中国石油大学华东化工原理题.docx
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中国石油大学华东化工原理题
A卷
《化工原理上》期末试卷
专业班级化学工程与工艺、环境
工程
学号
姓名
开课系室化学工程系
考试日期
一、填空(每空1分,共20分)
⒈牛顿型流体在圆直管道中作稳态层流流动时,现保持流量不变,管直
径变为原来的二分之一,则管路摩擦阻力系数是原来的倍,产
生的摩擦阻力为原来的倍。
⒉某设备入口真空表上读数为120mmH,g当地大气压0.98atm,则入口
处绝压为Pa;出口压力表读数为1.8kgf/cm2,则其绝对压力为
Pa。
⒊离心泵的工作点由确定;如关小离心泵出口阀
门开度则离心泵扬程
,轴功率。
⒋固体颗粒在流体中呈层流自由沉降时,如温度降低,则固体颗粒在气
体中的沉降速度;固体颗粒在液体中的沉降速
度。
⒌对于连续转筒真空过滤机的操作,当转速提高时,过滤机的生产能
力、滤饼层厚度。
⒍对于聚式固体流态化,常出现的不正常操作现象
有,。
⒎面积和厚度相同的三层导热平壁,测得一维稳态导热时各层导热平壁
两侧的温度差大小顺序为Δt2大于Δt3大于Δt1,则各层导热平壁的导热
系数大小顺序为、各层导热平壁的导热热阻大小顺序
为。
8.液体在圆直管内作强制湍流对流传热时,如液体的流量和定性温度不
变,管直径减小为原来的二分之一,则对流传热系数(给热系数)变为
原来的倍。
9.在铜质套管换热器中,用饱和蒸汽冷凝加热空气,总传热系数应接近
于的对流传热系数(给热系数),传热壁面温度接近于
的温度。
10.黑体的定义为,透明体的定义
为。
二、分析简答题(共20分)
⒈(本小题8分)试分析影响加热炉热效率的因素有哪些?
提出提高加
热炉热效率的措施。
⒉(本小题8分)画出往复式压缩机工作循环的
P-V图,标出每一过程的名称。
分析说明为何当压缩气体终压较高时采
用多级压缩?
⒊(本小题4分)试说明冷、热两流体在管壳式换热器中换热时,安排
流体流程(管程或壳程)的基本原则。
(每项1分)
三、计算题(共60分):
⒈(25分)用离心泵将40℃的水从敞口储水池送入一敞口高位槽(当
地气压为1atm)。
泵进出口分别安装真空表和压力表,两表间垂直距离
可以忽略不计。
已知水的物性参数如下,密度ρ为992.7kg/m
3,粘度μ
为0.624cP,水的饱和蒸气压为
11.mmHg。
已知泵入口真空表读数为
400mmHg,铭牌上泵的允许吸上真空
度为7.2m,输送管路为Φ108×4mm的
钢管,总长度(包括当量长度)为40m,其中吸入管路为6m(包括当
量长度),储水池与高位槽高度差为20m,管路摩擦阻力系数λ为0.02,
3/h。
流量为65m
试问:
⑴泵最大可能的安装高度;(8分)
⑵泵的扬程;(6分)
⑶泵出口处压力表的读数;(6分)
⑷设摩擦阻力系数不随流量改变而改变,写出管路特性方程中。
(5分)
⒉(15分)用一板框过滤机过滤CaCO3的水悬浮液,滤饼可视为不可
压缩。
压滤机的过滤面积为20m
2,某过滤压强下测得过滤常数K=2×10-2
m
2/h。
试求:
⑴在此压强下将过滤进行至滤饼充满全部滤框时,所获得的滤液
为2m
3,滤布阻力可以忽略不计,问此时所需过滤时间为多少小时?
(6
分)
-2m,过滤完毕后,洗⑵现改用一种较厚的滤布,其常数为qe=2×10
涤、拆装等辅助时间共为30分钟,问此时的生产能力为多少?
(5分)
⑶如①,设CaCO3的水悬浮液的浓度(以m
3滤饼/m3滤液计)提
高一倍,此时所需的过滤时间为多少?
(4分)
⒊(20分)一单管程、单壳程列管换热器,有多根Φ25×2.5mm的钢管
4kg/h,流速为0.5m/s;壳组成管束。
管程走有机溶剂,流量为1.5×10
程通入130℃的饱和蒸汽,将有机溶剂从20℃加热至50℃。
已知在定
性温度下有机溶剂的物性参数为:
密度=884.2kg/m
3,比热
Cp=1.76kJ/(kg·K),导热系数λ=0.143W/(m·K),粘度μ=0.8cP;蒸汽
24W/(m
的冷凝对流传热系数为10·K);钢的导热系数取45W/(m·K);污
垢热阻可以忽略不计。
求:
⑴管内的对流传热系数α,W/(m
2
·K);(6分)
2
⑵换热器的总传热系数(以管束外表面积为基准)K,W/(m·K);
(2分)
⑶管子的根数和长度;(7分)
⑷在有机溶剂的初始温度和流量不变的前提下,若通过提高加热蒸
汽温度将上述换热器的传热速率提高10%,则加热蒸汽温度应为多少?
(5分)
注:
蒸汽冷凝对流传热系数和有机溶剂的物性参数可看作常数。
A卷
《化工原理下》期末试题答案
专业班级化学工程与工艺、环境工
程
开课系室化学工程系
考试日期
一、填空(每空1分,共20分)
⒈1/2倍,1
4Pa;2.758×105Pa
⒉8.332×10
⒊泵的特性曲线和管路特性曲线;增大,减小
⒋增大;下降
⒌增大、减小
⒍沟流,节涌
⒎λ1﹥λ3﹥λ2、R2﹥R3﹥R1
12.3.482
13.空气,饱和蒸汽
14.具有黑表面的物体ε=1,ρ=1
二、分析简答题(共20分)
⒈(本小题8分)
答:
影响加热炉效率的因素有:
炉墙损失的热量,烟气带走的热量,燃
料燃烧情况及空气的入炉温度、过剩空气系数等。
提高加热炉热效率的措施有:
提高空气入炉温度;尽量降低过剩空气系
数及降低其温度,减少其带走热量;被加热流体选择适当的入炉温度;
选择合适的火嘴,改进燃烧状况,使燃料燃烧完全。
⒉(本小题8分)
答:
1-2压缩;2-3排气;3-4余隙膨胀;4-1吸气;(图1
分,每步1分)
压缩气体终压较高时,容积系数下降,使压缩机动力消耗增加;排
出气体温度增加;造成机件损坏及可能导致的润滑油失效。
(每项1分,
共3分)
⒊(本小题4分)
答:
有腐蚀性、高温及高压流体走管程,降低对壳体材质要求;
有毒、易燃流体走管程,降低泄露;
易于结垢的流体走易清洗一侧,便于清扫;
流量小,粘度大的流体走壳程,便于达到湍流;
需要被冷却流体,一般走壳程,便于散热;
蒸汽宜走壳程,便于冷凝液及不凝气排放。
三、计算题(共60分):
⒈(25分)
解:
(1)dm
i0.100
u
4Q
2
d
i
3600
4
65
2
15.02
2.299m
/
s
[1分]
Re
du
0.12.299992.7
33.65710
0.62410
5
[1分]
H
''
PP
'av.
s[H(10.33)(0.24)]674m
s
gg'
[2分]
H
2
lu
f0.324m
d2g
[2分]
22'
u2.3
1
HgHsHf6.740.3246.15m
2g2*9.81
[2分]
(2)在两槽之间列柏努利方程,得:
H
2
lu
f2.16
m
d2g
[2分]
P
1
gz
1
2
u
1
2
He
P
2
gz
2
2
2
u
2
H
f
[2分]
HeHfh22.16m
[2分]
(3)在两表之间列柏努利方程,忽略位差:
P
1
gz
1
2
u
1
2
He
P
2
gz
2
2
u
2
2
H
f
[3分]
400
5
P222.16992.79.807133.21.62410
760
Pa
[3分]
(4)
HeZ
7
p6.1710l
25
gdg
232
Qe200.5110Q
e
[1分]
⒉(15分)
解:
(1)恒压过滤:
Ve=0V
2=KA2t
[3分]
2
V4
t0.5h
22
KA210400
[3分]
222
(2)VVVKAt
e
[2分]
22
422*10*202210400t
[1]
t0.7h[1分]
23
Q1.67m/
0.70.5
h
[2分]
'
(3)滤饼结构不变,比阻不变,悬浮液浓度加倍,饼液比加倍,C2C
[1分]
K
2
r
'
1
P
c
s
[1分]
AL
V
'C
K0.5K
'
V0.5V
[1分]
2V
t0.25h
2
KA
[1分]
⒊(20分)
解:
(1)0.8cP
[1分]
P
r
3
C
p
17600.810
0.143
2.300
[1分]
被加热:
n=0.4
Re
diu
0.02
0.2
10
0.625
884.2
4
31.1051010
4
湍流
[2分]
0.80.440.80.4
Nu0.023(Re)(Pr)0.023(1.10510)(9.846)98.58
i
d
i
[2分]
i
Nu
d
i
98.580.1432
704.9W/(m
0.2
K)
(2)计算过程中不计热损失,忽略管壁导热热阻及污垢热阻
K
o
11
3
1bd1d12.510251252
oo
()()516.8W/(m
4
dd104522.5704.920
omii
.K
)
[2分]
(3)
n
u
V
A
T
15000
/(884.2
3600)
4
2
1.02
0.5
30
[2分]
QmcP
(t
2
t
1
)
15000
3600
1760(5020)2.2
5
10W
[1分]
tm
t
1
ln
t
1
t
2
t
2
110
80
80
110
ln
16.2
℃
[2分]
5
Q2.210
2
A4.519mndo
o
KA516.894.20
o
L
L
n
A4.519
o1.918
m
d300.025
o
'
(4)Q1.1Q
K
'
oK
o
'
AoA
o
QK
Aot
m
'
t;
mt
2.3011.194.20103.6
℃
m
[1分]
'1.1()2.4210
'5
QQmcPttW
12
[2分]
'
52℃
t;
2
t
'
m
t
1
ln
t
1
t
2
t
2
52
T
ln
T
'
'
20
53
20
0.36℃
;T'141℃
[2分]
B卷
《化工原理上》期末试卷
专业班级化学工程与工艺、环境
工程
学号
姓名
开课系室化学工程系
考试日期
一、填空和选择题(每空1分,共30分)
⒈0.5atm(表压)=kPa=mmHg。
⒉连续性方程是,柏努利方程是。
A、物料衡算式B、能量衡算式C、相平衡式D、过程速率式
⒊空气在一等径水平圆直管中作等温、稳定流动,则沿流动方向其雷诺
准数将(变大,变小,不变);若沿流动方向空气温度升高,
其雷诺准数将(变大,变小,不变)。
⒋减小阀门开度,管中流体流量减小,这是因为。
A、减小了阻力系数;B、增加了当量直径;
C、增加了当量长度;D、增加了流体动能。
⒌一台压缩机的工作循环包括、、和
四个阶段。
⒍降沉室内颗粒沉降下来的条件
是。
⒎固体流态化可分为流化和聚式流化两种,聚式流化常出
现的不正常操作有
和两种。
⒏传热方式主要有、、三种。
⒐列管式换热器按照热补偿方式的不同可以分为:
、
和。
⒑在饱和水蒸汽冷凝加热空气的套管换热器中,传热壁面的温度接近于
__的温度,总传热系数K接近于_____的对流传热系数,
传热过程的热阻主要集中在__侧。
⒒管式加热炉的结构包括、对流室、、
和余热回收系统。
⒓过剩空气系数α的定义是;α越
高,出炉烟气温度越
(高、低);α过高,炉子热效率η(升高、
降低)。
二、简答题(每题5分,共15分)
⒈指出离心泵的气蚀与气缚现象有什么区别。
⒉简述强化换热器传热的途径,举出若干具体措施。
⒊试述罗伯-伊万斯假定的基本内容。
三、计算题:
(共55分)
⒈(20分)如图所示输水系统,用泵将水池中的水输送到敞口高位水
槽,已知水的密度为1000kg/m
3,管道直径均为φ45×2.5mm,泵的
进、出口管路上分别安装有
真空表及压力表。
真空表安
装位置距贮水池的水面高为
17.m,压力表安装位置距贮
水池的水面高度为5m。
当输
入量为4m3/h时,进水管道的
全部阻力损失为10J/kg,出水管道的全部阻力损失为40J/kg,压力
表的读数为2.5kgf/cm
2。
泵的效率为70%。
(忽略真空表到泵入口、
泵出口到压力表的阻力损失)。
试求:
⑴泵扬程H,m;(10分)
⑵两液面高度差h,m;(6分)
⑶泵所需的轴功率N,kW。
(4分)
⒉(15分)某厂用板框压滤机在恒压下过滤一种悬浮液,滤框的空间
尺寸为1000×l000×40mm,有20个滤框,经过2h过滤,滤框完全充
2
满滤饼,且每m
3
过滤面积得到滤液1.4m
。
卸饼、清理、组装等辅助时
间为1.2h,忽略过滤介质阻力,滤饼未洗涤。
试求:
⑴该扳框压滤机的生产能力;(6分)
⑵过滤后用l/8滤液体积的洗涤水在同样压力差下进行横穿洗
涤滤饼时的生产能力(设洗涤水与滤液粘度相近)。
(9分)
⒊(20分)一内管尺寸为φ25×2..5mm的套管换热器作为精馏塔顶全凝
器,冷却水走管程,塔顶蒸汽走壳程。
已知塔顶蒸汽流量为500kg/h,
汽化潜热为270kJ/kg,饱和温度为80℃;冷却水入口温度为15℃,出
口温度为45℃,忽略管壁及污垢热阻。
此时蒸汽侧的对流传热系数
αo=104W/(m2·K),水侧的对流传热系数αi=4428.4W/(m2·K);水的
比热CP=4.174kJ/(kgK),忽略热损失。
试求:
⑴换热器的热负荷Q,kW;(3分)
⑵冷凝水的用量W2,kg/h;(2分)
⑶换热过程的对数平均温差Δtm,℃;(6分)
2
⑷换热过程的总传热系数KO,W/(mK)
;(以内管的外表面积
为基准)(5分)
⑸若达到要求,换热器长度不短于几米?
(4分)
B卷
《化工原理上》期末试题答
案
专业班级化学工程与工艺、环境
工程
开课系室化学工程系
考试日期
一、填空和选择题(每空1分,共30分)
⒈50.66kPa=380mmHg
⒉A,B
⒊不变变小
⒋C
⒌压缩、排气、余隙膨胀和吸气
⒍L/u≥H/ut
⒎散式,沟流和节涌
⒏传导,对流,辐射
⒐固定管板式、浮头式和U型管式
⒑__水蒸汽_,___空气_,__空气_侧
⒒辐射室、燃烧器、通风系统
⒓入炉空气量与理论空气量的比值;低;降低
二、简答题(每题5分,共15分)
⒈答:
气蚀是指由于泵的安装高度太高而使泵吸入口的压力小于液体的
饱和蒸气压而引起的不正常操作;
气缚是由于启动时未灌泵或由于泵体密封不严而引起的不正常操
作。
⒉答:
①增大总传热系数K:
采用多管程或多壳程;在壳程设置折流挡
板;提高流体流速;及时清除污垢等;采用相变、λ较大的流体等;
②增大传热面积A:
增大换热器单位体积的传热面积,如采用波纹
管、翅片管等;
③增大传热温差△tm:
尽可能逆流操作,或使温差校正系数ε>
18.。
⒊答:
①炉膛内烟气充分混合,各处烟气组成与温度均相同且等于出辐
射室烟气的平均温度,即将炽热的烟气看成一发热面;
②将管排看成一吸热面,管壁温度为管内介质平均温度加上50℃;
③对流给未敷设炉管炉墙的热量等于其散热损失,将炉墙看成一全
反射面。
三、计算题:
(共55分)
⒈(20分)
解:
⑴在0-2间列柏努利方程:
22
PuPu
0022
ZHeZH
022
2
gggg
f
02
(2分)
P0=0,P2=2.5kgf/cm
2=2.452×105Pa
(2分)
u=0,
0
4V44/3600
u0.8842m/
2
22
d0.04
s
(2分)
H
h
f02
10
f1.02m
g9.81
02
;
(2分)
Z0=0Z2=5代入上式,计算:
H=31.06m
(2分)
⑵在0-3间列柏努利方程:
Z
22
PuPu
0033
HZH
02e32f
gggg
03
(2分)
P0=P3=0,0
u0u,Z
3
3-Z0=h,
H
hhh
1040
f03f02f23
f5.098m
03
gg9.81
(2分)
h=31.06-5.098=25.96m
(2分)
⑶
NeHQg31.06
4
3600
1000
9.81
338.55W0.34KW
(2分)
NNe/0.486KW
(2分)
⒉(15分)
解:
⑴过滤面积
A
2
1122040m
(3分)
Q
VqA
2.302
2
40
0.4
0.626
34.68110
mh
3
3
m
s
(3分)
2
dVKA
⑵过滤终了速率:
d2V
(2分)
采用横穿洗涤的洗涤速率是过滤终了速率的1/4,即
dV1dV
2
KA
d
W4d8V
(2分)
2V8V1V
W
WV2h
22
dVKA8KA
d
W
(3分)
Q
VqA
19.
22
40
2.303
10.77
32.9910
mh
3
3
m
s
(2分)
⒊(20分)
5kJ/h=37.5kW解:
⑴换热器的热负荷:
Q=W1r1=500×270=1.35×10
(3分)
⑵冷却水用量:
W
2
C
P2
Q
(t
2
t
)
1
0.535
0.627(
5
10
45
15)
884.3kg
/
h
(2分)
⑶传热过程的对数平均温差:
t
m
t
1
ln(
t
t
1
2
t
)
2
(2分)
其中:
tTt801565℃;tTt804535℃
1122
(2分)
所以:
t
m
t
1
ln(
t
t
1
2
t
2
)
65
ln(
35
65
)
35
2
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- 中国 石油大学 华东 化工 原理