化工原理复习题

《化工原理二》复习题

一、选择

1. 流体在圆形直管中完全湍流区流动时，与阻力损失hf项成正比的是流速u的 （B） A 1次方 B 2次方 C 1.75次方 D 0.75次方

2．文丘里流量计主要用来测量直管内流体的 （ D ）

A 点速度 B 径向速度 C 最大流速 D 平均速度 3. 流体直管内流动时，质点在径向上速度为零的流动形态应为 （ A ） A 层流 B 湍流 C 折流 D 过渡流 4. 离心泵主要特性参数中没有包括的是 （C ） A 扬程 B 轴功率 C 叶轮直径 D 转速

5. 离心泵启动时，为了保护电机，应 （D）

A 使扬程最小 B 使效率最高 C使轴功率最小 D 使流量最大 6. 用离心泵在同一管路中输送液体时，其他条件不变，若离心泵的转数增大7%，则其扬程将 （ A ） A 变大 B 变小 C 不变 D 无法确定

7. 在工程上，不是板框过滤机的主要部件的是 （ B ） A 洗涤板 B 分配头 C 非洗涤板 D 滤框

8. 一球形颗粒在空气中沉降，若沉降Re小于0.5，空气温度降低，其沉降速度将 （A ） A 增大 B 减小 C 不变 D 不好判断

9. 在滞流区颗粒的沉降速度正比于 （ D ） A （ρs－ρ）的1/2次方 B μ的零次方 C 粒子直径的0.5次方 D 粒子直径的平方 10. 当降尘室的高度减小10%后，其生产能力将 （ C ） A 变大 B 变小 C 不变 D 无法判断

11. 套管换热器内水和饱和水蒸汽换热，当蒸汽压力和水进口温度一定时，若增加水流量100%，则水侧对流传热系数应 （ B ） A 减小 B 增大 C 基本不变 D 无法确定

12. 在套管换热器中用常压水蒸气冷凝加热氮气，氮气的平均温度为20 oC，则壁温大约为

（D）

A 20 oC B 79.7 oC C 60 oC D 100 oC 13. 下列物质中，在相同条件下，热导率最大的物质是 （B ）

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A 水 B 铝 C 红砖 D 空气

14. 精馏塔操作时，若其他条件不变，进料温度下降，塔的分离提纯效果将 （ A ） A 增加 B 不变 C 减少 D 不确定

15. 精馏时若进料的汽液摩尔流量之比为2:3，则进料的热状况参数应为 C A 0.2 B 0.4 C 0.6 D 0.8

16. 流体在圆形直管内层流流动时，与摩擦系数λ成反比的是流速u的 （ C） A 1.75次方 B 2次方 C 1次方 D 0.75次方

17．转子流量计可用来测量管内流体的 （ A ） A 平均速度 B 径向速度 C 最大流速 D 点速度 18. 离心泵主要特性参数中没有包括的是 （D ） A 转速 B 气蚀余量 C 效率 D 有效功率

19. 启动离心泵时，应关闭出口阀，这是为了 （ D ） A 使效率最高 B 使扬程较小 C 便于操作 D 使轴功率最小

20 用离心泵在同一管路中输送液体时，若离心泵的转数增大5%，则其轴功率将 （A） A 变大 B 变小 C 不变 D 无法确定 21. 悬浮液通过滤饼和过滤介质后，得到的清液是 （ B） A 滤浆 B 滤液 C 滤渣 D 料浆

22. 一球形颗粒在空气中层流自由沉降，若空气温度升高，则其沉降速度将 （A） A 减小 B 增大 C 不变 D 不好判断

23. 一球形颗粒，在水中为层流沉降，同样条件下，若在空气中沉降，则类型为 （ D） A 层流区 B 过渡区 C 湍流区 D 不好判断

24 当降尘室的宽度增加15%后，其生产能力将 （ C ） A 不变 B 变小 C 变大 D 无法判断

25. 套管换热器内水和饱和水蒸汽换热，当蒸汽压力和水进口温度一定时，若增加水流量150%，则总传热系数K应 （B）

A 减小 B 增大 C 基本不变 D 无法确定 26. 在套管换热器中用常压水蒸气冷凝加热空气，空气的进出口温度分别为5 oC和 35 oC，则壁温大约为 （B ）

A 20 oC B 100 oC C 25 oC D 15 oC

27. 下列物质中，在相同条件下，热导率最大的物质是 (C )

2

A 碱水 B 空心砖 C 银 D 空气

28. 在两组分连续精馏塔中，若进料热状况参数为1.5时，进料为 (C ) A 气液混合进料 B 饱和蒸气进料 C 冷液进料 D 饱和液体

29.精馏塔设计时，若理论板数增加，则塔的分离提纯效果将 (A ) A 增加 B 不变 C 减少 D 不确定

30. 精馏时若进料的汽液摩尔流量之比为1:4，则进料的热状况参数应为 ( D )。 A 0.2 B 0.4 C 0.6 D 0.8

31. 流体在圆形直管中层流流动时，与单位质量流体的阻力损失hf成正比的是管内流体流速u的 (D) A 2次方 B 1.75次方 C 1.5次方 D 1次方 32．皮托管这种测量仪表直接测量管内流体的 (C ) A 平均速度 B 体积流量 C 点速度 D 质量流量

33. 流体在圆形直管内流动时，质点平行于管路中轴线作直线运动的应为 ( A ) A 层流 B 湍流 C 完全湍流 D 过渡流 34. 离心泵主要特性参数中没有包括的是 ( C ) A 流量 B 压头 C 有效功率 D 效率

35. 离心泵启动时，为了保护电机，应 (A ) A 关闭出口阀 B 关闭进口阀 C 全开出口阀 D 全开进口阀

36. 离心泵在同一管路中输送液体时，若叶轮转数增大10%，则其扬程将 (A ) A 变大 B 变小 C 不变 D 无法确定

37. 悬浮液通过多孔介质后，留在介质表面上的固体颗粒称为 (C ) A 滤浆 B 滤液 C 滤渣 D 料浆

38. 一球形颗粒在空气中沉降，若沉降的Ret < 0.5，空气温度升高时，其沉降速度将 （A） A 减小 B 增大 C 不变 D 不好判断

39. 其他条件不变，降尘室的宽度增加10%后，其处理量与原来相比将 （C ） A 不变 B 变小 C 变大 D 无法判断

40. 套管换热器内，水和饱和水蒸汽换热，当水进口温度和流量一定时，若增加水蒸汽压力，则水出口温度应 （B ） A 减小 B 增大 C 基本不变 D 无法确定

41. 在套管换热器中，用常压水蒸气冷凝加热氮气，若氮气的平均温度为20 oC，则壁温大

3

约为 （B ） A 20 oC B 100 oC C 60 oC D 39.7 oC

42. 下列物质中，在相同温度下，热导率最小的物质是 （ B ） A 不锈钢 B 空气 C 普通砖 D 银

43. 精馏塔的进料热状况参数为1时的进料是 （D） A 过冷液体进料 B 露点进料 C 气液混合进料 D 泡点进料

44. 设计精馏塔时，若产品组成确定，增大回流比时，达到指定分离要求所需要的理论板数

将 （C ） A 增多 B 不变 C 减少 D 不确定

45. 精馏段的操作线是直线，主要基于如下原因 （B ） A 理论板假定 B 恒摩尔流假定 C 塔顶泡点回流 D 理想物系 二、填空

1. 静力学方程式中，倒U型压差计通常用来测量 压力差 的大小。 2. 管内流体流动机械能衡算中，总的机械能包括位能、 动能 和静压能。 3. 流体在管内流动，当Re＝1600时，摩擦系数等于 0.04 。 4. 在压强恒定的条件下，一氧化碳的粘度随温度降低而 降低 。 5. 单位重量流体流经离心泵所获得的能量称为扬程，该能量属于 机械 能。 6. 离心泵的额定点是指 最高效率点 。 7. 根据往复泵和旋涡泵的特性，它们属于 正位移 泵。 8. 板框式过滤机一般比转筒过滤机的操作压力 大 。

9. 在换热器中，用饱和水蒸气冷凝来加热水，总传热系数接近于 水 侧的流体的对流传热系数。 10. 当系统的总压增大时，理想溶液中两组分的相对挥发度将 减小 。 11. 管内流体机械能衡算式中，总能量包括动能、位能和 静压能 。 12. 流体在圆形直管内流动，当Re＝800时，摩擦系数等于 0.08 。 13. 在压强恒定的条件下，NaOH溶液的粘度随温度降低而 升高 。

14. 离心泵的蜗壳不仅能收集和导出液体，同时又是 能量转换装置 。 15. 离心泵的额定点是指 最高效率点 。 16. 根据往复泵的特性，它与齿轮泵同属于 正位移 泵。 17. 热量传递的基本方式中，热对流方式有 自然 对流与强制对流。 18. 辐射传热时，灰体辐射能力的大小与 黑度 和热力学温度的四次方成正比。

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19. 板框式过滤机的洗涤板上作为标识物的钮有____3 ___个。

20. 当系统的总压增大时，溶液的泡点将 增大 。

21. 容器内的绝对压力为0.1atm时，其值相当于___ 10.13 ___kpa。 22. 在U型管压差计中，压力差的大小可以用______22. 液柱高度____来表示。 23. 管内流体伯努利方程中，位能、动能和静压能之和称为 总机械能 。 24. 流体在管内流动，当Re＝128时，摩擦系数等于____0.5____。 25. 离心泵的扬程是指单位重量流体流经泵所获得的 能量 。 26. 离心泵的设计工况点对应的流量是 最高效率 时的流量。 27. 往复泵的流量调节方法有：改变活塞的行程，改变原动机转速和 旁路调节 。 28. 常见的传热基本方式有三种，分别是热传导，热对流和 热辐射 。 29. 辐射传热时，黑体辐射能力的大小与 热力学温度 的四次方成正比。 30. 当系统的总压增大时，溶液中轻组分的挥发性能将 减小 。 三、名词解释

1. 流体静力学中的表压 ．．

以外界大气压为基准测得的压力称为表压。 2. 流体在圆管内的速度分布 ．．．．

流体流动时，管截面上质点的轴向速度沿半径的变化。 3. 离心沉降 ．．．．

依靠离心力的作用，使流体中的颗粒产生沉降运动。 4. 热辐射中的黑体 ．．

物体能全部吸收投射来的各种波长的热辐射线，这种物体叫黑体。 5. 填料塔的等板高度 ．．．．

与一层理论板的传质作用相当的填料层高度。 6. 标准状况

一个标准大气压，0 oC时的状态。 7. 离心泵的特性曲线 ．．．．

离心泵的扬程，轴功率，效率与流量之间的关系曲线。 8. 离心分离因数

同一颗粒所受的离心力与重力之比。 9. 吸收率

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投射到物体表面的辐射能中被物体吸收的部分所占的百分比 10. 全塔板效率

理论板数与实际板数之比，称为全塔板效率。 11. 稳态流动

流体在管路中流动时，在任一点的流速、压力等有关物理量参数都不随时间变化。 12. 泵的有效功率 ．．．．

单位时间内液体从泵中叶轮获得的有效能量。 13. 重力沉降

由地球引力的作用而发生的沉降过程 14. 热流密度

单位时间内，通过单位传热面积传递的热量。 15 全回流

在塔顶上升蒸汽冷凝后全部回流至塔内，称为全回流。 四、简答

1. 简述流体在圆管中流动时的各类速度分布曲线有什么共同点 管中心处速度最大，管壁处速度最小为0。

2. 简述离心泵灌泵成功，但启动时吸不上液体的原因

离心泵启动时泵壳内存有空气，由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小，导致在泵入口处形成的真空不足以将液体吸入泵内的现象。 3. 简述板框压滤机和转筒真空过滤机工艺流程上的区别

板框压滤机为间歇操作，可在高压下进行。转筒真空过滤机为连续操作，在真空下进行。 4. 简述液体大容器饱和沸腾曲线的不同区间。 自然对流，核状沸腾，膜状沸腾。

5. 板式塔求理论板数逐板计算的方法是什么。 交替使用操作线和相平衡线方程，直至达到分离要求 6. 简述全回流的特点

没有进出料，达到分离要求需要的理论板数最少 7. 层流和湍流的速度分布曲线的不同点

层流管中心处速度为平均速度的1倍，湍流管中心处速度为平均速度的0.82倍，湍流速度梯度集中在管壁处。

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8. 离心泵的气蚀现象

当叶轮入口处的压力降到液体在该处温度下的饱和蒸汽压时，液体将有部分汽化，产生的气泡随液体流到叶轮内高压区域时便会突然破裂，周围的液体将以高速冲向刚消失的气泡中心，造成很高的局部冲击压力，发生噪声，引起震动，使叶轮金属表面受到冲击而剥蚀的现象。

9. 简述恒压过滤和恒速过滤的区别

恒压过滤时，过滤推动力不变，过滤常数恒定，恒速过滤时，过滤速度不变。 10 简述影响对流传热系数的因素有哪些。

流体的物理性质，对流的起因，流动状态，有无相变化;传热面的形状，相对位置和尺寸5. 3种，泡罩，浮阀，筛板，浮阀应用最广

11. 精馏塔塔板常见类型有几种，分别是什么，其中应用程度最广的是那种。 （1）层流质点无径向速度，湍流有 （2）层流雷诺数小，湍流大 （3）层流阻力损失小，湍流大

12. 层流和湍流的区别（说出3条即可）

（1）H-qv曲线 H随qv的增大而减小 （2）P-qv曲线 P随qv的增大而增大 （3）?-qv曲线 ?随qv的增大而增大，达到最大后，又随qv的增大而下降。 13. 离心泵特性曲线的特点

深层过滤时，颗粒留在过滤介质内部，颗粒体积较小，滤饼过滤则在过滤介质表面形成滤饼，产生架桥现象。

14. 简述两种过滤方式深层过滤和滤饼过滤的区别

滴状冷凝和膜状冷凝，滴状冷凝的传热效果比膜状的好，对流传热系数大。 15 简述蒸汽冷凝的两种方式，并进行传热性能对比。 5种，冷液，饱和液，气液混合，饱和蒸汽，过热蒸汽

16 精馏塔进料的热状况有几种，分别是什么。 五、计算 1.

用泵将密度850kg?m-3，粘度0.19Pa?s的重油从贮池送至敞口高位槽中，如图，升扬高度为20m。输送管路为Ф108×4mm钢管，总长为1000m（包括直管长度及所有局部阻力的当量长度）。管路上装有孔径80mm的孔板测定流量，其油水压差计的读数是500mm。孔流系

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数是0.62。求输油量是多少m3?h-1？

1. 解： (1)uo = Co[2Rg(?o-?)/?]1/2

=0.62[2?0.5?9.8(1000-850)/850] 1/2=0.81m/s

输油量为V=0.81?0.785?0.082=4.1?10-3m3/s=14.7 m3?h-1 u= uo (Ao/A)=0.81?(0.08/0.1)2 =0.52m/s (2)Re=0.52?0.1?850/0.19=232<2000 层流

管线阻力为hf=64/Re(l/d)u2/2=64/232(1000/0.1)(0.522/2)=373J/kg 泵的有效功为W=20?9.81+hf=569.5J/kg 轴功率为N=569.5?4.1?10-3?850/0.55=3.61kW

2.一单壳程单管程列管换热器，由多根φ25mm×2.5mm的钢管组成管束，管程走某有机溶液，流速为0.5m/s，流量为15000kg/h，比热为1.76kJ/（kg·K），密度为858kg/m3，温度由20℃加热至50℃。壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。管程、壳程的对流传热系数分别为700W/（m2·K）和10000 W/（m2·K）。钢的导热系数为45 W/（m·K）。垢层热阻忽略不计。求：（1）总传热系数；（2）管子根数及管长；

2. 解：（1）Q=WCp△t=15×103×1.76×103×（50－20）/3600=2.20×105W

△tm=[(130－20)+(130－50)]/2=95℃ 以外表面为基准的传热系数： Ko=1/[1/10000＋(0.0025×0.025)/(45×0.0225)＋0.025/(700×0.02)] =513w/（m2·K）

（2）V=W/ρ=15×103/(3600×858)=0.0049m3/s

S截=V/u=0.0049/0.5=9.8×10-3m2 S截=πd2n / 4 n=4S截 /（πd2）=4×0.0098/（3.14×0.022）=31根 So=Q/（Ko·△tm）=220000/（513×95）=4.5m2 So=nπdol l= So/（nπdo）=4.5/（31×3.14×0.025）=1.85m 取2m

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3.

用板框过滤机恒压差过滤钛白(TiO2)水悬浮液。过滤机的尺寸为：滤框的边长为810mm（正方形），每框厚度42mm，共10个框。现已测得：过滤10分钟得滤液1.31m3,再过滤10分钟共得滤液1.905 m3。已知滤饼体积和滤液体积之比υ=0.1，试计算将滤框完全充满滤饼所需的过滤时间；

3 解：过滤面积A=10×2×0.81=13.12m，

2

滤饼体积Vs=10×0.812×0.042＝0.276m3， 滤液体积V=Vs/υ=2.76m3， q=V/A=0.21m3/m2， θ1=600s，q1=V1/A=0.1 ，θ2=1200s，q2=0.1452 (0.1＋qe)2=K(600＋θe) (1)… (0.1452＋qe) 2=K(1200＋θe) (2)… qe2=Kθe(3)

由方程1、2、3得K=2×10-5m2/s， qe=0.01， θe=5s ∴ θ＝(0.21＋0.01) 2/(2×10-5)=2415s=0.671h

4.

4.拟用一板框过滤机处理某一悬浮液，获每m3滤液得滤饼量0.04m3。在1.5atm操作压力下，

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过滤常数K=2.73×10m/s，过滤介质阻力可忽略不计。滤饼为不可压缩。(1) 若要求过滤1h获取0.41m3的滤饼，试求所需的过滤面积。(2) 若选用板框长×宽的规格为0.81×0.81m2，试确定框数及框的厚度。

4.

解：(1) V=0.41／0.04=10.25m3 V2=KA2θ

∴ A=V/（Kθ）0.5=10.25/((2.73×10-5×3600) 0.5)=32.7 m2

(2) A=n×2×0.81×0.81，n = 25，VS = n×0.81×0.81×δ ，δ = 0.025 m

5. 有一列管式换热器, 装有φ25×2.5mm 钢管300 根, 管长为2m。要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃, 选用108℃ 饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝传热系数为1×104 W/m2.K, 管壁、两侧污垢热阻及热损失均忽略。空气在平均温度下的物性常数为Cp=1kJ/kg·K, λ=2.85×10-2 W/（m·K），μ=1.98×10-5Pa·S。试求: A)空气在管内的对流传热系数; B)求换热器的总传热系数(以管子外表面为基准); C)通过计算说明该换热器能否满足需要？

5. 解：

(1) Re =d·G/μ=0.02×8000/(3600×0.785×0.022×300)/(1.98×10-5)

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=2.3828×104>104

∴αi=0.023(λ/di)Rei0.8Pr0.4

= 0.023×(2.85×10-2/0.02)×238280.8 ×0.70.4= 90.2W/m2·℃ (2) 1/K0=1/α0+ do/(αi·di)=1/104 + 25/(90.2×20)= 0.013958m2·℃/W ∴ Ko=71.64W/m2·℃

(3) Q= WCCpC(t2-t1)=(8000/3600)×103×(85-20)=144 kW △ tm=[(108-20)-(108-85)]/ln[(108-20)/(108-85)]=48.4℃ So=n· π· do· l = 300×3.14×0.025×2 = 47.12m Q’= KoSo△tm=71.64×47.12×48.4 = 163 kW ∴Q’>Q 满足要求

6. 在常压连续精馏塔中分离理想二元混合物，进料为饱和蒸汽，其中易挥发组分的含量 为0.54（摩尔分率），回流比R=3.6，提馏段操作线的斜率为1.25，截距为-0.0187，求馏出液组成xD。

6. 解: yq=xF=0.54 (1) 精线方程: y=0.7826x+0.217 xD  (2)

提段方程: y=1.25x-0.0187 (3) 式(1)与(3)联立得两操作线交点坐标xq=x=0.447， 将yq=0.54，， xq=0.447代入(2) 得xD=0.8764

7. 组成为xF=0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中气液摩尔比为1:2，塔顶xD=0.95(以上均为摩尔分率)，易挥发组分回收率为95%，回流比R=1.5Rmin，相对挥发度α=2.5，试求：⑴ 原料中汽相和液相组成；⑵ 列出提馏段操作线方程。

7. 解：(1) FxF=Vyq＋Lxq，0.45=(1/3) yq＋(2/3) xq，yq=2.5 xq/(1＋1.5 xq)， ∴ xq=0.375，yq=0.6，

(2) R min =(xD－yq)／(yq－xq)=(0.95-0.6)/(0.6-0.375)=1.56

R =1.5 × R min =2.34， D=0.95×0.45/0.95=0.45， W=1－0.45=0.55， xw=(FxF－DxD)/W=(0.45-0.45×0.95)/0.55=0.041 ，L=RD=2.34×0.45=1.053； V=(R＋1) D=1.053，L’=L＋qF=1.053＋(2/3)×1=1.72，V’=V－(1-q)F=1.503－1/3=1.17，y’=(L’/V’)x’－Wxw/V’=1.47x’－0.0193

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