWD/109.3343．（15分）有一碳钢制造的套管换热器，其管径为φ96mm×3.5mm,流量为2000kg/h的苯在管内中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙中从15℃升到35℃.苯的对流传热系数α1＝230W/(m2·K),水的对流传热系数α2＝290W/(m2·K)。忽略污垢热阻。试求：(1)冷却水的消耗量；(2)并流和逆流操作时所需传热面积；假设总传热系数随温度的变化忽略不计（苯的比热1.86kJ/(kg.℃)，碳钢的导热系数45W/(m·k)）。解：(1)热负荷：kwQ313086.1)3600/2000(水量：hkgq/133518.420313600水(2)并流时的温差1.341565ln50并mt℃逆流式的温差8.393545ln10逆mt℃以内表面积为基准的总传热系数K1，0083.0290968945.924589035.02301dd1122m11内内dbdK6.1201KW/(m2·K)并流操作传热面积，A1并＝7.53m2逆流操作传热面积，A1逆＝6.46m24．(15分）用精馏塔分离两组分理想混合物，已知F=100kmol/h，4.0Fx（摩尔分率，下同），泡点进料，95.0Dx，Xw=0.05，操作回流比R=1.61，物系相对挥发度α=2.5。试求：（1）塔顶和塔底产品流量（kmol/h）；22111111ddddKm11222211ddddKm（2）提馏段上升蒸汽流量（kmol/h）；（3）写出提馏段操作线方程；（4）最小回流比。（提馏段方程为：1mmWLqFWyxxLqFWLqFW）解：（1）塔顶塔底产品流量，由全塔物料衡算：FDW，FDWFxDxWx；代入数据：100DW，0.40.950.05FDW；联立解得：38.89/,61.11/DkmolhWkmolh（2）提馏段上升蒸汽流量，由于泡点进料，则有：(1)(1.611)38.89101.5/VVLDRDDRDkmolh（3）提馏段操作线方程1.6138.8962.61/LRDkmolh1mmWLqFWyxxLqFWLqFW162.61110061.111.6020.60262.61110061.1162.61110061.11mmWmWyxxxx（4）最小回流比，平衡线方程：2.52.51112.5111.5xxxyxxxq线方程：Fxx；联立解得：0.4,0.625qqxy则：min0.950.6251.440.6250.4DqqqxyRyx5（15分）.在一填料塔中，用含苯0.00015（摩尔分数，下同）的洗油逆流吸收混合气体中的苯。已知混合气体的流量为1467.8m3/h（标准状态），进塔气中含苯0.05，要求苯的吸收率为90%。该塔塔径为0.6m，操作条件下的平衡关系为y*=26x，气相总体积传质系数Kya=0.045kmol/(m3·s)，实际操作液气比为最小液气比的1.3倍，洗油摩尔质量为170kg/kmol。试求：1.吸收剂用量（kg/h）；2.出塔洗油中苯的含量；所需填料层高度；（标准状态：气体体积22.4kmol/m3,aAKGHyOG)解：00151.000015.0005.005.099.3212/367500170/83.216153.6599.3299.3238.253.13.1005.0138.2500015.026/05.0005.005.0)(/53.654.228.146712211min122121minxyyGLxhkghkmolLGLGLyyxxyyGLhkmolGmZNyyInyyyyymaKDGHOGmyOG2.1543.164.1064.1000423.0005.005.000423.00011.000015.02605.001074.000151.02605.043.13600045.06.0453.6