徐州工程学院试卷
学期 课程名称 试卷类型 考试形式 闭卷 考试时间 100 分钟 命 题 人 年 月 日 教研室主任(签字) 年 月 日 使用班级 教学院长(签字) 年 月 日 班 级 学 号 姓 名
一、单选题(共15题,每题2分,共计30分) 1. 滞流内层越薄,则下列结论正确的是A 近壁面处速度梯度越小 B 流体湍动程度越低 C 流动阻力越小 D 流动阻力越大
2. 判断流体流动类型的准数为____。
A . Re数 B. Nu 数 C . Pr数 D . Gr数
3. 在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B连接一U形压差计,当流体流过该管
段时,压差计读数R值反映的是 A
A A、B两截面间的压强差 B A、B两截面间的流动阻力 C A、B两截面间动压头变化 D 突然扩大或缩小的局部阻力
4. 离心泵铭牌上标出的流量和压头数值是
A. 最大流量下对应值 B. 操作点对应值 C. 计算值 D. 最高效率点对应值 5. 离心泵在一定管路系统下工作时,压头与被输送液体的密度无关的条件是2u2A Z2-Z1=0 B Σhf = 0 C
-=0 D p2-p1 = 0 6. 含尘气体,初始温度为30℃,须在进入反应器前除去尘粒并升温到120℃,在流程布置
上宜 A A. 先除尘后升温
B. 先升温后除尘 C. 谁先谁后无所谓
7. 穿过2层平壁的稳态热传导过程,已知各层温差为△t1=100℃, △t2=25℃,则第一、二层
的热阻R1、R2的关系为_____D______。 A. 无法确定
B. R1 = 0.25R2
C. R1 = R2
D. R1 = 4R2
8. 在蒸汽-空气间壁换热过程中,为强化传热,下列方案中那种在工程上最有效
A 提高蒸汽流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸汽以提高蒸汽流速 D 在蒸汽一侧管壁上装翅片,增加冷凝面积并及时导走冷凝热。
9. 在吸收操作中,吸收塔某一截面上的总推动力(以气相组成表示)为 A. Y -Y* B. Y*- Y C. Y -Yi D. Yi - Y
10. 含低浓度溶质的气体在逆流吸收塔中进行吸收操作,若进塔气体流量增大,其他操作条
件不变,则对于气膜控制系统,其出塔气相组成将 A A. 增大 B. 变小 C. 不变 D. 不确定
u12
11. 两组分物系的相对挥发度越小,则表示分离该物系 A. 容易 B. 困难 C. 完全 D. 不完全
12. 用某精馏塔分离两组分溶液,规定产品组成的xD、xW,当进料组成为xF1时,相应回流
比为R1,进料组成为xF2时,相应回流比为R2,若xF1
B. R1 = R2
C. R1 > R2
D. 无法判断
13. 空气温度为td,湿度为Hd,相对湿度为φd的湿空气, 经一间接蒸汽加热的预热器后,
空气的温度为t1,湿度为H1, 相对湿度为Φ1,则 B
A. H1>Hd B. φd>φ1 C. H1<Hd D. φd<φ1
14. 利用空气作干燥介质干燥热敏性物料,且干燥处于降速阶段,欲缩短干燥时间,则可采
用的最有效的措施是 B
A. 提高干燥介质温度 B. 增大干燥面积,减薄物料厚度 C. 降低干燥介质相对湿度 D. 提高空气的流速
15. 关于传热系数K下述说法中错误的是A. 传热过程中总传热系数K实际是个平均值; B. 总传热系数K随着所取的传热面不同而异;
C. 总传热系数K可用来表示传热过程的强弱,与冷、热流体的物性无关; D. 要提高K值,应从降低最大热阻着手;
二、填空题(15空,每空1分,共计15分)
1. 《化工原理》是一门专业基础课,其主要研究化工生产中物理加工过程,按其操作原理
可归纳成若干单元操作。这些单元操作按其理论基础可分为: 流体流动过程 、 热量传递过程 、 质量传递过程 。
2. 当Re 为已知时,流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=,在管内呈湍流时,
摩擦系数λ与____Re________、__相对粗糙度______有关。
3. 离心泵允许汽蚀余量Δh 4. 5. 在管壳式换热器中饱和蒸汽加热空气,则
1. 传热管的管壁温度接近温度;
2. 传热总传热系数K将接近 对流传热系数。
6. 多层平壁定态导热中,若某层的热阻最小,则该层两侧的温差
7. 吸收操作过程中,若减少吸收剂用量,操作线的斜率将吸收推动力 。 8. 最小回流比的定义是 9. 测定空气中水汽分压的方法是测量
三、简答题(共3题,每题5分,共计15分)
1、某球形颗粒在水中按斯托克斯定律沉降,试问在50℃水中的沉降速度和在20℃水中的沉降速度有何不同,为什么?
答:根据颗粒在水中按斯托克斯定律沉降,则沉降公式为
ut=
dp2(ρs-ρ)g
18μ
,因为随着温度升高,
水的粘度将减小,故在50℃水中的沉降速度将大于在20℃水中的沉降速度。
2、亨利定律中E、H、m三者与温度、压力有什么关系?
答:当总压不高时,在一定温度下稀溶液上方气相中的溶质的平衡分压p*A与液相中溶质的摩尔分数成正比:p*A=kX,AχA=kC,ACA,这一关系称为亨利定律。亨利定律适用于难溶、较难溶的气体(如O2,CO2其液相浓度低);对于易溶,较易溶的气体,只能用于液相浓度甚低的情况。
p*A=kX,AχA=EχA,p*A为溶质A在气相中的平衡分压,χA为液相中溶质A的摩尔分数,E为比例系数,称为亨利系数。
p*A=kC,ACA=CAH,CA为液相中溶质A的体积摩尔浓度,H为溶解系数。 y=p*AP=EχBP=mχA,y为溶质A在气相中的摩尔分数,m为相平衡常数。
一般加压和降温可以提高气体的溶解度H,相平衡常数m减小,故加压和降温对吸收操作有利,反之,升温和减压则有利于脱吸过程,此时亨利系数E增大。
3、换热器中用饱和蒸汽在换热器外管冷凝放热,加热管内流动的空气。总传热系数接近哪种流体的对流传热系数,壁温接近哪种流体的对流传热系数?忽略污垢和管壁热阻,要..2想增大总传热系数,应增大哪个流体的对流传热系数?
答:对于稳定传热过程:Q=α1A1(T-Tw)=λAm(Tw-tw)/b=α2A2(tw-t)=KAΔtm
换热器中用饱和蒸汽在换热器外管冷凝放热,加热管内流动的空气,由于饱和蒸汽一侧的对流传热系数比空气一侧的大得多,故内壁温度接近于饱和蒸汽的温度。同时,由于管壁的热阻也很小,故管外壁温度比较接近于内壁温度。
11bA21A2
=++
由K2α2λAmα1A1可知,忽略污垢和管壁热阻,要想增大总传热系数,应增大对流传
热系数小的那个。
四、计算题(共3题,共计40分)
1、(10分)某干燥器的湿物料处理量为1000kg/h,其湿基含水量为10%,干燥到2%(均为质量分数)。干燥介质为空气,初温20℃,相对湿度40%,经预热器加热到120℃进入干燥器,出干燥器时降温至30℃,相对湿度70%。试求:水分蒸发量和空气消耗量。 解:由题意知:
L1=1000kg/h,ω1=0.1,ω2=0.02,t0=20℃,φ0=40%,t1=85℃,t2=30℃,φ2=70% 则:Lc=L1(1-ω1)=L2(1-ω2)=1000×(1-0.1)=900kg/h=L2×(1-0.02) ∴ L2=918.37kg/h
∴ W=L1ω1-L2ω2=1000×0.1-918.37×0.02=81.63kg/h 由t0=20℃,φ0=40%查I-H图得空气湿度H0=0.006kg水/kg干气 由t2=30℃,φ2=70%查I-H图得空气湿度H2=0.02kg水/kg干气
空气经过预热器后湿度不变,即H0=H1=0.006kg水/kg干气
G=
WW81.63
===5830.90kg干气/h
H2-H1H2-H00.02-0.006
∴
2、(15分)欲用一常压连续精馏塔分离含苯44%、甲苯56%(摩尔百分率,下同)的混合液,要求塔顶馏出液含苯97%,釜液含苯2%。已知泡点回流,且回流比取3。泡点进料,确定全塔需要的理论塔板数及进料位置。已知,α D=2.60,α W=2.35,进料的物系可看作理想物系,α F=2.47。
解:取全塔相对挥发度a=精馏段相对挥发度a1=(1)求最小回流比Rmin
由泡点进料可知:进料的q = 1,所以 q线方程:
==2.47
aDaF=2.60⨯2.47=2.53。
χ=χF=0.44
联立平衡线方程和q线方程求点f的坐标(χf,yf)。
2.47χ⎧y=⎪
1+1.47χ 所以: ⎨
⎪x=0.44⎩
所以,有:Rmin
⎧⎪χf=0.44
⎨
y=0.66⎪⎩f
χD-yf0.97-0.66
===1.409 ye-χf0.66-0.44
(2)求最少理论板数Nmin,Nmin,1:
Nmin=lg[(χAχB)DχAχB)Wlga=lg[(0.970.03(0.02.98)lg2.47=8.15 Nmin,1=lg[(χAχB)D(χAχB)Flga1=4.00
(3)利用捷算法求理论板数N、N1:
X= Y=
R-Rmin3-1.409==0.39775
R+13+1
N-NminN-8.15
=0.75(1-X0.5668)=0.3052 =
N+1N+1
所以, N=12.17(包括再沸器) 则: N1=
Nmin,1Nmin
N=
4.00
⨯12.17=5.97 8.15
所以加料板可设在第6块。
3. (15分)如图所示输水系统,已知管路总长度(包括所有当量长度,下同)为100m,压力表之后管路长度为80m,管路摩擦系数为0.03,管路内径为0.05m,水的密度为1000kg/m3,
泵的效率为0.8,输水量为15m3/h。求:(1)整个管路的阻力损失,J/kg;(2)泵轴功率,kw;(3)压力表的读数,Pa。
解:(1)整个管路的阻力损失,J/kg; 由题意知,
= u=2.12m/sA2π(⨯0.)
4
22
lu1002.12
则 h=0.=135.1J/kgfd20.052
(2)泵轴功率,kw; 在贮槽液面0-0´与高位槽液面1-1´间列柏努利方程,以贮槽液面为基准水平面,有:
22uu0p01p1
+W=+h∑0ef,0-1
22h135.1J/kg其中, ∑, u0= u1=0, p1= p0=0(表压), H0=0, H=20m f=
=gH+h=9.81⨯20+135.1=331.3J/k代入方程得: W ∑ef15
又 W =V⨯1000=4.17kg/sss
3600
=故 N, η=80%, =W⨯W=1381.5wN=1727w=1.727kwese
徐州工程学院试卷
学期 课程名称 试卷类型 考试形式 闭卷 考试时间 100 分钟 命 题 人 年 月 日 教研室主任(签字) 年 月 日 使用班级 教学院长(签字) 年 月 日 班 级 学 号 姓 名
一、单选题(共15题,每题2分,共计30分) 1. 滞流内层越薄,则下列结论正确的是A 近壁面处速度梯度越小 B 流体湍动程度越低 C 流动阻力越小 D 流动阻力越大
2. 判断流体流动类型的准数为____。
A . Re数 B. Nu 数 C . Pr数 D . Gr数
3. 在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B连接一U形压差计,当流体流过该管
段时,压差计读数R值反映的是 A
A A、B两截面间的压强差 B A、B两截面间的流动阻力 C A、B两截面间动压头变化 D 突然扩大或缩小的局部阻力
4. 离心泵铭牌上标出的流量和压头数值是
A. 最大流量下对应值 B. 操作点对应值 C. 计算值 D. 最高效率点对应值 5. 离心泵在一定管路系统下工作时,压头与被输送液体的密度无关的条件是2u2A Z2-Z1=0 B Σhf = 0 C
-=0 D p2-p1 = 0 6. 含尘气体,初始温度为30℃,须在进入反应器前除去尘粒并升温到120℃,在流程布置
上宜 A A. 先除尘后升温
B. 先升温后除尘 C. 谁先谁后无所谓
7. 穿过2层平壁的稳态热传导过程,已知各层温差为△t1=100℃, △t2=25℃,则第一、二层
的热阻R1、R2的关系为_____D______。 A. 无法确定
B. R1 = 0.25R2
C. R1 = R2
D. R1 = 4R2
8. 在蒸汽-空气间壁换热过程中,为强化传热,下列方案中那种在工程上最有效
A 提高蒸汽流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸汽以提高蒸汽流速 D 在蒸汽一侧管壁上装翅片,增加冷凝面积并及时导走冷凝热。
9. 在吸收操作中,吸收塔某一截面上的总推动力(以气相组成表示)为 A. Y -Y* B. Y*- Y C. Y -Yi D. Yi - Y
10. 含低浓度溶质的气体在逆流吸收塔中进行吸收操作,若进塔气体流量增大,其他操作条
件不变,则对于气膜控制系统,其出塔气相组成将 A A. 增大 B. 变小 C. 不变 D. 不确定
u12
11. 两组分物系的相对挥发度越小,则表示分离该物系 A. 容易 B. 困难 C. 完全 D. 不完全
12. 用某精馏塔分离两组分溶液,规定产品组成的xD、xW,当进料组成为xF1时,相应回流
比为R1,进料组成为xF2时,相应回流比为R2,若xF1
B. R1 = R2
C. R1 > R2
D. 无法判断
13. 空气温度为td,湿度为Hd,相对湿度为φd的湿空气, 经一间接蒸汽加热的预热器后,
空气的温度为t1,湿度为H1, 相对湿度为Φ1,则 B
A. H1>Hd B. φd>φ1 C. H1<Hd D. φd<φ1
14. 利用空气作干燥介质干燥热敏性物料,且干燥处于降速阶段,欲缩短干燥时间,则可采
用的最有效的措施是 B
A. 提高干燥介质温度 B. 增大干燥面积,减薄物料厚度 C. 降低干燥介质相对湿度 D. 提高空气的流速
15. 关于传热系数K下述说法中错误的是A. 传热过程中总传热系数K实际是个平均值; B. 总传热系数K随着所取的传热面不同而异;
C. 总传热系数K可用来表示传热过程的强弱,与冷、热流体的物性无关; D. 要提高K值,应从降低最大热阻着手;
二、填空题(15空,每空1分,共计15分)
1. 《化工原理》是一门专业基础课,其主要研究化工生产中物理加工过程,按其操作原理
可归纳成若干单元操作。这些单元操作按其理论基础可分为: 流体流动过程 、 热量传递过程 、 质量传递过程 。
2. 当Re 为已知时,流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=,在管内呈湍流时,
摩擦系数λ与____Re________、__相对粗糙度______有关。
3. 离心泵允许汽蚀余量Δh 4. 5. 在管壳式换热器中饱和蒸汽加热空气,则
1. 传热管的管壁温度接近温度;
2. 传热总传热系数K将接近 对流传热系数。
6. 多层平壁定态导热中,若某层的热阻最小,则该层两侧的温差
7. 吸收操作过程中,若减少吸收剂用量,操作线的斜率将吸收推动力 。 8. 最小回流比的定义是 9. 测定空气中水汽分压的方法是测量
三、简答题(共3题,每题5分,共计15分)
1、某球形颗粒在水中按斯托克斯定律沉降,试问在50℃水中的沉降速度和在20℃水中的沉降速度有何不同,为什么?
答:根据颗粒在水中按斯托克斯定律沉降,则沉降公式为
ut=
dp2(ρs-ρ)g
18μ
,因为随着温度升高,
水的粘度将减小,故在50℃水中的沉降速度将大于在20℃水中的沉降速度。
2、亨利定律中E、H、m三者与温度、压力有什么关系?
答:当总压不高时,在一定温度下稀溶液上方气相中的溶质的平衡分压p*A与液相中溶质的摩尔分数成正比:p*A=kX,AχA=kC,ACA,这一关系称为亨利定律。亨利定律适用于难溶、较难溶的气体(如O2,CO2其液相浓度低);对于易溶,较易溶的气体,只能用于液相浓度甚低的情况。
p*A=kX,AχA=EχA,p*A为溶质A在气相中的平衡分压,χA为液相中溶质A的摩尔分数,E为比例系数,称为亨利系数。
p*A=kC,ACA=CAH,CA为液相中溶质A的体积摩尔浓度,H为溶解系数。 y=p*AP=EχBP=mχA,y为溶质A在气相中的摩尔分数,m为相平衡常数。
一般加压和降温可以提高气体的溶解度H,相平衡常数m减小,故加压和降温对吸收操作有利,反之,升温和减压则有利于脱吸过程,此时亨利系数E增大。
3、换热器中用饱和蒸汽在换热器外管冷凝放热,加热管内流动的空气。总传热系数接近哪种流体的对流传热系数,壁温接近哪种流体的对流传热系数?忽略污垢和管壁热阻,要..2想增大总传热系数,应增大哪个流体的对流传热系数?
答:对于稳定传热过程:Q=α1A1(T-Tw)=λAm(Tw-tw)/b=α2A2(tw-t)=KAΔtm
换热器中用饱和蒸汽在换热器外管冷凝放热,加热管内流动的空气,由于饱和蒸汽一侧的对流传热系数比空气一侧的大得多,故内壁温度接近于饱和蒸汽的温度。同时,由于管壁的热阻也很小,故管外壁温度比较接近于内壁温度。
11bA21A2
=++
由K2α2λAmα1A1可知,忽略污垢和管壁热阻,要想增大总传热系数,应增大对流传
热系数小的那个。
四、计算题(共3题,共计40分)
1、(10分)某干燥器的湿物料处理量为1000kg/h,其湿基含水量为10%,干燥到2%(均为质量分数)。干燥介质为空气,初温20℃,相对湿度40%,经预热器加热到120℃进入干燥器,出干燥器时降温至30℃,相对湿度70%。试求:水分蒸发量和空气消耗量。 解:由题意知:
L1=1000kg/h,ω1=0.1,ω2=0.02,t0=20℃,φ0=40%,t1=85℃,t2=30℃,φ2=70% 则:Lc=L1(1-ω1)=L2(1-ω2)=1000×(1-0.1)=900kg/h=L2×(1-0.02) ∴ L2=918.37kg/h
∴ W=L1ω1-L2ω2=1000×0.1-918.37×0.02=81.63kg/h 由t0=20℃,φ0=40%查I-H图得空气湿度H0=0.006kg水/kg干气 由t2=30℃,φ2=70%查I-H图得空气湿度H2=0.02kg水/kg干气
空气经过预热器后湿度不变,即H0=H1=0.006kg水/kg干气
G=
WW81.63
===5830.90kg干气/h
H2-H1H2-H00.02-0.006
∴
2、(15分)欲用一常压连续精馏塔分离含苯44%、甲苯56%(摩尔百分率,下同)的混合液,要求塔顶馏出液含苯97%,釜液含苯2%。已知泡点回流,且回流比取3。泡点进料,确定全塔需要的理论塔板数及进料位置。已知,α D=2.60,α W=2.35,进料的物系可看作理想物系,α F=2.47。
解:取全塔相对挥发度a=精馏段相对挥发度a1=(1)求最小回流比Rmin
由泡点进料可知:进料的q = 1,所以 q线方程:
==2.47
aDaF=2.60⨯2.47=2.53。
χ=χF=0.44
联立平衡线方程和q线方程求点f的坐标(χf,yf)。
2.47χ⎧y=⎪
1+1.47χ 所以: ⎨
⎪x=0.44⎩
所以,有:Rmin
⎧⎪χf=0.44
⎨
y=0.66⎪⎩f
χD-yf0.97-0.66
===1.409 ye-χf0.66-0.44
(2)求最少理论板数Nmin,Nmin,1:
Nmin=lg[(χAχB)DχAχB)Wlga=lg[(0.970.03(0.02.98)lg2.47=8.15 Nmin,1=lg[(χAχB)D(χAχB)Flga1=4.00
(3)利用捷算法求理论板数N、N1:
X= Y=
R-Rmin3-1.409==0.39775
R+13+1
N-NminN-8.15
=0.75(1-X0.5668)=0.3052 =
N+1N+1
所以, N=12.17(包括再沸器) 则: N1=
Nmin,1Nmin
N=
4.00
⨯12.17=5.97 8.15
所以加料板可设在第6块。
3. (15分)如图所示输水系统,已知管路总长度(包括所有当量长度,下同)为100m,压力表之后管路长度为80m,管路摩擦系数为0.03,管路内径为0.05m,水的密度为1000kg/m3,
泵的效率为0.8,输水量为15m3/h。求:(1)整个管路的阻力损失,J/kg;(2)泵轴功率,kw;(3)压力表的读数,Pa。
解:(1)整个管路的阻力损失,J/kg; 由题意知,
= u=2.12m/sA2π(⨯0.)
4
22
lu1002.12
则 h=0.=135.1J/kgfd20.052
(2)泵轴功率,kw; 在贮槽液面0-0´与高位槽液面1-1´间列柏努利方程,以贮槽液面为基准水平面,有:
22uu0p01p1
+W=+h∑0ef,0-1
22h135.1J/kg其中, ∑, u0= u1=0, p1= p0=0(表压), H0=0, H=20m f=
=gH+h=9.81⨯20+135.1=331.3J/k代入方程得: W ∑ef15
又 W =V⨯1000=4.17kg/sss
3600
=故 N, η=80%, =W⨯W=1381.5wN=1727w=1.727kwese