中国石油大学(华东)化工原理题(42页).doc

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1、-中国石油大学(华东)化工原理题一、填空（每空1分，共20分）牛顿型流体在圆直管道中作稳态层流流动时，现保持流量不变，管直径变为原来的二分之一，则管路摩擦阻力系数是原来的 倍，产生的摩擦阻力为原来的 倍。某设备入口真空表上读数为120mmHg，当地大气压0.98atm，则入口处绝压为 Pa；出口压力表读数为2，则其绝对压力为 Pa。离心泵的工作点由 确定；如关小离心泵出口阀门开度则离心泵扬程 ，轴功率 。固体颗粒在流体中呈层流自由沉降时，如温度降低，则固体颗粒在气体中的沉降速度 ；固体颗粒在液体中的沉降速度 。对于连续转筒真空过滤机的操作，当转速提高时，过滤机的生产能力 、滤饼层厚度 。对于聚

2、式固体流态化，常出现的不正常操作现象有 ， 。面积和厚度相同的三层导热平壁，测得一维稳态导热时各层导热平壁两侧的温度差大小顺序为t2大于t3大于t1，则各层导热平壁的导热系数大小顺序为 、各层导热平壁的导热热阻大小顺序为 。8.液体在圆直管内作强制湍流对流传热时，如液体的流量和定性温度不变，管直径减小为原来的二分之一，则对流传热系数（给热系数）变为原来的 倍。 9.在铜质套管换热器中，用饱和蒸汽冷凝加热空气，总传热系数应接近于 的对流传热系数（给热系数），传热壁面温度接近于 的温度。 ，透明体的定义为 。二、分析简答题（共20分） （本小题8分）试分析影响加热炉热效率的因素有哪些？提出提高加热

3、炉热效率的措施。（本小题8分）画出往复式压缩机工作循环的P-V图，标出每一过程的名称。分析说明为何当压缩气体终压较高时采用多级压缩？（本小题4分）试说明冷、热两流体在管壳式换热器中换热时，安排流体流程（管程或壳程）的基本原则。（每项1分）三、计算题（共60分）：（25分）用离心泵将40的水从敞口储水池送入一敞口高位槽（当地气压为1atm）。泵进出口分别安装真空表和压力表，两表间垂直距离可以忽略不计。已知水的物性参数如下，密度为/m3 ，粘度为，水的饱和蒸气压为。已知泵入口真空表读数为400mmHg，铭牌上泵的允许吸上真空度为，输送管路为1084mm的钢管，总长度（包括当量长度）为40m，其中吸

4、入管路为6m（包括当量长度），储水池与高位槽高度差为20m，管路摩擦阻力系数为，流量为65m3/h。试问：泵最大可能的安装高度；（8分）泵的扬程；（6分）泵出口处压力表的读数；（6分）设摩擦阻力系数不随流量改变而改变，写出管路特性方程中。（5分）（15分）用一板框过滤机过滤CaCO3的水悬浮液，滤饼可视为不可压缩。压滤机的过滤面积为20m2，某过滤压强下测得过滤常数K=210-2 m2/h。试求：在此压强下将过滤进行至滤饼充满全部滤框时，所获得的滤液为2m3，滤布阻力可以忽略不计，问此时所需过滤时间为多少小时？（6分）现改用一种较厚的滤布，其常数为qe=210-2m，过滤完毕后，洗涤、拆装等辅

5、助时间共为30分钟，问此时的生产能力为多少？（5分）如，设CaCO3的水悬浮液的浓度（以m3滤饼/m3滤液计）提高一倍，此时所需的过滤时间为多少？（4分）（20分）一单管程、单壳程列管换热器，有多根25的钢管组成管束。管程走有机溶剂，流量为1.5104 kg/h，流速为/s；壳程通入130的饱和蒸汽，将有机溶剂从20加热至50。已知在定性温度下有机溶剂的物性参数为：密度=/m3，比热Cp=1.76kJ/(kgK)，导热系数=0.143W/(mK)，粘度；蒸汽的冷凝对流传热系数为104 W/(m2K)；钢的导热系数取45 W/(mK)；污垢热阻可以忽略不计。求：管内的对流传热系数，W/(m2K)

6、；（6分）换热器的总传热系数（以管束外表面积为基准）K，W/(m2K)；（2分）管子的根数和长度；（7分）在有机溶剂的初始温度和流量不变的前提下，若通过提高加热蒸汽温度将上述换热器的传热速率提高10%，则加热蒸汽温度应为多少？（5分）注：蒸汽冷凝对流传热系数和有机溶剂的物性参数可看作常数。A卷化工原理 下期末试题答案专业班级 化学工程与工艺、环境工程 开课系室 化学工程系 考试日期 一、填空（每空1分，共20分） 1/2 倍， 1 104 Pa；105 Pa 泵的特性曲线和管路特性曲线 ； 增大 ， 减小 增大 ； 下降 增大 、 减小 沟流 ， 节涌 132 、 R2 R3 R1 8. 3.

7、482 9. 空气 ， 饱和蒸汽 10. 具有黑表面的物体=1 ， =1 二、分析简答题（共20分）（本小题8分）答：影响加热炉效率的因素有：炉墙损失的热量，烟气带走的热量，燃料燃烧情况及空气的入炉温度、过剩空气系数等。 提高加热炉热效率的措施有：提高空气入炉温度；尽量降低过剩空气系数及降低其温度，减少其带走热量；被加热流体选择适当的入炉温度；选择合适的火嘴，改进燃烧状况，使燃料燃烧完全。（本小题8分）答：1-2 压缩； 2-3 排气； 3-4 余隙膨胀；4-1 吸气；（图1分，每步1分） 压缩气体终压较高时，容积系数下降，使压缩机动力消耗增加；排出气体温度增加；造成机件损坏及可能导致的润滑油

8、失效。（每项1分，共3分）（本小题4分）答：有腐蚀性、高温及高压流体走管程，降低对壳体材质要求；有毒、易燃流体走管程，降低泄露；易于结垢的流体走易清洗一侧，便于清扫；流量小，粘度大的流体走壳程，便于达到湍流；需要被冷却流体，一般走壳程，便于散热；蒸汽宜走壳程，便于冷凝液及不凝气排放。三、计算题（共60分）：（25分）解：（1） 1分 1分 2分 2分 2分（2）在两槽之间列柏努利方程，得： 2分 2分 2分（3）在两表之间列柏努利方程，忽略位差： 3分 3分（4） 1分（15分）解：（1）恒压过滤：Ve=0 V2=KA2t 3分 3分(2) 2分 1 1分 2分(3)滤饼结构不变，比阻不变，悬

9、浮液浓度加倍，饼液比加倍， 1分 1分 1分 1分（20分）解：（1） 1分 1分 2分 2分（2）计算过程中不计热损失，忽略管壁导热热阻及污垢热阻 2分（3） 2分 1分 2分 1分 2分(4) ； 1分 2分； 2分B卷化工原理 上期末试卷专业班级 化学工程与工艺、环境工程 学 号 姓 名 开课系室 化学工程系 考试日期 一、填空和选择题（每空1分，共30分）0.5atm(表压) kPa mmHg。连续性方程是 ，柏努利方程是 。 A、物料衡算式 B、能量衡算式 C、相平衡式 D、过程速率式空气在一等径水平圆直管中作等温、稳定流动，则沿流动方向其雷诺准数将 （变大，变小，不变）；若沿流动方

10、向空气温度升高，其雷诺准数将 （变大，变小，不变）。减小阀门开度，管中流体流量减小，这是因为 。 A、减小了阻力系数； B、增加了当量直径；C、增加了当量长度； D、增加了流体动能。一台压缩机的工作循环包括 、 、 和 四个阶段。降沉室内颗粒沉降下来的条件是 。固体流态化可分为 流化和聚式流化两种，聚式流化常出现的不正常操作有 和 两种。传热方式主要有 、 、 三种。列管式换热器按照热补偿方式的不同可以分为： 、 和 。在饱和水蒸汽冷凝加热空气的套管换热器中，传热壁面的温度接近于_ 的温度，总传热系数K接近于_ _的对流传热系数，传热过程的热阻主要集中在_ _侧。管式加热炉的结构包括 、对流室

11、、 、 和余热回收系统。过剩空气系数的定义是 ；越高，出炉烟气温度越 （高、低）；过高，炉子热效率 （升高、降低）。二、简答题（每题5分，共15分）指出离心泵的气蚀与气缚现象有什么区别。简述强化换热器传热的途径，举出若干具体措施。试述罗伯伊万斯假定的基本内容。三、计算题：（共55分）（20分）如图所示输水系统，用泵将水池中的水输送到敞口高位水槽，已知水的密度为1000kg/m3 ，管道直径均为45，泵的进、出口管路上分别安装有真空表及压力表。真空表安装位置距贮水池的水面高为，压力表安装位置距贮水池的水面高度为5m。当输入量为4m32。泵的效率为70%。（忽略真空表到泵入口、泵出口到压力表的阻力

12、损失）。试求：泵扬程H，m ；（10分） 两液面高度差h，m ；（6分）泵所需的轴功率N，kW。（4分）（15分）某厂用板框压滤机在恒压下过滤一种悬浮液，滤框的空间尺寸为1000 l00040mm，有20个滤框，经过2h过滤，滤框完全充满滤饼，且每m2过滤面积得到滤液3。卸饼、清理、组装等辅助时间为1.2h，忽略过滤介质阻力，滤饼未洗涤。试求：该扳框压滤机的生产能力；（6分）过滤后用l/8滤液体积的洗涤水在同样压力差下进行横穿洗涤滤饼时的生产能力(设洗涤水与滤液粘度相近)。（9分）（20分）一内管尺寸为252.5mm的套管换热器作为精馏塔顶全凝器，冷却水走管程，塔顶蒸汽走壳程。已知塔顶蒸汽流量

13、为500kg/h，汽化潜热为270kJ/kg，饱和温度为80；冷却水入口温度为15，出口温度为45，忽略管壁及污垢热阻。此时蒸汽侧的对流传热系数o=104W/(m2K)，水侧的对流传热系数i=4428.4 W/(m2K)；水的比热CP，忽略热损失。试求：换热器的热负荷Q，kW ；（3分）冷凝水的用量W2，kg/h ；（2分）换热过程的对数平均温差tm， ；（6分）换热过程的总传热系数KO，；(以内管的外表面积为基准)（5分）若达到要求，换热器长度不短于几米？（4分）B卷化工原理 上期末试题答案专业班级 化学工程与工艺、环境工程 开课系室 化学工程系 考试日期 一、填空和选择题（每空1分，共30

14、分） kPa 380 mmHg A ， B 不变 变小 C 压缩 、 排气 、 余隙膨胀 和 吸气 L/uH/ut 散式 ， 沟流 和 节涌 传导 ， 对流 ， 辐射 固定管板式 、 浮头式 和 型管式 _水蒸汽_， _空气_， _空气_侧 辐射室 、 燃烧器 、 通风系统 入炉空气量与理论空气量的比值 ； 低 ； 降低 二、简答题（每题5分，共15分）答：气蚀是指由于泵的安装高度太高而使泵吸入口的压力小于液体的饱和蒸气压而引起的不正常操作；气缚是由于启动时未灌泵或由于泵体密封不严而引起的不正常操作。答：增大总传热系数K：采用多管程或多壳程；在壳程设置折流挡板；提高流体流速；及时清除污垢等；采

15、用相变、较大的流体等；增大传热面积A：增大换热器单位体积的传热面积，如采用波纹管、翅片管等；增大传热温差tm：尽可能逆流操作，或使温差校正系数0.8。答：炉膛内烟气充分混合，各处烟气组成与温度均相同且等于出辐射室烟气的平均温度，即将炽热的烟气看成一发热面；将管排看成一吸热面，管壁温度为管内介质平均温度加上50；对流给未敷设炉管炉墙的热量等于其散热损失，将炉墙看成一全反射面。三、计算题：（共55分）（20分）解：在0-2间列柏努利方程： （2分）P0 = 0， P22105Pa （2分） = 0， （2分） ; （2分）Z0=0 Z2=5 代入上式，计算：H= （2分）在0-3间列柏努利方程：

16、（2分） P0=P3=0 , , Z3-Z0=h, （2分） h = 31.06-5.098= （2分） （2分） （2分）（15分）解：过滤面积 （3分） （3分） 过滤终了速率： （2分） 采用横穿洗涤的洗涤速率是过滤终了速率的1/4，即 （2分） （3分） （2分）（20分）解：换热器的热负荷： Q=W1r1=500105kJ/h=37.5kW （3分）冷却水用量： （2分）传热过程的对数平均温差： （2分）其中： （2分）所以： （2分）总传热系数Ko： （3分） （2分）换热器长度L： （2分） （2分）A卷化工原理 下期末试卷专业班级 化学工程与工艺、环境工程 学 号 姓 名 开课

17、系室 化学工程系 考试日期 一、填空选择题（每空1分，共30分）漂流因子可表示为 ，它反映 。单向扩散中漂流因子 1，等分子反向扩散中漂流因子 1。(、1时，(y)a (y)b 。(、 ， 或 = ）。恒摩尔流假定的内容包括 ， ；其成立的条件是 、 、 。完成某分离任务需理论板数为N = 7（包括再沸器），若ET = 50%，则塔内需实际板数为 层。某两组分物系的精馏过程，其相对挥发度3，对第n、n-1两层理论板，在全回流条件下，已知xn0.3，则yn-1 。萃取操作选择萃取剂的原则为： ； ； （写出三条）。一块完整的塔盘可以分为 、 、 、安定区和无效区五个区域。写出三种常见的填料名称

18、、 和 。塔板负荷性能图由五条线组成，分别是：气相负荷上限线、 、过量漏液线、 线和 线。二、问答题（每题5分，共15分）操作中的精馏塔，保持F、xF、q、D不变，而使V减小，此时塔顶产品浓度xD、塔底产品浓度xW将如何变化？试作定性分析。萃取中分配系数k及选择性系数的定义是什么？k=1及=1两种情况下萃取操作能否进行？在板式塔中若减少塔板的开孔率，分析说明塔板负荷性能图中漏液线如何移动？三、计算题（共55分）：（20分）某逆流吸收塔，用纯溶剂吸收混合气体中的可溶组分。气体入塔浓度为0.01（摩尔分率，下同），回收率为0.9。平衡关系为Y = 2X，且知L/V = 1.2 (L/V)min，气

19、相传质单元高度HOG = 。试求：操作液气比L/V；（7分）所需塔的填料层高度Z，m；（7分）若该塔操作时，因解吸不良导致入塔溶剂组成xa = 0.0005，其他入塔条件不变，则回收率又为多少？（6分）（20分）在一连续精馏塔中分离某理想二元混合物，已知原料液进料量为100kmol/h，轻组分含量为0.5(摩尔分率，下同)，泡点进料，塔顶馏出液量为50 kmol/h，要求塔顶产品中含轻组分，已知物系的相对挥发度为，操作回流比是最小回流比的倍，塔顶为全凝器，泡点回流，恒摩尔流假定成立。试求：塔釜残液组成；（3分）最小回流比Rmin；（5分）离开第二块塔板的气相组成x2；（7分）若经过精馏段第n块

20、实际板的液相组成变化（）为，求经过该板的气相组成的最大变化量。已知每层塔板的气相默弗里板效率为。（5分）（15分）用纯萃取剂S对100kg溶质A含量为0.5(质量分率，下同)的AB二元混合液进行单级萃取，体系的溶解度曲线及辅助曲线如图所示，若要求萃余相中溶质A的含量为0.1，试求：萃取剂用量及萃取液、萃余液组成；（8分）若要使萃取液中溶质A的含量最高，试确定所需溶剂S的用量。（7分）A卷化工原理 下期末试题答案专业班级 化学工程与工艺、环境工程 开课系室 化学工程系 考试日期 一、填空（每空1分，共20分） 1/2 倍， 1 104 Pa；105 Pa 泵的特性曲线和管路特性曲线 ； 增大 ，

21、 减小 增大 ； 下降 增大 、 减小 沟流 ， 节涌 132 、 R2 R3 R1 8. 3.482 9. 空气 ， 饱和蒸汽 10. 具有黑表面的物体=1 ， =1 二、分析简答题（共20分）（本小题8分）答：影响加热炉效率的因素有：炉墙损失的热量，烟气带走的热量，燃料燃烧情况及空气的入炉温度、过剩空气系数等。 提高加热炉热效率的措施有：提高空气入炉温度；尽量降低过剩空气系数及降低其温度，减少其带走热量；被加热流体选择适当的入炉温度；选择合适的火嘴，改进燃烧状况，使燃料燃烧完全。（本小题8分）答：1-2 压缩； 2-3 排气； 3-4 余隙膨胀；4-1 吸气；（图1分，每步1分） 压缩气体

22、终压较高时，容积系数下降，使压缩机动力消耗增加；排出气体温度增加；造成机件损坏及可能导致的润滑油失效。（每项1分，共3分）（本小题4分）答：有腐蚀性、高温及高压流体走管程，降低对壳体材质要求；有毒、易燃流体走管程，降低泄露；易于结垢的流体走易清洗一侧，便于清扫；流量小，粘度大的流体走壳程，便于达到湍流；需要被冷却流体，一般走壳程，便于散热；蒸汽宜走壳程，便于冷凝液及不凝气排放。三、计算题（共60分）：（25分）解：（1） 1分 1分 2分 2分 2分（2）在两槽之间列柏努利方程，得： 2分 2分 2分（3）在两表之间列柏努利方程，忽略位差： 3分 3分（4） 1分（15分）解：（1）恒压过滤：

23、Ve=0 V2=KA2t 3分 3分(2) 2分 1 1分 2分(3)滤饼结构不变，比阻不变，悬浮液浓度加倍，饼液比加倍， 1分 1分 1分 1分（20分）解：（1） 1分 1分 2分 2分（2）计算过程中不计热损失，忽略管壁导热热阻及污垢热阻 2分（3） 2分 1分 2分 1分 2分(4) ； 1分 2分； 2分B卷化工原理 上期末试卷专业班级 化学工程与工艺、环境工程 学 号 姓 名 开课系室 化学工程系 考试日期 一、填空和选择题（每空1分，共30分）0.5atm(表压) kPa mmHg。连续性方程是 ，柏努利方程是 。 A、物料衡算式 B、能量衡算式 C、相平衡式 D、过程速率式空气

24、在一等径水平圆直管中作等温、稳定流动，则沿流动方向其雷诺准数将 （变大，变小，不变）；若沿流动方向空气温度升高，其雷诺准数将 （变大，变小，不变）。减小阀门开度，管中流体流量减小，这是因为 。 A、减小了阻力系数； B、增加了当量直径；C、增加了当量长度； D、增加了流体动能。一台压缩机的工作循环包括 、 、 和 四个阶段。降沉室内颗粒沉降下来的条件是 。固体流态化可分为 流化和聚式流化两种，聚式流化常出现的不正常操作有 和 两种。传热方式主要有 、 、 三种。列管式换热器按照热补偿方式的不同可以分为： 、 和 。在饱和水蒸汽冷凝加热空气的套管换热器中，传热壁面的温度接近于_ 的温度，总传热系

25、数K接近于_ _的对流传热系数，传热过程的热阻主要集中在_ _侧。管式加热炉的结构包括 、对流室、 、 和余热回收系统。过剩空气系数的定义是 ；越高，出炉烟气温度越 （高、低）；过高，炉子热效率 （升高、降低）。二、简答题（每题5分，共15分）指出离心泵的气蚀与气缚现象有什么区别。简述强化换热器传热的途径，举出若干具体措施。试述罗伯伊万斯假定的基本内容。三、计算题：（共55分）（20分）如图所示输水系统，用泵将水池中的水输送到敞口高位水槽，已知水的密度为1000kg/m3 ，管道直径均为45，泵的进、出口管路上分别安装有真空表及压力表。真空表安装位置距贮水池的水面高为，压力表安装位置距贮水池的

26、水面高度为5m。当输入量为4m32。泵的效率为70%。（忽略真空表到泵入口、泵出口到压力表的阻力损失）。试求：泵扬程H，m ；（10分） 两液面高度差h，m ；（6分）泵所需的轴功率N，kW。（4分）（15分）某厂用板框压滤机在恒压下过滤一种悬浮液，滤框的空间尺寸为1000 l00040mm，有20个滤框，经过2h过滤，滤框完全充满滤饼，且每m2过滤面积得到滤液3。卸饼、清理、组装等辅助时间为1.2h，忽略过滤介质阻力，滤饼未洗涤。试求：该扳框压滤机的生产能力；（6分）过滤后用l/8滤液体积的洗涤水在同样压力差下进行横穿洗涤滤饼时的生产能力(设洗涤水与滤液粘度相近)。（9分）（20分）一内管尺

27、寸为252.5mm的套管换热器作为精馏塔顶全凝器，冷却水走管程，塔顶蒸汽走壳程。已知塔顶蒸汽流量为500kg/h，汽化潜热为270kJ/kg，饱和温度为80；冷却水入口温度为15，出口温度为45，忽略管壁及污垢热阻。此时蒸汽侧的对流传热系数o=104W/(m2K)，水侧的对流传热系数i=4428.4 W/(m2K)；水的比热CP，忽略热损失。试求：换热器的热负荷Q，kW ；（3分）冷凝水的用量W2，kg/h ；（2分）换热过程的对数平均温差tm， ；（6分）换热过程的总传热系数KO，；(以内管的外表面积为基准)（5分）若达到要求，换热器长度不短于几米？（4分）B卷化工原理 上期末试题答案专业班级 化学工程与工艺、环境工程 开课系室 化学工程系 考试日期 一、填空和选择题（每空1分，共30分） kPa 380 mmHg A ， B 不变 变小 C 压缩 、 排气 、 余隙膨胀 和 吸气 L/uH/ut 散式 ， 沟流 和 节涌 传导 ， 对流 ， 辐射 固定管板式 、 浮头式 和 型管式 _水蒸汽_， _空气_， _空气_侧 辐射室 、 燃烧器 、 通风系统 入炉空气量与理论空气量的比值 ； 低 ； 降低 二、简答题（每题5分，共15分）