2011级《化工原理》试题答案

2011级《化工原理》试题答案一、填空题（共20分）1．化工原理》课程的研究对象是单元操作。它们都是____物理___操作。2．水深10m处的表压为__98.07__kPa。(ρ水=1000kg/m3)。3．流体1、2为质量流量相同的两流体，分别流经相同长度相同内径的水平直管。已知两流体的密度ρ1=2ρ2，粘度μ1=2μ2，则Re1=1/2Re2;若两流体的流动状态皆为层流，则压力降ΔPf1=1ΔPf2。4．离心泵启动前灌泵是为了防止__气缚___现象发生，而限制离心泵的安装高度是为了防止_气蚀___现象的发生。5．某板框过滤机进行恒压过滤，已知过滤常数K=4.42×10-3m2/s，介质阻力忽略不计，过滤面积为10m2，则每平方米过滤面积上得到1.5m3滤液需时间__509___s，过滤完以3m3水进行置换洗涤，洗涤时间为___203.6___s。6．某降尘室高和宽均为2m，含尘气体气流速度为2m/s，某一粒径颗粒的沉降速度为0.8m/s，为保证该种颗粒完全沉降下来，则降尘室的长至少应为__5__m，该降尘室的生产能力为__8_m3/s。7．在管壳式换热器中用饱和蒸气加热空气，则传热管的壁温接近__饱和蒸气的温度，换热器总传热系数K接近___空气___的对流传热系数。8．对流传热阻力主要集中在冷热流体两侧的__滞流层__中，所以__增大流速__可加强传热。9．在单效蒸发中，每小时将2000kg的某种水溶液从10%连续浓缩到30%，水分的蒸发量为___1333.3___kg/h。10．单向扩散和双向扩散分别是针对___吸收___模型和___精馏_____模型的。11．吸收是利用混合气体中各组分___溶解度__的差异对其进行分离的，而蒸馏是利用各组分___挥发度___的不同来分离均相液体混合物的。12．在吸收操作中，若cG*–cL≈ci–cL，则该过程为___液膜控制___过程，被吸收气体为__难溶气体____。13．精馏塔可分为__精馏段__和__提馏段__两段。精馏塔从塔底到塔顶易挥发组分含量逐渐___增加__，温度逐渐__降低___。14．板式塔不正常的操作现象有___液泛___、__严重液沫夹带___和严重漏液等。在填料塔的ΔP（压力降）/u（空塔气速）曲线图上，有__载液点__和__液泛点__两个折点。15．对湿空气预热时，其__湿度__不变，而___相对湿度__下降，因而干燥能力加强。二、选择填空题（每空1分，共10分）（D）1．滞流内层越薄，则以下结论正确的是A近壁面处速度梯度越小B流体湍动程度越低C流动阻力越小D流动阻力越大（A）2．在一水平变径管路中，在小管截面A和大管截面B间连接一U型压差计。当流体流过该管段时，压差计读数R值反应AA、B两截面间的压强差BA、B两截面间的流动阻力CA、B两截面间的动压头变化D突然扩大、缩小局部阻力（B）3．离心泵的效率随流量的变化情况是AQ增大，η增大BQ增大，η先增大后减小CQ增大，η减小DQ增大，η先减小后增大（D）4．在重力场中，与颗粒的自由沉降速度无关的因素为A粒子几何形状B粒子几何尺寸C粒子及流体密度D流体的流速（D）5．在蒸气冷凝传热中，不凝气体的存在对对流传热系数α的影响是A.会使其升高B.不确定C.对其无影响D.会使其大大降低（C）6．两组分物系的相对挥发度越小，则表示分离该物系A.完全B.容易C.困难D.不完全（D）7．在精馏塔的图解计算中，若进料热状况q变化，将使A．平衡线发生变化B.平衡线和q线变化C.平衡线和操作线变化D.操作线与q线变化（A）8．吸收过程中，若减少吸收剂用量，将使吸收推动力A．变小B.不变C.变大D.不能确定（C）9．下列几种塔相比较，操作弹性最大的是A．筛板塔B.浮阀塔C.泡罩塔D.舌片板塔（B）10．当空气的相对湿度φ=60%时，则其三个温度t（干球温度）、tw（湿球温度）、td（露点）之间的关系为A.t=tw=tdB.ttwtdC.ttwtdD.ttw=td三、计算题（共70分）1．（15分）有一输液系统欲将地下储槽中密度为1200Kg/m3的料液送至一高位反应器。已知反应器进口比储槽液面高10m，料液粘度μ＝1.0cp，输送量为33.24吨/小时，反应器内真空度为200mmHg，储槽通大气，且储槽液面恒定。管路均为Ф76×3mm的钢管，直管长20m，摩擦因数λ=0.02。管路中各个管件阀门的局部阻力系数之和∑ζ=12.65,ξ进口=0.5，ξ出口=1.0，泵的效率为80%。(1)试求泵所需要的功率；（2）核算3B19B泵是否合用；(3B19B泵性能参数如下：流量Q=34.2m3/h，扬程H=12m，允许吸上真空度Hs=5.0m)（3）如果该泵合用，估计最大安装高度是多高？解：（1）选液面与反应器进口外侧为1-1，2-2截面，且以1-1为基准面列柏努利方程：gz+u1/2+p1/ρ+we=gz+u1/2+p1/ρ+wf其中z1=0u1=u2=0p1=0p2=-26658pau=vs/a=233240/360012000.007=2m/swf=(λρ/d+Σρ)×22u=(0.02×20/0.07+12.65+1.5)×22u=39.73J/kgwe=115.58J/kgms=9.23kg/sne=ms×we/η=1.333kw(2)vs=33.24×1000/1200=27.7m3/h34.2m3/hhe=115.58/9.807=11.78m12m所以泵可以用（3）由212gsfouHHhg知最大的安装高度是5m2.（15分）一列管换热器装有Ф25×2.5mm的钢管300根，管长为2m。拟用该换热器将管程的空气由20℃加热到85℃，空气流量为8000kg/h。用108℃饱和蒸气在壳程作为加热介质，水蒸气的冷凝传热膜系数α1为1×104W/（m2·℃）。热损失、管壁热阻及两侧污垢热阻均忽略不计。已知管内空气的普兰特准数Pr为0.7，雷诺准数Re为2.383×104，空气导热系数为2.85×10－2W/（m·℃），比热为1kJ/（kg·℃）。试求：（1）空气在管内的对流传热系数α2；（2）换热器的总传热系数K；（3）通过计算说明该换热器能否满足要求。解：（1）Re=2.38×1041040.6pr=0.7160l/d=10050α=0.023×(λ/d)(Re)0.8(Pr)0.4=90.22w/(m2.0C)（2）412211112511090.2220dkaad得K=71.66（3）热负荷Q1=vms冷cp冷（t2-t1）=144.44KWΔtm=1212tttInt=(10820)(10885)1082010820In=48.44℃传热速率Q=KAΔtm=163.49KwA=ndl=47.1m2QQ1所以能满足要求3.(15分)一逆流操作的吸收塔中，用清水吸收空气中的少量NH3气。混合气体流量为0.025kmol/（s·m2）,入塔气含NH32％，出塔气含NH30.1％(均为摩尔分率)，操作压力为1atm，温度为293K。在操作范围内，氨水系统的平衡方程为y=1.2x,气相体积总传质系数Kyα＝0.0522kmol/(s·m3)，实际液汽比为最小液汽比的1.3倍，试求：（1）最小液汽比；（2）吸收剂用量及液体在塔底的浓度；（3）所需填料高度。（注：对此低浓度气体，可忽略摩尔分率和摩尔比的差别）解：（1）(sbLG)min=*BABAYYXX=0.020.0010.021.2=1.14（2）(sbLG)=1.3(sbLG)min=1.482Gb=Gb(1-yb)=0.025(1-0.02)=0.0245kmol/m2.sLs=1.482×Gb=0.0363kmol/m2.s由Gb(Yb-Ya)=Ls(Xb-Xa)得Xb=0.0128（3）HoG=yGKa=0.0250.522=0.4789mΔym=0.021.20.01280.0010.0023720.021.20.0128ln0.001babayyyIny0.020.018.010.002372baOGmyyNy3.836oOGOGhHNm4.（15分）连续精馏塔中分离双组分理想溶液，原料液流量F为100kmol/h，组成xF为0.4（摩尔分率，下同），饱和液体进料。溜出液组成xD为0.90，釜液组成xW为0.10。物系的平均相对挥发度α为2.0。塔顶用全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸气加热。回流比为最小回流比的1.5倍，试求（1）最小回流比；（2）精提馏两段的汽液相流量V、V’、L和L’；（3）从塔顶往下数第二层理论板下降的液相组成x2。解：（1）min0.900.5711.9240.5710.4beeexyRyx泡点进料q=1,xe=xF=0.4,20.5711(21)exyx(2)0.40.110037.5/0.900.10FwDwxxDFkmolhxxR=1.5Rmin=2.886V=(R+1)D=145.7/kmolhV’=V-(1-q)F=145.7/kmolhL=RD=108.2/kmolhh’=L+qF=208.2/kmolh(3)0.7430.23211DxRyxxRR21(1)1axxyaxx11220.900.8010.8400.724Dyxxyx平操平5.（10分）将1000Kg（以绝干物料计）某板状物料在恒定干燥条件下进行干燥。干燥面积A为55m2，其初始含水量X1为0.15Kg水/（Kg绝干物料），最终含水量X2为0.025Kg水/（Kg绝干物料）。查其干燥速率曲线知恒速干燥速率Uc为3.6Χ10-4Kg水/m2·s，临界含水量Xc=0.125Kg水/（Kg绝干物料），平衡含水量X*=0.005Kg水/（Kg绝干物料）。试求：（1）水分蒸发量；（2）干燥时间。解：（1）W=GC（X1-X2）=1000×（0.15-0.025）=125kgX1XCX2所以分恒速，降速干燥两个阶段（2）1141000()(0.150.125)1262.6521min553.610cGcxxAUc22*1000(0.1250.005)0.1250.005(*)ln0.0250.005*553.61040.0250.00510859.1181mincxxGcxcxlnAUcxxs1218121202min3.37h