化工原理期末试题-5-答案

徐州工程学院试卷

徐州工程学院试卷答案

— 学年第 学期 课程名称 化工原理 试卷类型 考试形式 闭卷 考试时间 100 分钟 命 题 人 年 月 日 教研室主任(签字) 年 月 日 使用班级 教学院长(签字) 年 月 日 班 级 学 号 姓 名

题号 总分 得分 一 30 二 15 三 15 四 40 五 六 七 八 总分 100

一、单选题（共15题，每题2分，共计30分） 1. 转子流量计的主要特点是_____B_________。

A. 恒截面、恒压差 B. 变截面、恒压差 C. 恒流速、变压差 D. 变流速、变压差

2. 流体在圆形直管中流动时，若其已进入了完全湍流区，则摩擦系数λ与雷诺数Re的关系为____C___。

A. Re增大，λ增大 B. Re增大，λ减少

C. Re增大，λ基本不变 D. Re增大，λ先增大后减少 3. 穿过2层平壁的稳态热传导过程，已知各层温差为△t1=100℃, △t2=25℃，则第一、二层的热阻R1、R2的关系为_____D______。

A. 无法确定 B. R1 = 0.25R2 C. R1 = R2 D. R1 = 4R2 4. 某精馏塔的理论板数为11块（包括塔釜），全塔效率为0.5，则实际塔板数为______A________块。

A. 20 B. 22 C. 21 D. 23 5. 全回流时，y-x图上精馏段操作线的位置____C__________。

A.在对角线之上 B.在对角线与平衡线之间 C.与对角线重合 D. 在对角线之下 6. 在一定空气状态下，用对流干燥方法干燥湿物料时，不能除去的水分为________A______。

A.平衡水分 B.自由水分 C.非结合水分 D.结合水分

7. 用降尘室分离含尘气体，其临界沉降速度为utc、临界粒径为dtc，当将降尘室用水平隔板分为N层，则临界粒径变为dtc_____D________。

A. 不变 B. N C. 1/N D. 1/N 8. 湿空气经预热后，空气的焓增大，而______C________。

A. H、?都升高 B. H、?都降低 C. H不变，?降低

9. 在吸收传质过程中，它的方向和限度将取决于吸收质在气液两相平衡关系。若要进行吸收操作，则应控制_______A_______。

???A. PA?PA B. PA?PA C.PA?PA

10. 低浓度气体吸收中，已知平衡关系为y=2x，kxa=0.2 kmol/m3.s, kya=2×10-5 kmol/m3.s,, 则此体系属_______B_______控制。

A.液膜 B. 气膜 C.气液双膜

11. 对于气体减湿操作,在总压不变的情况下应使气体温度降至它的 A 以下。

(A)露点 (B)干球温度 (C)湿球温度 (D)绝热饱和温度

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12. 对一定的气体和稀溶液物系,亨利系数只取决于: A

(A)温度 (B)压强 (C)浓度 (D)流动状况

13. 在逆流吸收塔内,入塔条件不变,填料层高度h0趋向无穷大,当吸收因数A<1时,气液相在

B 处达到平衡。

(A)塔顶 (B)塔底 (C)塔中部 (D)塔中某一位置 14. 某离心泵运行一年后发现有气缚现象，应 C 。

A 停泵，向泵内灌液 B 降低泵的安装高度

C 检查进口管路是否有泄漏现象 D 检查出口管路阻力是否过大

15. 某液体在内径为d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为u0，当它以相同的体积流量通

过等长的内径为d2(d2=d0/2)的管子时，若流体为层流，则压降?p为原来的 C 倍。 A 4 B 8 C 16 D 32

二、填空题（15空，每空1分，共计15分）

1. 有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为 z1ρg+（u12ρ/2）+p1+Wsρ= z2ρg+（u22ρ/2）+p2 +ρ∑hf 。 2. 若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头 降低 ，流量 减小 ，效率 降低 ，轴功率 增加 。

3. 由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 小 ，其两侧的温差愈 小 。

4. 压力 减小 ,温度 升高 ,将有利于解吸的进行 ；当吸收因素 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔 顶 达到平衡。

5. 精馏操作的依据是 混合液中各组分的挥发度差异 ，实现精馏操作的必要条件包括 塔顶液相回流和塔底上升蒸气。

6. 不饱和湿空气当温度升高时，湿球温度 升高 ，绝对湿度 不变 ，相对湿度 降低 ，露点 不变 ，比容增大，焓增大。

三、简答题（共2题，每题5分，共计10分） 1、有两个球形粒子，一个为铅，一个为石英，其直径为150um，今令其在25℃的空气中沉降，试问哪个的沉降速度快？为什么？哪个粒子所受的阻力大？为什么？若空气升温到80℃，则沉降速度变大还是变小？为什么？

2、已知：t和tw；t和td，试用作图法确定上述条件下的空气状态点。

四、计算题（共3题，共计45分）

1（15分）有一废热锅炉，由Ф25×2.5碳钢管组成。管外为沸腾的水，压力为2570kN/m2(表压)。管内走合成转化气，温度由575℃下降到472℃。已知转化气一侧α1＝300 W/m2.K，水侧α2＝10000W/m2.K。若忽略污垢热阻，试求平均壁温。已知，2570 kN/m2 (表压)下，水的饱和温度为226.4℃，碳钢的导热系数??45W/(m.K)。 解 (1)求总传热系数 以管外表面A2为基准

10.00252512511bd21d2?? ＝＝＝0.00433 ??4522.530020?2?dm?1d110000K2 ∴ K2＝231 W/m2.K

(2)求平均温度差

?t1??t2(575?226.4)?(472?226.4)Δtm＝＝＝297.1℃

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（或 Δtm＝

?t1??t2(575?226.4)?(472?226.4)＝?294.1℃）

575?226.4?t1ln()ln()472?226.4?t2(3)求传热量

Q＝K2A2Δtm＝231×297.1 A2 （或 Q＝K2A2Δtm＝231×294.1 A2 ） (4)求管内壁温度Tw及管外壁温度tw

Q＝α1A1(T－Tw)，其中T为热流体温度，取进、出口温度的平均值，即T＝（575＋472）/2＝523.5℃，

所以： Tw＝T－Q/α1A1＝237.5℃ （或 Tw＝240.4℃） tw＝t＋Q/α2A2＝233.3℃ （或 tw＝234.9℃）

2. （15分）用一精馏塔分离二元液体混合物，进料量100kmol/h，易挥发组分xF=0.5，泡点进料，得塔顶产品xD=0.9，塔底釜液xW=0.05（皆摩尔分率），操作回流比R=1.61，该物系平均相对挥发度α=2.25，塔顶为全凝器，求：

(1) 塔顶和塔底的产品量（kmol/h）；

(2) 第一块塔板下降的液体组成x1为多少； (3) 写出提馏段操作线数值方程； (4) 最小回流比。 解：（1）塔顶和塔底的产品量（kmol/h）；

F=D+W=100 （1） D?0.9?W?0.05?FxF?100?0.5?50 （2） 上述两式联立求解得 W=47.06kmol/h D=52.94kmol/h （2）第一块塔板下降的液体组成x1为多少；

?x1 因塔顶为全凝器， xD?y1?

1?(??1)x1y10.9 x1???0.80

??(??1)y12.25?1.25?0.9（3）写出提馏段操作线数值方程；

V??V?(R?1)D?2.61?52.94?138.17

L??L?qF?RD?F?1.61?52.94?100?185.23

WxL?185.2347.06?0.05??1???W???ymxmxm则 V?V?138.17138.17

??0.017?1.34xm（4）最小回流比。

泡点进料，q=1, xq?xF?0.5 yq? Rmin??xq2.25?0.5 ??0.6921?(??1)xq1?1.25?0.5xD?yqyq?xq?0.9?0.692?1.083

0.692?0.54（15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为83×3.5mm，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H1为4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为2.452×105Pa，泵的效率为70%，水的密度为1000kg/m3，试求：（1）两槽液面的高度差H为

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多少？（2）泵所需的实际功率为多少kW？（3）真空表的读数多少？ 解：（1）两槽液面的高度差H 在压力表所在截面2-2′与高位槽液面3-3′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，得：

22u3pu2p2 gH2???gH??3??hf,2?3

2?2? 其中， ?hf,2?3?4.9J/kg, u3=0, p3=0,

p2=2.452×105Pa, H2=5m, u2=Vs/A=2.205m/s

2.20522.452?1054.9???29.74m 代入上式得： H?5?2?9.811000?9.819.81（2）泵所需的实际功率 在贮槽液面0-0′与高位槽液面3-3′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有：

22u0p0u3p gH0???We?gH??3??hf,0?3

2?2? 其中， ?hf,0?3?6.864.9J/kg, u2= u3=0, p2= p3=0, H0=0， H=29.4m

36?1000?10kg/s 3600故 Ne?Ws?We?298.46w， η=70%， N?Ne?4.27kw

代入方程求得： We=298.64J/kg， Ws?Vs???（3）真空表的读数 在贮槽液面0-0′与真空表截面1-1′间列柏努利方程，有：

2u0p0u12p1 gH0????gH1????hf,0?1

2?2?其中， ?hf,0?1?1.96J/kg, H0=0， u0=0, p0=0, H1=4.8m, u1=2.205m/s

2.2052(9.81?4.8??1.96)??5.15?104Pa 代入上式得， p1??100024

所以，真空表的读数为5.15×10Pa

H H2 H1

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