重庆大学化工原理考研试题2010(含答案).doc

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0.03 m/s,则降尘室的生产能力为 0.36 m3/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* = 0.007 kg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   0.223   kg水／kg绝干料, 结合水含量为    0.02   kg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。
A 1 B 2 C 3 D 4
2.离心泵的扬程是指泵给予 B 液体的有效能量。
A 1 kg B 1N C 1m3 D 1Pa
3.三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 。
A 1:1:1 B 1:2:3
C 1:22.5:32.5 D 1:4:9
4. 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2 m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 y2 B ，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 。
A 0 B 1 C ∞ 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A 20%，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，），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/MS

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40 mm，摩擦系数λ =0.03，问：
（1）若选用的离心泵的特性方程为 (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.

解：（1）将流量qv = 0.21m3/min 代入离心泵的特性方程：
在两储槽液面之间列伯努力方程：

代入qv = 0.21m3/min，He = 24.8 m，30.2>24.8, 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

（3）未调节前，
调节后
所以消耗在阀门上的阻力损失，得

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*10-5 m2/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：
（2）洗涤时间 (s)。提示：洗涤时间：
（3）过滤机生产能力。
解：(1):框内滤饼总体积
滤液总体积
过滤面积

(2): 洗涤面积

(3): 生产能力Q
辅助时间

3．（15分）有一碳钢制造的套管换热器，其管径为φ96 mm × 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：

水量：
(2) 并流时的温差
℃
逆流式的温差
℃
以内表面积为基准的总传热系数K1，

W/(m2·K)
并流操作传热面积，A1并＝7.53 m2
逆流操作传热面积，A1逆＝6.46 m2
4．(15分）用精馏塔分离两组分理想混合物，已知F=100 kmol/h，（摩尔分率，下同），泡点进料，，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）；
（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：）
解：（1）塔顶塔底产品流量，由全塔物料衡算：
，；代入数据：
，；联立解得：

（2）提馏段上升蒸汽流量，由于泡点进料，则有：

（3）提馏段操作线方程

（4）最小回流比，平衡线方程：
q线方程：；联立解得：
则：
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=0.045 kmol/(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170 kg/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,
)
解：

6. (10分)用常压干燥器干燥某种湿物料，新鲜空气的温度30℃，湿度0.01kg水/kg绝干气，预热至120℃后送入干燥器，离开干燥器的废气温度为70℃，干燥产品的流量为600kg/h,进出干燥器的湿物料的含水量分别为10％和2％（均为湿基）。若干燥过程可视为等焓干燥过程。试求：
（1）水分蒸发量；
（2）绝干空气消耗量；（湿空气的焓：)
解：（1）水分蒸发量

（2）绝干空气消耗量

kg水/kg绝干气

kJ/kg绝干气
等焓过程：I1=I2
kJ/kg绝干气
℃，解得： kg水/kg绝干气

kg绝干气/h