化工试卷A卷答案

西华师范大学学生试卷2009年6月日2008-2009学年第2学期考室题号一二三四五六七八九十总分阅卷教师得分化学化工学院06级化学教育、应化专业和07级应化专业《化工基础》试题A卷闭卷考试时间120分钟注意事项：1.满分：100分。保持卷面整洁，否则扣卷面2分。2.交卷时请将试题卷与答题卷一起交，否则扣分。3.学生必须将姓名、班级、学号完整填写在规定的密封栏目内，否则视为废卷。4.学生必须签到，否则出现遗漏由学生本人负责。得分阅卷人一、填空题（每空1分，共20分）1、局部阻力损失有两种计算方法，即当量直径法和局部阻力系数法。2、温度梯度的正方向为：温度增加的方向。3、传热膜系数α的物理意义为：单位时间，单位面积上，温度差为1K时所传递的热量。4、普朗特数的符号是Pr；表示的意义是：表示物性影响的特征数。5、kG的单位为：112Pasmmol；kL的单位为：1sm。6、在吸收中对于溶解度较小的气体，吸收速率一般由液相一侧控制。7、气相总体积吸收系数的表达式为：aKY，单位为：13smmol。8、满足恒物质的量溢流假设成立，必须满足以下三个条件：（1）混合物中各组分的物质的量气化潜热相等。（2）精馏塔各部分保温性能好，热损失可忽略不计。（3）在各层塔板上液相显热的变化可忽略不计。9、通常以溶质分子量高于500的分离过程为超滤。10、示踪剂的要求：（1）不与物料发生化学反应。（2）便于检测。（3）所加入的量不影响物料的流动状况。11、停留时间的有两个主要数学特征，一是数学期望（或平均停留时间），另一个是方差。得分阅卷人二、简答题（每小题5分，共20分）1、简述精馏塔中精馏段的作用。答：利用回流液将上升气体中的难挥发组分部分冷凝下来，所产生的冷凝热同时使塔板上液体中的易挥发组分部分气化，对上升蒸气起到蒸馏提纯的作用，从而在塔顶得到较为纯粹的易挥发组分。2、简述对流传热的温度分布情况。答：就热阻而言，层流内层的热阻占对流传热热阻的大部分，故该层流体虽然很薄，但热阻却很大，因子温度梯度也很大。湍流核心的温度较为均匀，热阻很小。有流体主体至壁面的温度分布如图所示。3、简述间歇操作搅拌釜式反应器的特点。（1）间歇操作（2）反应物和生成物浓度随时间变化（3）操作时间包括反应时间和辅助时间÷（4）釜内各点温度浓度均一致。4、简述离心泵工作原理。离心泵在启动前，用液体先将泵灌满，当叶轮高速旋转时，叶片间的液体也随叶轮旋转而产生离心力，液体随之甩向叶轮外缘。在此过程中流体获得动能。由于叶轮上叶片间的流体通道界面和泵壳的蜗形流道截面都是逐渐扩大的，使流体在泵内流动的流速逐渐降低，一部分动能转变为静压能，而使流体压强逐渐增高，最后从泵的压出口压出。与此同时，由于离心力作用，叶轮中心的流体被甩到叶轮的边缘，使叶轮中心形成低压，其压强低于被吸入液体液面的压强，故流体从泵的吸入口不断吸入。因此，离心泵是由于吸入口和吸入端液面压差的推动，才得以连续不断地输送流体，维持流体输送的连续性。三、计算题（每小题12分，共60分）1.用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×103Pa，蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa(真空度)，蒸发器进料口高于贮槽内液面15m，进料量为20m3/h，溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率。(管路直径为60mm，泵的效率为0.65)解：取贮槽液面为1―1截面，管路出口内侧为2―2截面，并以1―1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。fehpugZHpugZ2222121122式中Z1=0Z2=15mp1=0（表压）p2=－26670Pa（表压）u1=0m/s97.106.0785.036002022ufh=120J/kg将上述各项数值代入，则J/kg9.246120026670120297.181.9152eH得分阅卷人泵的有效功率Pe为：eveHqp式中kg/s67.63600120020VqPe=246.9×6.67=1647W=1.65kW实际上泵所作的功并不是全部有效的，故要考虑泵的效率η，实际上泵所消耗的功率（称轴功率）N为ePP设本题泵的效率为0.65，则泵的轴功率为：kW54.265.065.1P2.每小时将15000kg含苯40%（质量%，下同）和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于2%，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%。试求馏出液和釜残液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示。解：苯的分子量为78；甲苯的分子量为92。进料组成44.092/6078/4078/40Fx釜残液组成0235.092/9878/278/2Wx原料液的平均分子量MF=0.44×78+0.56×92=85.8原料液流量qn,F=15000/85.8=175.0kmol/h依题意知qn,DxD/qn,FxF=0.971（a）所以qn,DxD=0.971×175×0.44（b）全塔物料衡算qn,D+qn,W=qn,F=175qn,DxD+qn,WxW=qn,FxF或qn,DxD+0.0235qn,W=175×0.44（c）联立式a，b，c，解得qn,D=80.0kmol/hqn,W=95.0kmol/hxD=0.9353.总压为101.325kPa、温度为20℃时，1000kg水中溶解15kgNH3，此时溶液上方气相中NH3的平衡分压为2.266kPa。试求此时之溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m。解：首先将此气液相组成换算为y与x。NH3的摩尔质量为17kg/kmol，溶液的量为15kgNH3与1000kg水之和。故0156.018/100017/1517/15BAAAnnnnnx022403251012662...Ppy*A*436.10156.00224.0*xym由E=P·m=101.325×1.436=145.5kPa或者由3.1450156.0266.2*xpEAkPa溶剂水的密度ρs=1000kg/m3，摩尔质量Ms=18kg/kmol，由式计算H382.0183.1451000ssEMHkmol/（m3·kPa）溶液中NH3的浓度为869.01000/10001517/15//ssAAAAAmmMmVnckmol/m3所以383.0266.2869.0*AApcHkmol/（m3·kPa）4.压强为1.013×105pa、温度为250C的系统中，氮气和氧气的混合气发生定常扩散过程。已知相距5.00×10-3m的两截面上，氧气的分压分别为1.25×104pa、7.5×103pa;零度时氧气在氮气中的扩散系数为1.818×10-5m2.s-1。求等物质的量反定常态扩散时：(1)氧气的扩散通量；(2)氮气的扩散通量；(3)与分压为1.25×104pa的截面相距2.5×10-3m处氧气的分压。解；25℃时D值为：sm10119.227329810818.1TTppDD2575.1575.1000smmol10553.8NNsmmol10553.8105.71025.11000.5298314.810119.2ppRTlDN23AB2334352,A1,AAmDRTlNppppRTlDNAAAAAA453341,'2'21,10110119.21000.5298314.810553.81025.15.有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在管程由120℃降至80℃，其对流传热系数α1=50W/(m2·K)。壳程的冷却水从15℃升至90℃，其对流传热系数α2=2000W/(m2·K)，管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时，试求①水和空气的出口温度t'2和T'2，忽略流体物性参数随温度的变化；②传热速率Q'比原来增加了多少？.解：①水量增加前T1=120℃，T2=80℃，t1=15℃，t2=90℃，α1=50W/（m2·K），α2=2000W/（m2·K），K)W/(m8.48200015011111221KC3.45158090120ln)1580()90120(ln)()(12211221tTtTtTtTTmmpccphhTKAttcqTTcqQ)()(1221Acqcqpccphh3.458.487540（a）水量增加后28.022')KW/(m3.4920002150112111'28.028.01K15''120ln)15'()'120(''ln)'()'('222212211221TtTttTtTtTtTTmmpccphhTAKttcqTTcqQ'')'(2)'(122115''120ln15''1203.49)15'(2)'120(222222TtTtAtcqTcqpccphh（b）)15'(275'1204022tT或)'120(807515'22Tt（c）15''120ln)15'('1203.493.458.48'1204022222TttTT（d）式（c）代入式（d），得0558.015''120ln22Tt057.115''120ln22Tt（e）由式（c）与（e）得t'2=61.9℃T'2=69.9℃②25.1801209.69120''2121TTTTQQ即传热速率增加了25%。