化工原理习题.docx
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化工原理习题
填空题
1.流体在圆形直管中作层流流动,如果流量等不变,只是将管径增大一倍,则阻力损失为原来的________。
2.某设备上,真空度的读数为80mmHg,其绝压=________Pa.该地区的大气压为720mmHg。
3.常温下水的密度为1000kg/m3,粘度为1cp,在管径为φ25*2.5mm的管内以3m/s速度流动,其流动类型为______________。
4.当流体在管内流动时,若要测取管截面上流体的速度分布,应选用流量计测量。
5.气体的粘度随温度的升高而_________,水的粘度随温度的升高_______。
6.传热的基本方式为___________.______________.__________________。
7.蒸汽冷凝有二种方式,即_____________和__________。
其中,由于_________________________________________,其传热效果好。
8.离心泵用出口阀调节流量实质上是改变曲线,用改变转速来调节流量实质上是改变曲线。
9.列管换热器中,用饱和水蒸汽加热空气。
空气走管内,蒸汽走管间,则管壁温度接近的温度,总传热系数接近的对流传热系数。
10.在重力沉降操作中,影响沉降速度的因素主要有、
和。
11.离心泵的效率η和流量Q的关系为。
12.若沉降室高度降低,则沉降时间;生产能力。
(增加,不变或者下降)
13、精馏塔有种进料热状况,其中进料的q值最大,进料温度泡点温度。
14、在逆流吸收塔中,用清水吸收混合气中的溶质组分。
其液气比L/V为2.7,平衡关系为Y=1.5X。
若溶质的回收率为90%,则操作液气比与最小液气比之比值。
15.一维稳态温度场傅立叶定律的表达式为。
16.离心泵通常采用调节流量;往复泵采用 调节流量。
17.用管子从高位槽放水,当管径增大一倍时,则水的流量为原来流量的_______倍,假定液面高度、管长、局部阻力及摩擦系数均不变。
18.流体在管路中典型流动形态有________和________两种,一般以________来区分,前者值为_______,后者值为_______;而两者的本质区别在于流体流动时.
19.有相变时的对流传数系数比无相变时________,粘度值大,对流传热系数________;热壁面在冷空气之下比热壁面在冷空气之上时对流传热系数________。
20.某容器内的绝对压强为200 kPa,当地大气压为101.3 kPa,则表压为___________。
21.某设备的表压强为100 kPa,则它的绝对压强为kPa;另一设备的真空度为400 mmHg,则它的绝对压强为 kPa (当地大气压为101.33 kPa)
22.双组分精馏,相对挥发度的定义为α=_______,其值越 表明两组分越。
α=1时,则两组分。
23.精馏计算中,q值的含义是_________, 其它条件不变的情况下q值越_______表明精馏段理论塔板数越_____,q线方程的斜率(一般)越____。
当泡点进料时,q=_______,q线方程的斜率=_____。
24.最小回流比是指_____,适宜回流比通常取为____倍最小回流比。
25. 气液两相呈平衡状态时,气液两相温度____,液相组成____气相组成。
26.全回流(R= )时,精馏段操作线的斜率为 ,提馏段操作线的斜率为 ,对相同xD和xW,部分回流比全回流所需的理论板数。
27.写出浮阀塔三种不正常操作情况:
;;。
28.吸收操作是吸收质从_______转移到_______的传质过程。
在吸收操作中压力 ____________,温度________将有利于吸收过程的进行
29.对易溶气体的吸收过程,阻力主要集中于 ________。
30.在吸收过程中,KY和ky是以 ________和________为推动力的吸收系数,它们的单位是 ________和________。
选择题
1、如图理想流体从下向上在倾斜变径管中流动,则U型压差计的读数R的大小反映情况。
(A)A、B两截面间的动能变化和位能变化之和
(B)A、B两截面间的流动阻力损失和动能变化之和
(C)A、B两截面间的压差值
(D)A、B两截面间的流动阻力损失
2、某一套管换热起,由管间的饱和蒸汽加热管内空气,设饱和蒸汽温度为100℃,空气进口温度为20℃,出口温度为80℃,问此换热器的管壁温度应是。
(A)接近空气平均温度(B)接近饱和蒸汽和空气的平均温度
(C)接近饱和蒸汽温度(D)以上均不正确
3、以下有关干燥的说法,正确的是:
。
(A)恒速干燥阶段除去的湿份是物料的自由水
(B)恒速干燥阶段除去的湿份包含全部自由水和部分结合水
(C)恒速干燥阶段除去的水分包含全部自由水和全部结合水
(D)降速干燥除去的湿份是物料的部分结合水。
4.在讨论旋风分离器分离性能时,临界直径这一术语是指。
A.旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径
B.旋风分离器允许的最小直径
C.旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径
D. 能保持滞流流型时的最大颗粒直径
5.旋风分离器的总的分离效率是指。
A.颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率
B.颗粒群中最小粒子的分离效率
C.不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和
D.全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率
6.某泵在运行1年后发现有气缚现象,应。
A.停泵,向泵内灌液B.降低泵的安装高度
C.检查进口管路有否泄漏现象D.检查出口管路阻力是否过大
7.用离心泵将水池的水抽吸到水塔中,若离心泵在正常操作范围内工作,开大出口阀门,将导致。
A.送水量增加,整个管路压头损失减小;
B.送水量增加,整个管路压头损失增大;
C.送水量增加,泵的轴功率不变;
D.送水量增加,泵的轴功率下降。
8.层流与湍流的本质区别是:
。
A.湍流流速大于层流流速;
B.流道截面积大的为湍流,截面积小的为层流;
C.层流的雷诺数小于湍流的雷诺数;
D.层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。
9.用离心泵在两个敞口容器间输送液体。
若维持两容器的液面高度不变,则当输送管道上的阀门关小后,管路总阻力将。
A.增加;B.不变;C.减小;D.不确定。
10.离心泵的效率η和流量Q的关系为。
A.Q增大,η增大;B.Q增大,η先增大后减小;
C.Q增大,η减小;D.Q增大,η先减小后增大。
11.饱和空气在恒压下冷却,温度由t1降至t2,其相对湿度(),绝对湿度H(),露点td。
A.增加B.减小C.不变D.无法确定
12.离心泵原来输送水时的流量为qV,现改用输送密度为水的1.2倍的水溶液,其它物理性质可视为与水相同,管路状况不变,流量。
。
A.增大B.减小C.不变D.无法确定
13.在一维稳态多层平壁热传导时,各层的温度差正比于各层的。
A)导热系数;B)密度;C)热阻;D)传热面积
14.对一台正在工作的列管式换热器,已知α1=11600 W•m-2•K-1 ,α2=116 W•m-2•K-1, 要提高总传热系数(K),最简单有效的途径是 。
A. 设法增大α1 B. 设法增大α2 C. 同时增大α1和α2 D. 不确定
15.若要求双组分混合液分离成两个较纯的组分,则应采用________。
A. 平衡蒸馏 B. 简单蒸馏 C. 精馏
16.操作中的精馏塔,若增大回流比,其他操作条件不变,则精馏段的液气比_______,,塔顶馏出液组成 ______ 。
A. 增大; B. 减小;C. 不变;D. 不确定
17.某二元混合物,其中A为易挥发组分,液相组成xA=0.6相应的泡点为t1, 与之相平衡的气相组成yA=0.7,相应的露点为t2,则____。
A. t1=t2 ; B. t1<t2 ; C. t1>t2; D. 不能判断
18.两组分物系的相对挥发度越小,则表示分离该物系___。
A. 容易 B. 困难C. 完全D. 不完全
19..操作中的精馏塔,若减小回流比,其他操作条件不变,则精馏段的液气比___,塔顶馏出液组成______。
A. 增大B. 减小C. 不变D. 不确定
20. 在精馏塔的图解计算中,若进料热状况变化,将使______。
A. 平衡线发生变化B. 操作线与q线变化C. 平衡线和q线变化D. 平衡线和操作线变化
21.对接近常压的低组成溶质的气液平衡系统,当温度升高时,亨利系数E将______,相平衡常数m将______,溶解度系数H将______。
A. 增大;B. 不变;C. 减小;D. 不确定
22..若某气体在水中的溶解度系数H非常大,则该气体为______。
A. 易溶气体;B. 难溶气体;C. 中等溶解度气体;D.不确定
23.在吸收操作中,以气相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为______。
A. Y* —Y; B.Y— Y* ;C. Yi—Y;D. Y —Yi
24.在一定空气状态下,用对流干燥方法干燥湿物料时,能除去的水分为______,不能除去的水分为______。
A. 平衡水分B. 结合水分C. 非结合水分D. 自由水分
25.空气的湿含量一定时,其温度愈高,则它的相对湿度____________。
A. 愈高B. 愈低C. 不变
26.吸收操作的作用是分离______ 。
A 气体混合物 B液体混合物C 互不相溶的液体混合物 D 气液混合物
27.根据双膜理论,吸收质从气相主体转移到液相主体整个过程的阻力可归结为______。
A. 两相界面存在的阻力 B. 气液两相主体中的扩散的阻力 C. 气液两相滞流层中分子扩散的阻力 D .气相主体的涡流扩散阻力
28.根据双膜理论,当被吸收组分在液体中溶解度很小时,以液相浓度表示得传质总系数KL ______
A.大于液相传质分系数kLB. 近似等于液相传质分系数kL C. 大于气相传质分系数kG D. 近似等于气相传质分系数kG
29. 对某一汽液平衡物系,在总压一定时,温度升高,则亨利系数______。
A.变小 B.增大C.不变 D.不确定
30.物质在空气中的分子扩散系数随压强的增大而______,随温度的升高而______ 。
A 增大 B 不变 C 减小 D无法判断
31.根据双膜理论,在气液接触界面处______。
A、气相组成小于液相组成 B、气相组成大于液相组成 C、气相组成等于液相组成 D、气相组成与液相组成平衡
32.对难溶气体的吸收过程,传质阻力主要集中于______ 。
A、气相一侧 B、液相一侧 C、气液相界面处 D、无法判断 .
33. 对易溶气体的吸收过程,传质阻力主要集中于______ 。
A、气相一侧 B、液相一侧 C、气液相界面处 D、无法判断
34.某吸收过程,已知气膜吸收系数kY为2kmol/(m2.h) ,液膜吸收系数kX为4 kmol/(m2.h) ,由此判断 该过程为______ 。
A.气膜控制 B.液膜控制 .C.不能确定 D.双膜控制
35.某精馏塔内,进料热状况参数为1.65,由此可判定物料以______方式进料。
A饱和蒸汽 B饱和液体 C过热蒸汽 D冷流体
简答题
1、离心泵的主要性能参数是什么?
转速对离心泵的性能有何影响?
2、分别解释干球温度、湿球温度、绝对饱和温度、露点的定义及其之间关系。
3.离心泵中后弯叶片有什么优点和缺点?
4.强化传热的途径有几种:
5.简述辐射传热中黑体和灰体的概念
6.传热按机理有几种?
7.何谓气缚现象?
产生原理?
如何防止?
8.何谓沉降?
沉降可分为哪几类?
何谓重力沉降速度?
9.在列管式换热器中,用饱和蒸汽加热空气,问:
(1)传热管的壁温接近于哪一种流体的温度?
(2)传热糸数K接近于哪一种流体的对流传热膜糸数?
(3)那一种流体走管程?
那一种流体走管外?
为什么?
10.换热器的设计中为何常常采用逆流操作?
11.湿空气的干球温度、湿球温度、露点在什么情况下相等?
什么情况下不等,大小关系如何?
12.湿空气在进入干燥器前,往往进行预热,这样做有什么好处?
13. 精馏塔在一定条件下操作, 若回流液由饱和液体改为冷液时, 其塔顶产品组成有何变化?
为什么?
计算题
1、料液自高位槽流入精馏塔,如附图所示。
塔内压强为1.96×104Pa(表压),输送管道为φ36×2mm无缝钢管,管长8m。
管路中装有90°标准弯头两个,180°回弯头一个,球心阀(全开)一个。
为使料液以3m3/h的流量流入塔中,问高位槽应安置多高?
(即位差Z应为多少米)。
料液在操作温度下的性质:
密度ρ=861kg/m3;粘度μ=0.643×10-3Pa·s。
假设无缝钢管的绝对粗糙度为ε=0.3mm。
2.高位槽内的水面高于地面8m,水从φ108×4mm的管路中流出,管路出口高于地面2m。
在本题中,水流经系统的能量损失可按hf=6.5u2计算,其中u为水在管内的流速,试计算:
(1)A-A截面处水的流速;
(2)出口水的流量,以m3/h计。
3.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部,槽内水位维持恒定。
各部分相对位置如图所示。
管路的直径均为φ76×2.5mm,在操作条件下,泵入口处真空表读数为24.66×103Pa,水流经吸入管与排出管(不包括喷头)的阻力损失可分别按hf1=2u2与hf2=10u2计算。
式中u为吸入管或排出管的流速。
排出管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa(表压)。
试求泵的有效功率。
4.有两湍流液体在逆流套管换热器内换热,两流体的传热膜系数均为500
,流体的密度为1000
,平均恒压热容均为4000
,流量为1.0L/s,换热器面积为20
,热流体的初始温度为120℃,冷流体的初始温度为20℃,分别求冷、热流体的出口温度。
(管壁热阻可以忽略)
5.在一传热面积为15.8m2的逆流套管换热器中,用油加热冷水。
油的流量为2.85kg/s,进口温度为110℃;水的流量为0.667kg/s,进口温度为35℃。
油和水的平均比热容分别为1.9kJ/(kg·℃)及4.18kJ/(kg·℃)。
换热器的总传热系数为320W/(m2·℃)试求水的出口温度及传热量。
6.有一台运转中的单程逆流列管式换热器,热空气在管程由120℃降至80℃,其对流传热系数α1=50W/(m2·K)。
壳程的冷却水从15℃升至90℃,其对流传热系数α2=2000W/(m2·K),管壁热阻及污垢热阻皆可不计。
当冷却水量增加一倍时,试求①水和空气的出口温度t'2和T'2,忽略流体物性参数随温度的变化;②传热速率Q'比原来增加了多少?
7.有一列管式换热器,由38根φ25mm×2.5mm的无缝钢管组成。
苯在管内流动,由20℃被加热至80℃,苯的流量为8.32kg/s。
外壳中通入水蒸气进行加热。
试求管壁对苯的传热系数。
当苯的流量提高一倍,传热系数有何变化。
8.热空气在冷却管管外流过,α2=90W/(m2·℃),冷却水在管内流过,
α1=1000W/(m2·℃)。
冷却管外径do=16mm,壁厚b=1.5mm,管壁的λ=40W/(m·℃)。
试求:
①总传热系数Ko;
②管外对流传热系数α2增加一倍,总传热系数有何变化?
③管内对流传热系数α1增加一倍,总传热系数有何变化?
9.有一碳钢制造的套管换热器,内管直径为φ89mm×3.5mm,流量为2000kg/h的苯在内管中从80℃冷却到50℃。
冷却水在环隙从15℃升到35℃。
苯的对流传热系数αh=230W/(m2·K),水的对流传热系数αc=290W/(m2·K)。
忽略污垢热阻。
试求:
①冷却水消耗量;②并流和逆流操作时所需传热面积;③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同,计算冷却水出口温度与消耗量,假设总传热系数随温度的变化忽略不计。
10.用轴功率为0.55kW的离心泵,将敞口储槽中的液体输送至表压为90kPa的密闭高位槽中。
已知液体的流量为4m3/h,密度为1200kg/m3、粘度为
Pa·s;输送管路(可按光滑管考虑)的内径为32mm,管路总长度为50m(包括管件、阀门等当量长度);两槽液位维持恒定的高度差15m。
试计算该离心泵的效率。
11.每小时将2×104kg、45℃氯苯用泵从反应器A输送到高位槽B(如图所示),管出口处距反应器液面的垂直高度为15m,反应器液面上方维持26.7kPa的绝压,高位槽液面上方为大气压,管子为Ø76mm×4mm、长26.6m的不锈钢管,管壁绝对粗糙度为0.3mm。
管线上有两个全开的闸阀、5个90°标准弯头。
45℃氯苯的密度为1075kgm-3,粘度为6.5×10-4Pa·s。
泵的效率为70%,求泵的轴功率。
附:
各局部阻力系数
全开闸阀ζ1=0.17
90℃标准弯头ζ2=0.75
摩擦系数计算式λ=0.1(
+
)0.23
12.每小时将15000kg含苯40%(质量%,下同)和甲苯60%的溶液,在连续精馏塔中进行分离,要求釜残液中含苯不高于2%,塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%。
试求馏出液和釜残液的流量及组成,以摩尔流量和摩尔分率表示。
13.甲醇和乙醇形成的混合液可认为是理想物系,20℃时乙醇的蒸气压为5.93KPa,甲醇为11.83kPa。
试求
(1)两者各用100g液体,混合而成的溶液中甲醇和乙醇的摩尔分率各为多少?
(2)汽液平衡时系统的总压和各自的分压为多少?
气相组成为多少?
14.将含24%(摩尔百分数,下同)易挥发组分的某液体混合物送入—连续精馏塔中。
要求馏出液含95%易挥发组分,釜液含3%易挥发组分。
送至冷凝器的蒸气摩尔流量为850kmol/h,流入精馏塔的回流液为670kmol/h。
试求
(1)每小时能获得多少kmol的馏出液?
多少kmol的釜液?
(2)回流比R=?
15.总压为101.325kPa、温度为20℃时,1000kg水中溶解15kgNH3,此时溶液上方气相中NH3的平衡分压为2.266kPa。
试求此时之溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m。
16.含氨极少的空气于101.33kPa,20℃被水吸收。
已知气膜传质系数kG=3.15×10-6kmol/(m2·s·kPa),液膜传质系数kL=1.81×10-4kmol/(m2·s·kmol/m3),溶解度系数H=1.5kmol/(m3·kPa)。
气液平衡关系服从亨利定律。
求:
气相总传质系数KG、KY;液相总传质系数KL、KX。
17.在一填料层高度为5m的填料塔内,用纯溶剂吸收混合气中溶质组分。
当液气比为1.0时,溶质回收率可达90%。
在操作条件下气液平衡关系为Y=0.5X。
现改用另一种性能较好的填料,在相同的操作条件下,溶质回收率可提高到95%,试问此填料的体积吸收总系数为原填料的多少倍?
18.在一逆流操作的填料塔中,用循环溶剂吸收气体混合物中溶质。
气体入塔组成为0.025(摩尔比,下同),液气比为1.6,操作条件下气液平衡关系为Y=1.2X。
若循环溶剂组成为0.001,则出塔气体组成为0.0025,现因脱吸不良,循环溶剂组成变为0.01,试求此时出塔气体组成。
19.在1.013×105Pa、0℃下的O2下的O2与CO混合气体中发生稳定扩散过程。
已知相距0.2cm的两截面上O2的分压分别为100和50Pa,又知扩散系数为0.18cm2/s,试计算下列两种情形下O2的传递速率kmol/(m2·s):
(1)O2与CO两种气体作等分子反向扩散;
(2)CO气体为停滞组分。
20.在总压为110.5kPa的条件下,采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。
测得在塔的某一截面上,氨的气、液相组成分别为
、
。
气膜吸收系数kG=5.2×10-6kmol/(m2·s·kPa),液膜吸收系数kL=1.55×10-4m/s。
假设操作条件下平衡关系服从亨利定律,溶解度系数H=0.725kmol/(m3·kPa)。
(1)试计算以
、
表示的总推动力和相应的总吸收系数;
(2)试分析该过程的控制因素。
21.在连续精馏塔中分离A、B两组分溶液。
原料液的处理量为100kmol/h,其组成为0.45(易挥发组分A的摩尔分数,下同),饱和液体进料,要求馏出液中易挥发组分的回收率为96%,釜液的组成为0.033。
试求
(1)馏出液的流量和组成;
(2)若操作回流比为2.65,写出精馏段的操作线方程;(3)提馏段的液相负荷。
22.在常压连续精馏塔中分离A、B两组分理想溶液。
进料量为60kmol/h,其组成为0.46(易挥发组分的摩尔分数,下同),原料液的泡点为92℃。
要求馏出液的组成为0.96,釜液组成为0.04,操作回流比为2.8。
试求如下三种进料热状态的q值和提馏段的气相负荷。
(1)40℃冷液进料;
(2)饱和液体进料;
(3)饱和蒸气进料。
23.在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。
原料液流量为50kmol/h,要求馏出液中易挥发组分的收率为94%。
已知精馏段操作线方程为y=0.75x+0.238;q线方程为y=2-3x。
试求
(1)操作回流比及馏出液组成;
(2)进料热状况参数及原料的总组成;(3)两操作线交点的坐标值xq及yq;(4)提馏段操作线方程。
24.在常压操作的逆流吸收塔内,用纯溶剂吸收混合气中的可溶组分 A,入塔气体 中 A 的摩尔分率为 y1=0.03,要求吸收率为80% 。
现已知操作条件下的 S=mG/L=0.8(m=常数), 平衡条件y=mx, 与入塔气体成平衡液相浓度x*=0.03 。
试计算:
①操作液气比为最小液气比的倍数;
②吸收液的出口浓度;
③完成上述分离任务所需的气相传质单元数NOG
35.用一精馏塔分离二元理想混合物,已知α=3,进料浓度为xF=0.3,进料量为2000Kmol/h,泡点进料。
要求塔顶浓度为0.9,塔釜浓度为0.1(以上均为縻尔分率)。
求塔顶、塔釜的采出量,若R=2Rmin,写出精馏段和提馏段的操作线方程?
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