化工原理试题3.doc

一、填空题 1. 某设备上真空表的读数为 13.310 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 98.710 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 =1000 kg/m 3 , 粘度 = 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 1084 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 1689 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 1.5710 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 603.5 mm 与 423 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 573.5 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=510 -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 252.5 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 ( 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. 85.410 3 Pa ; -13.310 3 Pa 2. -1.68710 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)/(36000.7850.152) = 1.06 m/s Re = du/= 0.151.06890/(18110 -3 ) = 782 层流 = 64/Re = 64/782 = 0.0818 P =(l/d)(u 2 /2)= 0.0818(10 5 /0.15)(1.06 2 /2)890 = 2.7210 7 Pa n = 2.7210 7 /(1.5710 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 /A 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 =gH ， H = 0.31.01310 5 / （ 10009.81 ） = 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 = 0.21.01310 5 Pa ， u 1 0 ， hf/g = 0.5 mH 2 O 代入上式 3.1 = 0.21.01310 5 / （ 10009.81 ） + / （ 29.81 ） + 0.5 解得 u 2 = 3.24 m/s V h = （ /4 ） d 2 u3600 = 22.9 m 3 /h 4. 解：设水池液面为 1-1 截面，高位槽液面为 2-2 ，以水池液面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程式。 Z 1 = 0 ， Z 2 = 50 m ， u 1 0 ， u 2 0 ， P 1 = P 2 = 0 （表压）， hf = 20 J/kg w e = 9.8150 + 20 = 510.5 J/kg 水的质量流率 w s = 361000/3600 = 10 kg/s 有效功率 N e = w e w s = 510.510 = 5105 W 轴功率 N = 5105/0.6 = 8508.3 W 5. 解：（ 1 ）因为恒压过滤，且不考虑过滤介质阻力 所以 V 2 = KA 2 q V 2 /V 1 = A 2 /A 1 V 2 = V 1 A 2 /A 1 =2 40 =80 m 2 (2) V 2 2 /V 1 2 = q 2 / q 1 V 2 = V 1 ( q 2 / q 1 ) 1/2 =40 (1/2) 0.5 =28.3 m 2 (3) 由 V 2 = KA 2 q 微分后： 2V d V = KA 2 d q d V/ d q = KA 2 /2V (dV/d q ) W = (dV/d q ) E /4= KA 2 /8V = V/8 q = 40/(8 2) = 2.5 m 2 /h q W = 5/2.5 = 2 h 6. 解（ 1 ）一个操作周期可得滤液体积 （ 2 ）最终过滤速率由过滤基本方程微分求得： 洗涤速率为最终过滤速率的 1/4 。洗涤水量为： （ 3 ）操作周期为： 生产能力： 7. 解：原平均温度差 t 1 = 150-15 = 135 , t 2 = 100-40 = 60 t m = （ 135-60 ） /ln （ 135/60 ） = 92.5 由热量衡算 Q = W h C ph （ T 1 - T 2 ） = WcCpc （ t 2 - t 1 ） W h C ph /WcCpc = （ t 2 - t 1 ） / （ T 1 - T 2 ） = （ 40-15 ） / （ 150-100 ） = 0.5 当油的温度降至 80 时 , 由热量衡算得 Q = W h C ph （ 150-80 ） = WcCpc （ t 2 -15 ） 或 W h C ph /WcCpc = （ t 2 -15 ） / （ 150-80 ） = 0.5 解得 t 2 = 50 新的平均温度差， t 1 = 150-15 = 135 , t 2 = 80-50 = 30 ， t m = （ 135-30 ） /ln （ 135/30 ） = 69.8 由传热速率方程可分别得 原换热器 W h C ph （ 150-100 ） = KSt m = KndL （ 92.5 ） 新换热器 W h C ph （ 150-80 ） = KSt m = KndL （ 69.8 ） L = （ 70/50 ） （ 92.5/69.8 ） 1 = 1.855 m L = 1.855 1 = 0.855 m 8. 解：由总传热速率方程式 Q = K O S O t m 式中 Q = W h C ph （ T