化工原理模擬題(帶答案和解)

PAGEPAGE5化工原理傳熱部分模擬試題及答案一填空(1)在傳熱實(shí)驗(yàn)中用飽和水蒸汽加熱空氣，總傳熱系數(shù)K接近于側(cè)的對流傳熱系數(shù)，而壁溫接近于側(cè)流體的。(3)由多層等厚平壁構(gòu)成的導(dǎo)熱壁面中，所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈大，則該壁面的熱阻愈，其兩側(cè)的溫差愈。(4)在無相變的對流傳熱過程中，熱阻主要集中在，減少熱阻的最有效措施是。(5)厚度不同的三種材料構(gòu)成三層平壁，各層接觸良好，已知b1>b2>b3，導(dǎo)熱系數(shù)1<2<3，在穩(wěn)定傳熱過程中，各層的熱阻，各層導(dǎo)熱速率。(7)水在管內(nèi)作湍流流動，若使流速提高到原來的2倍，則其對流傳熱系數(shù)約為原來的倍；管徑改為原來的1/2而流量相同，則其對流傳熱系數(shù)約為原來的倍。（設(shè)條件改變后仍在湍流范圍）(8)導(dǎo)熱系數(shù)的單位為，對流傳熱系數(shù)的單位為，總傳熱系數(shù)的單位為。二、選擇1某一套管換熱器，管間用飽和水蒸氣加熱管內(nèi)空氣（空氣在管內(nèi)作湍流流動），使空氣溫度由20℃升至80℃，現(xiàn)需空氣流量增加為原來的2倍，若要保持空氣進(jìn)出口溫度不變，則此時的傳熱溫差應(yīng)為原來的倍。A1.149B1.74C2D不定2一定流量的液體在一25×2.5mm的直管內(nèi)作湍流流動，其對流傳熱系數(shù)i=1000W/m2·℃；如流量與物性都不變，改用一19×2mm的直管，則其將變?yōu)椤1259B1496C1585D16783對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普蘭特準(zhǔn)數(shù)是表示的準(zhǔn)數(shù)。A對流傳熱B流動狀態(tài)C物性影響D自然對流影響4在蒸氣—空氣間壁換熱過程中，為強(qiáng)化傳熱，下列方案中的＿＿在工程上可行。A提高蒸氣流速B提高空氣流速C采用過熱蒸氣以提高蒸氣溫度D在蒸氣一側(cè)管壁加裝翅片，增加冷凝面積三、計算1有一換熱器，管內(nèi)通90℃的熱流體，膜系數(shù)為1100，管外有某種液體沸騰，沸點(diǎn)為50℃，膜系數(shù)為5800。試求以下兩種情況下的壁溫：（1）管壁清潔無垢；（2）外側(cè)有污垢產(chǎn)生，污垢熱阻為0.005解：忽略管壁熱阻，并假設(shè)壁溫為當(dāng)壁很薄時，根據(jù)壁兩側(cè)的對流傳熱方程式可得：則同理則由此可知，壁溫總是比較接近熱阻小的那一側(cè)流體的溫度。2一廢熱鍋爐，由25×2鍋爐鋼管組成，管外為水沸騰，溫度為227℃，管內(nèi)走合成轉(zhuǎn)化氣，溫度由575℃下降到472℃。已知轉(zhuǎn)化氣一側(cè)i=300W/m2·K，水側(cè)o=10000W/m2·K，鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/m·K，若忽略污垢熱阻，試求：(1)以內(nèi)壁面為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)Ki;(2)單位面積上的熱負(fù)荷q(W/m2);(3)管內(nèi)壁溫度TW及管外壁溫度Ti;解：（1）Ki所以（2）q（3）管內(nèi)壁溫度TW及管外壁溫度Ti因?yàn)橛缮鲜龇匠炭山獬觯?現(xiàn)有一逆流冷卻器，用冷水冷卻油，使油溫從420K降到370K，水進(jìn)口溫度為285K，出口溫度為310K。設(shè)油和水的流率、進(jìn)口溫度保持不變，將冷卻器長度增加一倍（其它尺寸不變），求油及水的出口溫度。解：420K370K310K285K對體系進(jìn)行熱量恒算，所以，（1）（2）冷卻器長度增加一倍后，420KT2t2285K假設(shè)：則所以，（3）（4）（1）=（3）1.95=（5）（2）=（4）3.9=（6）解（5）和（6）方程，得：T2=341.74Kt2=324.13K<2，則用算術(shù)平均值合適。4熱氣體在套管換熱器中用冷水冷卻，內(nèi)管為鋼管，導(dǎo)熱系數(shù)。冷水在管內(nèi)湍流流動，給熱系數(shù)，熱氣在環(huán)隙中湍流流動，給熱系數(shù)。不計垢層熱阻，試求：管壁熱阻占總熱阻的百分?jǐn)?shù)；內(nèi)管中冷水流速提高一倍，總傳熱系數(shù)有何變化？環(huán)隙中熱氣體流速提高一倍，總傳熱系數(shù)有何變化？解：（1）==總熱阻W管壁熱阻=管壁熱阻分率為（2）增加（3）增加由上可知，管壁熱阻往往占分率很小，可忽略；提高K值，強(qiáng)化傳熱，應(yīng)在小處著手?；ぴ砦詹糠帜M試題及答案一、填空1氣體吸收計算中，表示設(shè)備（填料）效能高低的一個量是傳質(zhì)單元高度，而表示傳質(zhì)任務(wù)難易程度的一個量是傳質(zhì)單元數(shù)。2如果板式塔設(shè)計不合理或操作不當(dāng)，可能產(chǎn)生嚴(yán)重漏液、嚴(yán)重泡沫夾帶及液泛等不正?，F(xiàn)象，使塔無法工作。3在填料塔中用清水吸收混合氣中HCl，當(dāng)水量減少時氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG增加。4一般來說，兩組份的等分子反相擴(kuò)散體現(xiàn)在精流單元操作中，而A組份通過B組份的單相擴(kuò)散體現(xiàn)在吸收操作中。5板式塔的類型有泡罩塔、浮閥塔、篩板塔（說出三種）；板式塔從總體上看汽液兩相呈逆流接觸，在板上汽液兩相呈錯流接觸。6易溶氣體溶液上方的分壓小，難溶氣體溶液上方的分壓大，只要組份在氣相中的分壓大于液相中該組分的平衡分壓，吸收就會繼續(xù)進(jìn)行。7壓力減小,溫度升高,將有利于解吸的進(jìn)行。8某低濃度氣體吸收過程，已知相平衡常數(shù)m=1，氣膜和液膜體積吸收系數(shù)分別為kya=2×10-4kmol/m3.s,kxa=0.4kmol/m3.s,則該吸收過程及氣膜阻力占總阻力的百分?jǐn)?shù)分別為氣膜控制，約100%；該氣體為易溶氣體。二、選擇1根據(jù)雙膜理論，當(dāng)被吸收組分在液相中溶解度很小時，以液相濃度表示的總傳質(zhì)系數(shù)B。A大于液相傳質(zhì)分系數(shù)B近似等于液相傳質(zhì)分系數(shù)C小于氣相傳質(zhì)分系數(shù)D近似等于氣相傳質(zhì)分系數(shù)2已知SO2水溶液在三種溫度t1、t2、t3下的亨利系數(shù)分別為E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.00625atm，則AAt1<t2Bt3>t2Ct1>t2Dt3<t1三、計算1有一填料吸收塔，在28℃及101.3kPa，用清水吸收200m3/h氨-空氣混合氣中的氨，使其含量由5%降低到0.04%（均為摩爾%）。填料塔直徑為0.8m，填料層體積為3m3，平衡關(guān)系為Y=1.4X，已知Kya=38.5kmol/h。問（1）出塔氨水濃度為出口最大濃度的80%時，該塔能否使用？（2）若在上述操作條件下，將吸收劑用量增大10%，該塔能否使用？（注：在此條件下不會發(fā)生液泛）解：（1）惰性氣體流量該塔現(xiàn)有填料層高度因?yàn)樗栽撍贿m合。（2）吸收劑用量增大10%時因?yàn)樗栽撍m合。2一填料塔用清水逆流吸收混合氣中的有害組分A。已知操作條件下氣相總傳質(zhì)單元高度為1.5m，進(jìn)塔混合氣組成為0.04（A的摩爾分率，下同），出塔尾氣組成為0.0053，出塔水溶液濃度為0.0128，操作條件下平衡關(guān)系為Y=2.5X。試求：（1）液氣比為最小液氣比的多少倍？（2）所需填料層高度？（3）若氣液流量和初始組成不變，要求尾氣濃度降至0.0033，求此時填料層高度為若干米？解：（1）液氣比為最小液氣比的多少倍?則(2）所需填料層高度？故(3)此條件下的填料層高度。3某逆流操作的吸收塔，用清水洗去氣體中的有害組分。已知該塔填料層總高度為9m，平衡關(guān)系Y=1.4X，測得氣體進(jìn)、出口濃度Y1=0.03，Y2=0.002，液體出口濃度X1=0.015（均為摩爾比）。試求：（1）操作液氣比L/V；（2）氣相總傳質(zhì)單元高度HOG，（3）如果限定氣體出口濃度Y2=0.0015，為此擬增加填料層高度，在保持液氣比不變的條件下應(yīng)增加多少？解：（1）操作液氣比L/V；（2）氣相總傳質(zhì)單元高度HOG，因故=0.0015其它條件不變，則不變新情況下的傳質(zhì)單元數(shù)為：故8某廠吸收塔填料層高度為4m，用水吸收尾氣中的有害組分A，已知平衡關(guān)系為Y=1.5X，塔頂X2=0，Y2=0.004，塔底X1=0.008，Y1=0.02，求：氣相總傳質(zhì)單元高度；操作液氣比為最小液氣比的多少倍；由于法定排放濃度Y2必須小于0.002，所以擬將填料層加高，若液氣流量不變，傳質(zhì)單元高度的變化亦可忽略不計，問填料層應(yīng)加高多少？解:（1）氣相總傳質(zhì)單元高度（2）操作液氣比為最小液氣比的多少倍因?yàn)閄2=0，故則（3）則所以所以化工原理流體流動部分模擬試題及答案一填空(1）流體在圓形管道中作層流流動，如果只將流速增加一倍，則阻力損失為原來的2倍；如果只將管徑增加一倍而流速不變，則阻力損失為原來的1/4倍。(2）離心泵的特性曲線通常包括H-Q曲線、η-Q和N-Q曲線，這些曲線表示在一定轉(zhuǎn)速下，輸送某種特定的液體時泵的性能。處于同一水平面的液體，維持等壓面的條件必須是靜止的、連通著的、同一種連續(xù)的液體。(5)有外加能量時以單位體積流體為基準(zhǔn)的實(shí)際流體柏努利方程為z1ρg+（u12ρ/2）+p1+Wsρ=z2ρg+（u22ρ/2）+p2+ρ∑hf，各項(xiàng)單位為Pa（N/m2）。(6）氣體的粘度隨溫度升高而增加，水的粘度隨溫度升高而降低。(7)流體在變徑管中作穩(wěn)定流動，在管徑縮小的地方其靜壓能減小。(8)流體流動的連續(xù)性方程是u1Aρ1=u2Aρ2=······=uAρ；適用于圓形直管的不可壓縮流體流動的連續(xù)性方程為u1d12=u2d22=······=ud2。(9)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?45mmHg測得一容器內(nèi)的絕對壓強(qiáng)為350mmHg，則真空度為395mmHg。測得另一容器內(nèi)的表壓強(qiáng)為1360mmHg，則其絕對壓強(qiáng)為2105mmHg。(10)測流體流量時，隨流量增加孔板流量計兩側(cè)壓差值將增加，若改用轉(zhuǎn)子流量計，隨流量增加轉(zhuǎn)子兩側(cè)壓差值將不變。二選擇3離心泵的調(diào)節(jié)閥開大時，BA吸入管路阻力損失不變B泵出口的壓力減小C泵入口的真空度減小D泵工作點(diǎn)的揚(yáng)程升高4流體流動時的摩擦阻力損失hf所損失的是機(jī)械能中的C項(xiàng)。A動能B位能C靜壓能D總機(jī)械能6在完全湍流時（阻力平方區(qū)），粗糙管的摩擦系數(shù)數(shù)值CA與光滑管一樣B只取決于ReC取決于相對粗糙度D與粗糙度無關(guān)7已知列管換熱器外殼內(nèi)徑為600mm，殼內(nèi)裝有269根25×2.5mm的換熱管，每小時有5×104kg的溶液在管束外側(cè)流過，溶液密度為810kg/m3，粘度為1.91×10－3Pa·s，則溶液在管束外流過時的流型為A。A層流B湍流C過渡流D無法確定8某離心泵運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，應(yīng)C。A停泵，向泵內(nèi)灌液B降低泵的安裝高度C檢查進(jìn)口管路是否有泄漏現(xiàn)象D檢查出口管路阻力是否過大三計算HHH1H21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83×3.5mm，泵的進(jìn)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(dāng)輸水量為36m3/h時，進(jìn)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2.452×105Pa，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(shí)際功率為多少kW？（3）真空表的讀數(shù)為多少kgf/cm2？（1）兩槽液面的高度差H在壓力表所在截面2-2′與高位槽液面3-3′間列柏努利方程，以貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，得：（2）泵所需的實(shí)際功率在貯槽液面0-0′與高位槽液面3-3′間列柏努利方程，以貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，有：（3）真空表的讀數(shù)在貯槽液面0-0′與真空表截面1-1′間列柏努利方程，有：H=20H=20mH1=2m2如圖所示輸水系統(tǒng)，已知管路總長度（包括所有當(dāng)量長度，下同）為100m，壓力表之后管路長度為80m，管路摩擦系數(shù)為0.03，管路內(nèi)徑為0.05m，水的密度為1000kg/m3，泵的效率為0.8，輸水量為15m3/h。求：（1）整個管路的阻力損失，J/kg；（2）泵軸功率，kw；（3）壓力表的讀數(shù)，Pa。解：（1）整個管路的阻力損失，J/kg；由題意知，則（2）泵軸功率，kw；在貯槽液面0-0′與高位槽液面1-1′間列柏努利方程，以貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，有：化工原理部分模擬試題及答案一、填空1精餾過程是利用部分冷凝和部分汽化的原理而進(jìn)行的。精餾設(shè)計中，回流比越大，所需理論板越少。減?。ㄔ龃?、減?。┰龃螅ㄔ龃蟆p?。p小（增大、減?。┰龃螅ㄔ龃?、減小）3分離任務(wù)要求一定，當(dāng)回流比一定時，在5種進(jìn)料狀況中,冷液體進(jìn)料的q值最大，提餾段操作線與平衡線之間的距離最遠(yuǎn),分離所需的總理論板數(shù)最少。4相對揮發(fā)度α=1，表示不能用普通精餾分離分離，但能用萃取精餾或恒沸精餾分離分離。5某二元混合物，進(jìn)料量為100kmol/h，xF=0.6，要求得到塔頂xD不小于0.9，則塔頂最大產(chǎn)量為66.7kmol/h。6精餾操作的依據(jù)是混合液中各組分的揮發(fā)度差異，實(shí)現(xiàn)精餾操作的必要條件包括塔頂液相回流和塔底上升蒸氣。7寫出相對揮發(fā)度的幾種表達(dá)式====。二、選擇1已知q=1.1，則加料中液體量與總加料量之比為C。A1.1:1B1:1.1C1:1D0.1:12精餾中引入回流，下降的液相與上升的汽相發(fā)生傳質(zhì)使上升的汽相易揮發(fā)組分濃度提高，最恰當(dāng)?shù)恼f法是D。A液相中易揮發(fā)組分進(jìn)入汽相；B汽相中難揮發(fā)組分進(jìn)入液相；C液相中易揮發(fā)組分和難揮發(fā)組分同時進(jìn)入汽相，但其中易揮發(fā)組分較多；D液相中易揮發(fā)組分進(jìn)入汽相和汽相中難揮發(fā)組分進(jìn)入液相必定同時發(fā)生。3某二元混合物，進(jìn)料量為100kmol/h，xF=0.6，要求得到塔頂xD不小于0.9，則塔頂最大產(chǎn)量為B。A60kmol/hB66.7kmol/hC90kmol/hD不能定4‘某二元混合物，=3，全回流條件下xn=0.3，則yn-1=DA0.9B0.3C0.854D0.7945精餾的操作線是直線，主要基于以下原因D。A理論板假定B理想物系C塔頂泡點(diǎn)回流D恒摩爾流假設(shè)6某篩板精餾塔在操作一段時間后，分離效率降低，且全塔壓降增加，其原因及應(yīng)采取的措施是B。A塔板受腐蝕，孔徑增大，產(chǎn)生漏液，應(yīng)增加塔釜熱負(fù)荷B篩孔被堵塞，孔徑減小，孔速增加，霧沫夾帶嚴(yán)重，應(yīng)降低負(fù)荷操作C塔板脫落，理論板數(shù)減少，應(yīng)停工檢修D(zhuǎn)降液管折斷，氣體短路，需更換降液管7板式塔中操作彈性最大的是B。A篩板塔B浮閥塔C泡罩塔8下列命題中不正確的為A。A上升氣速過大會引起漏液B上升氣速過大會引起液泛C上升氣速過大會使塔板效率下降D上升氣速過大會造成過量的液沫夾帶9二元溶液連續(xù)精餾計算中，進(jìn)料熱狀態(tài)的變化將引起以下線的變化B。A平衡線B操作線與q線C平衡線與操作線D平衡線與q線三、計算1用一精餾塔分離二元液體混合物，進(jìn)料量100kmol/h，易揮發(fā)組分xF=0.5，泡點(diǎn)進(jìn)料，得塔頂產(chǎn)品xD=0.9，塔底釜液xW=0.05（皆摩爾分率），操作回流比R=1.61，該物系平均相對揮發(fā)度α=2.25，塔頂為全凝器，求：塔頂和塔底的產(chǎn)品量（kmol/h）；第一塊塔板下降的液體組成x1為多少；寫出提餾段操作線數(shù)值方程；最小回流比。解：（1）塔頂和塔底的產(chǎn)品量（kmol/h）；F=D+W=100（1）（2）上述兩式聯(lián)立求解得W=47.06kmol/hD=52.94kmol/h（2）第一塊塔板下降的液體組成x1為多少；因塔頂為全凝器，（3）寫出提餾段操作線數(shù)值方程；則（4）最小回流比。泡點(diǎn)進(jìn)料，q=1,2用一連續(xù)精餾塔分離苯-甲苯混合溶液，原料液中含苯0.40，塔頂餾出液中含苯0.95（以上均為摩爾分率）。原料液為氣液混合進(jìn)料，其中蒸汽占1/3（摩爾數(shù)比）。苯-甲苯的平均相對揮發(fā)度為2.5，回流比為最小回流比的2倍，試