化工基础习题M.docx
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化工基础习题M.docx
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化工基础习题M
第一章
1.化工生产中,物料衡算的理论依据是,热量衡算的理论基础是
2.物理量的单位可以概括为和大类。
3.单元操作是化工生产过程中的,根据所遵循的基本原理的不同,可将单
元操作分为、、。
4.力在国际单位制中的是而用SI制用本单位表示时,则为。
5.生产过程中,设备内无任何物料累积的过程称为。
6.计算:
丙烷充分燃烧时要使空气过量25%,燃烧反应方程式为:
GH8+5Q—3CO+4HQ试计
算得到100mol燃烧产物(又称烟道气)需要加入空气的物质的量。
7.有一个4X3m的太阳能取暖器,太阳光的强度为3000kJ/(m2?
i),有50%勺太阳能被吸收用来加热流过取暖器的水流。
水的流量为0.8L/min,求流过取暖器的水升高的温度。
第二章
流体静力学
1.理想流体是指;而实际流体是指
2.压力表上的读数为0.25MPa=kgfCm2,真空表上的读数为0.05MPa=
mmHg真空度)。
3.液柱压力计量是基于理的测压装置,用U形管压差计测压时,当一端与大
气相通时,读数R表示的是或。
4.天津和兰州的大气压强分别为101.33kPa和85.3kPa,苯乙烯真空精馏塔的塔顶要求维持5.3kPa的绝对压强,试计算两地真空表的读数(即真空度)。
5.有一密闭反应器,在反应前,旧式压力表上显示压强为0.40kgf•cm-2,反应终了并经冷却
后,U形水银压强计示数为250m(真空度),问该反应器内,反应前后的绝对压强各为多
大?
6.求空气在真空度为400mmHg温度为-40C时的密度。
当地大气压为750mmHg
7.如图所示,水在管道中流动。
为测得A-A'、B-B'截面的压力差,在管路上方安装一U
形压差计,指示液为水银。
已知压差计的读数R=150mm试计算A-A'、B-B'截面的压
力差。
已知水与水银的密度分别为1000kg/m3和13600kg/m3。
8.用U形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差,指示液为水,密度为1000kg/m3,
读数R为12mm为了提高测量精度,改为微差压力计,指示液A为含40%乙醇的水溶液,
密度为920kg/m3,指示液C为煤油,密度为850kg/m3。
问读数可以放大多少倍?
此时读
数为多少?
思考:
如何证明玻璃管内的液位与容器内液位等高?
流动基本概念
1.雷诺准数的表达式为。
当密度p=820kg.m-3,粘度卩=3厘泊的某液体,
在内径d=10mm以流速0.5m.s-1在管中流动时,其雷诺准数等于,其流动类型为
2.某长方形截面的通风管道,其截面尺寸为40X30mm其当量直径de为.
3.流体体积流量用来计算;质量流量用来计算;而流体流速用
来计算。
4.牛顿粘性定律表达式为,其粘性系数(粘度)的物理意义是
。
5.流体在园直管内流动,当Re>4000时的流型称为,其平均速度与最大流速的关系
为,而Re<2000的流型称为,其平均速度为。
6.流体的粘度指粘度值随温度变化而变化,对
于液体,温度升咼,粘度对于气体,温度升咼,粘度。
7.稳定流动的定义是。
8.某液体在套管环隙内流动,大管规格为©56x3mmd、管规格为©30x2.5mm液体粘度为
1mrs?
f,密度为1000kg?
m3,流速为1ms-1则该液体在套管环隙内流动的Re=。
9.流体在园管内流动时,由于流体具有粘性,使得速度为零,管的处
速度最大。
10.圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm测得其中的质量流量为11.8kg?
>-1,其体积流量
为.平均流速为.
11.流体沿壁面流动时,我们把速度梯度显著存在的区域称为。
衡算
采用虹吸管从高位槽向反应釜中加料。
高位槽和反应釜均与大气相通。
要求物料在管内以1.05m・s-1的速度流动。
若料
液在管内流动时的能量损失为2.25J-N,试求高位槽的液
面应比虹吸管的出口高出多少米才能满足加料要求?
2.
如附图所示,从高位槽向塔内进料,高位槽中液位恒定,高位槽和塔内的压力均为大气压。
送液管为©45x2.5mm的钢管,要求送液量为3.6m3/h。
设料液在管内的压头损失为1.2m,(不包括出口能量损失),试问高位槽的液位要高出进料口多少米?
3.如附图所示,某厂利用喷射泵输送氨。 管 isl 一▼一 ft 中稀氨水的质量流量为1X104kg/h,密度为1000kg/m3,入口处的表压为147kPa。 管道的内径为53mm喷嘴出口处内径为13mm喷嘴能量损失可忽略不计,试求喷嘴出口处的压力。 1.要求向精馏塔中以均匀的流速进料,现装设一高位糟,使得料液自动流入精馏塔中,如附图所示。 若高位槽的液面保持1.5m的高度不变,塔内操作压力为0.4kgf•cmi2(表 压),塔的进料量需维持在50m•h,则高位槽的液面应该高出塔的进一料口多少米才能达到要求? 若已知料液的粘度为1.5X10-3Pa・s,密度为900kg•m-3,连接管的尺寸为©108mrX4mm的钢管,其长度为h+1.5m,管道上的管件有180°的回弯头、截止阀及90°的弯头各一个。 2.用离心泵把水从贮槽送至附图所示表压强为9.807X104Pa 的水洗塔中,贮槽液面恒定,其上万为常压。 泵入口比贮槽液面高2m贮槽液面与输送管出口端垂直距离为20m 在某输送量下,泵对每kg水作的功为317.7J/kg,管内的摩擦系数为0.018。 泵的吸入和压出管路总长分别为10m及100m(包括管件及入口的当量长度,但不包括出口的当 量长度),管子直径为©108X4mm若在泵出口处装一压强表,测压处与泵入口间的位差和摩擦阻力均可略去不计,试求压强表读数。 3.某工厂将密度为1.1X103kg•m-3的稀盐酸用真空抽吸装置输送到上一层楼,提升高度h=3m当地大气压98.6kPa,储槽有效容积 诣,要求2min把它装满。 输送管用57mrK3.5mm耐酸钢管,由低位槽到高位槽的阻力损失XHf=1m液柱,高位槽到真空泵的压强降△p=10kPa求: ⑴高位槽所需的真空度P2(真空度); (2)真空泵的实际真空度; (3)若该真空泵最大真空度为8.8xi04Pa,求最大提升高度乙(XHf变化不计) 输送设备 用离心泵将贮槽中的料液输送到蒸发器内,敞口贮槽内液面维持恒定。 已知料液的密度为1200kgm-3,蒸发器上部 的蒸发室内操作压力为200mmHg(真空度),蒸发器进料口高于贮槽内的液面15m,输送管道的直径为巾68mm<4mm,送液量为20m3h-1。 设溶液流经全部管路的能量损失为12.23JN-1(不包括出口的能量损失),若泵的效率 为60%,试求泵的功率 2. 某化工厂用泵将敞口碱液池中的碱液(密度为1100kg/m3)输送至吸收塔顶,经喷嘴喷出,如附图所示。 泵的入口管为©108X4mn! 勺钢管,管中的流速为1.2m/s,出口管为©76X3m的钢管。 贮液池中碱液的深度为1.5m,池底至塔顶喷嘴入口处的垂直距离为 20m。 碱液流经所有管路的能量损失为30.8J/kg(不包 括喷嘴),在喷嘴入口处的压力为 29.4kPa(表压)。 设泵的效率为60%,试求泵所需的功 率。 3.某工段领到一台离心泵,泵的铭牌上标着: 流量qv=20m3h-1,扬程He=30.眯水柱,转 速n=2900转/分,允许吸上真空高度Hs=7.2m,泵的流量和扬程均符合要求,若已知管路的全部阻力为1.8米水柱,当时当地大气压为736毫米汞柱,试计算: (1)输送20T水时泵的安装高度为多少? (2)输送90T水时泵的安装高度为多少? 4.选用某台离心泵,从样本上查得其允许吸上真空高度Hs=7.5m,现将该泵安装在海拔高度 为500m处(在海拔500m处大气压强Ha=9.74mH2O),已知吸入管的压头损失为1mH2O,泵入口处动压头为0.2mH2O,夏季平均水温为40C,问该泵安装在离水面5m高处是否合适? 第三章 一、填空题 1.传导传热的傅立叶定律为其各项表示为,— ,和。 2.热量传递的方式主要有三种: 、、. 3.稳定热传导是指不随时间而改变。 4.导热是热传递的主要方式,对流传热是指的传热过程。 5.由多层等厚平壁构成的导热壁面中,所用材料的导热系数愈大,则该壁面的热阻就愈 其两侧的温度差愈。 6.某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500C,而环境温度为20C,采用某隔热材料,其厚度为240mm,入=0.57wm-1K-1,此时单位面积的热损失为 。 (注: 大型容器可视为平壁) 7.在包有二层相同厚度保温材料的圆形管道上,应该将材料包在内层,其原 因是,。 8.厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知为>82>导热系数加<龙<応。 在稳 定传热过程中,各层的热阻R1R2R3;各层导热速率①1_①2_①3。 (填>,<或=) 9.一包有石棉泥保温层的蒸汽管道,当石棉泥受潮后,其保温效果应,主要原 因是。 10.在多层平壁稳定热传导中,通过各层的传热速率。 11.有两种不同的固体材料,它们的导热系数第一种/1>>第二种疋,若作为换热器材料,应 选用种;当作为保温材料时,应选用种。 12.多层平壁导热的总热阻等于。 13.水垢的热阻较大的原理,主要是。 14.牛顿冷却定律的表达式为,给热系数(或对流传热系数)a的单位是。 15.某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90C和50C,冷流体的进出口温度为 20C和40°C,此时传热平均温度差△t=. 16.在列管式换热器中,用饱和蒸气加热空气,此时传热管的壁温接近流体的温度,总 传热系数K接近流体的对流给热系数. 17.强化传热的方法之一是提高K值.而要提高K值,则应提高对流传热系数 18.平壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数a1、a以及间壁导热系数泊勺关系为 .当平壁厚4mm,导热系数为45(w.m-2.K-1)时,两侧给热系数分别为8000(w.m-2.K-1)和600(w.m-2.K-1)时,总传热系数K=. 19.某逆流操作的间壁式换热器中,热流体的进、出口温度为80C和50C,冷流体的进出口温度 为20C和40C,此时传热平均温度差△tm=. 20.对流传热牛顿冷却定律为,其各项表示为、、、— 和。 21.对流传热中的努塞特准数式是,它反映了。 22.对流体传热中普兰德准数式为,它反映了。 23.间壁式换热器: m1Cp1(T1-T2)=m2Cp2(t2-t1)=K.A.△tm等式成立的条件是、 24.在热交换过程中,当间壁两侧流体稳定变温传热时,两流体间的相互流向有: 。 25.沸腾传热中,保持沸腾是比较理想的。 26.间壁传热的总传热速率方程为.某换热过程中,要求①=30kw,K=555(w.m-2.K-1),△ tm=25K,则传热面积为. 二、选择题 1.法定计量单位中,属于国际热量计算单位的是()。 A.kw;B.kcal;C.J 2.对流传热是由()因素产生的。 A.流体分子的热振动;B.流体体内电子的移动;C.流体质点的位移、扰动。 3.对流传热仅发生在()中。 A.固体B.静止的流体C.流动的流体 4.流体与固体壁面间的对流传热,当热量通过滞流内层时,主要是以()方式进行的。 A.热传导B.对流传热C.热辐射 5.物质的导热系数,一般来说: 金属的入(),非金的入(),液体的入(),气体的入()。 A.最小B.最大C.较小D.较大 6.列管式换热器内,装设了两块横向折流挡板,则该换热器为() A.单程B.双程C.三程D.不确定 7.()是一种以电磁波传递热能的方式。 A.传导B.对流C.辐射 8.间壁传热时,各层的温度降与各相应层的热阻() A.成正比B.成反比C.没关系 9.在平壁导热中q=入A(t—t2)/S,传热推动力是()。 A.入B.ti—12;C.S 10.将1500kg.h-1,80C的硝基苯通过换热器冷却到40C,冷却水初温为30C,出口温度不超过35C,硝基苯比热为1.38kJ.kg-1.K-1,则换热器的热负荷为(). A.19800kJ.h-1;B.82800kJ.h-1;C.82800kw; 11.传热速率公式©=KAAtm中,Atm的物理意义是(). A.器壁内外壁面的温度差;B.器壁两侧流体对数平均温度差; C.流体进出口的温度差;D.器壁与流体的温度差。 12.()是指当间壁两侧冷、热流体之间的温度为1K时,在单位时间内通过单位传热面积,由热流体传给冷流体的热能。 A.导热系数;B.对流传热系数;C.总传热系数 13.当冷热两流体无相变且进、出口温度分别相同时的折、错流换热器,其平均温度差厶t'都 比纯逆流时的△t()。 A.大B.小C.相同 14.蒸汽中不凝性气体的存在,会使它的对流传热系数口值()。 A.降低B.升高C.不变 15.两流体进行换热时,每一流体在换热器内的任一位置,任一时间的温度皆相等,这种传热 称为()。 A.稳定变温传热B.恒温传热C.变温传热 16.蒸汽冷凝时,膜状冷凝的a()滴状冷凝的a。 A.等于B.大于C.小于 17.翅片管换热器的翅片应安装在()。 A.a小的一侧B.a大的一侧C.管内D.管外 三、判断题 1、付立叶定律适用于流体与壁面间的传热计算。 () 2、凡稳定的圆筒壁传热,热通量为常数。 () 3、换热器的导热管,应选用导热系数值大的材料。 () 4、换热器的平均传热温度差,是指热流体进出口的平均温度与冷流体进出口的平均温度的差 值。 () 5、多层平面壁稳态热传导时,推动力是内壁面与外壁面间总的温度差;总热阻是各层热阻的倒 数之和。 () 6、在相同条件下,采用逆流操作比采用并流操作,所需传热面积要小。 () 7、间壁一边流体稳定变温,而另边流体恒温时,其传热平均温度差的大小与流体的流向有关。 () 8、间壁式换热器内冷,热两流体的传热总热阻必定大于每一个分热阻,因此,总传热系数的数值必定小于其中任何一个对流体传热系数的值。 () 9、在稳定多层园简壁导热中,通过多层圆筒壁的传热速率①相等(),而且通过单位传热 面积的传热速率①/A也相同() 四、简答题 1、在化工生产中,传热有哪些要求? 2、传导传热、对流传热和辐射传热,三者之间有何不同? 3、传热有哪几种方法? 各有何特点? 试就锅炉墙的传热分析其属哪些传热方式? 五、计算题 1.炉子平壁结构如下: 内层为厚120mm的耐火砖,外层为厚250mm的红砖,中间填以厚为 50mm的硅藻土,已知各层的导热系数为刀=0.93wm-1K-1,施=0.14wm-1K-1,办=0.70wm-1K-1,如果不用硅藻土,而又要不增大热损失,问红砖的厚度必须增加多少? 2.某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成,两层的厚度均为100mm,其导热系数分 别为0.9W/(m「C)及0.7W/(m「C)。 待操作稳定后,测得炉膛的内表面温度为700C,外表面温度为130C。 为了减少燃烧炉的热损失,在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、 导热系数为0.06W/(m・C)的保温材料。 操作稳定后,又测得炉内表面温度为740C,外 表面温度为90C。 设两层砖的导热系数不变,试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几? 3.外径为50mm的不锈钢管,外包6mm厚的玻璃纤维保温层,其外再包20mm厚的石棉保温层,管外壁温为300C,保温层外壁温为35C,已知玻璃纤维和石棉的导热系数分别为0.07W/(mK)和0.3W/(mK),试求每米管长的热损失及玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度。 4.某平面炉壁,由绝热砖I和普通砖U组成,已知绝热砖厚度bi=200mm,导热系数刀= 0.2wm-1K-1,普通砖外侧温度t3=50C,普通砖导热系数&=0.7wm-1K-1。 周围大气温度t=20°C。 炉壁外侧对大气的综合对流传热系数为20wm-2K-1,试问: (1)单位面积炉外壁的热损失是多少? (2)如果ti=800C,求t2及b2; 5.在一内钢管为18010mm的套管换热器中,将流量为3500kg/h的某液态烃从100C冷却到 60C,其平均比热为2380J/(kgK)。 环隙逆流走冷却水,其进出口温度分别为40C和50C, 平均比热为4174J/(kgK)。 内管内外侧对流传热系数分别为2000W/(m2K)和3000W/(m2K), 钢的导热系数可取为45W/(mK)。 假定热损失和污垢热阻可以忽略。 试求: 1)冷却水用量; 2)基于内管外侧面积的总传热系数; 3)对数平均温差; 4)内管外侧传热面积。 6.现某厂准备选一台单壳程双管程的列管式换热器,用绝对压为200kNm-2的饱和水蒸汽(汽化热L=2204.6kJkg-1)来加热某液体。 液体走管内,流量为80th-1,由20C加热到60C,液体的平均比热为4kJkg-1K-1。 若换热器的K°=4500wm-2K-1,设备的热损失可忽略不计,饱和水蒸汽在饱和温度排出。 试求: (1)水蒸汽的消耗量kgh-1? (2)要选用多大的传热面积? 已知200kN・m-2的饱和蒸汽温度1202C。 7.流量为2000kgh-1的某气体在列管式换热器的管程通过,温度由150C降至80C;壳程冷却用软水,进口温度为15C,出口温度为65C,与气体作逆流流动。 两者均处于湍流。 已知气体侧的对流传热系数远小于冷却水侧的对流传热系数。 试求: (1)冷却水用量; (2)如进口水温上升为20C,仍用原设备要达到相同的气体冷却程度,此时出口水温将为多少度? 冷却水用量为多少? 管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计。 气体的平均比热为1.02kJkg-1K-1,水的比热为4.17kJkg-1K-1,不计温度变化对比热的影响。 8.有一壁厚为10mm的钢制平壁容器,内盛80C的恒温热水。 水对内壁面的对流传热系数为240w? m-2? K-1。 现在容器外表面复盖一层导热系数为0.16w? m-1? K-1,厚度为50mm的保温材料。 保温层为10C的空气所包围,外壁对空气的联合传热系数为10w/m1*-1。 试求: (1)每小时从每m2面积所损失的热量kJ? F? m-2; (2)容器内表面的温度T(钢材的导热系数为45w? m-1? K-1) 9.在管长为1m的冷却器中,用水冷却油。 已知两流体作并流流动,油由420K冷却到370K, 冷却水由285K加热到310K。 欲用加长冷却管的办法,使油出口温度降至350K。 若在两种情况下油、水的流量、物性、进口温度均不变,冷却器除管长外,其他尺寸也不变。 试求加长后的管长。 10.在一套管换热器中,用110C的饱和水蒸汽将0.2kgf的甲苯(Cp=1.84KJkg-1K-1)由30C 加热到70C。 甲苯在©25X2.5mm内管中流动(钢管的导热系数为ASw? ^1*-1)。 已知水 蒸汽的冷凝对流给热系数为14000w-m-2K-1,甲苯的对流给热系数为1100w・m-2K-1,甲苯 侧的污垢热阻为0.15>10-2m2K-w-1试求所需要的管长 第六章液体的精馏 一、填空题 1.在1个大气压.84C时,苯的饱和蒸气压PA*=113.6(kpa),甲苯的饱和蒸气压PB*=44.38(kpa),苯 --甲苯混合溶液达于平衡时,液相组成xa=.气相组成yA=相对挥发a=. 2.某理想混合液,其中一组平衡数据为xa=0.823,yA=0.923,此时平均相对挥发度为 a=. 3.在汽-液相平衡的t-x-y图中,液相线与汽相线将图平面平分为三个区: 汽相线以上的区域称 为,液相线以下的区域称为汽.液相线之间的区域为. 4.在y-x图中,以A组份标绘的平衡曲线在对角线的左上方,则表示A组分比B组分的挥发度 .平衡曲线若在对角线的右下方,则表示A组分比B组分挥发度. 5.精馏过程,就是利用混合液的各组分具有不同的,利用、 的方法,将各组分得以分离的过程.是精馏和普通蒸馏的本质区别。 6.某连续精馏塔,已知其精馏段操作线方程为y=0.80x+0.172且塔顶产品量为100kmolh-1,则 馏出液组成xd=塔顶上升蒸气量V. 7.某泡点进料的连续精馏塔,已知其精馏段操作线方程为y=0.80x+0.172提馏段操作线方程为 y=1.3x-0.018则回流比R=馏出液组成xd原料组成Xf=釜液组成 Xw=. 8.某二元理想溶液的连续精馏塔,馏出液组成为xa=0.96(摩尔分率).精馏段操作线方程为 y=0.75x+0.24.该物系平均相对挥发度a=2点匕时从塔顶数起的第二块理论板上升蒸气组成 为y2=. 9.某二元理想溶液的连续精馏塔,提馏段操作线方程为: y=1.3x-0.018,系统的平均相对挥发度 a=2.当xw=0.06时(摩尔分率),此时从塔底数起的第二块理论板数(塔底可视为第一块理 论板)下流液体的组成为. 10.精馏塔的作用是。 当塔板中 —时,该塔板称理论塔板。 11.精馏操作的依据是。 实现精馏操作的必要条件包 括和。 12.精馏塔塔顶某理论板上汽相露点温度为t1,液相泡点温度为t2。 塔底某理论板上汽相露点温度为t3,液相泡点温度为t4。 试按温度大小顺序用〉、二、V符号排列如下: — 。 13.试比较某精馏塔中第n—1,n,n+1层理论板上参数的大小(理论板的序数由塔顶向 下数起),即: yn+1yn,tn-1Tn,ynXn-1,Tntn,Tn+1Tn。 (>,=,<, T为气相温度;t为液相温度) 14. 精馏塔中第n—1,n,n+1块实际板板效率小于1。 与xn-1相平衡 的汽相浓度y*n-1,贝uy*n-1yn-1,ynXn-1.(>,=,<) 15.某连续精馏塔中,若精馏段操作线方程的截距等于零,贝U: (1)回流比等于; (2)馏出液量等于; (3)操作线斜率等于。 (以上均用数字表示) 16.已分析测得这四股物料的组成为0.62,0.70,0.75,0.82,试找出丫6,X6, Y7,X7的对应值,Y6=,X6=,Y7=,X7=, 17.工业生产中的操作回流比一般是最小回流比的■咅。 18.全回流时,达到一定的
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