化工原理试卷(含答案).doc

化工原理 上册考题

一、填空与回答问题（20分）
1．在完全湍流时，流体在粗糙管内流动的摩擦系数λ数值只取决于▁▁▁▁▁▁▁。
2．有一并联管路，两支段管路的流速、管径、管长及流动阻力损失分别为u1、d1、l1、hf1及u2、d2、l2、hf2。若d1=2d2，l1=2l2，则当两段管路中流体均作湍流流动时，并取，u1/u2=▁▁▁▁。
3．理想流化床中，床层高度随气速的加大而▁▁▁▁，整个床层压强降▁▁▁▁，床层压强降等于▁▁▁▁。
4．在长为L m、高为H m的降尘室中，颗粒的沉降速度为ut m/s，气体通过降尘室的水平流速为u m/s，则颗粒能在降尘室内分离的条件是▁▁▁▁▁▁▁▁。
5．克希霍夫定律的数学表达式为▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁，该式表明▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
6．画出并流加料法的三效蒸发装置流程示意图，标出各流股的名称，说出并流加料的优缺点。
二、（20分）如图所示的输水系统，已知管内径为d=50 mm，在阀门全开时输送系统的l+Σle=50 m，摩擦系数λ可取0.03, 泵的性能曲线在流量为6m3/h至15m3/h范围内可用下式描述: H=18.92-0.82Q0.8, H为泵的扬程m, Q为泵的流量m3/h。问:
(1) 如要求输送量为10 m3/h, 单位质量的水所需外加功为多少? 此泵能否完成任务?(2) 如要求输送量减至8 m3/h(通过关小阀门来达到), 泵的轴功率减少百分之多少?(设泵的效率变化忽略不计)。

三、（15分）某板框压滤机共有10个框, 框空长、宽各为500 mm, 在一定压力下恒压过滤30min后, 获得滤液5m3, 假设滤布阻力可以忽略不计, 试求: (1) 过滤常数K; (2) 如果再过滤30min, 还能获得多少m3滤液?
四、(15分)为测定某材料的导热系数, 把此材料做成一定厚度的圆形平板, 夹在某测定仪器热、冷两面之间进行试验。假定通过平板传热量Q一定，并已知仪器热、冷面平均温度分别为tw1和tw2。当认为仪器热、冷两面与平板之间接触良好没有空隙时，所计算的平板导热系数为。若考虑仪器热、冷两面与平板之间接触不好，分别出现厚度为b的空隙，空隙中气体导热系数为, 试推导说明平板的实际导热系数大于、小于还是等于？

五、（20分）一列管换热器，由φ25×2mm的136根不锈钢管组成。平均比热为4.187kJ/kg.℃的某溶液在管作湍流流动, 其流量为15000kg/h, 并由15℃被加热到100℃。温度为110℃的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的对流传热系数为520w/m2. ℃, 蒸汽对管壁的对流传热系数为1.16×104w/m2. ℃, 不锈钢管的导热系数=17 w/m ℃, 忽略垢层热阻和热损失, 试求4管程时的列管长度（有效长度）。
六、分析题（10分）
（1）分析说明本题图（a）所示的U形压差计两管中指示剂液面高低的画法是否正确。设管内流动的是理想流体。
（2）本题图（b）为冷、热流体在套管换热器中进行逆流传热（无相变），管内、外两侧对流传热系数的数量级相近。当冷流体进口温度t1增加时（T1、Wh、Wc不变），试分析说明热流体出口温度T2将如何变化。假设物性不变。
题六图 （b）

《化工原理》上册试题标准答案

1．相对粗糙度的大小
2．u1/u2=1
3．增高 不变 单位面积的床层净重力

表明任何物体的辐射能力和吸收率的比值恒等于同温度下黑体的辐射能力。同时也说明，吸收外来辐射能能力强的物体，其自身的辐射能力也强。
6．图略。
优点：（1）溶液从压强和温度高的蒸发器流向压强和温度低的蒸发器，溶液可以依靠效间的压强差流动，不需要泵送。（2）溶液进入压强和温度较低的次一效时，可产生自蒸发，因而可产生较多的二次蒸汽。
缺点：由于后效溶液的浓度较前效为高，且温度又较低，所以沿溶液流动方向的浓度逐渐增高，致使传热系数逐渐下降。
二、解：
（1）以上游水槽液面为1-1截面，下游高位槽液面为2-2截面，并以上游水槽液面为基准水平面。在1-1、2-2两截面间列柏努利方程式：

即单位质量的水所需外加功为128.13kJ/kg。

（2）

即泵的轴功率减少百分之15.1。
三、解：（1）过滤面积

过滤获得的滤液量
即，再过滤30min，还能获得2.02m3滤液。

六、解：

《化工原理》下册试题

一、填空与选择（本大题24分，每小题2分）
1．在二元混合液的精馏中，为达一定分离要求所需理论板数随回流比的增加而 ，当两段操作线的交点落在平衡线上时，所需的理论板数为 理论板，相应的回流比为最小回流比。
2．湿空气在预热过程中不变化的参数是 。A焓；B相对湿度；C露点温度；D湿球温度。
指出“相对湿度、绝热饱和温度、露点温度、湿球温度”中，哪一个参数与空气湿度无关： 。
3．当分离要求和回流比一定时，在五种进料状态中 进料的q值最大，此时，提馏段操作线与平衡线之间的距离 ，在五种进料中，分离所需的总理论板数 。
4．若仅仅加大精馏塔的回流量，会引起以下的结果是： 。
A．塔顶产品中易挥发组分浓度提高 B．塔底产品中易挥发组分浓度提高
C．提高塔顶产品的产量
5．在吸收操作中，下列各项数值的变化不影响吸收系数的是： 。
A．传质单元数 B．气液流量 C．塔的结构尺寸
6．对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔填料增高一些，则塔的传质单元高度HOG ，传质单元数N OG 。（增加、减少，基本不变）
7．在萃取操作中，一般情况下选择性系数为： 。
A．b＞ 1 B．b＜ 1 C．b＝ 1
8．为了保证板式塔正常操作，雾沫夹带量的限定量为 ，液相负荷上限的限定为 。
9．气体通过塔板的阻力可视作是 、 和 阻力之和。
10．在吸收操作中，对溶解度很大的气体属 控制，对难溶气体则属 控制。
11．精馏过程设计时，增大操作压强，则相对挥发度 ，塔顶温度 ，塔底温度 （增大，减小，不变，确定）
12．在多组分精馏时需确定关键组分，通常塔顶规定 关键组分的组成，塔底规定 关键组分的组成。（轻、重）

二、（本题24分）
有苯和甲苯混合物，含苯0.40，流量为1000 kmol/h，在一常压精馏塔内进行分离，要求塔顶馏出液中含苯90%以上（以上均为摩尔分率），苯回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流，取回流比为最小回流比的1.5倍。已知相对挥发度α= 2.5，试求：
（1）塔顶产品量D；
（2）塔底残液量W及组成xw；
（3）最小回流比；
（4）精馏段操作线方程及提馏段操作线方程。

三、（本题10分）
在填料吸收塔中，用清水处理含SO2的混合气体，进塔气体中含有SO2为7.8%（摩尔%），其余为惰性气体。吸收剂用量比最小吸收剂用量大65%，要求每小时从混合气体中吸收2000 kg的SO2，在操作条件下，气液的平衡关系为Y= 26.7X。计算每小时吸收剂用量为多少kmol？（SO2的分子量为64）。

四、（本题20分）
在逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收混合气体中的溶质组分。进塔气体中溶质组成为0.03（摩尔比，下同），吸收率为99%。出塔液相中溶质组成为0.013。操作压力为101.3 kPa，温度27℃，平衡关系为Y= 2X（Y、X为摩尔比）。若已知单位塔截面上惰性气体流量为0.015kmol/（m2·s），气相体积吸收总系数为1.42 kmol/（m3·h·kPa），试求所需的填料层高度。

五、（本题12分）
在一连续干燥器中盐类结晶，每小时处理湿物料为1000 kg，经干燥后物料的含水量由40%减少至5%（均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度H1为0.009 kg水/kg绝干气，离开干燥器时湿度H2为0.039 kg水/kg绝干气，假定干燥过程中无物料损失，试求：
（1）水分蒸发量W（kg水/h）；
（2）空气消耗量L（kg绝干气/h），原湿空气消耗量L′（kg原空气/h）;
（3）干燥产品量。

六、（本题10分）
用单级接触萃取以S为溶剂，由A、B溶液中萃取A物质。原料液质量为120 kg，其中A的质量分率为45%，萃取后所得萃余相中A的含量为10%（质量百分数）。溶解度曲线和辅助线如图所示。求：
（1）所需萃取剂用量；
（2）所得萃取相的组成。

《化工原理》下册试题标准答案

一、 填空与选择（本大题24分，每小题2分）
1．减少，无穷多块 2．c，露点温度
3．过冷，最远，最少 4．A
5．A 6．基本不变，增加
7．A 8．e<0.1kg液体/kg气体， ≮3～5s
9．气体通过干板阻力，气体通过液层、表面张力引起的
10．气膜，液膜 11．减小，增加，增加
12．重，轻

二、（本题24分）

⑷精馏段操作线方程和提馏段操作方程

三、（本题10分）

四、（本题20分）

五、（本题12分）

六、（本题10分）
解：图略