2025年化学工程《化工原理》强化练习

2025年化学工程《化工原理》强化练习考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.对于不可压缩流体在圆形直管中做层流流动，影响管壁处剪切应力τ₀的主要因素是（）。A.流体密度ρB.流体粘度μC.管径dD.流体流速uE.以上都是2.在应用伯努利方程进行管路计算时，需要引入能量损失项，其主要来源是（）。A.流体粘性内摩擦B.流体加速或减速C.流体穿过阀门、管件等局部障碍D.高度差引起的位能变化E.A和C3.对于传热过程，以下说法错误的是（）。A.稳态传热时，通过任一截面的热流量Q为常数。B.对流给热系数α总是大于导热系数k。C.提高传热温差是增强传热的有效途径之一。D.复合传热过程的总传热系数K的倒数等于各层热阻之和。E.热传导是流体内部质点运动导致的传热。4.在总传热系数K的计算中，管内沸腾传热通常比管内强制对流给热具有（）。A.更小的传热系数B.更大的传热系数C.相同的传热系数D.取决于管材E.取决于操作压力5.在连续精馏塔中，对于理想物系，当塔顶压力降低时，塔顶产品的纯度（）。A.升高B.降低C.不变D.可能升高也可能降低E.取决于进料组成6.下列哪个物性参数表征流体的扩散能力，对传质过程有重要影响？（）A.粘度μB.密度ρC.比热容CₚD.扩散系数DE.表面张力σ7.在吸收过程中，增大液相总体积V，其他条件不变，将有利于（）。A.减小气相分压B.增大气相分压C.降低传质推动力D.提高气相传质系数kₐE.降低液相传质系数kₗ8.间歇干燥过程中，湿物料含水量随时间变化的关系曲线称为（）。A.干燥速率曲线B.干燥曲线C.等温线D.临界曲线E.边界线9.以下哪种分离操作属于利用混合物中各组分挥发度的差异进行分离？（）A.过滤B.重力沉降C.蒸馏D.旋风分离E.超滤10.在进行换热器水力计算时，若管内流体呈湍流流动，管壁粗糙度e对管内给热系数α的影响（）。A.很大B.很小C.为零D.取决于普朗特数PrE.取决于努塞尔特数Nu二、填空题1.流体在管内做层流流动时，其速度分布呈______形。2.伯努利方程的本质是______定律在流体流动中的具体体现。3.传热的基本方式有______、对流和辐射。4.传热过程的强化途径主要有增大传热温差、______和提高总传热系数。5.在双组分理想溶液的精馏塔中，操作线方程的截距与______成正比。6.传质过程的推动力是______之差。7.在吸收塔设计中，为了提高分离效率，通常采用______塔板。8.物料衡算和能量衡算是求解化工分离过程计算的基础，其核心是______定律。9.干燥过程的本质是热量传递和______同时作用于湿物料的过程。10.选用换热器时，除了考虑传热效率和压降，还应考虑______、材质和成本等因素。三、判断题1.流体在管内做层流流动时，管中心处流速最大。()2.管路的局部阻力系数是定值，与流体性质和流量无关。()3.对流传热系数α与流体的导热系数k具有相同的量纲。()4.在传热过程中，绝热板越多，传热效率越高。()5.精馏操作线总是位于平衡线之上。()6.气体扩散比液体扩散快。()7.吸收过程总是伴随着解吸过程。()8.湿空气经冷却增湿后，其相对湿度一定增加。()9.干燥过程的干燥速率曲线必然存在一个临界点。()10.任何类型的换热器都可以实现逆流操作。()四、计算题1.(8分)某油品密度为850kg/m³，粘度为8mPa·s，在长为50m、内径为50mm的水平钢管中泵送，流量为20m³/h。管壁粗糙度可取为0.05mm。试计算：(1)流体的雷诺数Re；(2)流动类型；(3)若忽略入口和出口效应，试估算流体流经该管段的压降Δp(假设油的体积膨胀可忽略)。（油的动能粘度ν=μ/ρ=9.4×10⁻⁵m²/s，重力加速度g=9.81m/s²）2.(10分)一套管式换热器，内管为ø25mm×2.5mm，外管为ø38mm×3.5mm，管内水流速为1m/s，水温从20°C加热至80°C，水的平均比热容为4.187kJ/(kg·°C)，对流传热系数为5000W/(m²·°C)。假设管壁热阻和管外对流传热可以忽略，管壁平均导热系数k=45W/(m·°C)。试求：(1)管内水的对流传热系数α₁；(2)换热器的总传热系数K；(3)若要求传热面积增加10%，其他条件不变，水出口温度将如何变化？（提示：可先求对数平均温差ΔTm，再利用Q=K·A·ΔTm比较变化）3.(12分)某连续精馏塔处理苯-甲苯混合液，进料流量为100kmol/h，组成为0.4(摩尔分数，下同)，要求塔顶产品纯度为0.95，塔底产品纯度为0.05。假设塔顶采用全凝器，塔底采用泵排出，塔内为理想物系。试求：(1)塔顶操作线方程；(2)塔底操作线方程；(3)若回流比为2.0(L/D)，最小理论板数Nmin经计算为8.5块（包括塔顶理论板），试估算实际操作所需理论板数（忽略板效率）。4.(10分)在一个填料塔中进行某气液吸收过程，塔径为1.2m。气体流量为100m³/h(标准状态，0°C，1atm)，气相总传质系数kₐ=100kmol/(m²·h)。若要求该塔的脱吸因子S=1.5，试计算：(1)气相分传质系数kₓ和气相传质阻力Rₓ；(2)若塔内气相浓度变化不大，试估算完成该吸收任务所需的填料层高度H。（假设气相进塔浓度y₁=0.05，出塔浓度y₂满足脱吸因子要求）5.(10分)湿物料含水量为0.4kg水/kg绝干物料，经干燥后要求含水量降至0.05kg水/kg绝干物料。湿物料处理量为100kg绝干物料/h。假设干燥过程在恒定干燥条件下进行，临界含水量Xc=0.2，平衡含水量Xe=0.05，干燥曲线方程为ln(1+1.5X)=0.8(1-X)。试求：(1)恒定干燥速率下的干燥速率R₁；(2)需要的干燥时间τ₁；(3)降速干燥阶段的干燥速率R₂和所需时间τ₂。试卷答案一、选择题1.E2.E3.E4.B5.B6.D7.D8.B9.C10.B二、填空题1.抛物线2.能量守恒3.传导4.增大传热面积5.回流比6.组分浓度7.效率8.质量守恒9.质量传递10.结构形式三、判断题1.√2.×3.√4.×5.√6.√7.√8.×9.√10.√四、计算题1.解：(1)计算管径及流速：d=50-2*2.5=45mm=0.045m；A=π(d/2)²=π(0.045/2)²=6.36×10⁻³m²；u=Q/ρA=(20/3600)/(850*6.36×10⁻³)=0.0074m/s。Re=ρud/μ=850*0.0074*0.045/8=27.4。(2)流动类型：Re<2000，为层流。(3)压降计算：层流λ=64/Re=64/27.4=2.34。Δp=λ(L/D)ρu²/2=2.34*(50/0.045)*850*(0.0074)²/2=3.1kPa。2.解：(1)α₁计算略（因未给外径，通常假设管内液膜控制，α₁≈α₂，但严格需计算，此处按题意假设或跳过此步，若按题意α₁=5000W/(m²·°C)）。(2)K计算：1/K=1/α₁+δ/k+1/α₂。假设管壁热阻和管外对流传热可忽略，且α₁≈α₂≈5000，则1/K≈2/(5000)=0.0002m²/°C。K≈5000/2=2500W/(m²·°C)。(3)ΔTm估算：ΔT₁=80-20=60,ΔT₂=80-τ,ΔTm=(ΔT₁-ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂)=(60-ΔT₂)/ln(60/ΔT₂)。Q₁=K₁A₁ΔTm₁=2500AΔTm₁。Q₂=K₂A₂ΔTm₂=2500(1.1A)ΔTm₂。若传热速率Q相同，则K₁ΔTm₁=K₂ΔTm₂=>ΔTm₂=ΔTm₁/1.1。由Q₁=Q₂=>2500AΔTm₁=2500(1.1A)ΔTm₂=>ΔTm₁=1.1ΔTm₂。ΔTm₂=ΔTm₁/1.1。ΔTm₂=ΔTm₁/1.1=ΔTm₁²/(60-ΔT₂)=>ΔTm₁²=ΔTm₁(60-ΔT₂)/1.1。令ΔTm₁'=ΔTm₁/1.1，则ΔTm₁'=(60-ΔT₂)/1.1。ΔT₂=60-1.1ΔTm₁'=60-1.1*(60-ΔT₂)/1.1=>ΔT₂=60/2.1=28.57°C。水出口温度为80°C-28.57°C=51.43°C。3.解：(1)操作线方程：y=(L/D)x+(Fq)x_f/(L+D)。L=R(D+q)=2(0.95-0.4)=1.1。D=F-L=1-1.1=-0.1。y=-10x+(100*0.4)/0.9=-10x+44.44。(2)操作线方程：y=(L'/D')x+(Fq)x_f/(L'+D')。L'=R(D'+q)=2(0.05-0.4)=-0.7。D'=F-L'=1-(-0.7)=1.7。y=0.714x+(100*0.4)/1.7=0.714x+23.53。(3)实际板数：N=Nmin+1=8.5+1=9.5块。4.解：(1)kₓ和Rₓ：kₐ=kₓ(y/x)，Rₓ=1/kₓ=(y/x)/kₐ=y/xkₐ。当x=(y₁-y₂)/(1-y₂)=(0.05-0)/[1-0]=0.05，y=y₁=0.05。Rₓ=0.05/(0.05*100/3600)=72。kₓ=kₐ/Rₓ=100/72=1.39kmol/(m²·h)。(2)填料层高度H：H=G/(kₐ)*ln(y₁/y₂)=(100/3600)/(100/3600)*ln(0.05/0)=无法直接计算（y₂=0不可取）。通常假设y₂不为0，或根据S计算。若按S=1.5=(y₁-x₁)/(y₂-x₂)=(y₁-y₂)/(y₂-x₂)，且假设y₂-x₂≈y₂，则x₂≈y₂/S=0.05/1.5=0.0333。H=G/(kₐ)*ln(y₁/x₂)=(100/3600)/(100/3600)*ln(0.05/0.0333)=ln(1.5)≈0.405m。5.解：(1)R₁：临界点处干燥速率最大。X₁=0.4,Xc=0.2,Xe=0.05。R₁=(1.5-0.05)/(0.4-0.2)*100=7.25kg水/(kg绝干物料·h)。(2)τ₁：ln[(1.5-0.05)/(1.5-X₁)]=R₁τ₁/100=>ln[(1.5-0.05)/0.1]=7.25τ₁/100=>ln(14)=7.25τ₁/100=>τ₁=100*ln(14)/7.25≈61.3h。(3)R₂和τ₂：降速段方程为ln(1+1.5X