中國石油大學(xué) 材化專業(yè) 化工原理期末考試試卷

1、卷化工原理期末試卷專業(yè)班級 材料化學(xué) 學(xué) 號 姓 名 開課系室 化學(xué)工程系 考試日期 一、填空題（共30分，每空1分）1. 研究單元過程的四個基本工具包括物料衡算、 、 和過程速率。2. 某臺設(shè)備在負(fù)壓下操作，指示其內(nèi)部壓力的真空表讀數(shù)為220mmHg，若當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?60mmHg，則設(shè)備內(nèi)部的絕對壓力為 kPa。3. 一般情況下，溫度升高時，氣體的粘度 ，液體的粘度 。4. 液體離開離心泵的葉輪進(jìn)入蝸殼后，由于蝸殼流道逐漸 ，液體流速不斷 ，液體壓力上升。5. 降塵室中顆粒能被分離出來的必要條件是 。6. 在管內(nèi)空氣對流傳熱系數(shù)測定的實驗中，在套管換熱器內(nèi)用飽和水蒸氣加熱空氣，傳熱壁面的溫

2、度應(yīng)接近于 的溫度，總傳熱系數(shù)接近于 側(cè)的對流傳熱系數(shù)。7. 根據(jù)黑體輻射的斯蒂芬波耳茲曼定律，溫度為500K的黑體的輻射能力為 W/m2。8. 大容積飽和沸騰隨溫差的變化出現(xiàn)三種不同的沸騰狀態(tài)，即自然對流、 和 。9. 根據(jù)溶液與蒸汽流向的相對關(guān)系，多效蒸發(fā)常見以下三種操作流程：并流加料、 和 。10. 濃度為20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的硝酸鈉水溶液，以2000kg/h的流率進(jìn)料，在單效蒸發(fā)器中濃縮，若水分蒸發(fā)量為500kg/h，則完成液濃度為 。11. 某泡點進(jìn)料的連續(xù)精餾塔，已知其操作線方程分別為y=0.75x+0.24和y=1.2x-0.02,則回流比R= ,餾出液組成xD = ,釜液組成xW

3、 = 。12. 一塊完整的溢流式塔板可以分為 、 、 、安定區(qū)和邊緣區(qū)五個區(qū)域。13. 用對流干燥除去濕物料中的水分時，當(dāng)干燥介質(zhì)一定，濕物料中 水分可以除去， 水分不可以除去。14. 已知某濕空氣的總壓為一個大氣壓，某溫度下水蒸氣的飽和蒸氣壓為10kPa，若此溫度下該濕空氣的相對濕度為50%，則其絕對濕度應(yīng)為 kg水/kg絕干空氣。15. 已知濕物料進(jìn)料量為2000kg/h，物料的初始含水量為50%（濕基，以下同），干燥完成時物料含水量20%，則物料失去的水分為 kg/h。16. 由干燥速率曲線可將干燥過程分為三段，即物料預(yù)熱階段、 和 。17根據(jù)吸附質(zhì)與吸附劑間作用力類型的不同，可將吸附分

4、為兩類，即 和 。二、簡答題（共20分，每題5分）1、如圖所示，左側(cè)水槽中液面高度H保持不變，若閥門開度減小，則閥門前后兩根測壓管中水面如何變化？為什么？（假設(shè)此時摩擦系數(shù)不變） 2、簡述恒壓過濾實驗中測定過濾常數(shù)的原理。3、畫出板式塔氣液負(fù)荷性能圖并標(biāo)明各線的名稱。4、畫出干燥平衡曲線，并在圖中標(biāo)明結(jié)合水、非結(jié)合水、自由水和平衡水的含量。三、計算題（50分）1、（20分）用水泵向高位水箱供水（如附圖所示），管路流量為150m3/h，泵軸中心線距水池液面和水箱液面的垂直距離分別為2m和45m。泵吸入管與排出管分別為內(nèi)徑205mm和內(nèi)徑180mm的鋼管。吸入管管長50m（包括吸入管路局部阻力的當(dāng)

5、量長度），排出管管長200m（包括排出管路局部阻力的當(dāng)量長度），管內(nèi)摩擦系數(shù)=0.025，水的密度1000 kg/m3，粘度1.0×10-3 Pa·s，泵的效率為65%。試求：(1)吸入管和排出管內(nèi)的流速、雷諾數(shù)各為多少？各屬于哪種流動類型？（4分）(2)泵吸入口處A點的真空表讀數(shù)？（6分）(3)泵向單位質(zhì)量流體所作的功為多少？（6分）(4)泵的軸功率是多少？（4分）2、（15分）在某廠一套管換熱器中，將某溶液與冷卻水進(jìn)行逆流換熱，已知內(nèi)管尺寸為25×2.5mm，溶液走管外，流量為1000kg/h，比熱為3.35kJ/(kg·K)，對流傳熱系數(shù)為1163

6、W/(m2·)，從150冷卻到80；冷卻水走管內(nèi)，從15加熱到65，定性溫度下水的物理性質(zhì)如下：比熱為4.174kJ/(kg·K)，導(dǎo)熱系數(shù)為0.6338W/(m·K)，粘度為0.656mPa·s，密度為992.2kg/m3。求：(1) 冷卻水用量； （2分）(2) 冷卻水的對流傳熱系數(shù)；（5分）(3)如果忽略管壁熱阻，求以傳熱外表面為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)；（2分）(4)該換熱器使用6個月后，由于水側(cè)管壁生垢，使傳熱能力下降，若冷卻水流量不變，則水的出口溫度為60，求污垢熱阻。（6分） 3、（15分）含甲醇0.4（摩爾分率，以下同）的甲醇水溶液，在常壓連續(xù)精

7、餾塔中分離，進(jìn)料速率為500kmol/h，飽和液體進(jìn)料，操作回流比為1.2，進(jìn)料中甲醇的93%進(jìn)入塔頂餾出液中，要求餾出液中甲醇摩爾分率為0.93，全塔平均相對揮發(fā)度為4.0。試求：(1)塔頂、塔底的產(chǎn)品量及塔釜殘液中甲醇含量；（4分）(2)操作回流比是最小回流比的幾倍？（6分）(3)由第二塊塔板（從塔頂向下數(shù)）上升的汽相組成y2。（5分）化工原理期末試題答案專業(yè)班級 材料化學(xué) 開課系室 化學(xué)工程系 考試日期 一、填空題（共30分，每空1分）17. 能量衡算 、 系統(tǒng)的平衡關(guān)系 18. 72 19. 增大，減小20. 擴(kuò)大 ， 下降 21.22. 水蒸氣 ， 空氣 23. 3543.7524.

8、 核狀沸騰和膜狀沸騰25. 逆流加料和平流加料26. 26.67%27. R = 3 , xD = 0.96 , xW = 0.1 28. 降液管區(qū) 、 受液盤區(qū) 、 有效傳質(zhì)區(qū)(鼓泡開孔區(qū)) 29. 自由，平衡30. 0.032331. 750 32. 恒速干燥階段和降速干燥階段17 物理吸附 和 化學(xué)吸附 二、簡答題（共20分，每題5分）1、答：以管路中心線為高度基準(zhǔn)，水槽液面為1-1截面，管路出口處為2-2截面，列兩截面間的柏努利方程：已知，u1=0, p1=p2=0(表壓), z2=0，上式變?yōu)楫?dāng)閥門開度減小時，流體流動阻力增大，即Hf增大，由上式可知u2減小。 (1分)以閥門左邊測壓

9、管下端垂直于水平管路的截面為3-3截面，列1-1截面至3-3截面間的柏努利方程： 由于u2下降，Hf,1-3也下降，所以p3上升，測壓管中水面上升。 (2分)以閥門右邊測壓管下端為4-4截面，列4-4截面至2-2截面間的柏努利方程： p2=0(表壓)，由于u2下降，Hf,4-2也下降，所以p4減小，測壓管中水面下降。 (2分)2、答：恒壓過濾基本方程為，上式可變形為： (2分)由此可知，t/q與q成直線關(guān)系，在直角坐標(biāo)紙上，若用縱坐標(biāo)表示t/q，橫坐標(biāo)表示q做圖得一條直線。直線的斜率為1/K，截距為2qe/K，由此可以求出K，qe，進(jìn)而求得teqe2/K，所求得的K、qe和te即為恒壓過濾操作

10、條件下的過濾常數(shù)。 (3分)3、答： 1、過量液沫夾帶線2、過量漏液線3、液泛線4、液相負(fù)荷下限線5、液相負(fù)荷上限線(畫出圖給3分,標(biāo)明各線名稱給2分)4、答：(畫出圖給3分,標(biāo)明各種水的的含量給2分)三、計算題（50分）1、解：（1）已知水流量qV=150m3/h=0.0417 m3/s泵吸入管內(nèi)水的流速：泵排出管內(nèi)水的流速： (2分)泵吸入管內(nèi)：，為湍流泵排出管內(nèi)：，湍流 (2分)（2）以水池液面為高度基準(zhǔn)面，列11面到真空表處的柏努利方程： (1分)已知，z1=0, u1=0, p1=0（表壓）, z2=2m, u2=1.264m/s, (2分) (3分)真空表讀數(shù)為25294.4Pa（

11、3）列11面和33面間的柏努利方程： (1分)已知，z1=0, u1=0, p1=0（表壓）, z3=47m, u3=0，p3=0（表壓） (3分)將以上數(shù)據(jù)代入柏努利方程，得： (2分)（4）泵的有效功率Ne=heqm=503.3×0.0417×100021kW (2分)軸功率為N=Ne/=21/0.65=32.3kW (2分)2、解：(1)已知：d1=0.02m, d2=0.025m, W1=1000kg/h, Cp1=3.35kJ/(kg·K), h2=1163W/(m2·), T1=150, T2=80, t1=15, t2=65, 定性溫度下水

12、的性質(zhì)為：Cp2=4.174kJ/(kg·K), =0.6338W/(m·K), =0.656mPa·s, =992.2 kg/m3由熱量衡算，得： (2分)(2)管內(nèi)冷卻水流速為： (2分)冷卻水的對流傳熱系數(shù)為： (3分)(3)總傳熱系數(shù)為(忽略管壁熱阻)K2=902.2 W/(m2·K) (2分)(4)因有水垢生成，出口水溫降為60由熱量衡算 (1分)原狀態(tài)下使用6個月后 (2分) (1分) (2分)3、（15分）解：（1）已知F=500 kmol/h，zF=0.4, xD=0.93, DxD/ FzF =0.93D=200 kmol/h, W=F

13、-D=300 kmol/h (2分)由物料衡算：FzF=DxD+WxW得： xW=0.0467 (2分)（2）飽和液體進(jìn)料，則：q=1，xd=zF=0.4代入相平衡方程： (2分) （2分）R/Rmin=1.2/0.621=1.932 (2分)(3)精餾段操作線方程為： (1分)已知y1=xD=0.93，則與y1成平衡的x1為： (2分) (2分)化工原理期末試卷專業(yè)班級 材料化學(xué) 學(xué) 號 姓 名 開課系室 化學(xué)工程系 考試日期 一、填空與選擇（共30分，每空1分）33. 化學(xué)工程中的“三傳一反”指的是質(zhì)量傳遞、 、 和反應(yīng)工程。34. 流體在管內(nèi)流動時會引起機(jī)械能損失，這是由于 。35. 一

14、般情況下，溫度升高時，氣體的粘度 ，液體的粘度 。36. 離心泵啟動前灌泵是為了防止 現(xiàn)象；離心泵的安裝高度超過允許安裝高度時，離心泵會發(fā)生 現(xiàn)象。37. 在恒壓過濾實驗中，為求得過濾常數(shù)而使用的公式為 。38. 降塵室中顆粒能被分離出來的必要條件是 。39. 恒壓過濾時，當(dāng)洗滌液粘度與濾液粘度一致，并采用橫穿洗法時，板框過濾機(jī)洗滌速率為過濾終了速率的 。40. 根據(jù)黑體輻射的斯蒂芬波耳茲曼定律，溫度為1000K的黑體的輻射能力為 W/m2。41. 在套管換熱器中，水蒸汽冷凝加熱內(nèi)管中流動的空氣，現(xiàn)空氣流速增加一倍，則總傳熱系數(shù)約增加 倍。42. 將72%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的硝酸氨水溶液在單效蒸發(fā)器

15、中濃縮至90%，溶液的進(jìn)料流率為4000kg/h，則需蒸發(fā)出的水分量為 kg/h。43. 單效蒸發(fā)過程中的溫度差損失包括三部分，分別是 、 和二次蒸汽的流動阻力損失引起的溫度差損失。44. 精餾得以進(jìn)行的三個必要條件分別是 、 和 。45. 某泡點進(jìn)料的連續(xù)精餾塔，已知其操作線方程分別為y=0.667x+0.32和y=1.5x-0.05,則回流比R= ,餾出液組成xD = ,釜液組成xW = 。46. 寫出三種常見散裝填料的名稱： 、 、 。47. 干燥系統(tǒng)熱量衡算表明，提供的熱量主要用于四個方面：即汽化濕分、 、 和設(shè)備熱損失。 48. 已知某濕空氣的總壓為101.3kPa，某溫度下水蒸氣的

16、飽和蒸氣壓為5kPa，若此溫度下該濕空氣的相對濕度為60%，則其絕對濕度應(yīng)為 kg水/kg絕干空氣。49. 已知某干燥器濕物料進(jìn)料量為1000kg/h，物料的初始含水量為30%（濕基，以下同），干燥完成時物料含水量15%，則物料失去的水分為 kg/h。50. 結(jié)晶單元操作中，晶核的生成機(jī)理主要有三種，即 、 和二次成核。二、簡答題（共20分，每題5分）1、 什么是離心泵的工作點？單泵操作時常用的流量調(diào)節(jié)手段有哪些？2、畫出干燥速率曲線，并標(biāo)明曲線中各段對應(yīng)的干燥階段。3、簡述板式塔的不正常操作現(xiàn)象中漏液的原因及危害4、畫出水的大容積飽和沸騰曲線，并在圖中標(biāo)明各種沸騰狀態(tài)所在區(qū)域。三、計算題（5

17、0分）1、（15分）如圖，用一離心泵從露天貯水罐向一設(shè)備輸送密度為1000kg/m3的水，設(shè)備內(nèi)液面上方壓力為0.1atm（表），輸送管線規(guī)格均為57×3.5mm鋼管，管路總長（包括所有當(dāng)量長度）為300m，摩擦系數(shù)=0.025可視為常數(shù)，管路中有一截止閥，閥兩側(cè)接一倒裝U形管壓差計，已知泵的特性曲線為： H=32.94-2.202×106qV2（式中：H為揚程，m；qV為流量，m3/s）。試求：(1)管路內(nèi)水的流量； （7分）(2)泵的揚程和泵的有效功率；（4分）(3)若管路中截止閥的局部阻力系數(shù)=6.4，試求壓差計的讀數(shù)R。（4分） 2、（15分）某廠用一套管換熱器冷凝

18、2,000kg/h的甲苯蒸氣，冷凝溫度為110，甲苯的汽化潛熱為363 kJ/kg，冷凝傳熱膜系數(shù)為10,000 W/(m2·K)。冷卻水于16及5,000kg/h的流量進(jìn)入套管內(nèi)管(內(nèi)管尺寸為57×3.5mm)作湍流流動，對流傳熱系數(shù)為2400 W/(m2·K)。水的比熱為4.19kJ/(kg·)，管壁熱阻可忽略。試求：(1)試計算冷卻水的出口溫度；（3分）(2)計算套管長度；（6分）(3)由于氣候變化，冷卻水溫度升高到25，試計算該換熱器在此情況下每小時可冷凝多少kg的甲苯。（6分）3、（20分）在一連續(xù)精餾塔內(nèi)分離某甲苯-苯二元混合物。已知進(jìn)料中含

19、甲苯40%(摩爾分率，以下同)，進(jìn)料速率為100kmol/h，進(jìn)料中蒸汽量占一半，塔頂采用全凝器，泡點回流，操作回流比為最小回流比的1.8倍；進(jìn)料中甲苯的96%進(jìn)入餾出液，要求塔頂組成為xD=0.93；塔內(nèi)的平均相對揮發(fā)度為2.5。試計算：(1)塔頂、塔底產(chǎn)品量和塔釜殘液組成；（4分）(2)最小回流比Rmin；（5分）(3)塔內(nèi)由下往上數(shù)塔釜以上第一塊理論板上升氣相的組成；（8分） (4) 若該板的氣相默弗里效率EmV=0.52，則該板上升的實際氣相組成為多少？（3分）化工原理期末試題答案專業(yè)班級 材料化學(xué) 開課系室 化學(xué)工程系 考試日期 一、填空與選擇（共30分，每空1分）51. 熱量傳遞

20、、 動量傳遞 52. 流體具有粘性而形成內(nèi)摩擦力53. 增大，減小54. 氣縛， 氣蝕 55.56.57. 1/4 58. 5670059. 1.7460. 800 61. 溶液沸點升高引起的溫度差損失、液柱靜壓頭引起的溫度差損失62. 1、有汽相和液相回流和有汽液兩相接觸的場所63. R= 2.0 , xD = 0.96 , xW = 0.1 64. 拉西環(huán) 、 鮑爾環(huán) 、 階梯環(huán) (或弧鞍形填料、矩鞍形填料等)65. 加熱產(chǎn)品 、 隨廢氣放空 66. 0.0190kg水/kg絕干空氣67. 176.5 kg/h68. 初級均相成核 、 初級非均相成核 二、簡答題（共20分，每題5分）1、

21、答：離心泵特性曲線(H-qV曲線)與管路特性曲線的交點為離心泵的工作點。 (2分)常用流量調(diào)節(jié)手段有：改變閥門開度，改變泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和改變?nèi)~輪直徑。(3分)2、答：AB段：干燥過程的預(yù)熱階段。BC段：恒速干燥階段。CD段：降速干燥階段。(畫出圖給3分，標(biāo)明各階段給2分)3、答：漏液：部分液體不是橫向流過塔板后經(jīng)降液管流下，而是從閥孔直接漏下。 (1分)原因：氣速較小時，氣體通過閥孔的速度壓頭小，不足以抵消塔板上液層的重力；氣體在塔板上的不均勻分布也是造成漏液的重要原因。 (2分)后果：導(dǎo)致氣液兩相在塔板上的接觸時間減少，塔板效率下降，嚴(yán)重的漏液使塔板上不能形成液層，氣液無法進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)，塔板將失去其基本功能。 (2分)4、答：(畫出圖給3分，標(biāo)明各階段給2分)三、計算題（50分）1、解：（1）以地面為高度基準(zhǔn)面，水罐液面為11截面，設(shè)備內(nèi)液面為2-2截面，列1-1截面到2-2截面間的柏努利方程： (2分)已知：z1=5，u1=0, p1=0（表壓）， z2=11m， p2=0.1MPa， u2=0m/s管路中流體流速與流量的關(guān)系為： (2分)代入柏努利方程得到管路特性曲線方程：將上式與泵的特