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2011级《化工原理》试题答案一、填空题(共20分)1.化工原理》课程的研究对象是单元操作。它们都是____物理___操作。2.水深10m处的表压为__98.07__kPa。(ρ水=1000kg/m3)。3.流体1、2为质量流量相同的两流体,分别流经相同长度相同内径的水平直管。已知两流体的密度ρ1=2ρ2,粘度μ1=2μ2,则Re1=1/2Re2;若两流体的流动状态皆为层流,则压力降ΔPf1=1ΔPf2。4.离心泵启动前灌泵是为了防止__气缚___现象发生,而限制离心泵的安装高度是为了防止_气蚀___现象的发生。5.某板框过滤机进行恒压过滤,已知过滤常数K=4.42×10-3m2/s,介质阻力忽略不计,过滤面积为10m2,则每平方米过滤面积上得到1.5m3滤液需时间__509___s,过滤完以3m3水进行置换洗涤,洗涤时间为___203.6___s。6.某降尘室高和宽均为2m,含尘气体气流速度为2m/s,某一粒径颗粒的沉降速度为0.8m/s,为保证该种颗粒完全沉降下来,则降尘室的长至少应为__5__m,该降尘室的生产能力为__8_m3/s。7.在管壳式换热器中用饱和蒸气加热空气,则传热管的壁温接近__饱和蒸气的温度,换热器总传热系数K接近___空气___的对流传热系数。8.对流传热阻力主要集中在冷热流体两侧的__滞流层__中,所以__增大流速__可加强传热。9.在单效蒸发中,每小时将2000kg的某种水溶液从10%连续浓缩到30%,水分的蒸发量为___1333.3___kg/h。10.单向扩散和双向扩散分别是针对___吸收___模型和___精馏_____模型的。11.吸收是利用混合气体中各组分___溶解度__的差异对其进行分离的,而蒸馏是利用各组分___挥发度___的不同来分离均相液体混合物的。12.在吸收操作中,若cG*–cL≈ci–cL,则该过程为___液膜控制___过程,被吸收气体为__难溶气体____。13.精馏塔可分为__精馏段__和__提馏段__两段。精馏塔从塔底到塔顶易挥发组分含量逐渐___增加__,温度逐渐__降低___。14.板式塔不正常的操作现象有___液泛___、__严重液沫夹带___和严重漏液等。在填料塔的ΔP(压力降)/u(空塔气速)曲线图上,有__载液点__和__液泛点__两个折点。15.对湿空气预热时,其__湿度__不变,而___相对湿度__下降,因而干燥能力加强。二、选择填空题(每空1分,共10分)(D)1.滞流内层越薄,则以下结论正确的是A近壁面处速度梯度越小B流体湍动程度越低C流动阻力越小D流动阻力越大(A)2.在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B间连接一U型压差计。当流体流过该管段时,压差计读数R值反应AA、B两截面间的压强差BA、B两截面间的流动阻力CA、B两截面间的动压头变化D突然扩大、缩小局部阻力(B)3.离心泵的效率随流量的变化情况是AQ增大,η增大BQ增大,η先增大后减小CQ增大,η减小DQ增大,η先减小后增大(D)4.在重力场中,与颗粒的自由沉降速度无关的因素为A粒子几何形状B粒子几何尺寸C粒子及流体密度D流体的流速(D)5.在蒸气冷凝传热中,不凝气体的存在对对流传热系数α的影响是A.会使其升高B.不确定C.对其无影响D.会使其大大降低(C)6.两组分物系的相对挥发度越小,则表示分离该物系A.完全B.容易C.困难D.不完全(D)7.在精馏塔的图解计算中,若进料热状况q变化,将使A.平衡线发生变化B.平衡线和q线变化C.平衡线和操作线变化D.操作线与q线变化(A)8.吸收过程中,若减少吸收剂用量,将使吸收推动力A.变小B.不变C.变大D.不能确定(C)9.下列几种塔相比较,操作弹性最大的是A.筛板塔B.浮阀塔C.泡罩塔D.舌片板塔(B)10.当空气的相对湿度φ=60%时,则其三个温度t(干球温度)、tw(湿球温度)、td(露点)之间的关系为A.t=tw=tdB.ttwtdC.ttwtdD.ttw=td三、计算题(共70分)1.(15分)有一输液系统欲将地下储槽中密度为1200Kg/m3的料液送至一高位反应器。已知反应器进口比储槽液面高10m,料液粘度μ=1.0cp,输送量为33.24吨/小时,反应器内真空度为200mmHg,储槽通大气,且储槽液面恒定。管路均为Ф76×3mm的钢管,直管长20m,摩擦因数λ=0.02。管路中各个管件阀门的局部阻力系数之和∑ζ=12.65,ξ进口=0.5,ξ出口=1.0,泵的效率为80%。(1)试求泵所需要的功率;(2)核算3B19B泵是否合用;(3B19B泵性能参数如下:流量Q=34.2m3/h,扬程H=12m,允许吸上真空度Hs=5.0m)(3)如果该泵合用,估计最大安装高度是多高?解:(1)选液面与反应器进口外侧为1-1,2-2截面,且以1-1为基准面列柏努利方程:gz+u1/2+p1/ρ+we=gz+u1/2+p1/ρ+wf其中z1=0u1=u2=0p1=0p2=-26658pau=vs/a=233240/360012000.007=2m/swf=(λρ/d+Σρ)×22u=(0.02×20/0.07+12.65+1.5)×22u=39.73J/kgwe=115.58J/kgms=9.23kg/sne=ms×we/η=1.333kw(2)vs=33.24×1000/1200=27.7m3/h34.2m3/hhe=115.58/9.807=11.78m12m所以泵可以用(3)由212gsfouHHhg知最大的安装高度是5m2.(15分)一列管换热器装有Ф25×2.5mm的钢管300根,管长为2m。拟用该换热器将管程的空气由20℃加热到85℃,空气流量为8000kg/h。用108℃饱和蒸气在壳程作为加热介质,水蒸气的冷凝传热膜系数α1为1×104W/(m2·℃)。热损失、管壁热阻及两侧污垢热阻均忽略不计。已知管内空气的普兰特准数Pr为0.7,雷诺准数Re为2.383×104,空气导热系数为2.85×10-2W/(m·℃),比热为1kJ/(kg·℃)。试求:(1)空气在管内的对流传热系数α2;(2)换热器的总传热系数K;(3)通过计算说明该换热器能否满足要求。解:(1)Re=2.38×1041040.6pr=0.7160l/d=10050α=0.023×(λ/d)(Re)0.8(Pr)0.4=90.22w/(m2.0C)(2)412211112511090.2220dkaad得K=71.66(3)热负荷Q1=vms冷cp冷(t2-t1)=144.44KWΔtm=1212tttInt=(10820)(10885)1082010820In=48.44℃传热速率Q=KAΔtm=163.49KwA=ndl=47.1m2QQ1所以能满足要求3.(15分)一逆流操作的吸收塔中,用清水吸收空气中的少量NH3气。混合气体流量为0.025kmol/(s·m2),入塔气含NH32%,出塔气含NH30.1%(均为摩尔分率),操作压力为1atm,温度为293K。在操作范围内,氨水系统的平衡方程为y=1.2x,气相体积总传质系数Kyα=0.0522kmol/(s·m3),实际液汽比为最小液汽比的1.3倍,试求:(1)最小液汽比;(2)吸收剂用量及液体在塔底的浓度;(3)所需填料高度。(注:对此低浓度气体,可忽略摩尔分率和摩尔比的差别)解:(1)(sbLG)min=*BABAYYXX=0.020.0010.021.2=1.14(2)(sbLG)=1.3(sbLG)min=1.482Gb=Gb(1-yb)=0.025(1-0.02)=0.0245kmol/m2.sLs=1.482×Gb=0.0363kmol/m2.s由Gb(Yb-Ya)=Ls(Xb-Xa)得Xb=0.0128(3)HoG=yGKa=0.0250.522=0.4789mΔym=0.021.20.01280.0010.0023720.021.20.0128ln0.001babayyyIny0.020.018.010.002372baOGmyyNy3.836oOGOGhHNm4.(15分)连续精馏塔中分离双组分理想溶液,原料液流量F为100kmol/h,组成xF为0.4(摩尔分率,下同),饱和液体进料。溜出液组成xD为0.90,釜液组成xW为0.10。物系的平均相对挥发度α为2.0。塔顶用全凝器,泡点回流,塔釜间接蒸气加热。回流比为最小回流比的1.5倍,试求(1)最小回流比;(2)精提馏两段的汽液相流量V、V’、L和L’;(3)从塔顶往下数第二层理论板下降的液相组成x2。解:(1)min0.900.5711.9240.5710.4beeexyRyx泡点进料q=1,xe=xF=0.4,20.5711(21)exyx(2)0.40.110037.5/0.900.10FwDwxxDFkmolhxxR=1.5Rmin=2.886V=(R+1)D=145.7/kmolhV’=V-(1-q)F=145.7/kmolhL=RD=108.2/kmolhh’=L+qF=208.2/kmolh(3)0.7430.23211DxRyxxRR21(1)1axxyaxx11220.900.8010.8400.724Dyxxyx平操平5.(10分)将1000Kg(以绝干物料计)某板状物料在恒定干燥条件下进行干燥。干燥面积A为55m2,其初始含水量X1为0.15Kg水/(Kg绝干物料),最终含水量X2为0.025Kg水/(Kg绝干物料)。查其干燥速率曲线知恒速干燥速率Uc为3.6Χ10-4Kg水/m2·s,临界含水量Xc=0.125Kg水/(Kg绝干物料),平衡含水量X*=0.005Kg水/(Kg绝干物料)。试求:(1)水分蒸发量;(2)干燥时间。解:(1)W=GC(X1-X2)=1000×(0.15-0.025)=125kgX1XCX2所以分恒速,降速干燥两个阶段(2)1141000()(0.150.125)1262.6521min553.610cGcxxAUc22*1000(0.1250.005)0.1250.005(*)ln0.0250.005*553.61040.0250.00510859.1181mincxxGcxcxlnAUcxxs1218121202min3.37h
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