大学化工原理上册模拟试题及参考答案

化工原理上册模拟试题及参考答案 2016

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120mmHg，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

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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）：

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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/m3 ，粘度μ为0.624cP，水的饱和蒸气压为55.32mmHg。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，流量为65m3/h。

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20m2，某过滤压强下测得过滤常数K=2×10-2 m2/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2m3，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）

⑵现改用一种较厚的滤布，其常数为qe=2×10-2m，过滤完毕后，洗涤、拆

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装等辅助时间共为30分钟，问此时的生产能力为多少？（5分）

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⑶如①，设CaCO3的水悬浮液的浓度（以m3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的钢管组成管束。管程走有机溶剂，流量为1.5×104 kg/h，流速为0.5m/s；壳程通入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/m3，比热Cp=1.76kJ/(kg·K)，导热系数λ=0.143W/(m·K)，粘度μ=0.8cP；蒸汽的冷凝对流传热系数为104 W/(m2·K)；钢的导热系数取45 W/(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/(m2·K)；（6分）

⑵换热器的总传热系数（以管束外表面积为基准）K，W/(m2·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。

一、填空（每空1分，共20分） 4 页 第

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⒈ 1/2 倍， 1 ⒉ 8.332×104 Pa； 2.758×105 Pa 2016

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 ⒎ λ1﹥λ3﹥λ2 、 R2﹥ R3 ﹥ R1 8. 3.482 9. 空气 ， 饱和蒸汽 10. 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5 页 第

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[2分] n?2016

（[2分] 3）V15000/(884.2?3600)??302u?AT0.5???0.024 Q?m?cP?(t2?t1)?15000?1760?(50?20)?2.2?105W3600 [1分] ?tm??t1??t2110?80??94.2℃??t1??110?ln??ln???t??80???2? [2分] Q2.2?105Ao???4.519m2?n???do?LK?Ao516.8?94.20 L?Ao4.519??1.918mn???do30???0.025 [2分] '''K?KAQ?1.1Qooo(4) ?Ao Q?K?Ao??tm '?t?1.1?tm?1.1?94.20?103.6℃m ； 11 第 页

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[1分] 2016

Q'?1.1Q?m?cP?(t'2?t1)?2.42?105W[2分] ?t'm?'t2?52℃；?t1??t252?20??103.6℃T'?53??t1???ln???ln???t?T'?20???2?℃ ；T'?141一、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 。

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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。

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⒊试述罗伯－伊万斯假定的基本内容。

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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/m3 ，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4.8m，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/cm2。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

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1000 ×l000×40mm，有20个滤框，经过2h过滤，滤框完全充满滤饼，且每m2过滤面积得到滤液1.4m3。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=4428.4 W/(m2·K)；水的比热CP=4.174kJ/(kg?K)，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）

2⑷换热过程的总传热系数KO，W/(m?K)；(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）

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一、填空和选择题（每空1分，共30分）

⒈ 50.66 kPa＝ 380 mmHg ⒉ A ， B ⒊ 不变 变小 ⒋ C

⒌ 压缩 、 排气 、 余隙膨胀 和 吸气 ⒍ L/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。

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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＞0.8。 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）

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解：⑴在0-2间列柏努利方程：

22P0u0P2u2Z0???He?Z2????g2g?g2g?Hf0?2

（2分）

P0

（2分）

u2?= 0， P2=2.5kgf/cm2=2.452×105Pa

u0= 0，

4V4?4/3600??0.8842m/s22?d??0.04

（2分）

（2分）

?Hf0?2h??f0?2g?10?1.02m9.81;

Z0=0 Z2=5 代入上式，计算：H= 31.06m

（2分）

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⑵在0-3间列柏努利方程：

22P0u0P3u3Z0???He?Z3????g2g?g2g

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?Hf0?3

（2分）

P0=P3=0 , u0?u3?0, Z3-Z0=h,

（2分）

?Hf0?3??hf0?3g??hf0?2?g?hf2?3?10?40?5.098m9.81

h = 31.06-5.098=25.96m

（2分） ⑶

Ne?HQ?g?31.06??338.55W?0.34KW4?1000?9.813600

（2分）

N?Ne/??0.486KW

（2分） ⒉（15分） 解

：

⑴

过

滤

面

积

A?1?1?2?20?40m2

（3分）

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VqA2016

Q? （3分）

??????1.4?40?17.5m3h?4.681?10?3m3s2?1.2

⑵（2分）

过滤终了速率：

dVKA2?d?2V

采用横穿洗涤的洗涤速率是过滤终了速率的1/4，即

1?dV?KA2?dV???????d?4d??W??8V ?（2分）

VW8V?1?V2?W?????2h?V??KA2?8?KA2?dV???d???W

（3分）

Q?V?qA?1.4?40?10.77m3h?2.99?10?3m3s2?2?1.2????

（2分） ⒊（20分）

解：⑴换热器的热负荷： Q=W1r1=500×270=1.35×105kJ/h=37.5kW （3分）

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Q1.35?105W2???1078.1kg/hC?(t?t)4.174?(45?15)P221⑵冷却水用量： （2分）

?tm?⑶传热过程的对数平均温差： （2分）

其（2分）

中

：

?t1??t2?tln(1)?t2

?t1?T?t1?80?15?65℃；?t2?T?t2?80?45?35℃

?tm?所（2分）

⑷总传热系数Ko：

以

：

?t1??t265?35??48.46℃?t165ln()ln()35?t2

d110.0251?o???4?3.823?10?4m2?K/W KO?idi?o4428.4?0.0210

（3分）

KO?2615.97W/(m2?K)

（2分） ⑸换热器长度L：

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Q37.5?103AO???0.295m82??doLKO??tm2615.97?48.46

（2分）

L?AO0.2958??3.766m?do0.025?

（2分）

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