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11制药化工原理考试试题A、B卷题型例及思路试题题型---填空(10分,每小题2分);为防止汽蚀现象发生,离心泵在运转时,必须使泵入口处的压强_________饱和蒸汽压。选择(10分,每小题2分);为使U形压差计的灵敏度较高,选择指示液时,应使指示液和被测流体的密度差(ρ指—ρ)的值()。A.偏大;B.偏小;C.越大越好;D.不确定。判断(5小题,10分);齿轮泵启动前应先关闭出口阀,以减少电机的启动功率。()问答(2~3小题,10分);为什么单缸往复压缩机的压缩比太大,会使压缩机不能正常工作?计算60%(4小题)。计算题题型:流体流动与输送1.用离心泵将水从贮槽送至高位槽,已知两设备液面间的高度差、离心泵压头与流量的关系(离心泵特性曲线),泵的效率,两槽均为敞口,且水面维持恒定,管路系统的压头损失表达式hf=f(Qe),管内流动已进入阻力平方区。现用此管路输送另一已知密度的水溶液(其它物性可视为与水相同),管路状态及管路两端条件均维持不变。试分别计算输送水与水溶液时的流量和轴功率。解题思路:计算输送水与水溶液时的流量和轴功率,需要计算出流速和压头。(1)当输送水时,选择截面、基准面,列出机械能衡算式:,代入已知条件,大截面上速度约为零,整理得到管路特性曲线方程,根据离心泵工作点定义,H=he,Q=Qe,将管路特性曲线方程与离心泵特性曲线方程联立,则可以求出管路流量,泵的压头,则轴功率即可求出;(2)当输送另一密度的水溶液时,因进入阻力平方区,管路状态及管路两端条件均维持不变,所以管路特性曲线方程不变。离心泵的压头与流量均与液体的密度无关,泵的特性方程不变,则泵的工作点仍然维持在原来的点,则流量、压头、泵效率保持不变,功率与密度有关,泵的轴功率即可求出。2.一高位槽下接已知规格Φ的水管,拟将水引向一楼用户。已知从水槽到一楼管出口处的总长度(未包括球心阀及管出口损失的当量长度在内)、摩擦系数、球心阀全开时的阻力系数。(1)试求当阀全开时,一楼水的流速为多少?流量又是多少m3/h?(2)今若在一楼管道出口阀门处接一相同直径的管子,将水引向高于一楼一定高度(已知)的三楼处。试核算当一楼阀全开时,三楼是否有水流出?解题思路:(1)选择截面(由于当量长度未包括管出口损失,故应选管路出口内侧为下截面)、基准面,列出机械能衡算式:20m,代入已知条件,大截面上速度约为零,下游截面有动能项,两截面压强为大气压,计算出管路阻力,由于管内流速未知,阻力是一速度的表达式,代入机械能衡算式,就可以求出管内流速,体积流量由公式求出;(2)再以高位水池液面为截面1,阀前接管处为截面3,并以3为基准面,在1-3间列出机械能衡算式:,由求出的流速计算从1到3的流动阻力,代入已知条件,就可以求出接管处的压强(表压),再求出对应的静压头p/ρg,然后与已知的一楼和三楼间的高度差进行比较,如静压头大于高度差,则三楼可以出水,如静压头小于高度差,则不能出水。20m3、已知泵输送液体系统中管内流量,液面高度差,直管管长,摩擦系数,各阻力系数,P1,P2,管内流速,密度ρ,求所需管径,有效功率。解题思路:根据系统中管内流量,管内流速,d=(4V/u)0.5,可以计算出管内径;求有效功率,先求有效功,选截面和基准面,两大液面间列机械能衡算式(含阻力),gZ1+(p1/ρ)+(u12/2)+We=gZ2+(p2/ρ)+(u22/2)+ΣWf1-2,代入已知的压强,高度差,大截面上的速度约为零,管内流速,摩擦损失用计算公式∑Wf=(λΣl/d+Σζ)](u2/2)代入,整理得到有效功。再计算出质量流量,质量流量等于体积流量乘密度ms=Vsρ,两者乘积即为有效功率Ne=msWe。注意单位。传热1.在一钢制套管式换热器中,已知管子规格Φ、冷流体走管内、冷流体进出口温度、热流体质量流量、进口出口温度、两流体流动方式、两流体的对流传热系数、比热、钢材导热系数,两侧的污垢热阻可忽略不计,热损失为冷流体吸热量的a%。试求:(1)冷却水消耗量;(2)所需的总管长。解题思路:(1)由热量衡算方程,解得ms2;(2)求所需的总管长,需要计算出传热面积。计算出两流体流动方式下的对数平均温度差:,以管外表面积为基准的总传热系数,不计两侧污垢热阻,则,由传热速率方程可得传热面积,也可以用热流体的全部释放热量作为传热量计算,稍微增长些。2.一卧式钢质换热管的列管冷凝器,已知管长、直径Φ、管内冷流体流速、冷流体进口温度、出口温度、某饱和蒸汽作为热流体在管外冷凝成同温度的液体、热流体质量流量、热流体温度、蒸汽的冷凝潜热、蒸汽冷凝传热系数、管内侧热阻为外侧的百分数a%、污垢热阻又为管内侧热阻的百分数b%、冷流体比热、冷流体密度、忽略管壁热阻和热损失,由于单侧恒温传热,多管程后不需考虑温度差校正系数。试计算换热器的总根数及换热器的管程数。解题思路:由需要冷却水的总流量和单管内水的流量确定管子的根数,再根据所需的传热面积确定管程数。根据热量衡算式计算出传热量和冷流体的流量、,由已知的管子规格和管内流速计算单管内水的流量为,再根据总质量流量和每根管子的流量计算出每程管子根数:,取整数,再求出每程所能提供的传热面积;由题给数据可计算总传热系数、温度差、需要的总传热面积,则需要的管程数:N=A1/A1,取整数,则总管根数n为单程管子根数乘管程数。3.已知一换热器,列管的规格φ,长度,根数,热流体蒸汽的温度,热流体侧的对流传热系数,冷流体进口温度、出口温度,冷流体质量流量,冷流体的比热Cp2,导热系数,粘度,普兰特准数,热损失不计,核算该换热器可否满足上述工艺要求。解题思路:核算换热器是否满足工艺要求,可以用传热面积或传热量进行比较,现用面积比较,提供的大于需要的,就可以,反之就不行。需要的传热面积用总传热速率方程求取;首先用热量计算方程计算出冷流体吸收的热量,其次用公式计算出对数平均温度差,单侧恒温,故不分逆并流;再者关联管内对流传热系数,先计算体积流量、再流速、再雷诺数、再用关联式计算管内对流传热系数,代入总传热系数关联式求出K;最后用总传热速率方程求出完成任务所需的传热面积,再计算出实际换热器的面积,进行比较判断,注意单位。三、吸收1.一填料塔在常温常压下用吸收剂吸收某气体组分,已知混合气入塔浓度(摩尔分率),吸收剂进口浓度,要求吸收率,操作条件下的平衡关系y=mx,求(1)出口溶液能达到的最大浓度;(2)最小液气比;(3)当已知吸收剂用量为最小用量的倍数时的传质单元数;(4)已知传质单元高度时的填料层高度。解题思路:该体系可以低浓处理,先由ya=(1-η)yb求出气体出塔浓度;当出塔液体浓度与进塔气体浓度达到相平衡时出口溶液浓度为最大,由xb*=yb/m即可求出;最小液气比可由公式计算,求出实际液气比,计算出脱吸因数S=mG/L,由传质单元数计算公式计算NOG,;由公式计算出填料层高度。2.一填料塔,已知填料层高度、操作温度与压强,用吸收剂吸收某气体组分,已知混合气入塔质量流量,气体进口浓度(体积%)和吸收剂进口浓度,要求吸收率,操作条件下的平衡关系Y=mX,求(1)液相出口浓度;(2)用气相组成表示的平均推动力;(3)传质单元高度。解题思路:先根据凯规则求出进塔混合气体的平均分子量,Mm=∑Miyi;根据混合气体进口浓度(体积百分率等于摩尔分率)计算出摩尔比Yb,根据吸收率计算出出口摩尔比Ya,气体质量流量除于平均分子量求出混合气体摩尔流量,再根据求出惰性成分摩尔流量,液体质量流量除于分子量求出吸收剂摩尔流量,由物料衡算式求出出口液体的浓度,;根据公式计算用气相组成表示的平均推动力,;再由计算出传质单元高度。3.已知混合气流量,进口浓度yb,回收率,吸收剂进口浓度,吸收剂用量为最小用量的倍数,平衡关系为Y=aX,气相体积总传质系数,填料层高度,求该塔能否完成吸收任务?如不能完成,实际回收率是多少?解题思路:判断该塔能否完成吸收任务,可以用已知的填料层高度与所需的高度比较或出塔气体浓度相比较,现用填料高度相比,小于提供的就可以,大于提供的就不行。先将摩尔分率计算成摩尔比Yb=yb/(1-yb),Ya=Yb(1-η),Xa=xa/(1-xa),再计算出最小液气比(Ls/GB)min=(Yb-Ya)/(Xb*-Xa),再由倍数计算出实际液气比,再由物料衡算公式Ls/GB=(Yb-Ya)/(Xb-Xa)计算出塔液体浓度,然后根据公式计算ΔYa=Ya-Ya*=Ya-mXa、ΔYb=Yb-Yb*=Yb-mXb、ΔYm=(ΔYb-ΔYa)/ln(ΔYb/ΔYa),NOG=(Yb-Ya)/ΔYm,HOG=GB/Kya;也可以用脱吸因数法S=m/(Ls/GB),NOG=1/(1-S)ln[(1-S)(Yb-mXa)/(Ya-mXa)+S];h=HOG×NOG计算出填料层高度,判断该塔能否完成吸收任务;不能,需要计算出实际的出塔气体浓度,HOG不变,m不变,S不变,NOG变少,用提供的填料高度计算出NOG,代入NOG=1/(1-S)ln[(1-S)(yb-mxa)/(ya-mxa)+S]求出气体出口浓度,η=(Yb-Ya)/Yb×100%计算实际吸收率。四、精馏1.某二元混合物精馏,已知进料状态、塔顶设全凝器、泡点回流、进料浓度(摩尔分率,下同),要求塔顶产品浓度与塔底残液浓度、相对挥发度、操作回流比是最小回流比的倍数。试求:(1)提馏段操作线方程;(2)进入第一块理论板(由塔顶往下数)的汽相浓度。解题思路:设进料量F为一定值,由物料衡算式F=D+W,FxF=DxD+WxW,xD、xF及xW,即可求出D,xD,W;由进料状况与进料浓度就可知操作线与相平衡线交点的某一座标,即某一相浓度,再由相平衡方程求出另一相组成;由求出最小回流比Rmin进而求出实际回流比R,由V=(R+1)D、V=V+(1-q)F、q,即可求出塔釜上升的蒸汽量V;由L=RD、L=L+qF、q,求出提馏段液相量L,代入方程即可得到提馏段操作线方程;进入第一块理论板的汽相浓度,即y2,先求出精馏段方程,由y1=xD、、可以求出y2。2.某二元混合液体中,重组分为水,塔顶设全凝器,泡点回流。已知:料液进料状态,进料液流量F,进料液组成xF,实际回流比是最小回流比的倍数R=aRmin,塔顶产品浓度xD,塔顶易挥发组分的回收率,操作条件下相对挥发度,且满足恒摩尔流假定。试求:(1)塔底产品组成xW;(2)分别列出该设计条件下精馏段和提馏段操作线方程;(3)若采用直接水蒸汽加热,塔底产品量W和组成xW有什么变化?解题思路:由物料衡算式F=D+W,FxF=DxD+WxW,DxD/FxF及WxW/FxF,即可求出D,W,xW;由进料浓度、进料状态、平衡关系推出加料线与平衡线的交点坐标,由计算出Rmin,再由R=aRmin计算出回流比R,由V=(R+1)D、L=RD、计算出V、L,由L=L+qF,V=V+(1-q)F,q计算出L、V,代入方程精馏线,。(3)采用直接水蒸汽加热,塔底产品量W增大,组成xW变小。3、连续精馏塔分离某二元混合物,已知原料液流量、原料组成(易挥发组分摩尔分率,下同)、汽液混合进料、蒸汽摩尔分数、馏出液组成、回流比、要求易挥发组分回收率,求:(1)釜底液摩尔流量;(2)提馏段操作线方程。解题思路:根据已知进料量、进料浓度、回收率和计算出塔顶出料量,根据物料衡算F=D+W,FxF=DxD+WxW;计算出塔底

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