合肥工业大学化工原理Word文档下载推荐.docx
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A.效率最高时的流量B.泵的最大流量
C.扬程最大时的流量D.最小扬程时的流量
精馏塔的进料状况为冷液进料时,则提馏段的液体下降量L¢
()
A.>L+F;
B.<L+FC.=L+F
(注:
L一精馏段液体下降量;
F一进料量)
在下列哪些线上露点温度相等()
A.等相对湿度线;
B.等热焓线;
C.等湿度线;
D.绝热冷却线
三.简答题(10分)
1.(4分)试列举三种分离均相物系的单元操作,并指出其分离依据。
2.(3分)刚从冰箱中拿出的奶瓶放在空气中,外壁常常会析出水珠,请解释原因。
3.(3分)用一般的蒸馏方法分离乙醇—水混合液,为何得不到无水乙醇?
四.计算题(60分)
1.(15分)
用泵自贮油池向高位槽输送矿物油,流量为38.4吨/小时,高位槽中液面比油池中液面高20m,管路总长(包括阀门及管件的当量长度)330m,进出口阻力不计。
管径为φ108×
4mm,若油在输送温度下的比重为0.96,粘度为3430cP,求泵所需的实际功率,设泵的效率η=50%。
2.(15分)
用一传热面积为3m2由φ25×
2.5mm的管子组成的单程列管式换热器,用初温为10℃的水将机油由200℃冷却至100℃,水走管内,油走管间。
已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h,其比热分别为4.18kJ/kg·
K和2.0kJ/kg·
K;
水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/m2·
K和250W/m2·
K,两流体呈逆流流动,忽略管壁和污垢热阻。
(1)计算说明该换热器是否合用?
(2)夏天当水的初温达到30℃,而油的流量及冷却程度不变时,该换热器是否合用?
(假设传热系数不变)
3.(15分)
用常压精馏塔分离双组分理想混合物,泡点进料,进料量100kmol/h,加料组成为50%,塔顶产品组成=95%,产量D=50kmol/h,回流比R=2Rmin,设全塔均为理论板,以上组成均为摩尔分率。
相对挥发度α=3。
求:
(1)Rmin(最小回流比);
(2)精馏段和提馏段上升蒸汽量;
(3)列出该情况下的精馏段操作线方程。
总3页第3页
4.(15分)
在常压逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质A,进塔气体中溶质A的含量为8%(体积%),吸收率为98%,操作条件下的平衡关系为y=2.5x,取吸收剂用量为最小用量的1.2倍,试求:
(1)水溶液的出塔浓度;
(2)若气相总传质单元高度为0.6m,现有一填料层高为6m的塔,问该塔是否合用?
注:
计算中可用摩尔分率代替摩尔比,用混合气体量代替惰性气体量,用溶液量代替溶剂量。
合肥工业大学化工原理试题参考答案和评分标准
(一)
1.答案:
850;
-100(2分,每空1分)
2.答案:
1/16(2分)
3.答案:
气蚀(2分)
4.答案:
dQ=-λA∂t/∂n,dQ表示单位时间传递的热量,-表示温度向降低方向传递,A表示传热面积,λ表示导然系数和∂t/∂n表示温度梯度。
或dQ/dτ=-λAdt/dδ,dQ/dτ表示单位时间传递的热量,-表示温度向降低方向传递,A表示传热面积,λ表示导然系数和dt/dδ表示温度梯度。
(2分)
5.答案:
B(2分)
6.答案:
1/(mky);
kx(2分,每空1分)
7.答案:
大热阻大或α值小(2分,每空1分)
8.答案:
(1)溶质的存在使蒸气压下降,沸点升高
(2)液柱静压强引起(3)管道流体阻力导致
(3分,每空1分)
9.答案:
0.0488Kg湿分/Kg干空气,0.598(4分,每空2分)
A(2分)
C(2分)
1.(4分)答案:
(1)蒸发,分离溶液混合物。
溶质A是非挥发性的,而溶剂B是挥发性的。
(2)吸收,分离气体混合物。
组分A与组分B(或几种惰性组分)在吸收剂中的溶解度差别。
(3)蒸馏,分离溶液混合物。
A、B两组分挥发性不同。
2.(3分)答案:
刚从冰箱中拿出的奶瓶因温度较低会将周围空气冷凝达到饱和状态,故会析出水珠。
3.(3分)答案:
因乙醇—水体系为非理想物系,存在最低恒沸点,此时相平衡线与对角线相交,物系的相对挥发度α=1,因此不能用普通的蒸馏方法分离得到无水乙醇。
1.(15分)答案:
对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程:
He=△Z+λ[(l+Σle)/d](u2/2g)
△Z=20ml+Σle=330md=108-2×
4=100mm=0.1m
u=ms/0.785d2r
=38400/3600×
0.785×
0.12×
960
=1.415m/s(4分)
Re=duρ/μ=0.1×
1.415×
960/3430×
10-3=39.6<
2000(2分)
λ=64/Re=64/39.6=1.616(3分)
He=20+1.616×
(330/0.1)×
(1.4152/2×
9.81)=564.2m(3分)
N=Q·
He·
ρg/η=38400×
564.2×
9.81/(3600×
0.5×
1000)
=118.1kw(3分)
2.(15分)答案:
(1)Q1=1200×
2×
(200-100)=240000kJ/h(2分)
Q2=Q1,
t2=t1+Q1/(ms2·
Cp2)=10+240000/(1000×
4.18)=67.4℃(2分)
△tm=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110℃(2分)
1/K1=1/α1+d1/(α2·
d2)=1/250+25/(2000×
20)
K1=216.2W/m2·
K(2分)
A1=Q1/(K1△tm)=240000×
103/(216.2×
3600×
110)
=2.8m2<
3m2故适用(2分)
(2)t1=30℃时
t2=30+240000/(1000×
4.18)=87.4℃
△tm=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6℃(3分)
A2=240000×
103/(3600×
89.6×
216.2)=3.45m2>
3m2
不适用(2分)
3.(15分)答案:
(1)y=αx/[1+(α-1)x]=3x/(1+2x)(2分)
泡点进料q=1,xe=xf=0.5,(2分)
ye=3×
0.5/(1+2×
0.5)=1.5/2=0.75
Rmin/(Rmin+1)=(0.95-0.75)/(0.95-0.5)=0.20/0.45=4/9
Rmin=4/5=0.8(4分)
(2)V=V′=(R+1)D=(2×
0.8+1)×
50=130kmol/h(3分)
(3)y=[R/(R+1)]x+xD/(R+1)=0.615x+0.365(4分)
4.(15分)答案:
①(L/G)min=(y1-y2)/xe1=(y1-y2)/(y1/m)=mη(2分)
L/G=1.2(L/G)min=(y1-y2)/x1
x1=y1/(1.2m)=0.08/(1.2×
2.5)=0.0267(3分)
②S=m/(L/G)=m/(1.2×
m×
η)=1/(1.2η)
=1/(1.2×
0.98)=0.8503(3分)
y1/y2=y1/(y1(1-η))=1/(1-η)=1/0.02=50(2分)
NOG=1/(1-S)ln[(1-S)y1/y2+S]=14.2(3分)
h=HOG×
NOG=0.6×
14.2=8.50m>
6m,所以不合用。
(2分)
化工原理试题
姓名_________班级_____________学号____得分_______
一.填空题(共24分)
1.(3分)当Re为已知时,流体在圆形直管内呈层流时的摩擦系数λ=__________,在管内呈湍流时,摩擦系数λ与____________、_____________有关。
2.(2分)某液体在套管环隙内流动,大管规格为φ56×
3mm,小管规格为φ30×
2.5mm,液体粘度为1mPa.s.,密度为1000kg.m-3,流速为1m.s-1,则该液体在套管环隙内流动的Re=_________。
3.(7)离心泵的叶轮有_______、_______和________三种类型,若输送浆料或悬浮液宜选用_________。
离心泵在启动时应先将出口阀_______,目的是___________________。
往复泵在启动时,其出口阀必须___________.
4.
(2)过滤速率是指______________________________________。
在恒压过滤时,过滤速率将随操作的进行而逐渐__________。
5.
(2)用饱和水蒸汽加热空气时,换热管的壁温接近____________的温度,而传热系数K值接近____________的对流传热系数。
6.
(2)有两种不同的固体材料,它们的导热系数第一种为λ1》第二种为λ2,若作为换热器材料,应选用_________种;
当作为保温材料时,应选用__________种。
7.(3)列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于___________________,折流挡板的形状有____________________,____________________等。
8.(3)若维持不饱和空气的湿度H不变,提高空气的干球温度,则空气的湿球温度___,露点___,相对湿度___(变大,变小,不变,不确定)。
二、选择题(共16分,每题2分)
1.干燥是()过程。
A.传质;
B.传热;
C.传热和传质。
2.介质阻力系数ζ=24/Re的适用范围是()。
A.圆柱形微粒;
B.球形微粒;
C.方形微粒;
D.层流区;
E.过渡区;
F.湍流区
3.在下面几种换热器中,传热系数较大的是();
能适用于高温高压场合的是();
单位传热面积的金属耗量较大的是()。
A.套管式B.列管式C.板式
4.在稳定变温传热中,流体的流向选择()时传热平均温度差最大。
A.并流B.逆流C.错流
5.离心泵的扬程是指泵给予()液体的有效能量。
A.1kgB.1NC.1m
6.现要输送45m3.h-1的水,若管内水的流速约取2.5m.s-1,则可选()钢管。
A.φ76×
3mmB.φ88.5×
4mmC.φ108×
4mm
7.将管路上的阀门关小时,其阻力系数()。
A.变小B.变大C.不变
8.在等速干燥阶段中,在给定的空气条件下,对干燥速率正确的判断是:
()A.干燥速率随物料种类不同而有极大的差异;
B.干燥速率随物料种类不同而有较大的差异;
C.各种不同物料的干燥速率实质上是相同的;
D.不一定。
五.计算题(共60分)
1.(15分)现某厂准备选用一台换热器用19.61kN.m-2(表压)的饱和水蒸汽供牛奶消毒用,牛奶在管内流动,从10℃加热到85℃,其平均比热为3.9kJ.kg-1.K-1,处理量为3t.h-1。
饱和水蒸汽在管外冷凝,冷凝水在饱和温度下排出,换热器的传热系数K=1400W.m-2.K-1(以外表面积计),换热器的散热损失为饱和蒸汽放出热量的5%,试求:
(1)饱和水蒸汽的消耗量为多少kg.h-1?
(2)要选用多大换热面积的换热器?
当地大气压为98.07kN.m-2
附:
饱和蒸汽性质表
压力温度焓/kJ.kg-1汽化热/
kN.m-2℃液体蒸汽kJ.kg-1
19.6153.622425942370
98.0799.141526762261
117.7104.243726842247
2.(10分)已知空气的t=30℃,tw=20℃,试算出该空气的H和φ值。
(空气总压=101.3kPa)水的饱和蒸汽压数据如下:
温度t(℃)1520253035
蒸汽压P(kN.m-2)1.712.333.174.255.62
3.(15分)如图所示水以一定流速自下向上流动,在U形压差计中测得读数h=100mm,二测压孔间距为1m,求:
(1)流体由2-2截面流至1-1截面的能量损失为多少m水柱?
(2)2-2与1-1截面间静压差ΔP为多少m水柱?
4.(20分)如图所示的输水系统,输水量为36m3.h-1,输水管均为φ80×
2mm的钢管,已知水泵吸入管路的阻力损失为0.2m水柱,压出管路的阻力损失为0.5m水柱,压力表的读数为2.5kgf.cm-2,试求:
(1)水泵的扬程;
(2)若水泵的效率η=70%,水泵的轴功率(kW);
(3)水泵吸入管路上真空表的读数。
当地大气压为750mmHg。
化工原理参考答案
一.填空题
1.(3分)64/Re;
Re;
ε/d
2.(2分)200003.
3.(7分)闭式、半开式和开式;
半开式或开式;
关闭;
减少启动功率,保护电机;
打开
4.(2分)单位时间内通过单位面积的滤液体积;
变慢
5.(2分)饱和水蒸汽;
空气
6.(2分)第一第二
7.(3分)提高壳程流体的流速,使壳程对流传热系数提高,园缺形
(弓形),园盘和环形
8.(3分)↑,不变;
↓;
二.选择题
1.(2分)C
2.(2分)BD
3.(3分)C,B,A
4.(2分)B
5.(2分)B
6.(2分)B
7.(2分)B
8.(2分)C
五.计算题
1.(15分)
(1)Q=msCp(t2-t1)
=3×
1000×
3.9×
(85-10)/3600
=243.7kW
Q热=Q+5%Q热
Q热=Q/0.95==243.7/0.95=256.58kW
D=Q/r=256.58×
3600/2247=411.1kg/h
(2)
△t1=104.2-10=94.2℃;
△t2=104.2-85=19.2℃
△tm=(△t1-△t2)/ln(△t1/△t2)
=(94.2-19.2)/ln(94.2/19.2)
=47.14℃
A=Q/(K×
△tm)=2.437×
105/(1400×
47.14)
=3.693m2
2.(10分)
依tw=20℃查出pw=ps=2.33kN.m-2
代入下式:
H=Hw=0.622pw/(P-pw)=0.622×
2.33/(101.3-2.33)
=0.01464kg水汽/kg干空气。
依t=30℃查得:
ps=4.25kN.m-2,φ=2.33/4.25=0.548
或依入H=0.622φ.ps/(P-ψps)得:
0.01464=0.62×
4.25φ/(101.3-4.25φ)→φ=0.548
3.(15分)
(1)列2-2与1-1截面柏努利方程式得:
P2/ρg=P1/ρg+l+hf,2-1
即(P2-P1)/ρg=hf,2-1+l……①
列0-0等压面静力学方程式得:
(P2-P1)/ρg=h(ρ0-ρ)/ρ+l……②
比较式①与式②得:
hf,2-1=h(ρ0-ρ)/ρ=0.1×
12.6=1.26mH2O
(2)(P2-P1)/ρg=hf,2-1+l=1.26+1=2.26mH2O
(3)若反向流动,采用类似方法可得
(P1-P2)/ρg=hf,1-2-l……③
(P1-P2)/ρg=h1(ρ0-ρ)/ρ-l……④
即hf,1-2=h(ρ0-ρ)/ρ
∵hf,21=hf,1-2
∴h1=h=100mm
4.(20分)
u=36/3600/(0.785×
0.0762)≈2.2m/s
(3)在低位槽液面1-1与泵入口截面2-2间列柏努利方程,得
0=Z2+P2/ρg+u2/2g+Hf,1
P=-Z2ρg-u2ρ/2-Hfρg
=-(4.8×
9.8+2.22/2×
1000+0.2×
1000×
9.81)
=-51.4×
103N.m-2
103/(1.01325×
100000)×
760
=-386mmHg(表)
负表压即真空度
∴吸入管路上真空表读数为386mmHg柱
(1)在泵入口截面2-2与泵出口截面3-3截面列柏努利方程.
Z2+P2/ρg+u22/2g+He=Z3+P3/ρg+u32/2g+Hf
∵u2=u3,不计Hf,2-3
∴He=(Z3-Z2)+(P2+P3)/ρg
=0.2+(2.5×
9.81×
104+51.4×
103)/(1000×
9.81)
=30.5mH2O柱
(2)Ne=HQρg/η=30.5×
0.01×
9.81/0.7=4.27kw
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