同濟(jì)大學(xué)本?？普n程期終考試統(tǒng)一命題紙A卷 2002 2003學(xué)年第一

1、同濟(jì)大學(xué)本專科課程期終考試統(tǒng)一命題紙 A卷2002 ¾ 2003學(xué)年 第一學(xué)期課 程：化工原理 姓 名_考試專業(yè)：化學(xué)工程與工藝00級(jí) 學(xué) 號(hào) _ _此卷選為：期終考試（ Ö ），補(bǔ)考（ ）試卷教研室主任簽名： 2003年 1 月16 日 1. 填空（30分） (1) 流體在圓形直管中作層流流動(dòng)時(shí)，其速度分布為 型曲線，其中心最大流速為平均流速的 倍，摩擦系數(shù)與Re數(shù)的關(guān)系為 。 (2) 當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，若需測(cè)定管截面上流體的速度分布，應(yīng)選用 測(cè)量。 (3) 在離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)水的流量由小變大時(shí)，泵入口處的壓強(qiáng) 。 (4) 寫出兩種需安裝回路調(diào)節(jié)流量的液體輸送設(shè)

2、備名稱： 、 。 (5) 推導(dǎo)過濾基本方程的一個(gè)最基本依據(jù)是流體作 流動(dòng)。 (6) 在長(zhǎng)為L(zhǎng)，高為H的降塵室中，顆粒的沉降速度為ut，含塵氣體通過降塵室的水平速度為u，則顆粒在降塵室內(nèi)分離的條件為 。 (7) 液體在大容器中沸騰，隨著溫差的增加可分為 兩種沸騰狀態(tài)，實(shí)際操作應(yīng)控制在 階段。 (8) 物體輻射能力的大小與 成正比，還與 的四次方成正比。 (9) 在管殼式換熱器中，設(shè)置折流板以提高 程給熱系數(shù)。 (10) 相平衡常數(shù)m = 2，氣相傳質(zhì)系數(shù)ky = 10-4 kmol/(m2 s)，液相傳質(zhì)系數(shù)kx = 100ky，這一吸收過程為 控制。該氣體為 溶氣體。氣相總傳質(zhì)系數(shù)Ky = k

3、mol/(m2 s)。 (11) 在填料塔中用清水吸收混合氣中的NH3，當(dāng)水泵發(fā)生故障上水量減少時(shí)，氣相傳質(zhì)單元數(shù)NOG 。 (12) 恒沸精餾和萃取精餾都需要在混合液中加入第三組分，其目的是 。 (13) 當(dāng)液體噴淋量一定時(shí)，填料塔單位高度填料層的壓強(qiáng)降與空塔氣速關(guān)系曲線上存在兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，其下轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為 ，上轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為 。 (14) 板式塔不正常操作現(xiàn)象通常有 、 和 。 (15) 填料精餾塔等板高度的意義為 。 (16) 對(duì)于不飽和濕空氣，干球溫度 濕球溫度，露點(diǎn)溫度 濕球溫度。 (17) 除去氣體中的某種有害成分以凈化氣體，可能的分離方法有： 、 、 。 2.（7分）用板框過濾機(jī)恒壓過濾

4、某懸浮液，濾框共10個(gè)，其規(guī)格為810´810 mm，框的厚度為42 mm?，F(xiàn)已測(cè)得過濾10分鐘后得濾液1.31 m3，再過濾10分鐘共得濾液1.91 m3。濾餅體積與濾液體積之比為0.1。試計(jì)算： (1) 過濾常數(shù)K、Ve；(2) 濾框完全充滿濾餅時(shí)所需的過濾時(shí)間（h）。 2.（14分）密度為900 kg/m3的某液體從敞口容器A經(jīng)過內(nèi)徑為40 mm的管路進(jìn)入敞口容器B，兩容器內(nèi)的液面高度恒定。管路中有一調(diào)節(jié)閥，閥前管長(zhǎng)65 m，閥后管長(zhǎng)25 m（均包括全部局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度，進(jìn)出口阻力忽略不計(jì)）。當(dāng)閥門全關(guān)時(shí)，閥前后的壓強(qiáng)表讀數(shù)分別為80 kPa和40 kPa?，F(xiàn)將調(diào)節(jié)閥BA開至

5、某一開度，閥門阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為30 m，直管摩擦系數(shù)l =0.0045。試求： (1) 管內(nèi)的流量為多少m3/h？ (2) 閥前后壓強(qiáng)表的讀數(shù)有何變化？ 4.（14分）現(xiàn)有一列管換熱器，內(nèi)有f25´2.5 mm的鋼管300根，管的有效長(zhǎng)度為2 m。要求將8000 kg/h的空氣于管程由20°C加熱至85°C，采用108°C的飽和蒸汽于殼程冷凝加熱之，冷凝液在飽和溫度下排出。蒸汽冷凝的傳熱系數(shù)為104 W/(m2 °C)?？諝獾膶?duì)流傳熱系數(shù)為90 W/(m2 °C)，管壁及兩側(cè)污垢熱阻均可忽略，且不計(jì)熱損失，空氣在平均溫度下的比熱為1

6、kJ/(kg°C)。試求： (1) 換熱器的總傳熱系數(shù)K（以管子外表面為基準(zhǔn)）； (2) 通過計(jì)算說明該換熱器能否滿足要求；并說明管壁溫度接近哪一側(cè)流體的溫度？ 5.（7分）在一常壓氣流干燥器中干燥某種濕物料，已知：空氣進(jìn)入預(yù)熱器的溫度為15°C，濕度為0.0073 kg水/kg干氣，焓為35 kJ/kg干氣；空氣進(jìn)干燥器的溫度為90°C，焓為109 kJ/kg干氣；空氣出干燥器的溫度為50°C，濕度為0.023 kg水/kg干氣；進(jìn)干燥器時(shí)物料含水量為0.15 kg水/kg干料，出干燥器時(shí)物料含水量為0.01 kg水/kg干料；干燥器的生產(chǎn)能力為237

7、 kg/h（按干燥產(chǎn)品計(jì)）。試求：(1) 空氣用量V (kg干氣/h)；(2) 預(yù)熱器的熱負(fù)荷 (kW)。 6. （14分）一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于氣態(tài)烴中的H2S，進(jìn)塔氣體中含H2S 2.91%（體積），要求吸收率為99%，平衡關(guān)系為y = 2x，進(jìn)塔液體為新鮮溶劑，出塔液體中H2S的摩爾分?jǐn)?shù)為0.013 。已知?dú)怏w流率為0.015 kmol/m2s，總傳質(zhì)系數(shù)Kya為0.04 kmol/ m3s。試求所需填料高度H。 7.（14分）用一連續(xù)精餾塔分離含苯與甲苯各0.5的料液，要求餾出液中含苯0.96，殘液中含苯不高于0.05（以上均為摩爾分?jǐn)?shù)）。泡點(diǎn)進(jìn)料，操作回流比為最小回流

8、比的1.2倍，物系的相對(duì)揮發(fā)度為2.5。試求：精餾段和提餾段的操作線方程?；ぴ鞟卷 試題答案 1. 填空（30分） (1) 流體在圓形直管中作層流流動(dòng)時(shí)，其速度分布為 拋物線 型曲線，其中心最大流速為平均流速的 2 倍，摩擦系數(shù)與Re數(shù)的關(guān)系為 l = 64/Re 。 (2) 當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，若需測(cè)定管截面上流體的速度分布，應(yīng)選用 畢托管 測(cè)量。 (3) 在離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)水的流量由小變大時(shí)，泵入口處的壓強(qiáng) 減小 。 (4) 寫出兩種需安裝回路調(diào)節(jié)流量的液體輸送設(shè)備名稱：(1) 往復(fù)泵 ，(2) 齒輪泵（螺桿泵、渦旋泵） 。 (5) 推導(dǎo)過濾基本方程的一個(gè)最基本依據(jù)是流體作 層

9、流 流動(dòng)。 (6) 在長(zhǎng)為L(zhǎng)，高為H的降塵室中，顆粒的沉降速度為ut，含塵氣體通過降塵室的水平速度為u，則顆粒在降塵室內(nèi)分離的條件為 L/u ³ H/ut 。 (7) 液體在大容器中沸騰，隨著溫差的增加可分為 核狀沸騰、膜狀沸騰 兩種沸騰狀態(tài)，實(shí)際操作應(yīng)控制在 核狀沸騰 階段。 (8) 物體輻射能力的大小與 黑度 成正比，還與 絕對(duì)溫度 的四次方成正比。 (9) 在管殼式換熱器中，設(shè)置折流板以提高 殼 程給熱系數(shù)。 (10) 相平衡常數(shù)m = 2，氣相傳質(zhì)系數(shù)ky = 10-4 kmol/(m2 s)，液相傳質(zhì)系數(shù)kx = 100ky，這一吸收過程為 氣相阻力 控制。該氣體為 易 溶

10、氣體。氣相總傳質(zhì)系數(shù)Ky = 9.8´10-5 kmol/(m2 s)。 (11) 在填料塔中用清水吸收混合氣中的NH3，當(dāng)水泵發(fā)生故障上水量減少時(shí)，氣相傳質(zhì)單元數(shù)NOG 增加 。 (12) 恒沸精餾和萃取精餾都需要在混合液中加入第三組分，其目的是 改變?cè)M分間相對(duì)揮發(fā)度，以利分離 。 (13) 當(dāng)液體噴淋量一定時(shí)，填料塔單位高度填料層的壓強(qiáng)降與空塔氣速關(guān)系曲線上存在兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，其下轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為 載點(diǎn) ，上轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為 泛點(diǎn) 。 (14) 板式塔不正常操作現(xiàn)象通常有 過量液沫夾帶 、 液泛 和 嚴(yán)重漏液 。 (15) 填料精餾塔等板高度的意義為 相當(dāng)于一塊理論塔板的填料層高度 。 (16

11、) 對(duì)于不飽和濕空氣，干球溫度 大于 濕球溫度，露點(diǎn)溫度 小于 濕球溫度。 (17) 除去氣體中的某種有害成分以凈化氣體，可能的分離方法有： 吸收 、 吸附 、 膜分離 。 2.（7分）用板框過濾機(jī)恒壓過濾某懸浮液，濾框共10個(gè)，其規(guī)格為810´810 mm，框的厚度為42 mm?，F(xiàn)已測(cè)得過濾10分鐘后得濾液1.31 m3，再過濾10分鐘共得濾液1.91 m3。濾餅體積與濾液體積之比為0.1。試計(jì)算： (1) 過濾常數(shù)K、Ve；(2) 濾框完全充滿濾餅時(shí)所需的過濾時(shí)間（h）。解：(1) 過濾常數(shù) 過濾面積 A = 2´10´0.81´0.81 = 13.

12、1 m2 一個(gè)框內(nèi)的濾餅體積 V餅 = 081´0.81´0.42 = 0.0276 m3 濾液體積 V = 10V餅 / 0.1 = 10´0.0276/0.1 = 2.76 m3 恒壓過濾方程：V2 + 2VVe = KA2t 過濾常數(shù)由兩組數(shù)據(jù)計(jì)算： 1.312 + 2´1.31Ve = K´13.12´600 1.912 + 2´1.91Ve = K´13.12´1200 解得 Ve = 0.152 m3， K = 2.05´10-5 m2/s (2) 過濾時(shí)間 t = (V2 + 2V

13、Ve )/ KA2 = (2.762 + 2´2.76´0.152)/( 2.05´10-5 ´13.12 ) = 2404 s = 0.668 h 3.（14分）密度為900 kg/m3的某液體從敞口容器A經(jīng)過內(nèi)徑為40 mm的管路進(jìn)入敞口容器B，兩容器內(nèi)的液面高度恒定。管路中有一調(diào)節(jié)閥，閥前管長(zhǎng)65 m，閥后管長(zhǎng)25 m（均包括全部局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度，進(jìn)出口阻力忽略不計(jì)）。當(dāng)閥門全關(guān)時(shí)，閥前后的壓強(qiáng)表讀數(shù)分別為80 kPa和40 kPa?，F(xiàn)將調(diào)BA節(jié)閥開至某一開度，閥門阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為30 m，直管摩擦系數(shù)l =0.0045。試求： (1) 管內(nèi)的流

14、量為多少m3/h？ (2) 閥前后壓強(qiáng)表的讀數(shù)如何變化？解：(1) 管內(nèi)流量 取容器A的液面為1-1截面，容器B的液面為2-2截面，閥前為a-a截面，閥后為b-b截面。 閥門全關(guān)時(shí)，pa = rgz1 (表壓)， pb = rgz2 (表壓) 即 z1 = pa /rg = 80000/(900´9.81) = 9.06 m z2 = pb /rg = 40000/(900´9.81) = 4.53 m 在1-1和2-2之間列柏努利方程： 其中u1 = u2 = 0，p1 = p2，hf = 因此，gz1 = gz2 + 即 u = = 2.57 m/s V = 2.57&

15、#180;0.785´0.042´3600 = 11.6 m3/h (2) 閥前后的壓強(qiáng)變化 閥前壓強(qiáng)減小，閥后壓強(qiáng)增加。 4.（14分）現(xiàn)有一列管換熱器，內(nèi)有f25´2.5 mm的鋼管300根，管的有效長(zhǎng)度為2 m。要求將8000 kg/h的空氣于管程由20°C加熱至85°C，采用108°C的飽和蒸汽于殼程冷凝加熱之，冷凝液在飽和溫度下排出。蒸汽冷凝的傳熱系數(shù)為104 W/(m2 °C)?？諝獾膶?duì)流傳熱系數(shù)為90 W/(m2 °C)，管壁及兩側(cè)污垢熱阻均可忽略，且不計(jì)熱損失，空氣在平均溫度下的比熱為1 kJ/(k

16、g°C)。試求： (1) 換熱器的總傳熱系數(shù)K（以管子外表面為基準(zhǔn)）； (2) 通過計(jì)算說明該換熱器能否滿足要求；并說明管壁溫度接近哪一側(cè)流體的溫度？解：(1) 總傳熱系數(shù)K K2 = = 71.49 W/(m2 °C) (2) 核算傳熱量Q 要求的傳熱量 Q = W2 cp (t2 -t1 ) = 8000´(85 - 20)/3600 = 144.4 kW 換熱面積 A = npd2 L = 300´3.14´0.025´2 = 47.12 m2 Dtm = = 48.44 °C 換熱器能達(dá)到的傳熱量 Q = KADtm

17、 = 0.07149´47.12´48.44 = 163.2 kW (Q - Q)/Q = 13%，能滿足要求。 管壁溫度接近蒸汽溫度。 5.（7分）在一常壓氣流干燥器中干燥某種濕物料，已知：空氣進(jìn)入預(yù)熱器的溫度為15°C，濕度為0.0073 kg水/kg干氣，焓為35 kJ/kg干氣；空氣進(jìn)干燥器的溫度為90°C，焓為109 kJ/kg干氣；空氣出干燥器的溫度為50°C，濕度為0.023 kg水/kg干氣；進(jìn)干燥器時(shí)物料含水量為0.15 kg水/kg干料，出干燥器時(shí)物料含水量為0.01 kg水/kg干料；干燥器的生產(chǎn)能力為237 kg/h（按

18、干燥產(chǎn)品計(jì)）。試求：(1) 空氣用量V (kg干氣/h)；(2) 預(yù)熱器的熱負(fù)荷 (kW)。解：(1) 空氣用量 絕干物料的處理量為 Gc = = 234.7 kg干料/h 水的汽化量為 W = Gc (X1 - X2) = 234.7(0.15 - 0.01) = 32.85 kg/h 空氣用量為 V = = 2092 kg干氣/h (2) 預(yù)熱器的熱負(fù)荷 Q = V(I1 - I0) = 2092(109 - 35) = 1.548´105 kJ/h = 43.0 kW 6. （14分）一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于氣態(tài)烴中的H2S，進(jìn)塔氣體中含H2S 2.91%（體積），要求吸收率為99%，平衡關(guān)系為y = 2x，進(jìn)塔液體為新鮮溶劑，出塔液體中H2S的摩爾分?jǐn)?shù)為0.013 。已知?dú)怏w流率為0.015 kmol/m2s，總傳質(zhì)系數(shù)Kya為0.04 kmol/ m3s。試求所需填料高度H。 解：(1) 平均推動(dòng)力 y1 = 0.0291 y2 = (1 - h)y1 = (1 - 0.99)´0.0291 = 2.91´1