化工原理(上)考試試題及答案

化工原理（上）考試試題A、B卷題型例及思路試題題型---填空10%（5小題）；氣體的凈制按操作原理可分為________________、______________、_______________.旋風分離器屬____________。選擇10%（5小題）；為使U形壓差計的靈敏度較高,選擇指示液時,應使指示液和被測流體的密度差（ρ指--ρ）的值（）。A.偏大；B.偏??；C.越大越好。判斷10%（5小題）；若洗滌壓差與過濾壓差相等，洗水粘度與濾液粘度相同時，對轉筒真空過濾機來說，洗滌速率=過濾未速度。（）問答10%（2~3小題）；為什么單缸往復壓縮機的壓縮比太大，會使壓縮機不能正常工作？計算60%（4小題）。計算題題型：一、流體流動與輸送20分1、已知兩截面的壓強P1P2高度差⊿Z有效功We摩擦系數(shù)λ管路總長Σl管直徑與壁厚φ密度ρ,求體積流量V(m3/h).解題思路：求體積流量，需要知道管內流速。先選取截面，列出機械能衡算式，代入已知的壓強，高度差，有效功，大截面上的速度約為零，摩擦損失用計算公式代入，衡算式中只有速度未知。求出速度，再乘于管道面積即得體積流量，再進行單位換算。2、已知高度差⊿ZP1P2管路總長Σl體積流量V摩擦系數(shù)λ,求(1)管徑d;(2)在此管徑d下,摩擦系數(shù)λ改變后的體積流量V.解題思路：（1）求管徑，先選取截面，列出機械能衡算式，代入已知的壓強，高度差，無有效功，大截面上的速度約為零，摩擦損失用計算公式代入，其中速度用已知的體積流量除于管道截面積表示，當中包含了直徑，進行體積流量的單位換算，整個衡算只有直徑未知。（2）在確定的直徑下，用改變了的摩擦系數(shù)求體積流量，方法同題1。3、已知管直徑與壁厚φ密度ρ粘度μ位置高度Z管路總長Σl(層流λ=64/Re,需判斷)，兩截面的壓強P1P2體積流量V泵效率η，求軸功率N.解題思路：求軸功率，需要求出有效功率，則先選取截面，列出機械能衡算式，代入已知的壓強，高度差，大截面上的速度約為零，摩擦損失用計算公式代入，摩擦系數(shù)未知，先用體積流量除管道截面積計算出管內速度，再計算雷諾數(shù)，判斷是否屬層流，是則用公式λ=64/Re計算摩擦系數(shù)，求出有效功，再計算出質量流量，質量流量等于體積流量乘密度，兩者乘積即為有效功率，再除于效率即得軸功率。注意單位。4、已知ρVφ⊿ZP1P2直管長度l局部阻力當量長度le(以阻力為直管的%表示)λη,求N.解題思路：求軸功率，需要求出有效功率，則先選取截面，列出機械能衡算式，代入已知的壓強，高度差，大截面上的速度約為零，摩擦損失用計算公式代入，其中總長為直管加局部，求出有效功，再計算出質量流量，兩者乘積即為有效功率，再除于效率即得軸功率。注意單位。5、已知P1P2⊿ZVΣlλ進出口阻力不計φρμη，求軸功率N.解題思路：求軸功率，需要求出有效功率，則先選取截面，列出機械能衡算式，代入已知的壓強，高度差，大截面上的速度約為零，摩擦損失用計算公式代入，求出有效功，再計算出質量流量，兩者乘積即為有效功率，再除于效率即得軸功率。注意單位。6、已知φ水平等徑管截面間管長lAB阻力損失⊿Pf孔板λNη孔板流量計孔板直徑d0,孔流系數(shù)C0指示液高度R指示液密度ρA流體密度ρ流量計算公式求PA—PB功率消耗分率。解題思路：在規(guī)定的兩截面間列出機械能衡算式，水平等徑管兩截面上的速度相等，無高度差，無有效功輸入，摩擦損失包括管段的摩擦損失和孔板的阻力損失，孔板的阻力損失已知，管段的摩擦損失用計算公式代入，管內速度未知，先用流量計算公式計算出孔板流量計孔中的速度，再用連續(xù)性方程計算出管內速度，則可算出兩截面間的壓差PA—PB；功率消耗分率是指在該兩截面間消耗的功率占總功率消耗的百分數(shù)，總功率消耗用軸功率乘效率求得，該兩截面間消耗的功率用兩截面間消耗的功乘質量流量計算得到，對水平等徑管，兩截面間消耗的壓強降與兩截面間的壓差相等。注意單位換算。7、已知P1P2⊿Zφ管長l閥件、彎頭等當量長度le/d管內流速uλρη求有效功率Ne軸功率N.解題思路：先求出有效功率，則先選取截面，列出機械能衡算式，代入已知的壓強，高度差，大截面上的速度約為零，摩擦損失用計算公式代入，求出有效功，再計算出質量流量，兩者乘積即為有效功率，再除于效率即得軸功率。注意單位。8.已知P1P2管長ld各阻力系數(shù)ζV,求⊿Z.解題思路：選取截面和基準面，列出機械能衡算式，計算出管中的流速，用阻力計算公式計算阻力損失，然后將已知的壓強、流速、阻力損失代入，即可求出所需的⊿Z。9.已知P1P2(真空度mmHg)ρu⊿Zφ進口管路阻力損失Wf1，出口管阻力hf2(mH2O)，求有效功率Ne。解題思路：選取截面和基準面，列出機械能衡算式，代入已知數(shù)據(jù)，注意壓強與阻力損失的單位換算，求出We，再求出ms,根據(jù)Ne=msWe求出有效功率。10.已知P1P2φρ真空表高度Z1壓強表高度Z2V進口管阻力Wf1出口管阻力Wf2壓強表表壓η求兩液面高度差N真空表讀數(shù)解題思路：關鍵在截面的選取，要求方程中只包含一個未知數(shù)。先在泵出口壓強表截面與高液面間列出機械能衡算式，代入已知的壓強，壓強表高度，大截面上的速度約為零，管內速度用體積流量除管道面積得到，出口管阻力，無有效功輸入，這樣就可以求出高液面的高度，求出了兩液面高度差；再在低液面與高液面間列出機械能衡算式，代入已知的大截面上的壓強，大截面上的速度約為零，進口管阻力，出口管阻力，求出有效功，計算出質量流量，兩者乘積即為有效功率，再除于效率即得軸功率；最后在真空表截面與壓強表截面間列出機械能衡算式，代入已知的管內速度，真空表高度，壓強表高度，有效功，壓強表表壓，就可以求出真空表讀數(shù)—真空度，真空度等于負的表壓。注意單位換算。二、非均相分離10分1、已知顆粒直徑dp顆粒密度ρp流體密度ρ沉降θ（時間），流體粘度μ,求沉降高度H.解題思路：沉降高度等于沉降速度乘沉降時間，則可以先假設沉降處在層流區(qū)，用斯托克斯公式計算出沉降速度，再進行雷諾數(shù)檢驗，正確就乘于時間即得沉降高度。2、已知沉降速度utdpρpρ,求μ.解題思路：公式變形，先假設沉降處在層流區(qū)，用斯托克斯公式計算出流體粘度，再進行雷諾數(shù)檢驗，正確即可。3、已知（降塵室）處理量V(Nm3)---N標準操作溫度t℃μρρp最小顆粒直徑dpmin求(1)面積A,(2)已知寬度b，求長度L,(3)當L實際=1/2L理論時，采取什么措施.解題思路：先進行氣體體積換算，溫度校正，再用降塵室處理量計算公式（即斯托克斯公式變形，其中沉降速度等于體積量除于降塵室底面積）計算面積，進行雷諾數(shù)檢驗；面積等于長乘寬，已知寬度，就可算出長度；保證底面積，可以通過加一擋板解決。4、已知操作壓力⊿P過濾時間θ濾液量V過濾介質當量濾液量Ve不計壓縮性指數(shù)s=0過濾常數(shù)K,求(1)過濾面積A,(2)濾框數(shù)n(已知長與寬)，（3）在一種洗滌方式下，一定洗滌時間θw下的洗滌液量Vw,(4)⊿P加倍,一定過濾θ下的Vˊ.解題思路：恒壓過濾，先寫出過濾方程，過濾介質當量濾液量Ve不計，方程簡化為V2=KA2θ,式中濾液量、過濾時間、過濾常數(shù)均已知，則可直接求出過濾所需面積；過濾面積等于兩倍的n個框面積，則框數(shù)n=A/2ab；在相同的操作壓力和相同的黏度下洗滌速度等于最終過濾速度的δ倍，置換洗滌δ=1，橫穿洗滌δ=1/4，而最終的過濾速度用過濾公式求導求得，V2+2VVe=KA2θ,2VdV+2VedV=KA2dθ,dV/dθ=KA2/(2V+2Ve)則洗滌液量等于洗滌速度乘于洗滌時間；操作壓強加倍，過濾常數(shù)K受影響，在壓縮性指數(shù)s=0情況下，K增大一倍，此時代入時間即可得到濾液體積。5、已知降塵室的長L寬b高H,中間加一擋板，V(Nm3)t℃μρρp求能否沉降某大小的顆粒。解題思路：先進行氣體體積換算，溫度校正，將標準狀況下的體積換算成操作狀況下的體積，中間加一擋板，降塵室的底面積等于兩倍的長乘寬，寫出降塵室計算能沉降的最小顆粒臨界直徑公式dpmin=[(Vs/A)×18μ/(ρp-ρ)g]1/2注意單位換算，進行雷諾數(shù)檢驗，將臨界直徑與所需沉降顆粒的直徑進行比較，臨界直徑小則可除去，臨界直徑大則不能。6、已知⊿Pθ（時間）VVe不計s=0K,濾框數(shù)n，長、寬、厚，洗水量，洗滌方式，洗滌壓力，問（1）是否能用，（2）洗滌時間。解題思路：恒壓過濾，先寫出過濾方程，過濾介質當量濾液量Ve不計，方程簡化為V2=KA2θ,式中濾液量、過濾時間、過濾常數(shù)均已知，則可直接求出過濾所需面積；再根據(jù)求出實際提供的過濾設備的面積A=2nab，進行比較，提供的面積大于所需面積，則可以用，小于則不能用；洗滌時間等于洗滌液量除于洗滌速度，洗滌速度等于最終過濾速度的δ倍，置換洗滌δ=1，橫穿洗滌δ=1/4，而最終的過濾速度用過濾公式求導求得，V2+2VVe=KA2θ,2VdV+2VedV=KA2dθ,dV/dθ=KA2/(2V+2Ve)。7、降塵室已知長L寬b高H,加擋板數(shù)nρpρμt℃dpmin求處理量V(Nm3)。解題思路：先寫出降塵室計算處理能力的公式，Vs/A=dpmin2(ρp-ρ)g/18μ，降塵室的底面積等于（n+1）倍的長乘寬，先計算出Vs，進行雷諾數(shù)檢驗，然后進行氣體體積換算，溫度校正，將實際的體積換算成標準體積，注意單位換算。8、已知過濾機板框數(shù)n長與寬與厚過濾時間θF橫穿洗滌Vw輔助時間θRVe不計求生產能力K解題思路：恒壓過濾，先寫出過濾方程，過濾介質當量濾液量Ve不計，方程簡化為V2=KA2θ,式中過濾時間、過濾常數(shù)、過濾面積A=2nab均已知，則可以計算出已知過濾時間下的濾液量；一個生產過程時間包括過濾時間，洗滌時間和輔助時間，過濾時間、輔助時間已知，洗滌時間等于洗滌液量除于洗滌速度，橫穿洗滌時洗滌速度等于最終過濾速度的1/4倍，而最終的過濾速度用過濾公式求導求得，V2+2VVe=KA2θ,2VdV+2VedV=KA2dθ,dV/dθ=KA2/(2V+2Ve)，生產能力即等于濾液量除于三個時間之和，再進行單位換算。9、已知濾框的長與寬與厚一定θF對應的V濾渣厚度K單位過濾面積的過濾介質當量濾液量qe橫穿洗滌Vw輔助時間θR求板框數(shù)nθw24小時的濾液量解題思路：恒壓過濾，先寫出過濾方程q2+2qqe=KθF，已知qe、K，則可以求出q，而q=V/A，V已知，則可求出A，而A=2nab，則可求出板框數(shù)n；洗滌時間等于洗滌液量除于洗滌速度，洗滌液量已知，橫穿洗滌時洗滌速度等于最終過濾速度的1/4倍，而最終的過濾速度用過濾公式求導求得；24小時的濾液量=24V/（θF+θR+θw），注意時間單位。三、傳熱20分1、已知管直徑與壁厚φ冷流體的進口溫度t1出口溫度t2熱流體質量流量ms1比熱Cp熱流體進口溫度T1出口溫度T2管外傳熱膜系數(shù)α1管內傳熱膜系數(shù)α2金屬壁導熱系數(shù)λ與污垢熱阻Rs，逆流,求總傳熱系數(shù)K冷流體質量流量ms2傳熱管長L.解題思路：總傳熱系數(shù)用公式關聯(lián)；冷流體質量流量用熱量衡算方程計算；求管長，應先求出傳熱面積，傳熱面積用總傳熱速率方程求，先寫出總傳熱速率方程，公式中傳熱速率、總傳熱系數(shù)已經求出，對數(shù)平均溫度差用公式計算，求出面積，再求管長，L=A/пd1。2、已知φT1T2體積流量V(Nm3/min)—N標準標準狀態(tài)密度ρ0熱流體比熱Cp1ms2t1Cp2K逆流,求管長L.解題思路：先求出熱流體的質量流量=ρ0V，再用熱量衡算方程計算冷流體的出口溫度，求管長，應先求出傳熱面積，傳熱面積用總傳熱速率方程求，先寫出總傳熱速率方程，公式中傳熱速率用熱量衡算方程計算，K已知，對數(shù)平均溫度差用公式計算，求出面積，再求管長，L=A/пd1。3、已知傳熱面積Ams1T1T2Cp1t1t2冷流體比熱Cp2逆流,求Kms2.解題思路：列出熱量衡算式，代入已知數(shù)據(jù)，求出冷流體質量流量，寫出總傳熱速率方程，公式中傳熱速率用熱流體熱量衡算方程計算，面積已知，對數(shù)平均溫度差用公式計算，就可以求出總傳熱系數(shù)。4、已知ms1蒸汽飽和溫度Ts汽化（冷凝）潛熱rα1管內流體流速utm1s2φρCp流體粘度μ流體導熱系數(shù)λ金屬壁導熱系數(shù)λ鋼Rs熱量損失Ql求傳熱速率（傳熱量）Qt2A提高Q的措施.解題思路：蒸汽冷凝，溫度不變，釋放出的熱量等于質量乘冷凝潛熱，扣除熱量損失即為傳熱速率；冷流體出口溫度用熱量衡算方程計算，傳熱速率已經求出，其他條件已知，就可以求出；求傳熱面積就用總傳熱速率方程，公式中傳熱速率已知，對數(shù)平均溫度差用公式計算，而總傳熱系數(shù)未知，用公式關聯(lián)，先用管內流體強制湍流公式關聯(lián)出管內傳熱系數(shù)，再關聯(lián)出總傳熱系數(shù)，就可以求出傳熱面積；針對本題，措施主要為提高小的傳熱系數(shù)側的速度以提高總傳熱系數(shù)，進而提高傳熱速率。5、已知φms1T1T2Cp1t1t2Cp2K不計熱量損失Q求mls2.逆流、并流的⊿tm及管長L。解題思路：兩種情況下流體各自的進出口溫度不變，用公式計算兩中情況下的對數(shù)平均溫度差，注意流體方向對兩端兩流體的溫度差影響，求管長，應先求出傳熱面積，傳熱面積用總傳熱速率方程求，先寫出總傳熱速率方程，公式中傳熱速率用熱量衡算方程計算，K已知，對數(shù)平均溫度差已求出，求出面積，再求管長，L=A/пd1。6、已知φ管程流體流速u體積流量VCpρt1t2Ts冷凝α1α2λ求K管子根數(shù)n及長L。解題思路：求管子根數(shù)n，一根管子的大小已知，則它的截面積就可以求出，而管內速度也知道，則一根管子的體積流量就可以求出，現(xiàn)在總的體積流量知道，則管子根數(shù)n就等于總的體積流量除于一根管子的體積流量；求管長，應先求出傳熱面積，傳熱面積用總傳熱速率方程求，先寫出總傳熱速率方程，公式中傳熱速率用冷熱量衡算方程計算，冷流體質量流量等于體積流量乘密度，總傳熱系數(shù)用公式關聯(lián)，對數(shù)平均溫度差用公式計算，蒸汽冷凝，溫度不變，求出面積，再求管長，L=A/nпd1。7、已知ms1T1T2Cp1Cp2212ρtt逆流KQl不計求ms2核算已有換熱器.解題思路：先寫出熱量衡算方程，代入已知條件，就可以求出冷流體質量流量；再寫出總傳熱速率方程，公式中傳熱速率用熱熱量衡算方程計算，對數(shù)平均溫度差用公式計算，求出傳熱面積，這是傳熱所需面積，實際已有的換熱器有面積，兩者進行比較，實際的比所需的大就可以用。8、已知ms1T1T2t1t2逆流湍流狀態(tài)氣體溫度高，液體溫度低，在管內，Cp1Cp2（λRsQl）不計Cp不變求ms2t1升高后（ms1T1T2不變）的t2ms2。1解題思路：先寫出熱量衡算方程，代入已知條件，就可以求出冷流體質量流量；t升高后，由于ms1T1T2不變，Cp不變，Ql不計，所以此時傳熱量仍然與原來相同，Q=ms1Cp1(T1-T2）=ms2Cp2(t2-t1）,式中t1已知ms2、t2未知，再寫出前后兩中情況下的總傳熱速率方程，Q=ms1Cp1(T1-T2）=KAΔtm，Q=ms1Cp1(T1-T2）=KAΔtm,Q=Q,面積不變，λRs不計，α氣α液，所以K≈α氣，液體流量變化基本不影響K，K=K，這樣使得Δtm=Δtm，Δtm可以用原來的四個溫度求出，Δtm即可得到，而Δtm計算式中只有t2未知，就可以求得t2，再利用熱量衡算方程，就可以求得ms2。9.已知ms1Cp11212TTttK逆流Ql不計，求冷流體體積流量Vs2，A;TTt不變時，在一定的Vs2下，問能否改成并流？KAms1121解題思路：先寫出熱量衡算方程，代入已知條件，就可以求出傳熱速率Q和冷流體質量流量ms2，進一步可以求出體積流量；求出Δtm再用傳熱速率方程求出A;TT不變，即要求的Q不變，KA不變，即要求的Δtm不變，用熱量衡算方程求出一定的Vs2下時冷ms112流體的t2，求出此時并流下的Δtm，與要求的進行比較，如大于要求的，則可以改成并流操作，如小于要求的，則不可以改成并流操作?；蛘邔2與T2進行比較，如t2大于T2則不可以改成并流操作。四、蒸發(fā)10分1、已知原料濃度x0完成液濃度x傳熱面積A總傳熱系數(shù)K蒸汽飽和溫度Ts生蒸汽冷凝潛熱R二次蒸汽溫度T1溫度差損失⊿ˊ（沸點升高）⊿ˊˊ（液柱靜壓強）熱量損失Ql二次蒸汽汽化潛熱r,沸點進料,求原料液處理量F加熱蒸汽消耗量D.解題思路：求原料液處理量F，通過物料衡算方程，即Fx0=（F-W）x,F=Wx/(x-x0),需要先求得水份蒸發(fā)量W，寫出傳熱方程Q=KAΔt=KA（Ts-t1）=Wr+Ql,t1=T1+⊿ˊ+⊿ˊˊ,代入已知條件，就可求出W，進而求出F；寫出加熱蒸汽消耗量D計算公式，沸點進料，簡化，代入已知條件，求出D，注意熱量損失Ql的單位。2、已知A加熱蒸汽壓強Ps(-Ts-R)二次蒸汽壓強P（-T1-r）t1原料進料溫度t0=沸點即t1沸點進料蒸發(fā)量W熱損失Ql,求D/WK.解題思路：寫出加熱蒸汽消耗量D計算公式，沸點進料，簡化，根據(jù)壓強，查出加熱蒸汽冷凝熱R和二次蒸汽汽化熱r，注意壓強均需按絕壓查，求出加熱蒸汽消耗量D，再求D/W，不要忘記；寫出傳熱方程Q=KAΔt=KA（Ts-t1）=Wr+Ql,代入已知條件，注意熱量損失Ql的單位，就可以求出傳熱系數(shù)K。3、已知Fx0xt0t1T1Ts比熱CprR(生蒸汽)Ql,求WD解題思路：寫出水份蒸發(fā)量W計算公式，代入已知條件，就可以求出W；寫出加熱蒸汽消耗量D計算公式，代入已知條件，注意熱量損失Ql的單位，就可以求出D。4、已知Cpx0xPs(-Ts-R)P1（-T1-r二次蒸汽）t0=t1WQlK⊿,求FDA.解題思路：求原料液處理量F，通過物料衡算方程，即Fx0=（F-W）x,F=Wx/(x-x0)代入已知條件，就可以求出F；寫出加熱蒸汽消耗量D計算公式，沸點進料，簡化，根據(jù)壓強，查出加熱蒸汽冷凝熱R和二次蒸汽汽化熱r，注意壓強均需按絕壓查，代入已知條件，注意熱量損失Ql的單位，就可以求出D；寫出傳熱方程Q=KAΔt=KA（Ts-t1）=DR,代入已知條件，就可以求出傳熱面積A。5、已知APs(-Ts-R)P（-T1-r二次蒸汽）t0=t1蒸發(fā)時間與蒸發(fā)量，Ql=x%DR，大氣壓力，各⊿，求D，K。解題思路：寫出加熱蒸汽消耗量D計算公式，根據(jù)壓強，查出加熱蒸汽冷凝熱R和二次蒸汽汽化熱r，注意壓強均需按絕壓查，根據(jù)蒸發(fā)時間與蒸發(fā)量，求出W，代入已知條件，就可以求出D；寫出傳熱方程Q=KAΔt=KA（Ts-t1）=DR,查出加熱蒸汽溫度Ts，二次蒸汽溫度T1，t1=T1+⊿，代入已知條件，就可以求出傳熱系數(shù)K。6、已知Fx0xAP（冷凝器）各⊿，Kt0=t1Ql=0大氣壓力，求Ps.Ps-Ts列表解題思路：水蒸汽壓強與溫度成對應關系，求加熱蒸汽壓強，通過求溫度而得，寫出水份蒸發(fā)量W計算公式，代入已知條件，就可以求出W，再寫出傳熱方程Q=Wr+Ql=KAΔt=KA（Ts-t1）,根據(jù)壓強，查出二次蒸汽汽化熱r，因為是冷凝器的壓強，先根據(jù)壓強，查出溫度，加⊿ˊˊˊ，再查二次蒸汽汽化熱r，Ql=0，沸點進料，代入已知條件，就可以求出完成傳熱所需的溫度差，代入t1=T1+⊿ˊ+⊿ˊˊ+⊿ˊˊˊ，就可以求出所需的Ts，再根據(jù)溫度去查出所需的蒸汽壓強。7、已知Cpx0x加熱蒸汽壓強Ps二次蒸汽壓強Pt1t0=t1WKQl=x%DRPs(-Ts–R-焓i)列表求FD/WA.解題思路：通過物料衡算方程，即Fx0=