化工单元操作同步测试题解答 - 图文

化工单元操作同步测试题解答

绪 论 同步测试题答案

一、 填空题 1．化学、物理 2．技术基础课程 二、问答题

这些在各种化工类产品的生产过程中，普遍采用、遵循共同的物理学规律、所用设备相似、具有相同作用的基本物理操作，称为单元操作 三、计算题

解：电解液 I000kg

NaOH 的质量：1000 ×0 . 1 = 100kg NaCl 的质量： 1000 ×0 . 1 = 100kg H2O 的质量：1000 ×0 .8 = 800kg

在全过程中，溶液中 Na0H 量保持一定，为 100kg ，浓缩液中含Na0H为50 ％ ， 食盐分离后的浓缩液量：100／0 . 5 = 200kg， 200kg 浓缩液中

H2O 的质量： 200 ×0 . 48 = 96kg NaCl 的质量：200 ×0 . 02 = 4kg 水分蒸发量： 800－96＝704 kg 分离的食盐量：100－4＝96 kg

第一章 流体流动同步测试题答案

一、填空题

1. 该设备的绝对压强=640-200=440mmHg 2. 4250kg/h

3. 雷诺准数；Re≥4000；Re≤2000；Re在2000-4000之间。 4. 抛物线，2，ε/d，Re，减小。 5. 减少，减少，增加 6. 黏性 黏度

7. 快 水的黏度比油的小

8. 当速度梯度为1单位时，单位面积上所产生的内摩擦力就是黏度的数值

a2?a 9. de?44au?d2??2d1?2?????2?4 10. 据 1????d?u2?d?1??1?11. 直管阻力，局部阻力，阻力系数，当量长度。

12. 位，静压。 13．湍流 14. 细

15. 不， 摩擦阻力。

2216．100mm 17．2 1/4

二、选择题答案 1-5 A；B；D；D；C 6-10 B ；D ；C ；C ；A。

三、判断题答案 1.√ 2.ⅹ 3.ⅹ 4.√ 5.ⅹ 6.ⅹ 7.√ 8.× 9.√ 10.√ 四、问答题答案 1. pA 表压大气压线 真空度pB 绝对压强绝对压强 2. Re?3. 三者之间可以用一个公式表示为：

4. 滞流：稳态流动，质点只沿轴线方向移动，并无其它方向流动；

湍流：质点除了沿轴线方向移动外，还有其它方向移动，且流速产生脉动。

5. 在流动过程中，若系统的参变量不随时间改变仅随所在空间位置而变的流动称为定态流动。

6. 涉及的机械能有位能、动能和静压能。以上三者之和称为总机械能。 7. （1）在完成任务的情况下，管路应尽可能短，且多走直线、少拐弯。 （2）尽量少装管件和阀门等。

（3）在选择管径时尽可能选大管径，从流量方程式和阻力计算式可以看出，管径变化， 阻力变化很大。

（4）在被输送物料中加人某些药物，如丙烯酞胺、聚氧乙烯氧化物等，以减少腐蚀 和污垢的形成。

（5）尽可能利用大自然的能量，如重力场等。 8. 主要应用于以下三个方面：（1） 压强差与压强的测量。（2） 测量容器内的液面位置 （3）计算液封高度。

9. 静止流体 u1?u2?0,We?0,?hf1?2?0。此时柏努利方程式可化简为 即为静力学基本方程式。所以，静力学基本方程式是柏努利方程式的 一个特例。

10. 选取原则为：

1、 两截面一定要与流动方向相垂直。 2、 流体必须充满两个截面间的空间。

3、 所选的截面上各物理量除待求的外，必须是已知或可以算出的。

gz1?p1 绝对零压线 du??因质量流量一定，即uρ一定，水温升高时，水的黏度减小，所以Re将增大。

qm?qV??uA?

??gz2?p2?4、 计算输送机械有效功时，两个截面应选在输送机械的两侧范围内。

//

11. 根据静力学基本方程可知三根管2—2截面流速相等，根据柏努利方程知三根管2—2截面压强不相等 五、计算题答案 1.解：

（1）求标准状态下空气的ρ0：

已知MO2=32，MN2=28，MAr=40。单位均为kg/kmol。

Mm= MO2?χO2+ MN2?χN2+ MAr?χAr=32×0.21+28×0.78+40×0.01 =28.96kg/kmol（2分） ?0?P0Mm101.33?28.96??1.293kg/m3 RT08.315?2734

（2）求3.8×10Pa、20℃时空气的平均密度ρ：

PT03.8?104?2733

???0kg/m ?1.293??0.4523P0T101.33?10?(273?20)由计算结果可看出：空气在标准状况下的密度与其在3.8×104Pa、20℃状态下的密度相差

很多，故气体的密度一定要标明状态。 2. 解：

（1）根据兰州地区的条件，先求出操作时塔顶的绝对压强 绝对压强=当地大气压-真空度 =85.3－82.6=2.7 kPa

（2）在天津操作时，要维持相同的绝压，则 真空度=当地大气压-绝对压强 =101.33－2.7=98.63 kPa

3. 解：

（1）PC=PD可以成立。因A与B两点在静止的、连通的同一流体内，并且在同一水平面上。 而PA≠PB，因C与D两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通的同一种流体中。 （2）求h。

在测压口处平面找出E与F两点，很明显PE=PF（符合等压点的四个条件） PE=Pa+ h1ρ1g+ h2ρ2g 而 PF= Pa+hρ2g

因PE=PF故可得：Pa+ h1ρ1g+ h2ρ2g = Pa+hρ2g 代入已知数据可得：

0.7×800+0.6×1000=1000h h=1.16m

4. 解：

/

取图中等压面A-A

/

则有：PA=PA

而PA=P1+（h+R）ρ

气

g

/

PA=Pa+Rρ

水

g

联立两式并整理可得： P1= Pa +R（ρ 因ρ

气

水

-ρ

气

）g -hρ

气

g

<<ρ

水

，故上式可以简化为：

水

P1≈Pa +Rρg =101.33×103+0.17×1000×9.81

=102998 Pa（绝对压强）

5．解：

?Hg13600 H?.R??0.13?1.8m

?9801?qm??D2(H?h)? 4?0.785?22?(1.8?0.2)?980?6154kg?6.15(吨）

6. 解：

(1) 大管: ?76?4mm

qm?qV???9?1831?16479kg/h u1?qV9/3600??0.318m/s

0.785d20.785?0.12 (2) 小管: ?57?3.5mm

质量流量不变 qm2?16479kg/h

u2?Vs9/3600??1.27m/s 220.785d20.785?0.05d121002)?0.318()?1.27m/s d250 或: u2?u1(

7. 解：

（1）求体积流量

①取高位槽水面为1-1’截面，水管出口为2-2’截面，以地面为基准水平面。 ②在两截面间列柏努利方程：

uPuPgz1?1?1?We?gz2?2?2??hf

2?2?22各量确定如下：

z1=5m，z2=0，u1≈0，u2可求出（待求量）

uP1=P2=0（表压），We=0，?hf?45?2

222gz19.81?5ugz1?2??hf u2???1.46ms

24623水的流量：

2qV??4d2u2?3.14?(0.05)2?1..46?2.87?10?3m3s?10.3m3h 4（2）当总阻力不变时，水的流量增加20%，（管径也不变），实际上是增大水的流速，即 u2’=1.2u2=1.2×1.46=1.75m/s。

/2?)2(u2(u2)/2gz??45??23(u2)

22/123?(1.75)2z??7.18m

9.81/1高位槽应升高 7.18－5＝2.18m

8. 解

(1) 阀门全关,水静止

p表??gh

p表30?103?h??3?3.1m

?g10?9.81(2) 阀门全开:

////

取水槽液面为1-1截面、压力表处的管截面为2-2截面，在1-1截面和2-2截面之间列柏努力方程:

2p1u12p2u2 Z1???Z2????Hf

?g2g?g2gp1表?0 u1?0

2p2u2 简化: Z1?Z2????Hf

?g2g220?103u2??0.5 3.1?1000?9.82?9.8解之: u2?3.31m/s

? 流量: qV??4d2u2?0.785?0.052?3.31?6.5?10?3m3/s

3 ?23.4m/h 9. 解

查293K水的 ??998.2kg/m3,??1.005?10?3pa?s

?Re?du???4000

4000?4000?1.005?10?3 ?umin???0.126m/s

d?0.032?998.210．解:

当量直径: de?4ab2ab2?0.3?0.2???0.24m

2(a?b)a?b0.3?0.2 30℃空气物性: ??1.165kg/m3, Re? 由

??1.86?10?5pa?s

deu??de?0.24?12?1.1655?1.8?10 ?51.86?10??0.0005,查得??0.019

lu2120122 ??hf???0.019???684J/kg

de20.24211．解:

水在20℃时,??998.2kg/m3, d?0.106m

??1.005?10?3pa?s

u??qVd2?3600?0.945m/s 20.785?(0.106)0.106?0.945?998.2?9.96?104 ?31.005?10304Re?du???查得 ??0.0252

lu2损失能量 ?hf???(???)?

d2容器入管口 ξ= 0.5

标准90°弯头 ξ= 0.75 2个

半开截止阀 ξ= 9.5

阻力总系数

???0.5?2?0.75?9.5?11.5lu21200(0.945)2?hf???(???)??0.0252?(?11.5)??127.5Jkg

d20.1062以河水水面为基准，河水水面为1－1截面，水管出口中心为2－2截面//

在1－1截面和2－2截面之间列柏努力方程:

2u12p2u2Z1g???We?Z2g????hf?2?2/

/

p1z1?0,u1?0,p1(表）?0，p2(表）?0，2u2(0.945)2We?Z2g???hf?34.5?9.81??127.5?466.4Jkg

22.4?30 Pe?We?qm?We?qV???466

12．解:

?998.2?3879.7W?3.88kW 3600 （1）换一根粗管。体积流量Vs不变，qV?u1A1?u2A2?? 体积流量为：qV??4(0.053)2?4??4d粗?2.5

2 所换一根粗管的直径d粗4?(0.053)2??0.067m。可选用附录十一中无缝钢管，规

2.5格为φ76×3.5mm （2）增加一根管子。

Vs不变，总体积流量为两根管子内体积流量之和，用d增表示所增加管子的内径。

qV??4?(0.053)2?4??4?(0.053)2?2.5??4d增?2.5

2可解出 d增4?(0.053)2?2.5?(0.053)2??0.041m。可选用附录十一中无缝钢

2.5管，规格为φ45×3mm。

第二章 流体输送设备同步测试题解答

一、 填空题答案 １.动力式、容积式。

２. 灌入液体 ； 空气 ； 空气； 离心力 ； 压力； 压

３. 输送单位重量的液体从泵入口处(泵进口法兰)到泵出口处(泵出口法兰)；将液体输送的高度 。

４. 通风机、鼓风机、压缩机、真空泵 ５. 动风压、流量、全压、功率、效率 。 二、 选择题答案

1.B. 2.A 3.B. 4.A 5.A 6.A 7.B 8．C 9．C 10.B 三、问答题

1.离心泵的主要结构部件，工作原理。

答：离心泵的主要结构部件为叶轮和蜗壳。

工作原理：驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力,在离心力作用下,液体沿叶片流道被甩向叶轮出口,液体经蜗壳收集并送入排出管。液体从叶轮获得能量,?使静压能和动能均增加,并依靠此能量将液体输送到工作地点。

在液体被甩向叶轮出口的同时,叶轮入口中心处形成了低压,?在吸液罐和叶轮中心处的液体之间就产生了压差,吸液罐中的液体在这个压差作用下,不断地经吸入管路及泵的吸入室进入叶轮中。

2.离心泵启动的基本步骤。 答：（1）全开进口阀门，关闭出口管路阀门。

（2）接通电源，当泵达到正常转速后，再逐渐打开出口管路阀门，并调节到所需工况。（3） 注意观察仪表读数，检查轴封泄漏情况，正常时机械密封泄漏＜3滴/分，检查电机、轴承处温升≤70度，如果发现异常情况，应及时处理。

3.离心泵切换的基本步骤及注意点。 答：⑴ 备用泵启动之前应做好全面检查及启用前的准备工作，热油泵应处于完全预热状态。 ⑵ 开泵入口阀，使泵体内充满介质并放空排尽空气。

⑶ 启动电机，然后检查各部的震动情况和轴承温度，确认正常，电流稳定在正常操作范围之内，泵体压力高于正常操作压力，逐步将出口阀开大，同时相应将另一台泵出口阀门关小直至关死并停泵。如热油泵应做好预热工作。

4.离心泵流量调节的方法，用出口阀调节流量的基本原理及优点。 答：（1）直接调节流量

在离心泵的出口处加装调节阀，改变调节阀的开度，使管路阻力发生变化，即改变管路的特性曲线及水泵运行工作点，控制管路的流量；

（2）改变转速调节流量

水泵的流量与水泵的转速近似成正比，通过改变水泵转速即可改变流量； （3）旁通调节流量

在水泵的旁通管路上安装调节阀，改变阀门的开度控制旁通管路的流量大小．来调节流量。

用出口阀调节流量的基本原理及优点：改变管路特征曲线He=A+Bqe中的B值，阀门开大，工作点远离纵轴，，阀门关小，工作点靠近纵轴，优点是操作简捷灵活。

5.正位移泵的特点，流量如何调节？

答：（1）隔膜泵是往复泵的一种，流量调节通过调整活柱往复频率或旁路。其应用场合为腐蚀性的液体、固体悬浮液。

（2）计量泵 ：调整偏心度，柱塞冲程变化来流量调节。

（3）齿轮泵：旋转泵的一种，调整转速或旁路来流量调节。应用于高压头、小流量。粘稠以至膏状物输送。

（4）螺杆泵：旋转泵的一种，螺纹在旋转时有推进作用。流量调方法： 转速或旁路。应用场合：高压头、小流量。粘稠以至膏状物，固体悬浮液。 6.正位移泵操作的安全注意事项。

答：启动泵时必须将排出管路阀门完全打开

7.离心式压缩机的优、缺点。 答：优点：

（1）在相同容量的情况下,特别是在大容量时,与螺杆压缩机组相比,省去了庞大的油分装置,机组的重量及尺寸较小,占地面积小。

（2）离心式压缩机结构简单紧凑,运动件少,工作可靠,经久耐用,运行费用低; （3）容易实现多级压缩和多种蒸发温度,容易实现中间冷却,耗功较低;

（4）离心机组中混入的润滑油极少,对换热器的传热效果影响较小,机组具有较高的效率.

离心式压缩机同时也具有以下四个缺点:

（1）转子转速较高, 为了保证叶轮一定的宽度, 离心式压缩机必须用于大中流量场合, 不适合于小流量场合;

（2）单级压比低,为了得到较高压比须采用多级叶轮,一般还要用增速齿轮; （3）喘振是离心式压缩机固有缺点,机组须添加防喘振系统;

（4）离心式压缩机同一台机组工况不能有大的变动,适用的范围比较窄.

8.往复式压缩机的工作原理。

答：当电动机拖动曲轴作回转式旋转时，通过连杆的传动，活塞便做往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时，气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。当活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。总之，曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。

9.什么是喘振？如何防止喘振？

答：离心式压缩机的排气压力高低或冷凝压力高低均随压缩机吸气口的流量大小变化而变化。当超过压缩机的最高排气压力时，或制冷负荷低于喘振点对应负荷时，离心式压缩机开始出现运行不稳定，也就是说压缩蒸气开始从冷凝器向压缩机倒流。由于制冷剂蒸气倒流原因，使压缩机排气口压力下降，下降到一定值，压缩机又开始排气，排气压力又上升，当排气口压力上升到一定值时，又发生气体倒流，这种排气压力时降时高不稳定的现象称为喘振。

防止喘振：保证机组最低运转负荷在30%以上，另一种是通过限制导叶轮的开启度从而限制冷凝压力的增加，喘振点远离工作点，喘振控制可通过打开压缩机的旁路阀或直接将一部分气体放空以维持压缩机的最低流量来实现。

10.什么叫汽蚀现象?汽蚀现象有什么破坏作用?

答：当泵入口处压力P1等于或小于同温度下液体的饱和蒸气压PV时，液体发生汽化，气泡在高压作用下，迅速凝聚或破裂产生压力极大、频率极高的冲击，泵体强烈振动并发出噪声，液体流量、压头（出口压力）及效率明显下降。这种现象称为离心泵的汽蚀。 破坏作用：

(1)产生振动和噪音:汽泡溃灭时,液体质点互相冲击,就能够产生各种频率范围的噪音。在汽蚀严重时,可以听到泵内有\劈啪\的[wiki]爆炸[/wiki]声,同时,机组会产生振动。

(2)对泵的工作性能有影响:当汽蚀发展到一定程度时,?汽泡大量产生,会堵塞流道,使泵的流量、扬程、效率等均明显下降。

(3)对流道的材质会有破坏:主要是在叶片入口附近金属的疲劳剥蚀。

11.发生汽蚀现象的原因有哪些?如何防止汽蚀现象的发生? 答：发生汽蚀现象的原因： 1、被输送的介质温度过高； 2、水池液位过低，有气体被吸入； 3、泵的安装高度过高；

4、流速和吸入管路上的阻力太大；

5、吸入管道、法兰(指不带液封的)密封不好，有空气进入。

为避免气蚀现象产生，叶片入口附近的最低压强不能低于输送温度下液体的饱和蒸气压。（泵的安装高度不能过高）泵内最低压强的位置不易确定，一般都规定泵入口处的最低压强，称为入口处允许的最低压强。

12.为什么启动前一定要将离心泵灌满被输送液体？

答：离心泵在起动前，必须完全排除泵内和吸水管内的空气，否则，当叶轮旋转时，由于空气的比重比水小得多，因而，空气就会聚集在叶轮的中心，不能形成足够的真空，这就会妨碍水泵的吸水，影响水泵正常工作，所以，除自吸式离心泵和叶轮浸在水中的离心泵外，其它离心泵，在起动前，都必须给泵内和吸水管路灌满水。

13.离心泵在启动和停止运行时泵的出口阀应处于什么状态？为什么？

答：启动待排出管路上的压力表达到额定值并稳定后慢慢打开泵的出口阀，直至全开。主要是为了防止启动电流过大引起电机过载。

停止先缓慢关闭出口阀，以防逆止阀失灵致使出水管压力水倒灌进泵内，引起叶轮反转，造成泵损坏。

由

查得水的物性参数

两流体在传热过程中无相变

=

(忽略污垢热阻)

逆流 热流体T: 78 40 冷流体t：35 20

Δt 43 20

12、解：(1)计算管壁对管内流体的对流传热系数

由

查得流体苯的物性数据如下:

流体被加热,n=0.4

(2)计算总传热系数K

(按平壁计算K)

(3)计算平均温度差

逆流 热流体T: 120 120 冷流体t： 70 30

Δt 50 90

(4)计算所需面积

所以本换热器不合用。

第四章 非均相混和物分离同步测试题解答

一、填空题

1、加速；匀速；匀速。

2、颗粒密度大于气体密度；层流。 3、地面积；高度。 4、深层过滤；滤饼过滤

5、物料特性；过滤压强差；过滤介质阻力大小。 二、选择题

1、D；2、A；3、B；4、B；5、A 三、判断题

1、√；2、×；3、√；4、√；5× 四、解答题

1、颗粒在沉降过程中，靠近器壁的颗粒会受到器壁的影响，其沉降速度比自由沉降小，称为壁应。当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时可忽略。

2、比阻反映了颗粒形状、尺寸及床层空隙率对滤液流动的影响。不可压缩滤饼取决于悬浮液的物理性质；可压缩滤饼取决于两侧压强差。

3、不可行。过滤时间增大到某一数值后会使滤液量增幅小于过滤时间的增幅，使过滤速率减小，不经济。 五、计算题

1、（1）μ20=1×10Pa·S，μ50=0.55×10Pa·S；ρ50=988.1kg/m, ρ20=998.2kg/m。

-3

-3

3

3

u1?(?s??20)2gd

18??20(?s??50)2gd

18??50u2?u1(1850?998)?0.55??0.54 u2(1850?988)?1（2）同理，粒径增加一倍在同温水中作自由沉降，速度变为原来的4倍。 2、设为层流沉降：

u=(10×10)(3000-1.29)×9.807/(18×0.035×10) =4.67×10m·s

验算：Re=(10×10×4.67×10×1.29)/(0.035×10) =1.72×10＜1 假设正确

单层流量：V单=LBut=4×2×4.67×10-3=0.037m·s

3

-1

3

-1

3

-1

-3-6

-3

-3

-3

-1

-62

-3

25层流量：V=25V单=25×0.037=0.925 m·s =3330m.h

每小时处理炉气量V标=V(To/T)=3330×(270/423) =2149.15 m.h

3

-1

3、（1）

2

V实=0.81×0.81×18×2=23.62m22

V=KAθ

0.5-50.5

A计=V(1/Kθ)=8[1/（1.65×10×2×3600）]

2

=23.2m

A实＞A计，可满足要求

（2）求θw dv/dθw=(1/4)(dv/dq)=V/8θ

3-1

=8/(8×2)=0.5m.h θw=Vw/(dv/dq)w=0.25/0.5=0.5h

第五章 蒸发同步测试题解答

一、填空题 1、传热过程，沸点

2、不断供给热量和排除汽化的蒸汽 3、生，二次，单效，多效

4、传热推动力，溶液沸点升高（温度损失） 5、降低了溶液沸点和提高了传热温差

6、增大传热系数的有效温差 二、分析简答题

答1、某蒸发器在正常操作条件下，可将一定流量的原料液蒸至一定浓度，现发现完成液浓度达不到要求，其可能的原因是： （1）加热蒸汽温度下降了 （2）操作压强升高了 （3）原料量增多了 （4）原料浓度降低了

答2、多效蒸发有三种流程，其各自特点为：

（1）并流加料流程：优点在于后一效蒸发室的压强比前一效低，溶液可以借助于压强差自动流到后一效蒸发器而不需要泵，同时，前一效溶液的沸点比后一效的高，进到后一效后，无需加热还可放热，可多蒸发一些溶剂。缺点是溶液的浓度逐步增大，温度又逐渐降低，因而黏度增加，传热系数降低，使整个生产能力减小。

（2）逆流加料流程：优点在于溶液浓度虽越来越大，但温度越来越高，黏度相差不大，传热系数不致降低很多，缺点是用泵输送，使装置复杂化，另外，各效的进料温度都比较低，所产生的二次蒸汽比并流的少。

（3）平流加料流程：此流程适用于蒸发过程中伴有结晶析出的溶液。

答3、蒸发时溶液的沸点升高主要与溶液类别、浓度、操作压强有关： （1）因溶液蒸气压下降而引起温度差损失 （2）因加热管内液柱静压强而引起温度差损失 （3）由于管路流动阻力而引起温度差损失

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