化工原理复习题

1、第一章流体流动与输送机械1.燃烧重油所得的燃烧气,经分析知其中含CO28.5%, 027.5%, N276%, H2O8% 体积%,试求此混合气体在温度500 C、压力101.3kPa时的密度.解：混合气体平均摩尔质量3 .Mm=EyiMi =0.085父44 +0.075父32 +0.76父28 +0.08父18 = 28.86父10 kg / mol .混合密度2 .20c下水和乙醇的密度分别为 998.2 kg/m3和789kg/m3,试计算50% 质量%乙醇水溶液的密度.又知其实测值为935 kg/m3,计算相对误差.解：乙醇水溶液的混合密度相对误差：3 .在大气压力为101.3kPa

2、的地区,某真空蒸储塔塔顶的真空表读数为85kPa.假设在大气压力为 90 kPa的地区,仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作,那么此时真空表的读数应为多少''斛：P绝=Pa 一 P真二Pa 一 P真P真=Pa _(Pap真)=90_(101.3 85) =73.7kPa题4 附图4 .如附图所示,密闭容器中存有密度为900 kg/m3的液体.容器上方的压力表读数为42kPa,又在液面下装一压力表,表中央线在测压口以上0.55m,其读数为58 kPa 0试计算液面到下方测压口的距离.解：液面下测压口处压力5 .如附图所示,敞口容器内盛有不互溶的油和水,油层和水层的厚度分别为700mm和

3、600mm.在容器底部开孔与玻璃管相连.油与水的密度分别为 800kg/m% 1000 kg/m3.题5附图1计算玻璃管内水柱的高度；2判断A与B、C与D点的压力是否相等.解：1容器底部压力 Pa = Pb Pc = Pd10.硫酸流经由大小管组成的串联管路,其尺寸分别为6 76x4mm和6 57x3.5mm.硫酸的密度为1831 kg/m3,体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的1质量流量；2平均流速；3质量流速.解：1大管：176 M 4mm(2)小管：©57 父 3.5mm质量流量不变 ms2 = 16479kg /hd1 268 2或:u2 =u1()= 0.6

4、9() =1.27m/sd25011.如附图所示,用虹吸管从高位槽向反响器加料,高位槽与反响器均与大气相通,且高位槽中液面恒定.现要求料液以1m/s的流速在管内流动,设料液在管内流动时的能量损失为 (不包括出口),试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离.解：以高位槽液面为 1-1'面,管出口内侧为2-2'面,在1-1 ' 间列柏努力方程：1 2简化：H =(-uf % Wf )/g14.附图所示的是丙烯精储塔的回流系统,丙烯由贮槽回流至塔顶.丙烯贮槽液面恒定,其液面上方的压力为2.0MPa (表压),精储塔内操作压力为1.3MPa (表压).塔内丙烯管出口处高出

5、贮槽内液面30m,管内径为140mm,丙烯密度为600kg/m3.现要求输送量为 40X 103kg/h,管路的全部能量损失为 150J/kg (不包括出口能量损失),试核算该过程是否需要泵.简化:P1pWe -Z2g 匹：u； % Wf20J/kg2-2 '题17 附图解：在贮槽液面1-1'与回流管出口外侧 2-2'间列柏努力方程：20.如附图所示,用泵将 时管路的全部能量损失为 解：在水池1面与高位槽30m o输送量为 30 m3/h,此20 c水从水池送至高位槽,槽内水面高出池内液面 40J/kg.设泵的效率为70%,试求泵所需的功率.2面间列柏努力方程：简化：W

6、e =Z2g %Wf第三章传热1、某加热器外面包了一层厚为300mm的绝缘材料,该材料的导热系数为0.16W/ (m.?C),已测得该绝缘t1 也 t2 Jbb2层外缘温度为30 C,距加热器外壁 250mm处为75C,试求加热器外壁面温度为多少解:2、某燃烧炉的平壁由以下三种砖依次砌成；耐火砖 t>1=230mm, Z=1.05 W/(m )绝热砖 b2=230mm, *>0.151W/(m )建筑砖 b3=240mm,£=0.93W/(m )耐火砖内侧温度为1000 C,耐火砖与绝热砖界面处的温度为940C ,要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过138 C,试求：(

7、1) 绝热层需几块绝热砖;(2) 普通砖外侧温度为多少?解：(1) b2=?230mm<b2=442mm<23CK 2mm那么：绝热层需两块绝热砖.校核t2=?(2) t4=?3、50X5 mm的不锈钢管,导热系数 入= 16W/(m K),外面包裹厚度为 30mm导热系数 其=0.2W/(m -K)的石棉保温层.假设钢管的内外表温度为 623K,保温层外外表温度为 373K,试求每米管长的热损失及钢管外外表的温度.解：钢管的内半径r1 =50 -2 5 =20mm2 50钢官的外半径r2 = =25mm2保温层的外半径3 =25 30 =55mm根据式(3-12a),每米管长的热

8、损失由于是定态热传导,故各层传导的热量应该相等,可得到钢管外外表的温度t2.16、每小时8000m3 (标准状况)的空气在蒸汽加热器中从12c被加热到42C,压强为400kPa的饱和水蒸气在管外冷凝.假设设备的热损失估计为热负荷的5%,试求该换热器的热负荷和蒸气用量.解：热量衡算：Q =1.05Q冷=1.05xms2xcD2x(t2 -t1) S 2 P 22 I ,查得标准状况下的空气物性参数Q 91蒸汽用量：ms1 =Q= 0.0426 kg/sr 2138.517、在一套管式换热器中,用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K ,冷却水进出口温度分别为 290K和320K.试

9、求冷却水消耗量.解：由苯的定性温度t =竺0_300 =325K 杳苯的物性参数cD =1.84kJ/ (kg o C) 2一P由苯计算热负荷 Q =ms1 cp1 (T1T2)=1.25 1.84 (350 300) =115kW290 320人由冷却水的je性温度t =305K ,查水的物性参数 Cp =4.18kJ/ (kg o C)215c加热至40 C,载热体从120c降至60Co试计算换热器逆流和18、在一列管式换热器中,将某溶液自并流时的冷、热流体平均温度差.解：1逆流时平均温度差为120 60并流:寸1-.寸2105-20 oCltm# = = =51 .3 Cm 并&

10、1、-105、ln(-) ln().t22040 15820 6515 401052019、在一单壳程、四管程的列管式换热器中,用水冷却油.冷却水在壳程流动,进出口温度分别为15 c和32o油的进、出口温度分别为100c和40Co试求两流体间的温度差.解：先按逆流时计算,逆流时平均温度差为5 = t1 1tt2 J8：；5 =43.00 C100 401n胃 1n五32 156825, 一、 * . ,折流时的对数平均温度差为Atm =Mm逆 其中f=fR,P由图 3-27 (a)查得(j)= 0.9,故 &m =0.9x43.0 =38.70 C20、在一内管为80?0mm的套管式换

11、热器中,管程中热水流量为3000kg/h ,进、出口温度分别为为 90C和60C.壳程中冷却水的进、出口温度分别为 20c和50 C,总传热系数为2000W/m2 ?C .试求：1冷却水用量；2逆流流动时的平均温度差及管子的长度；3并流流动时的平均温度差及管子的长度；解：(1)水的比热 cn =4.186kJ/(kg 0 C)p2逆流时平均温度差为工 40 40tm = 40 c23并流时平均温度差为905040602040口1 - 12-t m 逆=:1n(4：t24=30.8°C啜90207060501021、在一内管为25 25mm的套管式换热器中,CO2气体在管程流动,对流传

12、热系数为40 W/m2?c.壳程中冷却水的对流传热系数为3000W/m2k.试求：1总传热系数；2假设管内CO2气体的对流传热以系数增大一倍,总传热系数增加多少；3假设管外水的对流传热系数增大一倍,总传热系数增加多少;外外表积计解：d2 =0.02m, d1 =0.025m, dm =0.0225m, b =0.0025m查得碳钢的导热系数入=45W/m K取管内CO2侧污垢热阻Rs2=0.53?0-3 (m2 K/W)管外水侧热阻 Rs1=0.21 10-3 (m2 K/W) 1总传热系数以外外表积计(2)管内CO2气体的对流传热系数增大一倍,即T2=80W/(m 2K)总传热系数增加92.

13、8%(3)假设管外水的对流传热系数增大一倍,?1=6000W/(m2(K)总传热系数增加0.7%第五章气体吸收气液平衡1.在常压、室温条件下,含溶质的混合气的中,溶质的体积分率为10%,求混合气体中溶质的摩尔分率和摩尔比各为多少解：当压力不太高,温度不太低时,体积分率等于分摩尔分率,即y=0.10根据Y = _y_,所以 丫=_°=0.111- y1-0.12 .向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO气体,经充分接触后,测得水中的 CO平衡浓度为2.875X10 2kmol/m3,鼓泡器内总压为101.3kPa,水温30C,溶液密度为1000 kg/m3.试求亨利系数 E、溶解度

14、系数H及相平衡常数RI解：稀溶液:Pc :Ms查得 30C,水的 ps =4.2kPa1000355.56kmol/m183 .在压力为101.3kPa,温度30c下,含CO20% (体积分率)空气CO混合气与水充分接触,试求液相中CO的摩尔浓度、摩尔分率及摩尔比.解：查得30c下CO在水中的亨利系数 E为1.88 x105kPaCO为难溶于水的气体,故溶液为稀溶液5.用清水逆流吸收混合气中的氨,进入常压吸收塔的气体含氨6% (体积),氨的吸收率为93.3%,溶液出口侬度为0.012 (摩尔比),操作条件下相平衡关系为 丫 = 2.52X.试用气相摩尔比表示塔顶和塔底 处吸收的推动力.解:塔顶

15、：y2 =丫2 _丫2 =0.00429=0.00429、 * _ _ _ _ _ _ _塔底：AY =Y1 -Y1 =0.064 0.03024 =0.034吸收过程设计型计算10.用20 c的清水逆流吸收氨空气混合气中的氨,混合气体总压为101.3 kPa,其中氨的分压为1.0133kPa,要求混合气体处理量为 773吊用,水吸收混合气中氨的吸收率为99%.在操作条件下物系的平衡关系为Y =0.757X ,假设吸收剂用量为最小用的2倍,试求1塔内每小时所需清水的量为多少kg? ( 1)塔底液相浓度用摩尔分率表示解:(1)L0133=0.01Pb101.3 -1.0133实际吸收剂用量 L

16、=2L min=2 X 23.8=47.6kmol/h856.8 kg/h(2)X1 = X2+V (Y1-Y2)/l=0+31&0.01-0.0001)0.006611.在一填料吸收塔内,0.04 摩尔分率,下同. . . . _ _ * 下气液平衡关系为Y解:47.6用清水逆流吸收混合气体中的有害组分A,进塔混合气体中组分A的浓度为,出塔尾气中A的浓度为0.005,出塔水溶液中组分 A的浓度为0.012= 2.5X .试求操作液气比是最小液气比的倍数?12.用SO2含量为1.1 X10-3摩尔分率的水溶液吸收含 SO2为0.09 摩尔分率的混合气中的SO2.进塔吸收剂流量为3780

17、0kg/h,混合气流量为100kmol/h ,要求SO2的吸收率为80%.在吸收操作条件下,系,、,一 ,一、,一 、统的平衡关系为Y =17.8X ,求气相总传质单元数.解:37800吸收齐哧量L =2100kmol/h18惰性气体流量 V =100(1 -y1) =100(1 -0.09) =91kmol/h12.空气中含丙酮 2% 体积百分数的混合气以0.024kmol/m2 - s的流速进入一填料塔,今用流速为0.065kmol/m 2 , s的清水逆流吸收混合气中的丙酮,要求丙酮的回收率为 98.8%.操作压力为100 kPa,操作温度下的亨利系数为177 kPa,气相总体积吸收系数

18、为 0.0231 kmol/m 3 - s,试用解吸因数法求填料层高度.y1二100 -2=0.0204 Y1 =yi1 - y11 -0.02040.0204二 0.0208因此时为低浓度吸收,故 V 为 0.024kmol/m2 sQ= 83.3Y2 -mX2 Y21 -1 -0.988Y1 -mX2Y1=11.0Y1 - mX 2Nog 也可由 S = 0.654 和=83.3,查图 5-25 得到 N og =9.78Y2 -mX2H OG0.024=1.04mKyaQ 0.02313.试计算压力为PB°=65.66kPa.H OG =9.78X 1.04=10.17m第六章

19、蒸储101.3kPa时,苯-甲苯混合液在 96c时的气液平衡组成. 96c时,pA°=160.52kPa,解：液相苯的分率:XaP -PbOc O c OP A- Pb101.3一65.66 : 0.376160.52-65.66气相苯的分率:NaP A,XAP160.52 至=0.596101.35.根据某理想物系的平衡数据,试计算出相对挥发度并写出相平衡方程式.温度/cPA°/kPaPB°/kPa70123.331.280180.447.690252.670.1100349.8101.3解:温度/c7080901003.9523.7903.6033.4533.

20、952 3.790 3.603 3.453 o (1) am=3.70(2) y = 3.7X1 2.7x6 .在一连续操作的精储塔中,某混合液流量为5000kg/h,其中轻组分含量为0.3 (摩尔分数,下同),要求储出液轻组分回收率为0.88,釜液中轻组分含量不高于0.05,试求塔顶储出液的摩尔流量和摩尔分数.已知 M A=114kg/kmol, MB=128kg/kmol解：进料混合物的平均摩尔质量:进料混合液的摩尔流量：F = 5000 =40.39kmol/h123.8F =D W物料衡算：FxF = DxD WxW40.39 =D W40.39 0.3 =40.39 0.88 0.3

21、 W 0.05联立求解得： W= 29.1 kmol/hD=11.31 kmol/h/山一球八粉F xF 40.39 0.3 0.88塔顶储出披摩尔分数：xD =F = =0.943D11.317 .在一连续精微塔中别离苯氯仿混合液,要求储出液中轻组分含量为0.96 (摩尔分数,下同)的苯.进料量为75kmol/h,进料中苯含量为 0.45,残液中苯含量为0.1,回流比为3.0,泡点进料.试求：(1)从冷凝器回流至塔顶的回流液量和自塔釜上升的蒸气摩尔流量；(2)写出精储段、提储段操作线方程.解：物料衡算：75 二 D W75 0.45 = D 0.96 W 0.1联立求解得：D =F(xF -

22、xw)=吏_(0竺_毋 =30.52kmol/hxD -xW0.96 -0.1W=F-D= 75-30.52=44.48 kmol/h(1)从冷凝器回流至塔顶的回流液量：L =R D =3父30.52 =91.56kmol/h自塔釜上生蒸汽的摩尔流量：V'=V =(R 1)D =(3 1) 30.52 =122.1kmol/h(2)精微段操作线方程：(3)提储段操作线方程：提储段下降液体组成：L .= L F = 91.56 75 = 166.568 .某连续精微塔,泡点进料,操作线方程如下：精储段：y=0,8x+0.172提储段：y=1.3x-0.018试求：原料液、储出液、釜液组成

23、及回流比.解：精微段操作线的斜率为：由精微段操作线的截距：Xd 八一=0.172 .塔顶储出液组成Xd =0.86 R 1提储段操作线在对角线上的坐标为Xw, xw,那么由于泡点进料,q线为垂直线.精储段与提储段操作线交点的横坐标为Xf：14.用一连续操作的精储塔别离丙烯 -丙烷混合液,进料含丙烯0.8 摩尔分数,下同,常压操作,泡点进料,要使塔顶产品含丙烯 0.95 ,塔釜产品含丙烷 0.95 ,物系的相对挥发度为 1.16 ,试计算：1最小 回流比；2所需的最少理论塔板数.解：1泡点进料,q=1那么xq=xF=0.82全回流时的最小理论板数17.用一连续精储塔别离苯-甲苯混合液.进料液中含

24、苯0.4 质量分数,下同,要求储出液中含苯 0.97,釜液中含苯0.02,操作回流比为2.0,泡点进料,平均相对挥发度为2.5.使用捷算法确定所需的理论塔板数.解：先将质量分数换算为摩尔分数：泡点进料,q=1贝U Xq=xF=0.442全回流时的最小理论板数一 N N 一由吉利兰图查得：-一min- =0.45N 2所需的理论塔板数Nt=14.4 不包括塔釜第一章习题1 .液体的粘度随温度升高而 ,气体的粘度随温度的升高而 .2 .有外加能量时以单位重量流体为基准的实际流体柏努利方程 为,各项单位为.3 .水以2m -s-1的流速在 35m/2.5mm钢管中流动,水的粘度为1M0-3Pas,密

25、度为1000kg m-3,其流动类型为 2倍,那么细管流速4 .在稳定流动系统中,水由粗管连续地流入细管,假设粗管直径是细管的是粗管的倍.22答案：降低；升高；Zi.旦.He=Z2匕-Hfm；湍流；4Re= 1500,那么其摩擦系数应为(D.无法确定()1 .流体在圆形直管内作定态流动,雷诺准数A. 0.032 B. 0.0427 C. 0.02672 .双液体U形差压计要求指示液的密度差A.大； B.相等； C.小； D.无要求3 .流体在圆形直管内流动时, 假设流动已进入完全湍流区, 那么摩擦系数 入与Re的关系为().A.随Re增加,入增加B.随Re增加,入减小C.随Re增加,入根本不变

26、D.随Re增加,入先增加后减小4 .如下列图开口容器内盛有油高度为h1和水高度为h2及h,那么B和Bi点之间压强的大小关系为().(B和Bi点处于同一水平面)Pb>PbiB. Pb<PbiC. Pb=PbiD.无法比较答案：B; C; C; A;1 .离心泵的安装高度超过允许安装高度时,离心泵会发生 现象.2 .离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了预防发生().A.汽化现象B.汽蚀现象C.气缚现象D.气浮现象答案：7蚀；C简述何谓离心泵的特性曲线并说明其特点.答：离心泵的特性曲线表示泵的压头H、轴功率N、效率刀与流量Q之间的关系曲线.其特点为：(1) H-Q曲线,表示泵的压头与

27、流量之间的关系.离心泵的压头一般随流量的增大而下降.(2) N-Q曲线,表示泵的轴功率与流量之间的关系.轴功率随流量的增大而上升,流量为 零时轴功率最小.(3) r-Q曲线,表示泵的效率与流量的关系,当 Q=0时,刀=0随着流量增大,泵的效率 随之而上升并到达一最大值,此后随流量再增大时效率便下降.如下列图,用泵将水从贮槽送至敞口高位槽,两槽液面均恒定不变,输送管路尺寸为兜3 M.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Hi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

28、阻力损失为4.9J/kg,压力表读数为(4) 52 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为多少(2)泵所需的实际功率为多少kW?第三章习题1 .金属的导热系数大都随其纯度的增加而 ,随其温度的升高而 .2 .厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,b1>b2>b3,导热系数1<?2<?3,在稳定传热过程中,各层的热阻 ,各层导热速率 .3 .物体辐射水平的大小与 成正比,还与 成正比.答案：增大；降低；Ri > R2 > R3； Qi = Q2 = Q3；黑度；温度的四次方1 .间壁传热时,各层的温度降与各相应层的热阻成2 .在相同的温度