化工原理试题3

一、填空题

1. 某设备上真空表的读数为 13.3×10 3 Pa ，则设备内的绝对压强为

____________, 表压强为 ___________ 。已知该地区大气压强为 98.7×10 3 Pa 。 2. 某设备的进、出口压强分别为 1200 mmH 2 O （真空度）和 1.6 kgf/cm 2 （表压）。若当地大气压为 760 mmHg, 设备进、出口的压强差为 _____________ 。（用 SI 制表示）

3. 一套管换热器的内管外径为 80 mm, 外管内径为 150 mm, 其环隙的当量直径为 _________ 。

4. 有一内径为 25 mm 的水管，如管中水的流速为 1.0 m/s ，管中水的流动类型 _____________; 管中水保持层流状态的最大流速 ________________ （水的密度 ρ=1000 kg/m 3 , 粘度 μ= 1 cp ）。

5. 一定量的液体在圆形直管内作滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的一半，因流动阻力产生的能量损失为原来的 _______________ 倍。 6. 用 108×4 mm 的钢管从水塔将水引至车间，管路长度 150 m （包括管件的当量长度）。若此管路的全部能量损失为 118 J/kg ，此管路输水量为

___________m 3 /h 。（管路摩擦系数可取为 0.02 ，水的密度取为 1000 kg/m 3 ）

7. 离心泵启动前灌泵，是为了防止 ________ 现象发生 ; 离心泵的实际安装高度小于允许安装高度，就可防止 ____________ 现象发生。

8. 离心泵最常用的调节方法是 _____________; 往复泵的流量调节是采用 ________________ 。

9. 离心泵停车时要 _________________ 。

10. 离心泵装置中吸入管路的 __________ 的作用是防止启动前灌入的液体从泵内流出。

11. 一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由 20 ℃升至 50 ℃，则其沉降速度将 ____ 。

12. 降尘室的生产能力与降尘室的 _________ 和 _______ 有关。 13. 板框压滤机中，最终的过滤速率是洗涤速率的 ___________ 倍。

14. 在一套板框过滤机中，板有 __________ 种构造，框有 _________ 种构造。 15. 热传递的基本方式为 __________ 、 ____________ 和 ___________ 。 16. 灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比，称为物体的 _______ 。

17. 在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则传热管的壁温接近 ___________ 的温度。

18. 在一间壁式换热器中，用裂化渣油来加热原油。裂化渣油的初温为 300 ℃ , 终温为 200 ℃，原油的初温为 25 ℃，终温为 150 ℃ , 则并流时平均温度差 ___________, 逆流时平均温度差 _______________ 。

19. 若一表面温度为 20 ℃的物体的辐射能力为 398W/m 2 ，则该物体的黑度为 _________ 。

20. 为减少圆形管导热损失，采用包覆 2 种保温材料 a 、 b ，若它们厚度相同，导热系数 l a > l b ，则包覆的顺序从内到外依次为 _______________ 。 21. 溶液被加热到鼓起第一个气泡时的温度称为 _____ 温度 ; 气相混合物被冷却到有第一滴液滴析出时的温度称为 _______ 温度。

22. 当泡点进料时，进料热状态参数 q =________ ；当饱和蒸气进料时， q =________ 。

23. 在两组分蒸馏分离中，若组分相对挥发度越大，则表明分离 __________ （越易，越难，不确定）；若相对挥发度 a =____________ ，则不能用普通精馏方法分离该混合液。

24. 完成一个精馏操作的两个必要条件是 _________ 和塔底上升蒸气。 25. 对于正在操作中的精馏塔，若加大操作回流比，则塔顶产品浓度会 __________ 。 二、计算题

1. 用 Φ168×9 mm 的钢管输送原油。管线总长 100 km, 油量为 60000 kg/h ，油管最大抗压能力为 1.57×10 7 Pa 。已知 50 ℃时油的密度为 890 kg/m 3 , 粘度为 181 cp 。假定输油管水平放置，其局部阻力忽略不计。问：为完成上述输油任务 , 中途需设几个加压站 ?

2. 在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置 U 管压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为 10800 kg/h 时， U 管压差计读数 R 为 100 mm 。粗、细管的直径分别为 Φ60×3.5 mm 与 Φ42×3 mm 。计算：（ 1 ） 1kg 水流经两截面间的能量损失；（ 2 ）与该能量损失相当的压强降为多少 Pa ？（水的密度取为 1000 kg/m 3 ）

3. 在图示装置中，水管直径为 Φ57×3.5 mm 。当阀门全闭时，压力表读数为 0.3 大气压 , 而在阀门开启后，压力表读数降至 0.2 大气压。设管路入口至压力表处的压头损失为 0.5 mH 2 O ，求水的流量为若干 m 3 /h ？

4. 用泵将水从水池送至高位槽。高位槽液面高于水池液面 50 m ，管路全部能量损失为 20 J/kg ，流量为 36 m 3 /h ，高位槽与水池均为敞口。若泵的效率为 60% ，求泵的轴功率。（水的密度取为 1000 kg/m 3 ）

5. 某台板框式压滤机的过滤面积为 0.2m 2 ，在压差为 1.5at 下，以恒压操作方式过滤一种悬浮液， 2 小时后得滤液 40m 2 ，过滤介质阻力可以忽略不计，试求：（ 1 ）若过滤面积加倍，其它情况不变，可得滤液多少 m 3 ? （ 2 ）若将操作时间缩短一半，其它情况不变，可得滤液多少 m 3 ? （ 3 ）若在原压差下过滤 2 小时后，用 5m 3 的水洗涤滤渣，需要多长洗涤时间？

6. 在试验装置中过滤钛白的水悬浮液，过滤压力为 3at （表压），求得过滤常数如下： K=5×10 -5 m 2 /s ， q e =0.01 m 3 /m 2 。又测出滤渣体积与滤液体积之比 c =0.08m 3 /m 3 。现要用工业压滤机过滤同样的料液，过滤压力及所用滤布亦与实验时相同。压滤机型号为 BMY33/810-45 。这一型号设备滤框空处长与宽均为 810mm ，厚度为 45mm ，共有 26 个框，过滤面积为 33 m 2 ，框内总容量为 0.760m 3 。试计算：

（ 1 ）过滤进行到框内全部充满滤渣所需要过滤时间；

（ 2 ）过滤后用相当于滤液量 1/10 的清水进行横穿洗涤，求洗涤时间； （ 3 ）洗涤后卸渣、清理、装合等共需要 40 分钟，求每台压滤机的生产能力，分别以每小时平均可得多少滤渣计。

7. 在并流换热器中 , 用水冷却油。水的进、出口温度分别为 15 ℃和 40 ℃ , 油的进、出口温度分别为 150 ℃和 100 ℃。现因生产任务要求油的出口温度降至 80 ℃ , 设油和水的流量、进口温度及物性均不变 , 若原换热器的管长为 1m, 求将此换热器的管长增加多少米才能满足要求。换热器的热损失可忽略。 8. 一单程列管式换热器 , 由直径为 Φ25×2.5 mm 的钢管束组成。苯在换热器的管内流动 , 流量为 1.25 kg/s ，由 80 ℃冷却到 30 ℃，冷却水在管间和苯

呈逆流流动 , 进口水温为 20 ℃ , 出口不超过 50 ℃。已知水侧和苯侧的对流传热系数分别为 1.70 和 0.85 kW ／ ( ｍ 2 · ℃ ) ，污垢热阻和换热器的热损失可忽略，求换热器的传热面积。苯的平均比热为 1.9 kJ/(kg· ℃ ), 管壁材料的导热系数为 45 W/(m· ℃ ) 。

9. 氯仿（ CHCl 3 ）和四氯化碳（ CCl 4 ）的混合物在一连续精馏塔中分离。馏出液中氯仿的浓度为 0.95 （摩尔分率），馏出液流量为 50 kmol/h ，平均相对挥发度 = 1.6 ，回流比 R = 2 。求： （ 1 ）塔顶第二块塔板上升的气相组成；

（ 2 ）精馏段各板上升蒸气量 V 及下降液体量 L （以 kmol/h 表示）。 10. 今有含苯 40% 和甲苯 60%( 摩尔百分数，下同 ) 的混合液 , 欲用精馏塔分离出含苯 95% 的塔顶产品。进料为饱和液体 , 塔内平均相对挥发度为 2.5 。若操作回流比取为最小回流比的 1.5 倍 , 写出精馏段操作线方程。

答案 一、填空题 1. 85.4×10 3 Pa ; -13.3×10 3 Pa 2. -1.687×10 5 Pa 3. 70 mm 4. 湍流 ; 0.08 m/s 5.16 6. 79.13 m 3 /h 7 气缚； 气蚀 8. 改变阀门开度；旁路调节 9. 先关出口阀后断电 10. 底阀 11. 下降 12. 长；宽 13.4 14. 2; 1 15. 导热 ; 对流 ; 辐射。 16. 黑度 17. 饱和蒸气 18. 131.98 ℃ ; 162.8 ℃ 19. 0.95 20.b 、 a 21. 泡点 ; 露点 22. 1; 0 23. 越易； 1 24. 塔顶液相回流 25. 提高 二、计算题 1. 解： u 1 = u 2 ， Z 1 = Z 2 ，

u = V/A = (60000/890)/(3600×0.785×0.152) = 1.06 m/s Re = duρ/μ= 0.15×1.06×890/(181×10 -3 ) = 782 层流 λ= 64/Re = 64/782 = 0.0818

ΔP =λ(l/d)(u 2 /2)ρ= 0.0818×(10 5 /0.15)×(1.06 2 /2)×890 = 2.72×10 7 Pa

n = 2.72×10 7 /(1.57×10 7 ) = 1.73 中途应设一个加压站

2. 解：（ 1 ） 1kg 水流经两截面间的能量损失

设导管在上游的连接处为截面 1-1' ，下游的连接处为截面 2-2' ，并通过管轴作基准水平面。在两截面间列柏努利方程

式中 Z 1 = Z 2 = 0 ， u = w s /Aρ

m/s

m/s

∵ ， ∴ J/kg

将以上各数值代入柏努利方程式，解得

J/kg

（ 2 ）与该能量损失相当的压强降

N/m 2

3. 解：阀门全闭时，由 P 2 =ρgH ， H = 0.3×1.013×10 5 / （ 1000×9.81 ） = 3.1 m

即水槽液面距阀门中心线的高度为 3.1 m 。

阀门开启时，以水槽液面为上游截面 1-1' ，压力表处为下游截面 2-2' ，管路中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式

Z 1 = H = 3 m ， Z 2 = 0 ， P 1 = 0 ， P 2 = 0.2×1.013×10 5 Pa ， u 1 ≈0 ， Σhf/g = 0.5 mH 2 O 代入上式

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