2009年年化学生物学专业化工基础考试A卷参考答案

2009年化学生物学专业化工基础考试A卷参考答案一、填空题（每空1分，本题共20分）1、多程列管式热交换器的程数多少视需要而定。工业上，常用的U形管式列管热交换器为一种双程热交换器。多程列管式热交换器有利于传热，但随程数增多，流体阻力就会增加。2、在体积流量相同的条件下，细管和粗管中流动物性相同的流体，先到达湍流型态的是细管。3、如果连续流动搅拌釜式反应器中流体流动状况达到完全混合均匀，该反应器称为全混流反应器。4、填料吸收塔的操作状态超过泛点之后，将发生相的转变，气体由连续相转化为分散相；液体由分散相转化为连续相。5、工业热交换器可分为间接式(间壁式)热交换器，直接混合式热交换器和蓄热式热交换器三大类。例如，来自发生炉的热煤气先经过余热锅炉，后经过填料塔进行冷却。回收余热的列管式蒸汽锅炉属于间壁式式热交换器，而水冷却填料塔则属于直接混合式式热交换器。6、双液U形微压差计，是利用两种互不相溶指示液的密度差小，在同样压差下增大压差计指示液的高度差来提高测量的精度。7、如图所示，用某吸收剂在吸收塔中逆流吸收某混合气中的一个组分。若混合气的进口浓度Y1增加，而惰性组分的摩尔流率FB、吸收剂的摩尔流率FC、吸收剂入口浓度X2以及操作温度和压强都不变，则混合气出口浓度Y2将增加，溶液的出口浓度X1将增加。8、流体充满圆形直管作定态流动，当其雷诺数小于2000时，流体在管中的流动型态属于层流；当其雷诺数大于4000时，流体在管中的流动型态属于湍流。9、某流体在圆形直管内流动，每米长管子的阻力损失为56J·kg-1。若流量增加一倍，仍为层流流动，则每米长管子的阻力损失将增至112J·kg-1。10、物料衡算和能量衡算是化学工程学中极为重要的方法，例如，精馏过程的操作线方程是通过物料衡算建立起来的。11、列管换热器中，用水将某无腐蚀性物质的饱和蒸汽冷凝下来，一般地，该饱和蒸汽应走壳程。12、吸收操作的基本依据是__气体混合物中各组分的溶解度的差异_____。二、选择题（每题3分，本题共30分）1、水连续地从内径为90mm的粗管流入30mm的细管内，则细管内水的流速是粗管的C。(A)3倍；(B)1/9倍；(C)9倍；(D)1/3倍。2、有两个反应组分参加的平行反应，ABPABS其反应速度分别为111abPABrkcc，222abSABrkcc，a1a2，b1b2，如果为了提高产物P的收率，则应采用反应物浓度控制条件是A。（A）高cA低cB；（B）低cA高cB；（C）cA，cB均高；（D）cA，cB均低。3、流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是C。（A）流动速度较大；（B）流过的距离较长；（C）流体具有粘性；（D）管子直径较小。4、有一连续精馏塔分离苯和甲苯的混合物，塔顶得到苯的摩尔分数为0.97的产品，塔底得到甲苯的摩尔分数为0.98的产品。由于市场需求发生变化，现要求塔顶产品的纯度提高至0.98，塔底产品的纯度和苯与甲苯的产量均要求维持不变。有人提出了四条建议，你认为应采用的措施是D。(A)增加回流比；(B)将加料口向下移一块塔板；(C)加料口下移的同时，将加料状态从冷液改为饱和蒸气加料；(D)增加回流比的同时增加塔底再沸器的蒸气加热量。5、评价热交换器结构性能的重要指标之一，是单位体积内传热面积的大小。工业上常用的热交换器中，该项指标最差的是C。(A)管壳式热交换器；(B)套管式热交换器；(C)夹套式热交换器；(D)蛇管式热交换器。8、实际流体流经一根直径均等的水平导管，流动过程中因阻力造成的单位质量流体的能量损耗主要表现为A。（A）压强能的减少；（B）动能的减少；（C）内能的减少；（D）三者兼而有之。7、在吸收操作中，填料塔某一截面上的总推动力为A。(A)y-y*；(B)y*-y；(C)y-yi；(D)yi-y。(y—气相中溶质组分的摩尔分数；y*—与液相平衡的气相中溶质组分的摩尔分数；yi—气、液相界面上的气相平衡浓度)8、为了提高气体吸收时的传质推动力，可以采用的方法是D。(A)提高操作温度；(B)增加吸收塔的高度；(C)降低操作压强；(D)增加吸收剂用量。9、某简单零级反应，在相同操作条件下分别在有效容积相等的活塞流反应器和全混流反应器中进行，转化率较高的是C。（A）活塞流反应器；（B）全混流反应器；(C)两种反应器有相同的转化率；（D）无法判断。10、精馏塔的设备费用与选择回流比R的大小有关，两者的关系是随着D。(A)R增大，设备费用增大；(B)R增大，设备费用减小；(C)R增大，设备费用先增大后减小；(D)R增大，设备费用先减小后增大。三、简答题1、影响传热系数的有哪些因素？为什么要提高传热速率应当对传热膜系数小的这一侧流体着重考虑？答：由式12111K可知，传热系数的大小取决于各项热阻总和的大小，包括管壁的热阻、污垢热阻以及壁厚两侧的对流传热热阻。管壁的热阻与管壁材料性质和厚度有关，污垢热阻与污垢的种类和厚度有关，对流传热热阻的大小与流体的性质、流体湍流程度以及传热方式有关。因此影响传热系数的因素有管壁的材料和厚度、污垢的种类和厚度流体的性质、流体湍流程度以及传热方式。因为传热系数主要是受传热膜系数小的这一侧的热阻影响，因此要提高传热速率应当对传热膜系数小的这一侧流体着重考虑。2、反应器产生返混的原因是什么？它对化学反应结果有什么影响？答：由于强烈搅拌或操作方式的原因，刚进入反应器的新鲜的具有高反应物浓度的物料很快与留在反应器内的已经充分反应的低反应物浓度的物料均匀混合。一般地说，如果物料粒子在反应器中停留时间越长，则其浓度越低，反之则越高。在连续操作的反应器中，由于返混，新鲜的浓度较高的进料的粒子，一部分可能很快流出反应器，而早以进入反应器的由于反应而浓度降得较低的物料粒子却可能停留在反应器中不流出，这两种情况都导致反应器内反应物的浓度降低，或起用“冲稀”的作用。返混的程度越大，“冲稀”的作用越显著，即显著地降低了反应物的浓度。因此不仅影响反应器的生产能力，而且影响化学反应产物分布。四、计算题1、如图所示，用泵将15℃的水从一个大储水池送至一敞口的水槽中，槽的水面高于池中水面50m，且水面均维持不变，管道内径为76mm，位置如图所示，泵的输水量为36m3/h，管道总摩擦损失为105J/kg，如果泵和电机的总效率为55％，试问电机所需要的功率为多少kW？解：取储水池液面1-1、敞口水槽液面2-2为衡算截面，并以截面1-1作为基准水平面。在两者之间列柏努利方程式：2211221222efpvpvHgWHgW式中：12121,0,0,0ppvvH2509.81105595.5(/)efWgHWJkg所需的理论功率为361000595.5/36005955()emeeNqWVWW电机功率为3/5955/0.551.0810()1.08()eNNWkW2、发酵生产酒精时所排出的气体中含乙醇为y=0.01，其余为二氧化碳、氮气、氧气等惰性气体。在常压和40℃下，用回收水吸收气体中的乙醇，回收水中含乙醇x=0.0001。要求乙醇回收率达90%。水的用量为最小液气比的1.4倍。汽液112m45mA3322平衡关系可近似的用Y=1.068X表示。试求吸收所需的传质单元数。解：已知条件：y1=0.01，x2=0.0001，收率=90%R=1.4Rmin，平衡曲线为Y=1.068X①求取进出口气液组成及平衡浓度00011.00001.0068.1*0001.000946.0068.10101.0*0010.0)9.01(0101.00101.0122121YXXYyyY②求Y1*最小液气比972.0*2121minXXYYR实际液气比00796.0068.1*00745.0972.04.14.11112121minXYXXXYYRR解得：③求传质单元数4.600142.0**ln*)(*)(2122112211mGmYYYnYYYYYYYYY3、用板式精馏塔在常压下分离苯－甲苯混合液，塔顶为全凝器，塔釜用间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47，进料为150kmol/h、组成为0.4（摩尔分率）的饱和液体，回流比为4，塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔釜采出液中甲苯的回收率为0.95，求：①塔顶馏出液及塔釜采出液的组成；②精馏段及提馏段操作线方程；③回流比与最小回流比的比值。解：①wW(1-)0.97,0.95(1-dffDxxFxFx）w58.2,W(1-)85.5dDxx60dwfDxWxFx解得：87.362.70.9280.021dwWDxx②精馏段操作线方程：10.80.185611dRyxxxRR由方程0.80.18560.4fyxyx解得：0.268x即提留段操作线经过点（0.021，0.021）和点（0.268，0.4）1.530.011yx③最小回流比平衡线方程：2.471(1)11.47xxyxx2.472.470.40.62211.4711.470.4fffxyx0.80.6221.380.6220.4dfMffxyRyx42.901.38MRR