2019化工原理復習題

第一章流體流動與輸送機械.燃燒重油所得的燃燒氣，經(jīng)分析知其中含CO28.5%,O27.5%,N276%,H2O8%（體積％），試求此混合氣體在溫度500℃、壓力101.3kPa時的密度。解：混合氣體平均摩爾質量M=2yM=0.085x44+0.075x32+0.76x28+0.08x18=28.86x10-3kg/molA混合密度.已知20℃下水和乙醇的密度分別為998.2kg/m3和789kg/m3,試計算50%（質量％）乙醇水溶液的密度。又知其實測值為935kg/m3,計算相對誤差。解：乙醇水溶液的混合密度相對誤差：.在大氣壓力為101.3kPa的地區(qū)，某真空蒸餾塔塔頂?shù)恼婵毡碜x數(shù)為85kPa。若在大氣壓力為90kPa的地區(qū)，仍使該塔塔頂在相同的絕壓下操作，則此時真空表的讀數(shù)應為多少？解：P她二P-P百=P，-P百絕a真a真,p，=p--（p-p）=90-（101.3-85）=73.7kPa題5附圖真aa題5附圖.如附圖所示，密閉容器中存有密度為900kg/m3的液體。容器上方的壓力表讀數(shù)為42kPa,又在液面下裝一壓力表，表中心線在測壓口以上0.55m,其讀數(shù)為58kPa。試計算液面到下方測壓口的距離。解：液面下測壓口處壓力.如附圖所示，敞口容器內盛有不互溶的油和水，油層和水層的厚度分別為700mm和600mm。在容器底部開孔與玻璃管相連。已知油與水的密度分別為800kg/m3和1000kg/m3。（1）計算玻璃管內水柱的高度；（2）判斷A與B、C與D點的壓力是否相等。解：（1）容器底部壓力（2）pJPbpc=pD酸的密

平均流.硫酸流經(jīng)由大小管組成的串聯(lián)管路，其尺寸分別為876X4mm和857義3.5mm。已知硫度為1831kg/m3,體積流量為9m3/h,試分別計算硫酸在大管和小管中的（1）質量流量；（2）速；（3）質量流速。酸的密

平均流解：（1）大管：。76x4mm(2)小管：。57x3.5mm質量流量不變ms2=16479kg/h或：u=u(幺)2=0.69(—)2=1.27m/s或：通，且高位槽中20J/kg（不包括題12附圖2 1通，且高位槽中20J/kg（不包括題12附圖.如附圖所示，用虹吸管從高位槽向反應器加料，高位槽與反應器均與大氣相液面恒定?，F(xiàn)要求料液以1m/s的流速在管內流動，設料液在管內流動時的能量損失為出口），試確定高位槽中的液面應比虹吸管的出口高出的距離。

2-2’間列柏努力方程:解：以高位槽液面為1-1’面,管出口內側為2-2’面，在2-2’間列柏努力方程:簡化：H=(2”+￡W)/g乙 J題17附圖14.附圖所示的是丙烯精餾塔的回流系統(tǒng)，丙烯由貯槽回流至塔頂。丙烯貯槽液面恒定，其液面上方的壓力為2.0MPa(表壓)，精餾塔內操作壓力為1.3MPa(表壓)。塔內丙烯管出口處高出貯槽內液面30m,管內徑為140mm,丙烯密度為600kg/m3?，F(xiàn)要求輸送量為40X103kg/h,管路的全部能量損失為150J/kg題17附圖解：在貯槽液面1-1’與回流管出口外側2-2,間列柏努力方程：簡化.p+W=Zg+乙+1u2+￡W簡化: pe2、p22 f20.如附圖所示，用泵將20℃水從水池送至高位槽，槽內水面高出池內液面30m。輸送量為30m3/h,此時管路的全部能量損失為40J/kg。設泵的效率為70%,試求泵所需的功率。解：在水池1面與高位槽2面間列柏努力方程：簡化：we=z2g+ZWf第三章傳熱1、某加熱器外面包了一層厚為300mm的絕緣材料，該材料的導熱系數(shù)為0.16W/(m?℃),已測得該絕緣層外緣溫度為30℃,距加熱器外壁250mm處為75℃,試求加熱器外壁面溫度為多少？解.Q二二二二TOC\o"1-5"\h\z解：Ab b2^-九 九1 22、某燃燒爐的平壁由下列三種磚依次砌成;耐火磚b尸230mm,?尸1.05W/(m-℃)絕熱磚b2=230mm,?2=0.151W/(m?℃)建筑磚b3=240mm,?3=0.93W/(m-℃)已知耐火磚內側溫度為1000℃，耐火磚與絕熱磚界面處的溫度為940℃，要求絕熱磚與建筑磚界面處的溫度不得超過138℃,試求：絕熱層需幾塊絕熱磚；普通磚外側溫度為多少？解：(1)b廣？230mm%=442mm<230x2mm

則：絕熱層需兩塊絕熱磚。校核t2=?(2)tj的石棉保溫層。若3、①50x5mm的不銹鋼管，導熱系數(shù)6=16W/（m.K）,外面包裹厚度為30mm導熱系數(shù)Ar0.2W/（m.K）的石棉保溫層。若鋼管的內表面溫度為623K,保溫層外表面溫度為373K,試求每米管長的熱損失及鋼管外表面的溫度。解：已知鋼管的內半徑r150-2x5” 解：已知鋼管的內半徑r150-2x5” =20mm鋼管的外半徑r2=50=25mm

2 2保溫層的外半徑25+30=55mm根據(jù)式（3-12a），每米管長的熱損失由于是定態(tài)熱傳導，故各層傳導的熱量應該相等，可得到鋼t2°管外表面的溫度被加熱到42℃,16、每小時8000m3（標準狀況）的空氣在蒸汽加熱器中從12℃壓強為400kPa的飽和水蒸氣在管外冷凝。若設備的熱損失估計為熱負荷的被加熱到42℃,解：熱量衡算：Q=＞。障冷=1-05xm2xcp2x(t2T1)查得標準狀況下的空氣物性參數(shù)蒸汽用量：ms蒸汽用量：ms1=Q=_91r2138.5=0.0426kg/s17、在一套管式換熱器中，用冷卻水將1.25kg/s的苯由350K冷卻至300K，冷卻水進出口溫度分別為290K和320K。試求冷卻水消耗量。解：由苯的定性溫度t=解：由苯的定性溫度t=350+300=325K，查苯的物性參數(shù)cp=1.84kJ/(kg-。C)由苯計算熱負荷Q=ms1xcp1x(T1-T2)=1.25x1.84x(350-300)=115kW由冷卻水的定性溫度t=由冷卻水的定性溫度t=290+320=305K，查水的物性參數(shù)cp=SkJ/(kg°C)18、在一列管式換熱器中，將某溶液自15℃加熱至40℃，載熱體從120。。降至60℃。試計算換熱器逆流和并流時的冷、熱流體平均溫度差。解：（1）逆流時平均溫度差為并流：Atm并At-At―1解：（1）逆流時平均溫度差為并流：Atm并At-At―1 2105-20=51.3oC120406015ln()ln(105208001565401052019、在一單殼程、四管程的列管式換熱器中，用水冷卻油。冷卻水在殼程流動，進出口溫度分別為15。。和32℃。油的進、出口溫度分別為100。和40℃。試求兩流體間的溫度差。解：先按逆流時計算，逆流時平均溫度差為100 k4032 1568 25At1—A100 k4032 1568 25ln(空)

25Atln(ln(空)

25At2折流時的對數(shù)平均溫度差為At=0At'*其中。=f(R,P)m m逆由圖3-27(a)查得(P=0.9，故Atm=0.9x43.0=38.7°C20、在一內管為?180?10mm的套管式換熱器中，管程中熱水流量為3000kg/h，進、出口溫度分別為為90。。和60℃。殼程中冷卻水的進、出口溫度分別為20℃和50℃,總傳熱系數(shù)為2000W/(m2?℃)。試求：(1)冷卻水用量；(2)逆流流動時的平均溫度差及管子的長度；(3)并流流動時的平均溫度差及管子的長度;解：⑴水的比熱Cp=4-186kJ/(kg-OC)(2)逆流時平均溫度差為40+4090506020(3)并流時平均溫度差為4040A40+4090506020(3)并流時平均溫度差為4040Atm逆At-At—1 2At 7,70、ln(「) ln()At 102士竺二30.8OC90206050701021、在一內管為?25?2.5mm的套管式換熱器中，CO2氣體在管程流動，對流傳熱系數(shù)為40W/(m2?℃)。殼程中冷卻水的對流傳熱系數(shù)為3000W/(m2?℃)。試求：(1)總傳熱系數(shù)；(2)若管內CO2氣體的對流傳熱系數(shù)增大一倍，總傳熱系數(shù)增加多少；(3)若管外水的對流傳熱系數(shù)增大一倍，總傳熱系數(shù)增加多少；(以外表面積計)解：d2=0.02m,d1=0.025m,dm=0.0225m,b=0.0025m查得碳鋼的導熱系數(shù)4=45W/(m-K)取管內CO2側污垢熱阻Rs2=0.53?10-3(m2?K/W)管外水側熱阻Rs1=0.21?10-3(m2?K/W)(1)總傳熱系數(shù)(以外表面積計)(2)管內CO2氣體的對流傳熱系數(shù)增大一倍，即??2=80W/(m2?K)總傳熱系數(shù)增加92.8%(3)若管外水的對流傳熱系數(shù)增大一倍，？?]=6000W/(m2?K)總傳熱系數(shù)增加0.7%第五章氣體吸收氣液平衡

1.在常壓、室溫條件下，含溶質的混合氣的中，溶質的體積分率為10%,求混合氣體中溶質的摩爾分率和摩爾比各為多少？解：當壓力不太高，溫度不太低時，體積分率等于分摩爾分率，即y=0.10根據(jù) 丫==，所以Y=701T=0.111-y 1-0.1.向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入純的CO2氣體，經(jīng)充分接觸后，測得水中的CO2平衡濃度為2.875X10Tkmol/m3,鼓泡器內總壓為101.3kPa,水溫30℃,溶液密度為1000kg/m3。試求亨利系數(shù)E、溶解度系數(shù)H及相平衡常數(shù)m。解：查得30℃,水的ps=4.2kPa稀溶液:p1000稀溶液:p1000C? —? - M18S—55.56kmol/m3?在壓力為101.3日溫度30。。下，含CO220%（體積分率）空氣-CO2混合氣與水充分接觸，試求液相中CO2的摩爾濃度、摩爾分率及摩爾比。解：查得30。下CO2在水中的亨利系數(shù)E為1.88X105kPaco2為難溶于水的氣體，故溶液為稀溶液5.用清水逆流吸收混合氣中的氨，進入常壓吸收塔的氣體含氨6%（體積），氨的吸收率為93.3%,溶液出口濃度為0.012（摩爾比），操作條件下相平衡關系為Y*-2.52X。試用氣相摩爾比表示塔頂和塔底處吸收的推動力。解：塔頂： AY2-Y2—Y2,-0.00429-0.00429塔底：AY-Y—Y*-0.064—0.03024-0.034吸收過程設計型計算10.用20。的清水逆流吸收氨一空氣混合氣中的氨，已知混合氣體總壓為101.3kPa,其中氨的分壓為1.0133kPa,要求混合氣體處理量為773m3/h,水吸收混合氣中氨的吸收率為99%。在操作條件下物系的平衡關系為Y*-0-757X,若吸收劑用量為最小用的2倍，試求（1）塔內每小時所需清水的量為多少kg?（1）塔底液相濃度（用摩爾分率表示）。解：(1)實際吸收劑用量L=2Lmi=2X23.8=47.6kmol/h=856.8kg/h

(2)X1=X2+V(Y1-Y2)L=0+31.8(0.01—0.0001) =0.006647.6(2)X1=X2+V(Y1-Y2)L=0+31.8(0.01—0.0001) =0.006647.611.在一填料吸收塔內，用清水逆流吸收混合氣體中的有害組分A,已知進塔混合氣體中組分A的濃度為0.04（摩爾分率，下同），出塔尾氣中A的濃度為0.005,出塔水溶液中組分A的濃度為0.012,操作條件下氣液平衡關系為Y*=2-5X。試求操作液氣比是最小液氣比的倍數(shù)?解：12.用SO2含量為1.1X10-3（摩爾分率）的水溶液吸收含SO2為0.09（摩爾分率）的混合氣中的$02。已知進塔吸收劑流量為37800kg/h,混合氣流量為100kmol/h,要求SO2的吸收率為80%。在吸收操作條件下，系統(tǒng)的平衡關系為Y*=17-8X，求氣相總傳質單元數(shù)。解：37800吸收劑流量L= =2100kmol/h18惰性氣體流量V=100(1—y])=100(1—0.09)=91kmol/h12.空氣中含丙酮2%（體積百分數(shù)）的混合氣以0.024kmol/m2-s的流速進入一填料塔，今用流速為0.065kmol/m2-s的清水逆流吸收混合氣中的丙酮，要求丙酮的回收率為98.8%。已知操作壓力為100kPa,操作溫度下的亨利系數(shù)為177kPa,氣相總體積吸收系數(shù)為0.0231kmol/m3-s,試用解吸因數(shù)法求填料層高度。2 V已知v= =0.0204Y=—V-已知1 100-2 1 1-V1陽二0-8V八…因此時為低濃度吸收，故不氏0.024kmol/m2?Y—mX-A 彳—mXY2 1-n1-0.9881—=83.3=11.0Y-mXN也可由3—0.654和 =83.3,查圖5-25得到N=9780G Y一mX OGHOGV0.0241?

= =1.04mHOGKYaQ=0.0231=9.78X1.04=10.17m第六章蒸餾3.試計算壓力為101.3kPa時，苯-甲苯混合液在96℃時的氣液平衡組成。已知96℃時，pAo=160.52kPa,pBo=65.66kPa。

P—PO101.3—65.66解：液相苯的分率：x= b—= =0.376aPo—po160.52—65.66A BPo.x160.52x0.376氣相苯的分率：y= a= =0.596a p 101.35.根據(jù)某理想物系的平衡數(shù)據(jù)，試計算出相對揮發(fā)度并寫出相平衡方程式。溫度/℃pAo/kPapBo/kPa70123.331.280180.447.690252.670.1100349.8101.3解：溫度/℃7080901003.9523.7903.6033.4533.952+3.790+3.603+3.4530“⑴0- 4 =3.70（2（2）3.7x1+2.7x6.在一連續(xù)操作的精餾塔中，某混合液流量為5000kg/h,其中輕組分含量為0.3（摩爾分數(shù)，下同），要求餾出液輕組分回收率為0.88,釜液中輕組分含量不高于0.05,試求塔頂餾出液的摩爾流量和摩爾分數(shù)。已知MA=114kg/kmol,MB=128kg/kmolo解：進料混合物的平均摩爾質量:進料混合液的摩爾流量：F=瞿°=40.39kmol/h123.8物料衡算：F物料衡算：F=D+WFxF=DxD+叫40.39=D+W則：則40.39x0.3=40.39x0.88x0.3+Wx0.05聯(lián)立求解得：W=29.1kmol/hD=11.31kmol/h塔頂餾出液摩爾分數(shù)：xD=F.^F=4"39J：；O'8=0.9437.在一連續(xù)精餾塔中分離苯一氯仿混合液，要求餾出液中輕組分含量為0.96（摩爾分數(shù)，下同）的苯。進料量為75kmol/h,進料中苯含量為0.45,殘液中苯含量為0.1,回流比為3.0,泡點進料。試求：（1）從冷凝器回流至塔頂?shù)幕亓饕毫亢妥运仙恼魵饽柫髁?；?）寫出精餾段、提餾段操作線方程。解：物料衡算：75=D+W貝U：則75x0.45=Dx0.96+Wx0.1聯(lián)立求解得：D=Fx~3=75；（045；0，）=30.52kmol/hxD-x^ 0.96一0.1W=F-D=75-30.52=44.48kmol/h（1）從冷凝器回流至塔頂?shù)幕亓饕毫浚篖=R-D=3x30.52=91.56kmol/h自塔釜上生蒸汽的摩爾流量：V'=V=（R+1）D=（3+1）x30.52=122.1kmol/h（2）精餾段操作線方程：（3）提餾段操作線方程：提餾段下降液體組成：L'=L+F=91.56+75=166.568.某連續(xù)精餾塔，泡點進料，已知操作線方程如下：精餾段：y=0,8x+0.172提餾段：y=1.3x-0.018試求：原料液、餾出液、釜液組成及回流比。解：精餾段操作線的斜率為：由精餾段操作線的截距：x丁叱=0.172?塔頂餾出液組成xD=③86R+1 D提餾段操作線在對角線上的坐標為（xw，xw）,則由于泡點進料，q線為垂直線。精餾段與提餾段操作線交點的橫坐標為xp：F14.用一連續(xù)操作的精餾塔分離丙烯-丙烷混合液，進料含丙烯0.8（摩爾分數(shù)，下同），常壓操作，泡點進料，要使塔頂產(chǎn)品含丙烯0.95,塔釜產(chǎn)品含丙烷0.95,物系的相對揮發(fā)度為1.16,試計算：（1）最小回流比；（2）所需的最少理論塔板數(shù)。解：（1）泡點進料，q=1則xq=xF=0.8（2）全回流時的最小理論板數(shù)17.用一連續(xù)精餾塔分離苯-甲苯混合液。進料液中含苯0.4（質量分數(shù)，下同），要求餾出液中含苯0.97,釜液中含苯0.02,操作回流比為2.0,泡點進料，平均相對揮發(fā)度為2.5。使用捷算法確定所需的理論塔板數(shù)。解：先將質量分數(shù)換算為摩爾分數(shù)：泡點進料，q=1則xq=xF=0.44（2）全回流時的最小理論板數(shù)

由吉利蘭圖查得：\:min=0.45I乙所需的理論塔板數(shù)N『14.4（不包括塔釜）第一章習題.液體的粘度隨溫度升高而 ，氣體的粘度隨溫度的升高而 ，各密度為 ，各密度為1000kg-m-3,其流動類型2倍,則細管流速是粗管的）.水以2ms1的流速在①35mmx2.5mm鋼管中流動，水的粘度為1x10-3Pas.在穩(wěn)定流動系統(tǒng)中，水由粗管連續(xù)地流入細管，若粗管直徑是細管的倍。Pg答案：降低；升高；Z+嚀~+ +Pg1 2gPgm；湍流；4.流體在圓形直管內作定態(tài)流動，雷諾準數(shù)Re=1500,則其摩擦系數(shù)應為（A.0.032B.0.0427C.0.0267D.無法確定.雙液體U形差壓計要求指示液的密度差（ ）A.大；B.相等；C.?。籇.無要求.流體在圓形直管內流動時，若流動已進入完全湍流區(qū)，則摩擦系數(shù)為與Re的關系為（）。A.隨Re增加，入增加 B.隨Re增加，入減小C.隨Re增加，入基本不變 D.隨Re增加，入先增加后減小.如圖所示開口容器內盛有油高度為h1和水高度為h2及h,則B和B1點之間壓強的大小關系為（）。（B和B1點處于同一水平面）PB>PB1 BPB<PB1C.PB=PB1 D.無法比較答案：B；C；C；A；.離心泵的安裝高度超過允許安裝高度時，離心泵會發(fā)生 現(xiàn)象。.離心泵開動之前必須充滿被輸送的流體是為了防止發(fā)生（）。A.汽化現(xiàn)象 B.汽蝕現(xiàn)象 C.氣縛現(xiàn)象 D.氣浮現(xiàn)象答案：汽蝕；C簡述何謂離心泵的特性曲線并說明其特點。答：離心泵的特性曲線表示泵的壓頭H、軸功率N、效率n與流量Q之間的關系曲線。其特點為：H-Q曲線，表示泵的壓頭與流量之間的關系。離心泵的壓頭一般隨流量的增大而下降。N-Q曲線，表示泵的軸功率與流量之間的關系。軸功率隨流量的增大而上升，流量為零時軸功率最小。n-Q曲線，表示泵的效率與流量的關系，當Q=0時，n=0；隨著流量增大，泵的效率隨之而上升并達到一最大值，此后隨流量再增大時效率便下降。如圖所示，用泵將水從貯槽送至敞口高位槽，兩槽液面均恒定不變，輸送管路尺寸為83x3.5mm,泵的進出口管道上分別安裝有真空表和壓力表，真空表安裝位置離貯槽的水面高度H1為4.8m,壓力表安裝位置離貯槽的水面高度H2為5m。當輸水量為36m3/h時，進水管道全部阻力損失為1.96J/kg,出水管道全部阻力損失為4.9J/kg,壓力表讀數(shù)為2.452x105Pa,泵的效率為70%,水的密度?為1000kg/m3,試求：（1）兩槽液面的高度差H為多少？（2）泵所需的實際功率為多少kW?第三章習題.金屬的導熱系數(shù)大都隨其純度的增加而 ，隨其溫度的升高而 。.厚度不同的三種材料構成三層平壁，各層接觸良好，已知b1>b2>b3,導熱系數(shù)?]<?2<?3,在穩(wěn)定傳熱過程中，各層的熱阻 ，各層導熱速率。.物體輻射能力的大小與成正比，還與成正比。答案：增大；降低；R1>R2>R3；Q1=Q2=Q3黑度；溫度的四次方.間壁傳熱時，各層的溫度降與各相應層的熱阻成（