化工基础考试题及答案

化工基础考试题及答案一、选择题（每题2分，共30分）1.流体在圆形直管中作层流流动时，其管中心最大流速\(u_{max}\)与平均流速\(u\)的关系为（）A.\(u_{max}=u\)B.\(u_{max}=2u\)C.\(u_{max}=3u\)D.\(u_{max}=4u\)答案：B。根据层流流动的速度分布公式，在圆形直管中作层流流动时，管中心最大流速是平均流速的2倍。2.离心泵铭牌上标明的流量是指（）A.效率最高时的流量B.泵的最大流量C.扬程最大时的流量D.最小扬程时的流量答案：A。离心泵铭牌上标明的流量是指泵在效率最高时的流量。3.精馏操作中，若其他条件都不变，只将塔顶的过冷液体回流改为泡点回流，则塔顶产品组成\(x_D\)变化为（）A.变小B.变大C.不变D.不确定答案：A。过冷液体回流时，提馏段内回流液量增大，精馏段内上升蒸汽量增大，塔顶产品组成会变大；改为泡点回流后，塔顶产品组成会变小。4.吸收过程中，当\(L/G\lt(mV/L)\)时（）A.吸收无法进行B.吸收推动力为零C.吸收液在塔顶与气体达到平衡D.吸收液在塔底与气体达到平衡答案：C。当\(L/G\lt(mV/L)\)时，吸收操作线与平衡线相交于塔顶，意味着吸收液在塔顶与气体达到平衡。5.对流传热系数关联式中普朗特数\(Pr\)反映的是（）A.流动状态对传热的影响B.物性对传热的影响C.自然对流对对流传热的影响D.强制对流对对流传热的影响答案：B。普朗特数\(Pr=C_p\mu/k\)，它反映了物性对传热的影响。6.某二元混合物，进料量为\(100kmol/h\)，\(x_F=0.6\)，要求塔顶\(x_D=0.9\)，塔底\(x_W=0.1\)，则塔顶产品量为（）A.\(60kmol/h\)B.\(50kmol/h\)C.\(40kmol/h\)D.\(70kmol/h\)答案：B。根据物料衡算\(F=D+W\)，\(Fx_F=Dx_D+Wx_W\)，将\(F=100kmol/h\)，\(x_F=0.6\)，\(x_D=0.9\)，\(x_W=0.1\)代入可得\(D=50kmol/h\)。7.套管换热器中，冷、热流体进行逆流换热。若冷流体的进出口温度分别为\(t_1\)、\(t_2\)，热流体的进出口温度分别为\(T_1\)、\(T_2\)，且\(T_1\gtT_2\)，\(t_2\gtt_1\)，则平均温度差\(\Deltat_m\)为（）A.\(\frac{(T_1t_2)(T_2t_1)}{\ln\frac{T_1t_2}{T_2t_1}}\)B.\(\frac{(T_1t_1)(T_2t_2)}{\ln\frac{T_1t_1}{T_2t_2}}\)C.\(\frac{(T_1t_2)+(T_2t_1)}{2}\)D.\(\frac{(T_1t_1)+(T_2t_2)}{2}\)答案：A。逆流换热时平均温度差\(\Deltat_m=\frac{\Deltat_{max}\Deltat_{min}}{\ln\frac{\Deltat_{max}}{\Deltat_{min}}}\)，其中\(\Deltat_{max}=T_1t_2\)，\(\Deltat_{min}=T_2t_1\)。8.下列哪种情况不属于液液萃取的流程（）A.单级萃取B.多级错流萃取C.多级逆流萃取D.吸收萃取答案：D。液液萃取的流程主要有单级萃取、多级错流萃取、多级逆流萃取等，不存在吸收萃取这种说法。9.过滤基本方程是基于（）推导出来的。A.滤液在介质中呈湍流流动B.滤液在介质中呈层流流动C.滤液在滤渣中呈湍流流动D.滤液在滤渣中呈层流流动答案：D。过滤基本方程是基于滤液在滤渣中呈层流流动推导出来的。10.对于一定干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，其湿球温度（）A.愈高B.愈低C.不变D.不确定答案：B。相对湿度越低，空气容纳水汽的能力越强，水分蒸发越快，湿球温度越低。11.在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在会使冷凝传热系数（）A.增大B.减小C.不变D.不确定答案：B。不凝性气体的存在会在液膜表面形成一层气膜，增加了传热阻力，使冷凝传热系数减小。12.离心泵启动前需要向泵内充满被输送的液体，其目的是为了防止（）A.气蚀现象B.气缚现象C.汽液夹带现象D.喘振现象答案：B。离心泵启动前不充满液体，泵内有空气，由于空气密度小，产生的离心力小，无法将液体吸入泵内，会发生气缚现象。13.某精馏塔的理论塔板数为17块（包括塔釜），全塔效率为0.5，则实际塔板数为（）A.34块B.32块C.30块D.36块答案：A。实际塔板数\(N_p=\frac{N_T}{E_T}\)，其中\(N_T=171=16\)（除去塔釜），\(E_T=0.5\)，则\(N_p=\frac{16}{0.5}=32\)，再加上塔釜一块，实际塔板数为34块。14.萃取操作中选择性系数\(\beta\)与精馏操作中的（）相当。A.挥发度B.相对挥发度C.精馏系数D.吸收系数答案：B。萃取操作中选择性系数\(\beta\)反映了萃取剂对溶质和原溶剂的分离能力，与精馏操作中的相对挥发度相当。15.恒压过滤时，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时，同一过滤时刻所得滤液量（）A.增大至原来的2倍B.增大至原来的\(\sqrt{2}\)倍C.增大至原来的4倍D.增大至原来的1.5倍答案：B。恒压过滤方程\(V^2=KA^2\tau\)（介质阻力不计），\(K=2k\Deltap^{1s}\)，当\(s=0\)时，\(K\)与\(\Deltap\)成正比，\(\Deltap\)增大一倍，\(K\)增大一倍，\(V\)增大至原来的\(\sqrt{2}\)倍。二、填空题（每题2分，共20分）1.流体在管内作湍流流动时，在近管壁处存在一层______，其厚度随雷诺数的增大而______。答案：层流内层；减小。湍流时近管壁处有层流内层，雷诺数增大，流体湍动程度加剧，层流内层厚度减小。2.离心泵的工作点是______曲线与______曲线的交点。答案：离心泵特性；管路特性。离心泵的工作点由离心泵特性曲线和管路特性曲线共同决定。3.精馏操作的依据是______，实现精馏操作的必要条件包括______和______。答案：混合液中各组分挥发度的差异；塔顶液相回流；塔底上升蒸汽。精馏利用各组分挥发度不同进行分离，塔顶液相回流和塔底上升蒸汽是实现精馏的必要条件。4.吸收过程中，若减小吸收剂用量，操作线的斜率______，吸收推动力______。答案：减小；减小。吸收操作线方程\(Y=\frac{L}{V}(XX_2)+Y_2\)，\(L\)减小，斜率\(\frac{L}{V}\)减小，操作线向平衡线靠近，吸收推动力减小。5.对流传热的热阻主要集中在______，强化对流传热的关键是______。答案：层流内层；减薄层流内层厚度。层流内层热阻大，减薄层流内层厚度可减小热阻，强化传热。6.萃取过程中，选择萃取剂的主要原则有______、______和______。答案：选择性好；与原溶剂互溶度小；易于回收。选择性好可提高分离效果，互溶度小利于分层，易于回收降低成本。7.过滤操作中，滤液通过过滤介质的流动属于______流动，过滤速率与______成正比，与______成反比。答案：层流；过滤推动力；过滤阻力。过滤基本原理决定滤液在过滤介质中呈层流流动，过滤速率与推动力成正比，与阻力成反比。8.湿空气的性质参数中，______和______是状态参数，而______不是状态参数。答案：干球温度；湿度；湿球温度。干球温度和湿度可确定湿空气的状态，湿球温度与传热传质过程有关，不是独立的状态参数。9.蒸汽冷凝有______和______两种方式，工业冷凝器的设计总是按______方式设计。答案：膜状冷凝；滴状冷凝；膜状冷凝。滴状冷凝传热系数大，但难以维持，工业上按膜状冷凝设计。10.流体在圆形直管中作层流流动时，其摩擦系数\(\lambda\)与雷诺数\(Re\)的关系为______；作湍流流动时，当\(Re\)一定，相对粗糙度\(\frac{\varepsilon}{d}\)越大，摩擦系数\(\lambda\)______。答案：\(\lambda=\frac{64}{Re}\)；越大。层流时\(\lambda\)与\(Re\)呈此关系，湍流时\(Re\)一定，相对粗糙度越大，摩擦系数越大。三、简答题（每题10分，共20分）1.简述离心泵的工作原理及气缚和气蚀现象。答：离心泵的工作原理：离心泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体。启动后，叶轮高速旋转，叶片间的液体在离心力的作用下从叶轮中心被甩向叶轮外缘，以很高的速度流入泵壳，在泵壳内减速、增压后从排出管排出。同时，叶轮中心处因液体被甩出而形成低压区，在外界大气压作用下，液体经吸入管进入泵内，填补了被排出液体的位置，使离心泵能连续不断地吸入和排出液体。气缚现象：离心泵启动前若泵内没有充满液体而存在空气，由于空气密度远小于液体密度，产生的离心力小，叶轮中心处形成的低压不足以将液体吸入泵内，泵不能输送液体，这种现象称为气缚。解决方法是启动前向泵内灌满液体。气蚀现象：当离心泵的吸入口压强等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压时，液体将发生汽化，产生大量气泡。这些气泡随液体进入高压区后，会迅速凝结、破裂，周围液体以极高的速度冲向原气泡占据的空间，产生很大的冲击力，破坏叶轮和泵壳，同时伴有振动和噪声，泵的流量、扬程和效率明显下降，这种现象称为气蚀。为避免气蚀，需要控制泵的安装高度，使泵入口处的压强高于液体的饱和蒸气压。2.简述精馏塔中恒摩尔流假设的内容及成立的条件。答：恒摩尔流假设包括恒摩尔汽化和恒摩尔溢流。恒摩尔汽化：在精馏塔的精馏段内，每层塔板上升蒸汽的摩尔流量相等，即\(V_1=V_2=\cdots=V_n=V\)；在提馏段内，每层塔板上升蒸汽的摩尔流量也相等，即\(V_1'=V_2'=\cdots=V_m'=V'\)，但两段的上升蒸汽摩尔流量不一定相等，即\(V\)不一定等于\(V'\)。恒摩尔溢流：在精馏塔的精馏段内，每层塔板下降液体的摩尔流量相等，即\(L_1=L_2=\cdots=L_n=L\)；在提馏段内，每层塔板下降液体的摩尔流量也相等，即\(L_1'=L_2'=\cdots=L_m'=L'\)，但两段的下降液体摩尔流量不一定相等，即\(L\)不一定等于\(L'\)。成立的条件：①各组分的摩尔汽化热相近；②气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；③塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。满足这些条件时，可以近似认为精馏塔内存在恒摩尔流，从而简化精馏过程的计算。四、计算题（每题15分，共30分）1.用离心泵将敞口储槽中的水输送至表压为\(1.5×10^5Pa\)的密闭高位槽中。两槽液面维持恒定且垂直距离为\(15m\)，管径为\(\phi89×4mm\)，管长为\(80m\)（包括所有局部阻力的当量长度）。已知水的密度\(\rho=1000kg/m^3\)，黏度\(\mu=1×10^{3}Pa·s\)，摩擦系数\(\lambda=0.02\)。若泵的效率为\(0.6\)，求输送流量为\(40m^3/h\)时泵的轴功率。解：（1）首先确定管路的流速已知流量\(V=40m^3/h=\frac{40}{3600}m^3/s\)，管径\(d=(892×4)×10^{3}m=0.081m\)根据\(u=\frac{V}{A}\)，\(A=\frac{\pi}{4}d^2\)，则\(u=\frac{4V}{\pid^2}=\frac{4\times\frac{40}{3600}}{\pi\times0.081^2}\approx2.15m/s\)（2）计算雷诺数\(Re\)\(Re=\frac{du\rho}{\mu}=\frac{0.081\times2.15\times1000}{1\times10^{3}}=1.74\times10^5\)，为湍流。（3）计算管路的压头损失\(h_f\)根据\(h_f=\lambda\frac{l+l_e}{d}\frac{u^2}{2g}\)，已知\(\lambda=0.02\)，\(l+l_e=80m\)，\(d=0.081m\)，\(u=2.15m/s\)\(h_f=0.02\times\frac{80}{0.081}\times\frac{2.15^2}{2\times9.81}\approx4.58m\)（4）列柏努利方程求泵的扬程\(H\)以敞口储槽液面为11截面，密闭高位槽液面为22截面，基准面为11截面。\(z_1=0\)，\(p_1=0\)（表压），\(u_1\approx0\)；\(z_2=15m\)，\(p_2=1.5×10^5Pa\)，\(u_2\approx0\)根据\(z_1+\frac{p_1}{\rhog}+\frac{u_1^2}{2g}+H=z_2+\frac{p_2}{\rhog}+\frac{u_2^2}{2g}+h_f\)\(H=(z_2z_1)+\frac{p_2p_1}{\rhog}+h_f\)\(H=15+\frac{1.5×10^5}{1000×9.81}+4.58\approx34.8m\)（5）计算泵的轴功率\(N\)已知流量\(V=40m^3/h=\frac{40}{3600}m^3/s\)，\(\rho=1000kg/m^3\)，\(H=34.8m\)，\(\eta=0.6\)\(N=\frac{\rhogVH}{\eta}=\frac{1000\times9.81\times\frac{40}{3600}\times34.8}{0.6}\approx6.33×10^3W=6.33kW\)2.在一连续精馏塔中分离苯甲苯混合物。已知原料液流量\(F=100kmol/h\)，组成为\(x_F=0.4\)（苯的摩尔分数，下同），泡点进料，塔顶馏出液组成为\(x_D=0.9\)，塔底釜液组成为\(x_W=0.1\)，回流比\(R=2\)。试求：（1）塔顶产品量\(D\)和塔底产品量\(W\)；（2）精馏段操作线方程；（3）提馏段操作线方程。解：（1）根据物料衡算\(F=D+W\)，\(Fx_F=Dx_D+Wx_W\)将\(F=100kmol/h\)，\(x_F=0.4\)，\(x_D=0.9\)，\(x_W=0.1\)代入\(\begin{cases}100=D+W\\100\times0.4=0.9D+0.1W\end{cases