化工原理

《化工原理》期末考试试题（包括答案详解）姓名班级学号适用专业：应用化学、环境工程、食品工程、生物工程、无机非金属、化学工程与工艺、农产品加工与储藏等与化工应用相关专业。考试时间120分钟（试题共6页）（答案必须写在答题纸上，写在试题上不给分）一、选择与填空（每空2分，共40分）1.热传递的三种形式分别是、、。2.导热过程的傅里叶定律是。3.牛顿粘性定律的表达式为。4.当不可压缩理想流体在水平放置的变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力为。A不变B增大C减小D不确定5.如图所示，液体在等径斜管中稳定流动，则阀门的局部阻力系数与压差计读数R的关系为。6.用饱和蒸汽加热水，经过一段时间后，发现传热的阻力迅速加大，可能是由于和所引起的。7.用离心泵将某储槽A内的液体输送到一常压设备B，若设备B变为高压设备，则泵的输液量，轴功率。8.往复泵的流量调节方法常采用与。9.在吸收过程中，气体越易溶，其相平衡常数m；亨利系数E，溶解度系数H。10.在逆流吸收塔钟，用清水吸收混合气体中的溶质。已知液气比L/V为2.7，平衡关系式可表示为Y=1.5X，（X、Y为比摩尔分率），吸收率为90%，则液气比与最小液气比的比值为。A1.5B1.8C2.0D3.0。11.水以1.5m/s的流速在长为3m，直径为mm5.225mm的管内由20℃加热至40℃，水与管壁之间的对流传热系数为2/(mW℃）。12.一般情况下,温度升高,液体的粘度（）；气体的粘度（）。A.增大B.减小C.不变二、简答题（每题4分，共20分）1.试解释在离心泵启动时产生的气缚和气蚀现象，是什么原因产生的？如何排除和避免？2.离心泵的流量调节方式有哪些？基本原理什什么？3.在颗粒沉降的过程中测定沉降速度tu时，根据雷诺数的大小划分三个区域。是如何划分的？阻力系数分别为多少？公式如何书写？4.流体在管内做强制对流时，低粘度流体可用迪特斯-贝尔特关系式，写出此关系式并说明适用范围。5.辐射传热时根据物体对辐射吸收和反射强度的不同花分为四类，他们的名称分别是什么？是如何划分的？三、计算题（共40分，第1题8分、第2题9分、第3题10分、第4题13分）1.储槽内径D=4m，槽底与内径mm32d0，长为3m的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度m5h（以管子中心为基准）。液体在管子内的摩擦系数为0.003，在槽与管子进口连接处的摩擦阻力系数为0.12，在此温度下液体的粘度为spa101.0-3，求槽内液面下降1m所需要的时间。2.用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液。已知进、出解吸塔的液相组成分别是0.010和0.002（均为摩尔比）。解吸所用载气为含二氧化碳0.0005（摩尔分数）的空气，操作条件下的平衡关系为Y=106.03X。操作气液比为最小液气比的1.8倍，试计算（1）载气的出塔组成（摩尔分数）；（2）液相总传质单元。3.在连续操作的精馏塔中分离相对挥发度为2.2的两组份溶液。原料液流量为100kmol/h，组成为0.62（易挥发组分摩尔分数，下同），要求塔顶溜出液中易挥发组分的回收率为91%。已知回流比为3，且为气液混合进料q=0.82，溜出液为60kmol/h。试求（1）精馏段操作线方程和q线方程；（2）提馏段操作线方程；（3）若为泡点进料，其他条件不变，求最小回流比。4.一降尘室长5m，宽5m，高4.2m，固体杂质为球形颗粒，密度为333/06.1/3000m/3000kmkghmg为。在此状况下气体密度。气体处理量为。粘度为的。求理论上能全部除去spa1008.1-5最小颗粒直径。若以此除尘的最小颗粒直径的球体颗粒制成悬浮液，做恒压过滤，操作压力差为pa1081.93。悬浮液中固相体积分数为20%。此操作压力差下过滤，形成空隙率为0.6的滤饼，且滤饼不可压缩。求过滤常数。现测得过滤11min时，可得滤液23-3/m1032.4m。求再过滤10min，又可得滤液多少23/mm？试题答案一、填空与选择题1.热传递、热对流、热辐射2.ntdsQ-d3.dyuxd4.C5.2g-200uR）（6.内摩擦力、流体的流动状态7.减小、增大8.增设旁路装置、改变活塞冲程或往复频率9.越小、越小、越大10.B11.263.812.B、A二．简答题1.在启动离心泵之前没有向泵内灌满被输送的液体，由于空气密度低，叶轮旋转后产生的离心力小，叶轮中心区不足以形成吸入储槽内液体的低压。因而虽启动离心泵也不能输送液体为气缚。在启动离心泵前摇灌满输送液，气缚不会对离心泵造成较大的损害，但可能吸不上来液体。含气体的液体进入叶轮高压区后，气泡在高压作用下急剧地缩小而破灭，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极高的速度冲向原泡所占的空间，造成冲击和振动，在巨大的冲击力反作用下，使叶片表面材质疲劳，从开始点蚀到形成裂缝，导致叶轮或泵壳破坏此为气蚀。产生的原因，可能是离心泵安装的高度过高；输送液体的温度过高，蒸汽压过大；吸入管路阻力太大或压头损失太高等。2.离心泵的调节方式有多种，如：控制出口阀的开度；改变泵的转速；切削叶轮；泵的串并联等。改变离心泵的出口阀开度使管路曲线发生变化，在管路特性方程中2HeeBqK，关小阀门，B值变大，流量变小，曲线变陡，开大阀门，情况相反。改变泵的转速n（比例定律）或叶轮外缘尺寸2D（切削定律）均可改变泵的特性。离心泵串并联时，并联泵在同一压头下流量为单泵的两倍，两台泵串联操作总压头低于单台泵压头的两倍，流量大于单台泵。3.层流区1Re10-4ttRe2418)g-(us2dt过渡区310Re1t6.0Re5.18t6.0sRe)g-(27.0uttd湍流区53102Re10t44.0)g-(74.1usdt4.np0.8i)c()d(d023.0ui当流体被加热时n=0.4，当流体被冷却时，n=0.3；应用范围：60/,120Pr7.0,10Re4idL。5.四种归类分别是黑体、镜体、透热体和灰体。能全部吸收辐射的物质，即A=1的物质，称为黑体；能全部反射辐射能的物体，即R=1的物体，称为镜体；能透过全部辐射能的物体，即D=1的物体，称为透热体；能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体，称为灰体。四．计算题1.解：在液体刚开始流出时以A-A1为基准面列贝努利方程：huudLuhguhfudLhfhfhfug23.2u222222h2222'2'2解得：储槽的截面积为：Aπ/42D=12.562m管口面积：'A=π/420d=24-102m水的深度h1=5mh2=4m；质量流量)(01,无料液补充mqhuAqm445.0'2,ρ任意一时刻，槽内料液质量为：hAh4.12537mρ所以：02,θddmqm代入数据，得：04.12537445.0θddhhhhdhd69.313302s-4.12537445.0450θθθ解得：2.解：（1）载气的出塔组成进塔载气中二氧化碳的摩尔比是：Y≈0005.0iy最小气液比为00755.00005.0-010.003.106002.0-010.0--)qq(1212minLn,vn,YmXXX操作液气比为0136.000755.08.1,,Lnvnqq由)X-(Xq)Y-(Y12Ln,12,Lnq得589.00005.00136.0002.0-010.0q)X-(X1vn,12,2YqYLn载气的出塔摩尔分数为371.0589.01589.01222YYy（2）液相总传质单元数吸收因数为693.00136.003.1061,,vnLnqqA液相总传质单元数为614.2693.0106.030005.0-002.003.1060.0005-0.0100.693)-(1ln693.0-11--XA)-(1ln-11*11*12AXXXANoL3.解：（1）由溜出液中易挥发组分的回收率为94%，可得：97.06062.010094.0q,,,,DnFFnDFFnDDnqxqxxqxηη那么，精馏段操作线方程1x1y1RxRRDnn代入数据，得：4.356.4yx（2）.由全塔物料衡算公式wnDnFnqq,,,q其中：40kmol/h60)-(100q,wn由：180kmol/h603qqR,,,LnDnLnq推导出：由提馏段操作线方程公式wnFnWnmWnFnLnFnLnqqqqxqqqqqq,,Ln,,',,,,,'1m-q--y代入数据，得：18.0-18.1y''1mmx（3）.泡点进料时，Fxqx，则有：1.41]0.62-10.97)-2(1-0.620.97[1-21]x-1)x-(1-xx[1-1RFDFDminαα4.解：假设颗粒流动在层流区，利用层流区公式：μρρ18)-(usdt在水平方向上的流速为：smAqsv/10436002.453000u2-,由tuhuL21θθ和21θθ可得出流体流出时恰好沉降到降尘室底部即：tuhuLθsvqALd,s2)g-(h18ρρμ=2-5675m.306.1-30008.92.455360030002.4108.118）（、m5-1092.1d验证：038.0101.8181.069.81.06)-(30001092.118)g-(Re10-215-32s3tμρρρμρddut在层流区1Re10-4t之间，假设成立。恒压过滤时，20℃，操作压力差pap31081.9rvpμ2k3243-/106)100.16(mma2-10322432210333.10.60.6)-(1)10(65)-(15rmaεε根据公式θkqqe2q23-210472.16600432q.020432.0e解得：23/2.11qmme所以恒压过滤方程式为：θ3-210472.14.22qq将1260s600660）（θ代入恒压过滤方程式，解得：855.1126010472.14.22q3-2q585.14.22q2q2855.144.224.22-q223/083.0qmm所以在过滤10min后，又可得滤液23/0.07868m0.00432)-(0.083qm试卷由启宜整理并给出答案，欢迎加QQ：773240130，关于《化工原理》课程的讨论。蚌埠学院应用化学与环境工程系应用化学专业