(应化、化学)化工基础习题1

PAGE9化工基础习题化学工程特有的研究方法有：实验研究方法和数学模型方法。传递过程的研究通常按分子尺度、微团尺度和设备尺度三种不同的尺度进行。化工系统工程谋求的目标是该系统的整体优化。流体流动根据流体流动的连续性假定，流体是由无数流体质点组成的连续介质。牛顿粘性定律的表达式为____________________。粘性产生的原因，气体：分子热运动碰撞，液体：分子间吸引力。流体静力学方程式的表示式为，其物理意义为流体静压强仅与流体的密度及该点的几何位置有关。测得某设备的真空度为190mmHg，若当时的大气压强为10.33mH2O，则该设备内的绝对压强为KPa。（75.98）粘度是流体的粘性的度量，流体的粘度越大则流体的流动性越小。气体的粘度随温度的升高（降低）而增大（减小），液体的粘度随温度的升高而减小。根据流体的连续性方程，当流量一定时，管路直径愈小，则流速愈大；若所选流体密度愈小，则流速愈大。一般液体在管路中流动时，常用流速范围为0.5-2.5m/s；压缩气体在管路中流动时，常用流速范围为15-25m/s。已知规格为φ114×4的管道出口处水的体积流量为0.0628m3/s，则管出口处水的流速为m/s。（7.12）雷诺准数的计算式为，湍流时，平均速度u=0.8umax局部阻力计算中的当量长度是指与局部阻力相当的直管长度。孔板流量计的特点是变压差、变流速、变阻力、恒流通截面。转子流量计的特点是恒压差、恒流速、恒阻力、变流通截面。测量流体流量时，随着流体流量增大，转子流量计两端压差值不变；孔板流量计两端压差值增大。离心泵铭牌上的Qe表示泵的送液能力，He表示扬程，这些数据指标是在泵的工作效率最高时的工况参数。离心泵产生离心力的大小，除与叶轮的转速和直径有关外，还与流体的密度有关，密度越大，则叶轮产生的离心力越大。离心泵在启动前必须充满液体，这是为了防止气缚现象。传热对流传热是流体内部由于流体质点的位移和混和而引起的。传导传热是依靠粒子的热运动碰撞而进行的。物质在发生相变时伴随的热量变化称为潜热。工业生产中的换热方法有三种：直接式换热、间壁式换热、蓄热式换热。在圆筒壁热传导计算中，当时，用对数平均半径来计算传热面积。平壁稳定热传导过程，通过三层厚度相同的材料，每层温度变化如图所示，则λ1、λ2、λ3的大小顺序为，每层热阻R1、R2、R3的大小顺序是。TT1λ1λ2λ3T2T3T4对流给热方程中的传热膜系数α通常与流体的导热系数成正比，而与传热边界层厚度成反比。若其他条件相同，则并流操作的平均温度差小于逆流操作的平均温度差；若传递同样的热量，则并流操作所需的传热面积大于逆流操作。为减少圆形管导热损失，采用包覆三种厚度相等的保温材料A、B、C，若，则包覆的顺序从内到外依次应该为C、B、A。通过对复杂的对流传热过程的分析和简化处理后，对流传热的热阻就集中到传热边界层内。换热器要经常清除污垢，其原因是污垢传热系数小，热阻大。在热传导基本方程中，负号表示热量沿温度降低方向传递。对数平均温差是指换热器一端两流体的温度差减去另一端两流体的温度差，再除以这两个温度差之比的自然对数。强化传热可以从增大总传热系数、增大传热面积、提高平均温度差三个方面采取措施。列管式换热器每立方米有效容积的传热面积可达40-150m2。管长与壳内径之比通常为6~10。吸收1、吸收在化学工业中的应用有：（1）原料气的净化；（2）有用组分的回收；（3）某些产品的制取；（4）废气治理。气体的溶解度一般随温度的升高而降低，液体的溶解度随温度升高而增大。在吸收操作中，温度降低和压力升高都可提高气体在液体中的溶解度而有利于吸收的进行。若温度不变，压力增大，可使相平衡常数m减小，传质推动力增大。相平衡常数m越大，则物质的溶解度越小；对同一吸收质，温度升高，则亨利系数H增大，溶解度下降。在吸收过程中通常以实际浓度与平衡浓度的偏离程度来表示吸收过程的推动力。吸收塔某一截面上总推动力以气相浓度差表示为Y-Y*。在层流流动中，吸收质在垂直于流体流动方向的扩散靠分子运动来完成；在湍流流动中，吸收质主要靠流体质点不规则运动的涡流实现扩散。涡流扩散系数DE不是物质的特性常数，与湍流程度、质点位置等因素有关。在吸收总系数与分系数关系表达式中，若溶解度系数E很小，KL近似等于kL，则该吸收过程为液膜控制过程。若溶解度系数E很大，KG近似等于kG，则吸收过程为气膜控制过程。根据“双膜理论”，下列判断中可以成立的是（B）A、可溶组分的溶解度小，吸收过程的速率为气膜控制；B、可溶组分的亨利系数大，吸收过程的速率为液膜控制；C、可溶组分的相平衡常数大，吸收过程的速率为气膜控制；D、液相的粘度低，吸收过程的速率为液膜控制。在实验室用水吸收空气中的CO2基本属于液膜控制，其气膜中的浓度梯度小于液膜中的浓度梯度。气膜阻力小于液膜阻力。为选择合适类型的吸收设备，需判断吸收过程的控制步骤。浓H2SO4吸收NO2的吸收过程为液膜控制，浓H2SO4吸收SO3为气膜控制，稀氨水吸收NH3为气膜控制。吸收剂用量增大，会使吸收操作线斜率增大，因而使完成同样吸收任务所需的填料层高度减小。亨利定律的适用条件是（1）总压不太高，即总压≤0.1Mpa；（2）稀溶液，即浓度≤10%。精馏精馏的基本原理是借助液体具有挥发而成为蒸气的能力，将液体混合物多次部分气化和多次部分冷凝，从而将液体混合物分离开来。纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸气压。减压蒸馏是因为降低压力可以降低液体的沸点。精馏理论中，“理论板”概念提出的充分而必要的前提是离开塔板的气液相达到平衡。精馏塔内气、液两相接触传质的必要条件是：塔顶液相回流和塔釜气相回流。泡点进料时，精馏段上升蒸气量等于提馏段上升蒸气量，下降液体量小于提馏；露点进料时，精馏段下降液体量等于提馏段，上升蒸气量大于提馏段。连续精馏操作，原工况为泡点进料，由某种原因温度降低，使q>1，进料浓度、塔顶采出率及进料位置均保持不变。试判断：=1\*GB2⑴塔釜蒸汽量保持不变，则塔釜加热量Q不变，下降,增加；=2\*GB2⑵保持回流比R不变，则塔釜加热量Q变大，变大,变小。若回流比增大，则过程推动力增大，理论塔板数减少，设备费减少，操作费增大。反之亦然。若已知精馏过程的回流比R和塔顶产品含量xD，则精馏段操作线方程的表达式为。对一定分离程度而言，若全回流，则理论塔板数最少，此时操作费用最大；若最小回流比，则理论塔板数无穷多，此时传质推动力为零。精馏塔操作时，其温度和压力从塔底到塔顶的变化趋势为：温度逐渐降低，压力逐渐减小。在精馏塔操作中，保持F、、q、L不变，而增大，则R减小，减小，L/V减小。在精馏实验中，若增大回流比R，则塔顶馏出液组成xD将增加，釜液xW将减小，精馏段上升蒸气量V将增加，精馏段液气比L/V将增加。以气相浓度表示的莫夫里板效率为：EmV=（yn-yn+1）/（yn*-yn+1）。化学反应工程与反应器1、从微观化学反应动力学的角度看，影响化学反应速率的因素主要有：温度和浓度。2、数学模拟方法为解决化学反应工程问题提供了一条途径，其关键在于对过程实质的了解和对过程的合理简化，从而得到与实际过程近似等效的数学模型。3、按反应器的结构形式分类，工业反应器可分为：管式反应器、釜式反应器和塔式反应器。3、化学反应过程中，反应级数的大小反映该物料浓度对反应速率影响的程度，其绝对值一般不会超过3。4、对于同一个反应，反应速率常数随温度、溶剂和催化剂的变化而变化。5、返混也称逆向混合，专指不同停留时间的流体粒子之间的混合，是连续化所伴生的现象。6、活塞流反应器的特点是：（1）空间各点的运动参数不随时间而变但随位置而变；（2）所有物料的反应时间相同；（3）没有返混。7、连续操作搅拌釜式反应器可视为全混流反应器，其特点是：（1）空间各点的温度、浓度均匀一致，且不随时间而变；（2）物料反应时间为0～∞。8、理想置换流动最大的特点是没有返混，所有物料反应时间一致；理想混合流动的最大特点是立刻完全混合均匀，物料反应时间为0～∞。合成氨合成氨的生产流程为：造气、净化、压缩合成、分离和循环。当混合气中N2的含量为22%~21%时，称为半水煤气。间歇法制半水煤气的工艺条件包括：温度、吹风速度、水蒸气用量、燃料层高度和循环时间等。由于原料气中都含有一定数量的硫化物，能使催化剂中毒和管道设备受到腐蚀，所以必须进行脱硫操作。湿法脱硫是用液体吸收剂吸收原料气中的硫化物，常用的化学吸收法主要有氨水催化法和改良ADA法。变换是将原料气中的CO除去的操作，其化学反应式为：。提高平衡氨含量的途径为：（1）降低温度；（2）提高压强；（3）保持氢氮比为3左右；（4）减少惰性气体的含量。合成氨铁系催化剂的主要成分是FeO和Fe2O3，催化剂的活性组分是金属铁。BABABRA1、如图流体在倾斜变径管中流动，则U型压差计A、B两截面间的动能变化和位能变化之和（B）A、B两截面间的流动阻力损失A、B两截面间的动能变化和位能变化之和（B）A、B两截面间的流动阻力损失和动能变化之和（C）A、B两截面间的压差值（D）A、B两截面间的流动阻力损失（（3、内径为27mm的自来水管其设计输水能力宜为。（A）0.2m3/h(B)2m3/h(C)20m3/h(D)200m3/h4、某二元混合物，若液相组成为0.45，相应的泡点温度为；气相组成为0.45，相应的露点温度为，则（）。A.＜B.=C.＞D.不能判断5、分离某两元混合液，进料量为10kmol/h，组成=0.6，若要求馏出液组成≥0.9，则最大馏出液的量为（）。A.6.67kmol/hB.6kmol/hC.9kmol/hD.不能确定6、精馏塔中由塔顶往下的第、、层理论板，其气相组成关系为（）。A.＞＞B.＜＜C.==D.不能确定7、用精馏塔完成分离任务所需理论板数NT为8（包括再沸器），若全塔效率为50%，则塔内实际塔板数为（）。A.16B.12C.14D.不能确定测得某设备的表压为500mmH2O，当时的大气压强为工程大气压（at），则该设备内的绝对压强为kpa。A．98kpaB．103kpaC．120kpaD．127kpa若管道中密度为998.5kg/m3的流体的质量流量为5.073×104kg/h，流速为1.6m/s，则该管内径为m。A．0.162mB．0.87mC．0.92mD．0.106m10、离心泵的扬程是指单位重量流体经过泵后以下能量的增加值。A．包括内能在内的总能量B．机械能C．静压能D．位能11、某一套管换热器，由管间的饱和蒸气加热管内空气，设饱和蒸汽温度为100℃，空气进口温度为20℃，出口温度为80℃，则此换热器内管壁温度应是。A．接近空气平均温度B．接近饱和蒸汽和空气进口温度的平均温度C．接近饱和蒸汽温度D．接近饱和蒸汽和空气出口温度的平均温度12、热量传递有三种基本方式，其中描述传导传热的定律是定律。A．牛顿冷却定律B．傅立叶定律C．菲克定律D．分配定律13、同一离心泵分别输送密度为及的两种流体，已知两者体积流量相等，=1.2，则。（A）扬程H1=H2，轴功率N2=1.2N1（B）扬程H1=1.2H2，轴功率N2=N1（C）扬程H1=H2，轴功率N1=1.2N2（D）扬程H2=1.2H1，轴功率N2=1.2N114、常压20℃下稀氨水的相平衡方程为y*=0.94x,今使含氨5%(摩尔)的混合气体和x=0.1的氨水接触,则发生_________。A、吸收过程B、解吸过程C、平衡过程D、无法判断15、氨接触氧化的总反应式为：4NH3+4O2══2NO+N2+6H2O+Q已知NH3的进口浓度为12.5%（摩尔分数，以下同），出口浓度为0.25%，则氨的转化率为_____________。A、97.9%B、98.9%C、95.5%D、96.9%16、若当地大气压强为一个标准大气压，下列比较中正确的是____________。P1（表压）=-0.5atm；P2（真空度）=500mmHg；P3（绝对压）=5000N/m2。A、P1>P2>P3B、P2>P1>P3C、P3>P2>P1D、P1>P3>P217、一红砖平面墙厚度为470mm，外墙面温度为30℃，内墙面温度为180℃，红砖的导热系数为0.58w/(m.℃)，则距离外墙面100mm处的温度为_________。A、65℃B、81℃C、62℃D、87℃八、名词化学工程学传递过程稳态流动气蚀现象自然对流理想溶液单一反应与基元反应固定床催化反应器造气平衡氨含量九、简答题流体粘度有何意义？流体流速与损失压头有何关系？为什么离心泵在启动前必须先灌满液体？简述双膜理论的要点。简述精馏操作回流的作用及回流比与操作费及设备费的关系。比较间歇搅拌釜式反应器、平推流反应器及连续搅拌釜式反应器的特点。十、计算题重点复习流体流动：习题14、19传热：思考题12，习题12、13吸收：习题4、5精馏：习题11、14补充计算题：1、在连续精馏塔中分离苯-甲苯溶液，塔釜间接蒸气加热，塔顶全凝器，泡点回流。进料中含苯35%（摩而分率，下同），进料量为100kmol/h，以饱和蒸气状态进入第三块板。已知塔顶馏出液量为40kmol/h，系统的相对挥发度为2.5，精馏段操作线方程为y=0.8x+0.16，各板的效率均为1。试求：（1）塔顶、塔底的出料组成；（2）提馏段操作线方程；（3）离开第四块板的液相组成。解：=0.35，F=100kmol/h，q=0，D=40kmol/h，α=2.5。（1）精馏段的操作线方程为=0.8R=4，=0.16=0.8W=F–D=100–40=60kmol/h=0.05（2）提馏段的操作线方程为利用逐板计算法求理论板数N第三块板加料，因此满足提馏段的操作线方程，则2、用套管式换热器将流量为230kg/h的水从35℃加热到193℃，加热