华南理工大学10年化工原理考研试题.docx
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华南理工大学10年化工原理考研试题
选择填空题(50分)
1、流体在等径管中作稳定水平流动,流体由于流动而有摩擦损失,流体的压强沿管长(),流速()。
A)增加 B)减少 C)不变 D)不定
2、孔板流量计的孔流系数Co,当Re数增大时,其值()。
A)总在增大, B)先减小,当Re数增大到一定值时,Co保持为某定值;
C)总是减小; D)不定。
3、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生()。
A)气缚现象B)汽蚀现象C)汽化现象D)冷凝现象
4、有一套管换热器,在内管中空气从20
被加热到50
,环隙内有119.6
的水蒸汽冷凝,管壁温度接近()
。
A)35B)119.6C)77.3D)无法判断
5、提高进入干燥器空气的温度,空气的湿含量H( ),相对湿度(),焓()。
A)不变 B)变小 C)变大 D)不确定
6、干燥器进口温度计最小分度是0.1OC,下面是同一温度时的几种记录,哪一种是正确的()。
A)75oCB)75.0oCC)75.014oCD)75.97oC
7、某低浓度逆流吸收塔在正常操作一段时间后,发现气体出口含量y2增大,原因可能是( )。
A)气体进口含量y1下降 B)吸收剂温度降低
C)入塔的吸收剂量减少 D)前述三个原因都有
8、某精馏塔设计时,进料量qn,F、进料浓度xF、进料热状况q、塔顶产品qn,D、塔顶产品浓度xD以及回流比R一定,若将塔釜间接蒸气加热改为直接蒸气加热,则( )。
A)塔底产品减少 B)塔底产品浓度降低
C)塔板数量减少 D)提馏段液气比增加。
9、低浓度逆流吸收操作中,当吸收剂用量增加而其他条件不变时,试判断下列参数的变化:
吸收推动力Δy(),回收率η();当温度下降而其他条件不变时,吸收推动力Δy(),回收率η()。
A)增大B)减小C)不变D)不确定
10、在房间中利用火炉取暖时,其传热方式为:
()
A)传导和对流 B)传导和辐射 C)对流和辐射 D传导、对流和辐射
11、某液体在内径为
的水平管路中稳定层流流动,其平均流速为
,当它以相同的体积流量通过等长的内径为
的管子时,则其流速为原来的()倍,压降△P是原来的()倍。
12、离心泵通过给定的管路,将河水送到固定高度的储罐。
当冬天河水水位下降时,泵的输水能力();为了保持原来的输送能力,可以采用()的方法调到原来的流量。
13、板式塔是根据塔板上的气液接触元件来分类,请列举三种板式塔1):
();2):
();3):
()。
14、为了获得管内流体的速度分布,可以采用()进行测量。
15、降尘室的生产能力只与降尘室的()和()有关,而与()无关。
16、对恒压过滤,如滤饼不可压缩,介质阻力可以忽略时:
(1)过滤量增大一倍,则过滤速率为原来的();
(2)当过滤面积增大一倍时,则过滤速率增大为原来的()倍。
17、
(1)纯蒸气冷凝时,热阻由()决定;
(2)含不凝性气体的蒸气冷凝时,热阻由()决定。
18、为了提高恒速干燥过程的速率,可以采取()措施实现;对于降速干燥阶段,为了提高其干燥过程速率,可以采取()措施实现。
19、满足恒摩尔流的条件为
(1)( ),
(2)( ),(3)()。
20、连续精馏操作,原为泡点进料,现因故导致料液温度下降。
若进料浓度、回流比、塔顶采出率以及进料位置均保持不变,则塔釜加热量将( ),塔顶易挥发组分浓度将( )。
二、计算题(共100分)
1、(10分)某化工过程,为回收苯,先将苯蒸发到干燥的空气中形成混合气体,在30oC和1atm(绝压)下的相对湿度为60%,然后使混合气体冷却到-11.5oC,苯在30oC和-11.5oC时的饱和蒸气压分别为118mmHg和10mmHg,求苯的回收率。
苯和空气的分子量分别取78和29。
2、(10分)一板框式过滤机,过滤面积为2m2,在1.5kgf/cm2(表压)下恒压过滤操作2h,得滤液36m3,装卸时间为0.5h,滤饼不可压缩,忽略介质阻力。
试求:
(1)过滤常数K(m2/s)和2h时的过滤速率(m3/s)?
(2)若过滤2h后,以5m3水洗涤饼,洗涤时间(h)及生产能力又为多少(m3/h)?
3、(20分)流量为9.17kg/s和温度为20℃的水在面积50m2列管换热器中逆流将110℃的醋酸冷却到40℃,冷却水的出口温度为45℃。
但换热器投入运行一段时间后,冷、热流体的流量和进口温度均不变,但测得冷却水的出口温度降为38℃,求
(1)前后总传热系数改变多少?
(2)换热器的污垢热阻为多少?
(3)若冷、热流体的对流传热分系数的比值为1:
3,为了提高传热总系数,你认为提高哪一种流体的传热分系数更有效,为什么?
4、(20分)一常压连续精馏塔分离某二元理想混合液,已知塔顶为泡点回流,进料为饱和液体,其组成为0.46(易挥发组分的摩尔分数,下同),该系统的相对挥发度为α=2.5。
测得精馏段第n块塔板的汽、液相组成分别为
,相邻上层塔板的液相组成为
,相邻下层塔板的汽相组成为
,试求:
(1)精馏段操作线方程;
(2)最小回流比;
(3)精馏段第n块塔板的气相默弗里(Murphree)板效率Emv,n;
5、(20分)、图示离心泵管路系统,将水从低位槽送往高位槽,吸入管(泵前)直径d1=80mm,长l1=6m,摩擦系数λ1=0.02。
排出管(泵后)直径d2=60mm,长l2=13m,摩擦系数λ2=0.03,在排出管C处装有阀门,其局部阻力系数ζ=6.4,吸入管路和排出管路各有一个90º弯头,ζ=0.75。
管路两端水面高度差H=10m,泵进口高于水面2m,管内水流量为12L/s。
试求:
(1)每kg流体需从泵获得多少机械能(泵的有效功W=?
J/kg)?
(2)泵进、出口断面的压强PA和PB各为多少(N/m2)?
(3)如果是高位槽中的水沿同样管路向下(低位槽)流出,管内流量不变,问是否需要安装离心泵?
6、(20分)在一填料塔中,用含苯0.00015(摩尔分数,下同)的洗油逆流吸收混合气体中的苯。
混合气的处理量为73.6kmol/h,进塔气体中含苯0.03,要求苯的回收率为90%,操作在101.3kPa、25℃下进行,塔径0.8m,物系的平衡关系为Y×=26X,操作液气比为最小液气比的1.3倍,气相总体积传质系数Kya=0.045kmol/(m3·s),苯的分子量为78.1,洗油的分子量为170。
试求:
每小时所需吸收剂用量以及苯的回收量(kg/h);
所需的填料层高度(m);
其他条件不变,改用性能更好的填料,分析该措施是如何影响回收率的。
2007
一、(50分)填空和选择题
1、流体在等径水平直管的流动系统中,层流区:
压强降与速度()成正比。
极度湍动区;压强降与速度()成正比。
2、U形管差压计用水作指示液,测量气体管道的压降,若指示液读数R=20㎜,则表示压压降为()Pa,,为使R读数增大,而△P值不变,应更换一种密度比水()的指示液。
3、某转子流量计,其转子材料为不锈钢,测量密度为1.2kg/m3的空气时,最大流量为400m3/h。
现用来测量密度为0.8kg/m3氨气时,其最大流量为()m3/h。
4、离心泵的工作点是()曲线与()曲线的交点。
列举三种改变工作点的方法(),(),()。
5、离心泵的安装高度超过允许安装高度时,离心泵会发生()现象。
用离心泵输送接近沸点的液体时,该泵应安装与被输送液体液面的()方。
6、重力沉降和离心沉降的理论依据是:
()
7、三种传热方式的基本定律:
热传导();
热对流();
热辐射()。
8、在包有两层相同厚度但热传导系数不同的保温材料的圆形管道上,应该将()材料包在内层,其原因是()。
9、流体沸腾根据温度差大小可分为()、()、
()、三个阶段,操作应控制在()
10、将单程列管式换热器改为双程的作用是(),但这将使()减小,()增大。
11、列管换器中,用饱和水蒸气加热空气,空气走管内,蒸气走管间,则管壁温度接近()的温度,总传热系数接近()的对流传热系数。
12、图示为一异径管段,从A段流向B段,测得U形压差计的读数为R=R1,从B段流向A段测得U形压差计读数为R=R2,若两种情况下的水流量相同,则
①
②
③
④
B
13、孔板流量计的孔流系数Co,当Re数增大时,其值。
(A)总在增大;(B)先减小,当Re数增大到一定值时,Co保持为某定值;
(C)总是减小;(D)不定
14、碳钢的导热系数为_____;不锈钢的导热系数为_____;铜的导热系数为_____,常压常温空气的导热系数为_____;常温水的导热系数为_____。
(A)17W/(m
)(B)380W/(m
)(C)45W/(m
)
(D)16W/(m
)(E)0.62W/(m
)(F)0.025W/(m
)
15、翅片管加热器一般用于___________。
(A)两侧均为液体,(B)两侧流体均有相变化。
(C)一侧为气体,一侧为蒸气冷凝,(D)一侧为液体沸腾,一侧为高温液体
16、操作中的精馏塔,若维持F、xF、q、D、R不变(F、xF、q、D、R分别为进料量、进料组成、进料热状况参数、塔顶产品量和回流比),将加料口由原来的最佳进料位置向下移动几块塔板,则会导致塔顶产品浓度xD和塔低产品浓度xW发生以下变化()
(A)xD变小,xW变大(B)xD变小,xW变小
(C)xD变大,xW变大(D)xD变大,xW变小
17、已知某一气液平衡物系符合亨利定律,由此可作出以下判断:
该平衡物系中,溶质在气相中的摩尔浓度与其在液相中的摩尔浓度的差值为()
(A)正值(B)负值(C)零(D)不确定
18、在恒定干燥实验中,其他实验条件不变,仅降低进入干燥设备的热空气的湿度,则下列推论中,合理的是()
(A)湿物料的临界水分将降低,恒速干燥段时间缩短
(B)湿物料的临界水分将降低,恒速干燥段时间延长
(C)湿物料的临界水分将提高,恒速干燥段时间延长
(D)湿物料的临界水分将提高,恒速干燥段时间缩短
19、影响塔设备操作弹性的因素有()
①物系性质,②塔的结构,③气液负荷
(A)①和②(B)①和③(C)②和③(D)①、②和③
20、根据有效膜模型(双膜理论),当被吸收组分在吸收液中的溶解度很大时,气相总传质系数Ky()
(A)大于气相对流传质系数ky(B)大于液相对流传质系数kx
(C)近似等于气相对流传质系数ky(D)近似等于液相对流传质系数kx
21、在板式塔塔板结构设计中,当哪些因素考虑不周时,将可能引起降液管液泛,请列举其中三个考虑不周的因素:
①、②、③。
22、在干燥操作中,作为干燥介质的湿空气经预热器加热后,其湿度、相对湿度。
23、在吸收操作中,压力和温度,可使平衡常数,这有利于吸收操作。
24、设计精馏塔时,若进料量F、进料组成xF、塔顶、塔底馏出液组成xD、xW和回流比R一定,提高进料温度,则理论板数将,冷凝器负荷,再沸器热负荷。
25、简单蒸馏用于分离的均相混合物。
在简单蒸馏操作中,随着蒸馏的进行,蒸馏釜内的易挥发组分浓度逐渐,釜内溶液沸点逐渐。
二、(20分)在附图所示的管路系统中,有一直径为
38
2.5mm、长为30m的水平直管段AB,在其中间装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量流量,孔流系数Co为0.63,流体流经孔板的永久压降为6
104Pa,AB段摩擦系数
取为0.022,试计算:
(1)流体流经AB段的压强差;
(2)若泵的轴功率为800W,效率为62%,求AB管段所消耗的功率为泵的有效功率的百分率。
已知:
操作条件下流体的密度为870kg/m3,U形管中的指示液为汞,其密度为13600kg/m3。
(3)若输送流量提高到原流量的1.8倍,用计算结果说明该泵是否仍能满足要求?
(设摩擦阻力系数
不变)。
三、(20分)某酒精精馏厂,塔顶馏出液冷凝器中有
25×2.5的管50根,长2m,管内通冷却水,流速为1.0m/s,其进、出口温度分别为20℃和40℃,管外为饱和蒸气冷凝,试求:
(1)管壁对冷却水的对流传热系数hi。
(2)该厂仓库有一台与上述传热面积相同,管径相同,但管数为60根的换热器拟作备用品,若保持冷却水进出口温度不变,问该备用品是否合用(用计算等说明)?
(3)若不合用,为完成原来的冷凝任务,试说明用该备用换热器如何调整操作条件使之满足生产要求?
水物性数据可取为:
Cp=4.174kJ/(kg·K),ρ=995.7kg/m3;λ=0.617W/(m·K),μ=0.8cp
四、(20分)在逆流操作的填料塔内,用20℃的清水吸收氨气-空气混合气中的氨气,已知混合气流量为540m3/h(标准状态下),塔底气体进塔浓度为0.06(摩尔分率),要求氨的回收率为99%,已知塔内径(直径)为0.8m,清水用量为1.1m3/h,操作条件下的平衡关系为Y*=0.9X,气相总体积传质系数Kya=107kmol/m3.h,20℃水的密度为998.2kg/m3。
试求:
(1)吸收液的出口浓度X1(摩尔比);
(2)气相总传质单元数NOG及所需的填料层高度Z;
(3)若混合气流量(标准状态下)增加20%,维持操作压强和用水量不变,要达到原来的回收率,填料层高度至少应调整为多少?
(已知吸收过程为气膜控制,Kya与气体流速的0.8次方成正比)。
五、(20分)在一常压连续操作的精馏塔中分离某双组分混合液,已知该物系的平均相对挥发度为3.2。
进料量为1000kmol/h,饱和蒸气进料,进料中易挥发物的组成xf=0.4。
要求塔顶产品中易挥发组成xD=0.9(以上均为摩尔分率),料液中易挥发组分的90%由塔顶馏出。
取回流比为3.5。
塔釜采用间接加热,塔顶采用全凝器。
试计算:
(1)精馏段和提馏段上升的蒸气量;
(2)从塔顶数起的第二块理论板上升的蒸气组成为多少;
(3)现因结垢导致再沸器换热能力下降,若维持原来的进料量、进料组成、进料热状况和塔顶产品量不变,分析塔顶产品浓度和塔底产品浓度将如何变化?
六、(10分)用一过滤面积为0.05m2的板框过滤机过滤某悬浮液,操作压强为399kN/m2,过滤300s所得到的滤液量为0.025m3,再过滤300s时再得到0.015m3的滤液量,此时板框已充满滤饼,试求:
(1)过滤常数K(m2/s)和当量滤液量Vm(m3)?
(2)过滤终了时的过滤速率?
七、(10分)在常压(101.33kPa)绝热干燥器内用热空气干燥某湿物料,湿物料从含水量为35%干燥至5%(均为湿基含水量),产品产量为450kg/h。
空气初始温度为25℃,相对湿度为35%,经预热器加热至90℃后进入干燥器,离开干燥器时空气的温度为45℃。
(已知25℃时,水的饱和蒸气压为3.1684kPa)。
试求:
(1)干燥器除去的水量(kg/h);
(2)空气离开干燥器时的湿度(kg水/kg绝干空气);
(3)绝干空气的消耗量(kg绝干空气/h)。
空气的焓可由下式计算:
851华南理工大学2008年
一、选择填空题(50分)
1、流体在管内的流速u=0.5m/s,管径d=0.01m,密度为1000kg/m3,粘度μ=0.005kg/(m.s),其Re=,流动形态为流,最大速度为。
2、在换热器的操作中有逆流操作和并流操作,对于高粘度的冷流体,为了降低粘度,宜采用_______操作;为了减少加热剂或冷却剂用量,宜采用_______操作。
3、在一板框过滤机上过滤某种悬浮液,在0.1MPa(表压)下20min可在每平方米过滤面积上得到0.197m3的滤液,再过滤20min又得到滤液0.09m3,则共过滤一小时可得总滤液量______m3。
4、蒸气冷凝分为________和_________,工业用冷凝器的设计都是按_________的情况进行设计。
5、一降尘窒长5m,宽3m,高1m,中间装有l0块隔板,隔板间距为0.1m,现颗粒最小直径10μm,其速度为0.02m/s,欲将最小直径的颗粒全部沉降下来,含尘气体的最大流速不能超过______m/s。
6、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道,当石棉泥受潮后,其保温效果应__________,主要原因是______________________________。
7、水平串联的两直管道Ⅰ、Ⅱ,已知管径dⅠ=0.5dⅡ,流体在管道Ⅰ中的雷诺数ReⅠ=1800,管道Ⅰ长为100m。
测得某流体经管道Ⅰ的压降为0.64m液柱,流经管道Ⅱ的压降为64mm液柱,则管道Ⅱ的长度为_______。
A80m;B100m;C140m;D160m
8、流体在某管内作层流流动,当流量减小时,其摩擦系数入_________,阻力损失_________。
9、一套管换热器,管内走液体,管间走蒸汽,由于流体入口温度下降,在流量不变的情况下,为仍达到原来的出口温度(此设备再提高压力强度已不允许),采用简便有效的措施为__________。
①管内加麻花铁;②提高壳程数;③减少壳程数;④换封头
10、流体流动的速度分布方程:
)(422rRLpur−Δ=μ的使用条件是:
第2页
__________________;_______________________;__________________。
11、造成离心泵气缚的现象原因是_________。
A安装高度太高;B泵内流体密度太小;C入口管路阻力太大;D泵不能抽水
12、转子流量计的特点是、。
测流体流量时,随着流体流量减小,孔板流量计两侧压差值将,若改用转子流量计测量,当流量减小时,转子两端压差值将。
13、在某输液的管路中,并联一台同型号的离心泵,并联双泵后工作点的输液效果为。
A.并联的输液量将是单泵的两倍B.并联输液的扬程是单泵的两倍
C.并联的能耗将是单泵的两倍D.无论输液量、扬程或能耗都不会是原泵的两倍
14、湿空气的温度一定,湿度越高湿球温度()。
15、空气的湿球温度受湿空气的()和()两个因素控制。
16、.在恒定的温度下,物料的结合水与非结合水的划分,()。
恒速干燥阶段,干燥速率(),降速干燥阶段,干燥速率()
A)只取决于物料本身的特性;B)只取决于空气状态
C)取决于空气状态和物料本身的特性;D)不定
17、.在填料塔中用清水吸收混合气中NH3,当水泵发生故障,水量减少时,气相总传质单元数NOG()
A增加;B减少;C不变D不定。
18、在吸收塔某处,气相主体浓度Y=0.025,液相主体浓度X=0.01,气相传质分系数kY=2mol/m2.h,气相总传质系数KY=1.5mol/m2.h,则该处气液界面上气相浓度Yi应为(),已知平衡关系为Y*=0.5X。
A0.02B0.01C0.015D0.005
19、.实验室用水吸收空气中的CO2,基本上属于()。
其气膜中的浓度梯度()液膜中的浓度梯度(均换算为对应的液相组成表示)。
气膜阻力()液膜阻力。
A大于,B等于,C小于,D气膜控制,E液膜控制,F两相扩散控制
20、在吸收操作中,操作温度升高,吸收的推动力();当操作压力升高,吸收的推动力()
21、.连续精馏塔设计时,当采用塔顶全凝器,泡点回流方案时,为完成分离任务所需理论板数N1。
若采用塔顶分凝器,而回流比和前方案相同时,则完成同样分离任务所需理论板数为N2。
比较:
()
AN2>N1BN2=N1CN222、某二元混合物要求用精馏方法分离,规定产品浓度为xD,xW。
如进料为xf1时,则相应的最小回流比为Rm1,若进料为xf2相应为Rm2,现xf1()第3页
(A)Rm1Rm2(D)无法确定Rm大小
23、相对挥发度αAB=2的双组分混合物,当气相与液相达到平衡时,两相间的组成的关系是().A.yA>xA;B.yA24、精馏塔设计时,保持塔顶和塔底产品的流量和组成不变,当提高回流比时,所需的理论板数将(),塔顶全凝器所需冷却水的用量将();塔底再沸器的热负荷将()
25、二元溶液连续精馏计算中,进料热状态的变化将引起以下的变化()
A平衡线;B操作线与q线;C平衡线与操作线;D平衡线与q线。
二、(20分)一个常压连续精馏塔分离苯和甲苯混合物。
精馏塔塔顶第一块板上升蒸汽的组成为y1=0.94(苯的摩尔分率),如图。
在分凝器中,蒸汽量的2/3冷凝成饱和液体作回流液。
未冷凝部分的饱和蒸汽送入下一冷凝器全部冷凝为塔顶产品。
操作条件下,苯—甲苯混合物的相对挥发度为2.5,求:
(1)塔顶产品组成(xD),回流液组成(x0).
(2)第二块理论板的上升蒸汽组成(y2).
第二题附图
三、(20分)在一吸收塔中,用清水逆流吸收某气体混合物,入塔气相组成为0.04(摩尔分率,下同)操作条件下物系的平衡关系为Y*=1.2X,操作气液比为1.2,出塔气相组成为0.01,吸收过程为气膜控制,KYa∝V0.7(V为气体混合物中惰性气体的摩尔流率)。
(1)求气相总传质单元数NOG;
(2)若气液初始组成、流量、清水流量及操作条件不变,当两个完全相同的塔并联逆流操作时,气液两相流量分配相等,此时气体出口组成为多大?
四、(25分)如附图所示,从水池用离心泵向一高位槽送水,高位槽的压力为0.2kgf/m2,一定阀门开度时送水量为每小时45m3,管路总长(包括所有局部阻力的当量长度)为150m,吸入管和排出管路均Ф108×4mm的光滑管,当Re=3000~107时,管路的摩擦系数λ=0.3164/Re0.25。
试求:
(1)该泵的扬程和轴功率。
已知泵的效率为65%,水的密度为1000kg/m3,水的粘度为1×10-3Pa.s。
第4页
(2)当水池水位下降(设泵仍能正常工作),是否影响泵的输送能力?
此时管路中的阻力损失如何变化?
怎样调节到原来的输送流量?
(分析并画图说明)
第四题附图
五、(25分)某生产过程需要将440kg/h的常压空气从20℃加热到95℃,为完成该传热任务,现选用一台单程列管式换热器,所用的换热器尺寸如下:
管子规格为φ25mm×2.5mm的钢管,管长为1.5m,管子数为38根。
壳程采用115℃的饱和水蒸汽加热。
已知空气的物性数据为:
Cp=1kJ/(kg·K);λ=0.029W/(m·K);μ=0.02cp
试求:
(1)通过计算说明该换热器是否能满足生产要求?
(2)如使用此换热器时空气的实际出口温度为多少?
(3)若要求空气的出口温度能达到95℃,则该换热器在结构和操作上应采取什么措施?
(用计算等说明)(受锅炉压力所限,蒸汽温度不能再提高)
注:
①计算中可忽略管壁及污垢热阻,热损失