中国石油大学材化专业化工原理期末考试试卷.pdf

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1、 化工原理期末试卷专业班级 材料化学学 号 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _姓 名 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _开课系室 化学工程系考试日期一、填空题（共30分，每空1分）1.研究单元过程的四个基本工具包括物料衡算、和过程速率。2.某台设备在负压下操作，指示其内部压力的真空表读数为220m m H g,若当地大气压力为760m m H g,则设备内部的绝对压力为 kPa。3.一般情况下，温度升高时，气体的粘度，液体的粘度 o4.液体离开离心泵的叶轮进入蜗壳后，

2、由 于 蜗 壳 流 道 逐 渐,液体流速不断，液体压力上升。5.降 尘 室 中 颗 粒 能 被 分 离 出 来 的 必 要 条 件是O6.在管内空气对流传热系数测定的实验中，在套管换热器内用饱和水蒸气加热空气，传热壁面的温度应接近于 的温度，总传热系数接近于 侧的对流传热系数。7.根据黑体辐射的斯蒂芬一波耳兹曼定律，温度为500K的黑体的辐射能力为 W/m8.大容积饱和沸腾随温差的变化出现三种不同的沸腾状态，即自然对流、_ _ _ _ _ _ _ _ _和 09.根据溶液与蒸汽流向的相对关系，多效蒸发常见以下三种操作流程:并流加料、和 O10.浓度为20%（质量分数）的硝酸钠水溶液，以2000

3、kg/h的流率进料,在单效蒸发器中浓缩，若水分蒸发量为500kg/h,则完成液浓度为 O11.某泡点进料的连续精储塔，已知其操作线方程分别为y=0.75X+0.24和 y=l.2x-0.02,则回流比R=,储出液组成xu=,釜液组成X.=O12.一块完整的溢流式塔板可以分为、安定区和边缘区五个区域。13.用对流干燥除去湿物料中的水分时，当干燥介质一定，湿物料中 水分可以除去，水分不可以除去。14.已知某湿空气的总压为一个大气压，某温度下水蒸气的饱和蒸气压为10kPa,若此温度下该湿空气的相对湿度为50%,则其绝对湿度应为 kg水/kg绝干空气。15.已知湿物料进料量为2000kg/h,物料的初

4、始含水量为50%（湿基，以下同），干燥完成时物料含水量20%,则物料失去的水分为kg/ho1 6.由干燥速率曲线可将干燥过程分为三段，即物料预热阶段、和 01 7.根据吸附质与吸附剂间作用力类型的不同，可将吸附分为两类，即和 O二、简答题（共2 0分，每题5分）1、如图所示，左侧水槽中液面高度H 保持不变，若阀门开度减小，则阀门前后两根测压管中水-J面如何变化？为什么？（假 H：设此时摩擦系数入不变）一二:H；-_ _ _ _ _ _ _ _ _ _I2、简述恒压过滤实验中测定过滤常数的原理。3、画出板式塔气液负荷性能图并标明各线的名称。4、画出干燥平衡曲线，并在图中标明结合水、非结合水、自由

5、水和平衡水的含量。三、计算题（5 0分）1、（2 0 分）用水泵向高位水箱供水（如附图所示），管路流量为1 5 0 m-V h,泵轴中心线距水池液面和水箱液面的垂直距离分别为2 m 和4 5 m。泵吸入管与排出管分别为内径205mm和内径180mm的钢管。吸入管管长50m（包括吸入管路局部阻力的当量长度），排出管管长200m（包括排出管路局部阻力的当量长度），管内摩擦系数入=0.025,水的密度1000 kg/n?,粘度I.OXIOPa s,泵的效率为65%。试求：（1）吸入管和排出管内的流速、雷诺数各为多少？各属于哪种流动类型？（4 分）（2）泵吸入口处A 点的真空表读数？（6 分）（3）泵

6、向单位质量流体所作的功为多少？（6 分）（4）泵的轴功率是多少？（4 分）2、（15分）在某厂一套管换热器中，将某溶液与冷却水进行逆流换热,已知内管尺寸为 25x2.5mm,溶液走管外，流量为1000kg/h,比热为3.35kJ/（kg-K）,对流传热系数为 1163W/（m2.）,从 150c冷却到 80；冷却水走管内，从 15加热到65,定性温度下水的物理性质如下：比热为4.174kJ/（kg-K）,导热系数为0.6338W/（m-K）,粘度为0.656mPa-s,密度为 992.2kg/m求：（1）冷却水用量；（2 分）（2）冷却水的对流传热系数；（5 分）（3）如果忽略管壁热阻，求以传

7、热外表面为基准的总传热系数；（2分）（4）该换热器使用6 个月后，由于水侧管壁生垢，使传热能力下降，若冷却水流量不变，则水的出口温度为6 0 C,求污垢热阻。（6 分）3、（15分）含甲醇0.4（摩尔分率，以下同）的甲醇水溶液，在常压连续精微塔中分离，进料速率为5 0 0 k m o l/h,饱和液体进料，操作回流比为1.2,进料中甲醇的9 3%进入塔顶储出液中，要求储出液中甲醇摩尔分率为0.9 3,全塔平均相对挥发度为4.0。试求：（1）塔顶、塔底的产品量及塔釜残液中甲醇含量；（4分）（2）操作回流比是最小回流比的几倍？（6分）（3）由第二块塔板（从塔顶向下数）上升的汽相组成丫2。（5分）化

8、工原理 期末试题答案专业班级 材料化学开课系室 化学工程系考试日期_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _一、填空题（共30分，每空1分）1 7.能量衡算、系统的平衡关系18.7219.增 大，减小2 0.扩 大，下降2|H/ut 4 000,为湍流R e泵排出管内：2d2u2p _ 0.18 0 x 1.6 4 0 x 1000l.O x lO-32.9 5 2 x lO5 4 000湍流（2分）（2）以水池液面为高度基准面,列1 1面到真空表处的柏努利方程:32g pg-2,（1分）已 知,Z|=0,U|=0,p i=0（表压）

9、,Z 2=2m,U 2=1.26 4 m/s,Y Hf=0.025d 2g5 0 x l.26 42-=0.4 9 7 w2x 9.8 1x 0.205（2分）2Pl=P P S（2+五+Z/）1 QfZA-=0-1000 x 9.8 1（2+0.4 9 7）=25 29 4.4 A/2x 9.8 1（3分）真空表读数为25 29 4.4 P a（3）列1 1面 和33面间的柏努利方程:92U：Pi “3 P3 7“+儿=2=0.545%!+0.423=0.545 x 0.769+0.423=0.842（2 分）化工原理期末试卷专业班级 材料化学一、填空与选择（共30分，每空1分）33.化学工

10、程中的“三传一反”指的是质量传递、和反应工程。34.流 体 在 管 内 流 动 时 会 引 起 机 械 能 损 失，这 是 由于035.一般情况下，温度升高时，气体的粘度，液体的粘度 036.离心泵启动前灌泵是为了防止 现象；离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生_ _ _ _ _ _ _ _ _现象。37.在 恒 压 过 滤 实 验 中，为 求 得 过 滤 常 数 而 使 用 的 公 式为。38.降尘室中颗粒能被分离出来的必要条件是 o39.恒压过滤时，当洗涤液粘度与滤液粘度一致，并采用横穿洗法时，板框过滤机洗涤速率为过滤终了速率的 o40.根据黑体辐射的斯蒂芬一波耳兹曼定律，温度

11、为1000K的黑体的辐射能力为 W/m2 o41.在套管换热器中，水蒸汽冷凝加热内管中流动的空气，现空气流速增加一倍，则总传热系数约增加 倍。42.W 72%（质量分数）的硝酸氨水溶液在单效蒸发器中浓缩至90%,溶 液 的 进 料 流 率 为4000kg/h,则 需 蒸 发 出 的 水 分 量 为kg/ho43.单效蒸发过程中的温度差损失包括三部分，分别是、和二次蒸汽的流动阻力损失引起的温度差损失。44.精编得以进行的三 个 必 要条件分别是、和 045.某泡点进料的连续精储塔，已知其操作线方程分别为y=0.667x+0.32和y=l.5x-0.05,则回流比R=,微出液组成Xo=,釜液组成X

12、,=O46.写出三种常见散装填料的名称：、o47.干燥系统热量衡算表明，提供的热量主要用于四个方面：即汽化湿分、和设备热损失。48.已知某湿空气的总压为101.3kPa,某温度下水蒸气的饱和蒸气压为5kPa,若此温度下该湿空气的相对湿度为60%,则其绝对湿度应为 kg水/kg绝干空气。49.已知某干燥器湿物料进料量为1000kg/h,物料的初始含水量为30%（湿基，以下同），干燥完成时物料含水量15除则物料失去的水分为 kg/ho50.结晶单元操作中，晶核的生成机理主要有三种，即、和二次成核。二、简答题（共 2 0 分，每题5 分）1、什么是离心泵的工作点？单泵操作时常用的流量调节手段有哪些？

13、2、画出干燥速率曲线，并标明曲线中各段对应的干燥阶段。3、简述板式塔的不正常操作现象中漏液的原因及危害4、画出水的大容积饱和沸腾曲线，并在图中标明各种沸腾状态所在区域。三、计算题（5 0 分）1、（1 5 分）如图，用一离心泵从露天贮水罐向一设备输送密度为lO O O kg/n?的水，设备内液面上方压力为O.lat m （表），输送管线规格均为小5 7 X3.5 m m 钢管，管路总长（包括所有当量长度）为 3 0 0 m,摩擦系数入=0.0 2 5 可视为常数，管路中有一截止阀，阀两侧接一倒装U 形管压差计，已知 泵 的 特 性 曲 线 为：H=3 2.9 4-2.2 0 2 X 1 06q

14、v2（式中：H为扬程，m；q v为流量，m3/s）o试求：（1）管路内水的流量；（7分）（2）泵的扬程和泵的有效功率；（4分）（3）若管路中截止阀的局部阻力系数C =6.4,试求压差计的读数Ro （4 分）2、（1 5 分）某厂用一套管换热器冷凝2,0 0 0 kg/h 的甲苯蒸气，冷凝温度为 1 1 0,甲苯的汽化潜热为3 6 3 kJ/kg,冷凝传热膜系数为1 0,0 0 0W/（m2.K）0冷却水于1 6 及 5,0 0 0 kg/h 的流量进入套管内管（内管尺寸为5 7 X3.5 m m）作湍流流动，对流传热系数为2 4 0 0 W （m 2.K）。水的比热为4.1 9 kJ/（kg.

15、）,管壁热阻可忽略。试求：（1）试计算冷却水的出口温度；（3 分）（2）计算套管长度；（6分）（3）由于气候变化，冷却水温度升高到2 5 ,试计算该换热器在此情况下每小时可冷凝多少kg 的甲苯。（6分）3、（2 0 分）在一连续精微塔内分离某甲苯-苯二元混合物。已知进料中含甲苯4 0%（摩尔分率，以下同），进料速率为1 0 0 km o l/h,进料中蒸汽量占一半，塔顶采用全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的L 8 倍；进料中甲苯的9 6%进入储出液，要求塔顶组成为XD=0.93；塔内的平均相对挥发度为2.5。试计算：（1）塔顶、塔底产品量和塔釜残液组成；（4分）（2）最小回流比R m

16、i n；（5 分）（3）塔内由下往上数塔釜以上第一块理论板上升气相的组成；（8（4）若该板的气相默弗里效率Em v=0.5 2,则该板上升的实际气相组成为多少？（3分）化工原理 期末试题答案专业班级 材料化学开课系室.化学工程系考试日期_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _一、填空与选择（共30分，每空1分）5 1.热 量 传 递、动量传递5 2.流体具有粘性而形成内摩擦力53.增 大,减小54.气 缚,气蚀t 1 255.q K K56 H/u,L/u57.1/458.5670059.1.7460.8006 1.溶液沸点升高引起

17、的温度差损失、液柱静压头引起的温度差损宏6 2.a W 16 3.R=2.0 ,6 4.拉西环、6 5.加热产品、随废气放空6 6.0.0 1 9 0 k g水/k g绝干空气6 7.1 7 6.5 k g/h6 8.初级均相成核、初级非均相成核有汽相和液相回流 和有汽液两相接触的场所xD=0.9 6 ,xw-0.1鲍尔环、阶梯环（或弧鞍形填料、矩鞍形填料等）二、简答题（共20分，每题5分）1、答：离心泵特性曲线（H-q v 曲线）与管路特性曲线的交点为离心泵的工作点。（2分）常用流量调节手段有：改变阀门开度，改变泵电机的转速和改变叶轮直径。（3 分）2、答：AB段：干燥过程的预热阶段。B C

18、 段：恒速干燥阶段。干燥速率CD 段：降速干燥阶段。（画出图给3分，标明各阶段给2分）3、答：漏液：部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，而是从阀孔直接漏下。（1 分）原因：气速较小时，气体通过阀孔的速度压头小，不足以抵消塔板上液层的重力；气体在塔板上的不均匀分布也是造成漏液的重要原因。（2 分）后果：导致气液两相在塔板上的接触时间减少，塔板效率下降，严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法进行传热、传质，塔板将失去其基本功能。（2 分）4、答：（回出图给3 分，标明各阶段给2 分）三、计算题（5 0 分）1、解（1）以地面为高度基准面，水罐液面为1一1截面，设备内液面为 2-2截面，列 1

19、-1截面到2-2截面间的柏努利方程：U 2=0 m/s管路中流体流速与流量的关系为:U =4 v0.7 8 5 J2qv0.7 8 5 x0.0 52=5 0 9.6金 吁斗。2 5嗤|僚而（2分）代入柏努利方程得到管路特性曲线方程:He=z,z,=6 +0 1X10+1.9 8 5 x 1 06=1 6.1 9 +12 pg 乙 1 0 0 0 x9.8 1 ”将上式与泵的特性曲线方程联立：H=3 2.2 7-2.2 0 2 X 1 06qv2解 得：qv=0.0 0 1 9 6 m3/s(3分)(2)管内平均流速为：U =qv0.0 0 1 9 60.7 8 5 d；0.7 8 5 x0.

20、0 52=1.0/77/S（1分）H e=1 6.1 9 +1.9 8 5 xl O6=1 6.1 9 +1.9 8 5 xl 06 x.0 0 0 1 9 62=2 3.8 2 m（1分）Ne=23.82x0.00196x1000 x9.81=458.0W（2 分）（3）截止阀处的阻力损失为：2/%2%=q=6.4 x-2-=3.2J/kg（2 分）hf=9=一 。）8 xRg=3.2J/kg又；P P：.R=3.2/9.81=0.326m（2 分）2、解（1）甲苯蒸气冷凝放热量为：Qi=W j=2000 x363=726000冷 却 水 吸 收 热 量：。2=Qt=W2Cp（t2-t,）=

21、5000 x4.19x（t2-16）=726000H/i.r2=50.65（3 分）CT-r,-（T-r2）50.65-16I nfT-t2in 110-16110-50.65=75.35 C（2）传热平均温差为（2 分）总 传1 d2 1 57=Z-+=-+-=5.75 x 1（厂 加-爪 /wK2 liM h2 2400 x50 10000，K2=1739.1 W/（m2-K）（2 分）热系数1A,=Q/K，M,=7 2 6 0 0 0X1。=3 9 /.传热面积 3 6 0 0 x1 7 3 9.1 x7 5.3 5套管长度为 l=A/7 i d2=1.5 3 9/（兀 X 0.0 5

22、7）=8.6 m（2 分）(3)冷却水入口温度升高后，总传热系数未变，传热量变为Q =W2 cp 2（f2 F ）=K出与4I n 上T-t.2即:x4.1 9 xl 03=1 7 3 9.1 x l.5 3 9 x-3 6 0 0 .H O-2 5I n-1 1 0-2,解得t2=5 6.3 4 （4分）Q=W2Cp（t2,-ti,）=Wlr=5 0 0 0 x 4.1 9 x（5 6.3 4 -2 5）/3 6 3 =1 8 0 8 依 Ih（2 分）3、解（1）已 矢 口 F=1 0 0 k m o l/h,Z F=0.4,X D=0.9 3,DX D/FZ F=0.9 6，D=4 1.

23、2 9 k m o l/h/.W=F-D=5 8.7 1 k m o l/h（2 分）由物料衡算：FZ F=DX D+WX W得：xw=0.0 2 7 3（2 分）(2)进料中蒸汽量占一半q=0.5,q 线方程为:y=q x-Zp=-X+0.8q-q-ya xe=-2-.-5-x-e=-相平衡方程为：“1 +Q T）演1 +L5%（2 分）上两式联立，解得：xe=0.292,ye=0.508R 0.93-0.508=1 9 5 4m,n 几-x,0.508-0.292,（3 分）（3）R=1.8Rmin=1,8x 1.954=3.517=-%-，-=-2-.-5-x-0-.0-2-7-3-=0

24、n.0.6.5.6.1 +（a-）xw 1 +1.5x0.0273（2 分）L=L+qF=RD+qF=3.517X41.29+0.5 X 100=195.2kmol/h，提镭段操作线方程为:ym+1LW195.2-x-=-XL-W m L-W 195.2-58.7158.71 八 m cc-x 0.0273=1.4195.2-58.71（3 分）.yw=0.0656 代入上式，得：x,=0.0541.倒数第一块板上升气相的组成为ax,2.5x0.0541 八 V.=-=-=0.1251 +（a-1）X（1 +1.5x0.0541（3 分）若 为 实 际 板，贝 I yi*=0.125（1分）必一如由%*一=0.52y,=0.52X(0.125-0.0656)+0.0656=0.0965（2分）