化工原理试题3

一、填空题1.某设备上真空表的读数为13.3×103Pa，则设备内的绝对压强为____________,表压强为___________。已知该地区大气压强为98.7×103Pa。2.某设备的进、出口压强分别为1200mmH2O（真空度）和1.6kgf/cm2（表压）。若当地大气压为760mmHg,设备进、出口的压强差为_____________。（用SI制表示）3.一套管换热器的内管外径为80mm,外管内径为150mm,其环隙的当量直径为_________。4.有一内径为25mm的水管，如管中水的流速为1.0m/s，管中水的流动类型_____________;管中水保持层流状态的最大流速________________（水的密度ρ=1000kg/m3,粘度μ=1cp）。5.一定量的液体在圆形直管内作滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的一半，因流动阻力产生的能量损失为原来的_______________倍。6.用108×4mm的钢管从水塔将水引至车间，管路长度150m（包括管件的当量长度）。若此管路的全部能量损失为118J/kg，此管路输水量为___________m3/h。（管路摩擦系数可取为0.02，水的密度取为1000kg/m3）7.离心泵启动前灌泵，是为了防止________现象发生;离心泵的实际安装高度小于允许安装高度，就可防止____________现象发生。8.离心泵最常用的调节方法是_____________;往复泵的流量调节是采用________________。9.离心泵停车时要_________________。10.离心泵装置中吸入管路的__________的作用是防止启动前灌入的液体从泵内流出。11.一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由20℃升至50℃，则其沉降速度将____。12.降尘室的生产能力与降尘室的_________和_______有关。13.板框压滤机中，最终的过滤速率是洗涤速率的___________倍。14.在一套板框过滤机中，板有__________种构造，框有_________种构造。15.热传递的基本方式为__________、____________和___________。16.灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比，称为物体的_______。17.在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则传热管的壁温接近___________的温度。18.在一间壁式换热器中，用裂化渣油来加热原油。裂化渣油的初温为300℃,终温为200℃，原油的初温为25℃，终温为150℃,则并流时平均温度差___________,逆流时平均温度差_______________。19.若一表面温度为20℃的物体的辐射能力为398W/m2，则该物体的黑度为_________。20.为减少圆形管导热损失，采用包覆2种保温材料a、b，若它们厚度相同，导热系数lalb，则包覆的顺序从内到外依次为_______________。21.溶液被加热到鼓起第一个气泡时的温度称为_____温度;气相混合物被冷却到有第一滴液滴析出时的温度称为_______温度。22.当泡点进料时，进料热状态参数q=________；当饱和蒸气进料时，q=________。23.在两组分蒸馏分离中，若组分相对挥发度越大，则表明分离__________（越易，越难，不确定）；若相对挥发度a=____________，则不能用普通精馏方法分离该混合液。24.完成一个精馏操作的两个必要条件是_________和塔底上升蒸气。25.对于正在操作中的精馏塔，若加大操作回流比，则塔顶产品浓度会__________。二、计算题1.用Φ168×9mm的钢管输送原油。管线总长100km,油量为60000kg/h，油管最大抗压能力为1.57×107Pa。已知50℃时油的密度为890kg/m3,粘度为181cp。假定输油管水平放置，其局部阻力忽略不计。问：为完成上述输油任务,中途需设几个加压站?2.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为10800kg/h时，U管压差计读数R为100mm。粗、细管的直径分别为Φ60×3.5mm与Φ42×3mm。计算：（1）1kg水流经两截面间的能量损失；（2）与该能量损失相当的压强降为多少Pa？（水的密度取为1000kg/m3）3.在图示装置中，水管直径为Φ57×3.5mm。当阀门全闭时，压力表读数为0.3大气压,而在阀门开启后，压力表读数降至0.2大气压。设管路入口至压力表处的压头损失为0.5mH2O，求水的流量为若干m3/h？4.用泵将水从水池送至高位槽。高位槽液面高于水池液面50m，管路全部能量损失为20J/kg，流量为36m3/h，高位槽与水池均为敞口。若泵的效率为60%，求泵的轴功率。（水的密度取为1000kg/m3）5.某台板框式压滤机的过滤面积为0.2m2，在压差为1.5at下，以恒压操作方式过滤一种悬浮液，2小时后得滤液40m2，过滤介质阻力可以忽略不计，试求：（1）若过滤面积加倍，其它情况不变，可得滤液多少m3?（2）若将操作时间缩短一半，其它情况不变，可得滤液多少m3?（3）若在原压差下过滤2小时后，用5m3的水洗涤滤渣，需要多长洗涤时间？6.在试验装置中过滤钛白的水悬浮液，过滤压力为3at（表压），求得过滤常数如下：K=5×10-5m2/s，qe=0.01m3/m2。又测出滤渣体积与滤液体积之比c=0.08m3/m3。现要用工业压滤机过滤同样的料液，过滤压力及所用滤布亦与实验时相同。压滤机型号为BMY33/810-45。这一型号设备滤框空处长与宽均为810mm，厚度为45mm，共有26个框，过滤面积为33m2，框内总容量为0.760m3。试计算：（1）过滤进行到框内全部充满滤渣所需要过滤时间；（2）过滤后用相当于滤液量1/10的清水进行横穿洗涤，求洗涤时间；（3）洗涤后卸渣、清理、装合等共需要40分钟，求每台压滤机的生产能力，分别以每小时平均可得多少滤渣计。7.在并流换热器中,用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃,油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃,设油和水的流量、进口温度及物性均不变,若原换热器的管长为1m,求将此换热器的管长增加多少米才能满足要求。换热器的热损失可忽略。8.一单程列管式换热器,由直径为Φ25×2.5mm的钢管束组成。苯在换热器的管内流动,流量为1.25kg/s，由80℃冷却到30℃，冷却水在管间和苯呈逆流流动,进口水温为20℃,出口不超过50℃。已知水侧和苯侧的对流传热系数分别为1.70和0.85kW／(ｍ2·℃)，污垢热阻和换热器的热损失可忽略，求换热器的传热面积。苯的平均比热为1.9kJ/(kg·℃),管壁材料的导热系数为45W/(m·℃)。9.氯仿（CHCl3）和四氯化碳（CCl4）的混合物在一连续精馏塔中分离。馏出液中氯仿的浓度为0.95（摩尔分率），馏出液流量为50kmol/h，平均相对挥发度=1.6，回流比R=2。求：（1）塔顶第二块塔板上升的气相组成；（2）精馏段各板上升蒸气量V及下降液体量L（以kmol/h表示）。10.今有含苯40%和甲苯60%(摩尔百分数，下同)的混合液,欲用精馏塔分离出含苯95%的塔顶产品。进料为饱和液体,塔内平均相对挥发度为2.5。若操作回流比取为最小回流比的1.5倍,写出精馏段操作线方程。答案一、填空题1.85.4×103Pa;-13.3×103Pa2.-1.687×105Pa3.70mm4.湍流;0.08m/s5.166.79.13m3/h7气缚；气蚀8.改变阀门开度；旁路调节9.先关出口阀后断电10.底阀11.下降12.长；宽13.414.2;115.导热;对流;辐射。16.黑度17.饱和蒸气18.131.98℃;162.8℃19.0.9520.b、a21.泡点;露点22.1;023.越易；124.塔顶液相回流25.提高二、计算题1.解：u1=u2，Z1=Z2，u=V/A=(60000/890)/(3600×0.785×0.152)=1.06m/sRe=duρ/μ=0.15×1.06×890/(181×10-3)=782层流λ=64/Re=64/782=0.0818ΔP=λ(l/d)(u2/2)ρ=0.0818×(105/0.15)×(1.062/2)×890=2.72×107Pan=2.72×107/(1.57×107)=1.73中途应设一个加压站2.解：（1）1kg水流经两截面间的能量损失设导管在上游的连接处为截面1-1'，下游的连接处为截面2-2'，并通过管轴作基准水平面。在两截面间列柏努利方程式中Z1=Z2=0，u=ws/Aρm/sm/s∵，∴J/kg将以上各数值代入柏努利方程式，解得J/kg（2）与该能量损失相当的压强降N/m23.解：阀门全闭时，由P2=ρgH，H=0.3×1.013×105/（1000×9.81）=3.1m即水槽液面距阀门中心线的高度为3.1m。阀门开启时，以水槽液面为上游截面1-1'，压力表处为下游截面2-2'，管路中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式Z1=H=3m，Z2=0，P1=0，P2=0.2×1.013×105Pa，u1≈0，Σhf/g=0.5mH2O代入上式3.1=0.2×1.013×105/（1000×9.81）+/（2×9.81）+0.5解得u2=3.24m/sVh=（π/4）d2u×3600=22.9m3/h4.解：设水池液面为1-1'截面，高位槽液面为2-2'，以水池液面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程式。Z1=0，Z2=50m，u1≈0，u2≈0，P1=P2=0（表压），Σhf=20J/kg∴we=9.81×50+20=510.5J/kg水的质量流率ws=36×1000/3600=10kg/s有效功率Ne=we·ws=510.5×10=5105W轴功率N=5105/0.6=8508.3W5.解：（1）因为恒压过滤，且不考虑过滤介质阻力所以V2=KA2qV2/V1=A2/A1V2=V1A2/A1=2´40=80m2(2)V22/V12=q2/q1V2=V1(q2/q1)1/2=40´(1/2)0.5=28.3m2(3)由V2=KA2q微分后：2VdV=KA2dqdV/dq=KA2/2V(dV/dq)W=(dV/dq)E/4=KA2/8V=V/8q=40/(8´2)=2.5m2/hqW=5/2.5=2h6.解（1）一个操作周期可得滤液体积（2）最终过滤速率由过滤基本方程微分求得：洗涤速率为最终过滤速率的1/4。洗涤水量为：（3）操作周期为：生产能力：7.解：原平均温度差Δt1=150-15=135℃,Δt2=100-40=60℃Δtm=（135-60）/ln（135/60）=92.5℃由热量衡算Q=WhCph（T1-T2）=WcCpc（t2-t1）WhCph/WcCpc=（t2-t1）/（T1-T2）=（40-15）/（150-100）=0.5当油的温度降至80℃时,由热量衡算得Q=WhCph（150-80）=WcCpc（t2'-15）或WhCph/WcCpc=（t2'-15）/（150-80）=0.5解得t2'=50℃新的平均温度差，Δt1=150-15=135℃,Δt2=80-50=30℃，Δtm'=（135-30）/ln（135/30）=69.8℃由传热速率方程可分别得原换热器WhCph（150-100）=KSΔtm=KnπdL（92.5）新换热器WhCph（150-80）=KS'Δtm=KnπdL'（69.8）∴L'=（70/50）×（92.5/69.8）×1=1.855mΔL=1.855–1=0.855m8.解：由总传热速率方程式Q=KOSOΔtm式中Q=WhCph（T1–T2）=1.25×1.9×103×（80-30）=118.8kWkW／(ｍ2·℃)℃∴m29.解：（1）由题知，y1=xD=0.95