化工原理试题3.docx
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化工原理试题3.docx
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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la>lb,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/s
Re=duρ/μ=0.15×1.06×890/(181×10-3)=782
层流 λ=64/Re=64/782=0.0818
ΔP=λ(l/d)(u2/2)ρ=0.0818×(105/0.15)×(1.062/2)×890=2.72×107Pa
n=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/Aρ
m/s
m/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/m2
3.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/s
Vh=(π/4)d2u×3600=22.9m3/h
4.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=8508.3W
5.解:
(1)因为恒压过滤,且不考虑过滤介质阻力
所以V2=KA2q
V2/V1=A2/A1
V2=V1A2/A1=2´40=80m2
(2)V22/V12=q2/q1
V2=V1(q2/q1)1/2=40´(1/2)0.5=28.3m2
(3)由V2=KA2q微分后:
2VdV=KA2dq
dV/dq=KA2/2V
(dV/dq)W=(dV/dq)E/4=KA2/8V=V/8q
=40/(8´2)=2.5m2/h
qW=5/2.5=2h
6.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=1.855m
ΔL=1.855–1=0.855m
8.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)=118.8kW
kW/(m2·℃)
℃
∴
m2
9.解:
(1)由题知,y1=xD=0.95,R=2
由相平衡方程
, 得
即
由精馏段操作线方程
则
(2)V=L+D,L/D=R,V=(R+1)D
∴V=3×50=150kmol/h, L=2×50=100kmol/h
10.解:
因是泡点进料,xq=xF
由相平衡方程
最小回流比
回流比 R=1.5Rmin=1.5×1.44=2.16
精馏段操作线方程
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