同济大学本专科课程期终考试统一命题纸A卷 学年第一.docx
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同济大学本专科课程期终考试统一命题纸A卷学年第一
同济大学本专科课程期终考试统一命题纸A卷
20022003学年第一学期
课程：
化工原理姓名______________
考试专业：
化学工程与工艺00级学号_______________
此卷选为：
期终考试（），补考（）试卷
教研室主任签名：
2003年1月16日
1.填空（30分）
（1）流体在圆形直管中作层流流动时，其速度分布为型曲线，其中心最大流速为平均流速的倍，摩擦系数与Re数的关系为。
（2）当流体在管内流动时，若需测定管截面上流体的速度分布，应选用
测量。
（3）在离心泵性能测定实验中，当水的流量由小变大时，泵入口处的压强。
（4）写出两种需安装回路调节流量的液体输送设备名称：
、
。
（5）推导过滤基本方程的一个最基本依据是流体作流动。
（6）在长为L，高为H的降尘室中，颗粒的沉降速度为ut，含尘气体通过降尘室的水平速度为u，则颗粒在降尘室内分离的条件为。
（7）液体在大容器中沸腾，随着温差的增加可分为
两种沸腾状态，实际操作应控制在阶段。
（8）物体辐射能力的大小与成正比，还与的四次方成正比。
（9）在管壳式换热器中，设置折流板以提高程给热系数。
（10）相平衡常数m=2，气相传质系数ky=104kmol/（m2s），液相传质系数kx=100ky，这一吸收过程为控制。
该气体为溶气体。
气相总传质系数Ky=kmol/（m2s）。
（11）在填料塔中用清水吸收混合气中的NH3，当水泵发生故障上水量减少时，气相传质单元数NOG。
（12）恒沸精馏和萃取精馏都需要在混合液中加入第三组分，其目的是
。
（13）当液体喷淋量一定时，填料塔单位高度填料层的压强降与空塔气速关系曲线上存在两个转折点，其下转折点称为，上转折点称为。
（14）板式塔不正常操作现象通常有、和
。
（15）填料精馏塔等板高度的意义为。
（16）对于不饱和湿空气，干球温度湿球温度，露点温度湿球温度。
（17）除去气体中的某种有害成分以净化气体，可能的分离方法有：
、
、。
2.（7分）用板框过滤机恒压过滤某悬浮液，滤框共10个，其规格为810810mm，框的厚度为42mm。
现已测得过滤10分钟后得滤液1.31m3，再过滤10分钟共得滤液1.91m3。
滤饼体积与滤液体积之比为0.1。
试计算：
（1）过滤常数K、Ve；
（2）滤框完全充满滤饼时所需的过滤时间（h）。
2.（14分）密度为900kg/m3的某液体从敞口容器A经过内径为40mm的管路进入敞口容器B，两容器内的液面高度恒定。
管路中有一调节阀，阀前管长65m，阀后管长25m（均包括全部局部阻力的当量长度，进出口阻力忽略不计）。
当阀门全关时，阀前后的压强表读数分别为80kPa和40kPa。
现将调节阀
开至某一开度，阀门阻力的当量长度为30m，
直管摩擦系数=0.0045。
试求：
（1）管内的流量为多少m3/h？
（2）阀前后压强表的读数有何变化？
4.（14分）现有一列管换热器，内有252.5mm的钢管300根，管的有效长度为2m。
要求将8000kg/h的空气于管程由20C加热至85C，采用108C的饱和蒸汽于壳程冷凝加热之，冷凝液在饱和温度下排出。
蒸汽冷凝的传热系数为104W/（m2C）。
空气的对流传热系数为90W/（m2C），管壁及两侧污垢热阻均可忽略，且不计热损失，空气在平均温度下的比热为1kJ//（kgC）。
试求：
（1）换热器的总传热系数K（以管子外表面为基准）；
（2）通过计算说明该换热器能否满足要求；
并说明管壁温度接近哪一侧流体的温度？
5.（7分）在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知：
空气进入预热器的温度为15C，湿度为0.0073kg水/kg干气，焓为35kJ/kg干气；空气进干燥器的温度为90C，焓为109kJ/kg干气；空气出干燥器的温度为50C，湿度为0.023kg水/kg干气；进干燥器时物料含水量为0.15kg水/kg干料，出干燥器时物料含水量为0.01kg水/kg干料；干燥器的生产能力为237kg/h（按干燥产品计）。
试求：
（1）空气用量V（kg干气/h）；
（2）预热器的热负荷（kW）。
6.（14分）一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的H2S，进塔气体中含H2S2.91%（体积），要求吸收率为99%，平衡关系为y=2x，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H2S的摩尔分数为0.013。
已知气体流率为0.015kmol/m2s，总传质系数Kya为0.04kmol/m3s。
试求所需填料高度H。
7.（14分）用一连续精馏塔分离含苯与甲苯各0.5的料液，要求馏出液中含苯0.96，残液中含苯不高于0.05（以上均为摩尔分数）。
泡点进料，操作回流比为最小回流比的1.2倍，物系的相对挥发度为2.5。
试求：
精馏段和提馏段的操作线方程。
《化工原理》A卷试题答案
1.填空（30分）
（1）流体在圆形直管中作层流流动时，其速度分布为抛物线型曲线，其中心最大流速为平均流速的2倍，摩擦系数与Re数的关系为=64/Re。
（2）当流体在管内流动时，若需测定管截面上流体的速度分布，应选用毕托管测量。
（3）在离心泵性能测定实验中，当水的流量由小变大时，泵入口处的压强减小。
（4）写出两种需安装回路调节流量的液体输送设备名称：
（1）往复泵，
（2）齿轮泵（螺杆泵、涡旋泵）。
（5）推导过滤基本方程的一个最基本依据是流体作层流流动。
（6）在长为L，高为H的降尘室中，颗粒的沉降速度为ut，含尘气体通过降尘室的水平速度为u，则颗粒在降尘室内分离的条件为L/uH/ut。
（7）液体在大容器中沸腾，随着温差的增加可分为核状沸腾、膜状沸腾两种沸腾状态，实际操作应控制在核状沸腾阶段。
（8）物体辐射能力的大小与黑度成正比，还与绝对温度的四次方成正比。
（9）在管壳式换热器中，设置折流板以提高壳程给热系数。
（10）相平衡常数m=2，气相传质系数ky=104kmol/（m2s），液相传质系数kx=100ky，这一吸收过程为气相阻力控制。
该气体为易溶气体。
气相总传质系数Ky=9.8105kmol/（m2s）。
（11）在填料塔中用清水吸收混合气中的NH3，当水泵发生故障上水量减少时，气相传质单元数NOG增加。
（12）恒沸精馏和萃取精馏都需要在混合液中加入第三组分，其目的是改变原组分间相对挥发度，以利分离。
（13）当液体喷淋量一定时，填料塔单位高度填料层的压强降与空塔气速关系曲线上存在两个转折点，其下转折点称为载点，上转折点称为泛点。
（14）板式塔不正常操作现象通常有过量液沫夹带、液泛和严重漏液。
（15）填料精馏塔等板高度的意义为相当于一块理论塔板的填料层高度。
（16）对于不饱和湿空气，干球温度大于湿球温度，露点温度小于湿球温度。
（17）除去气体中的某种有害成分以净化气体，可能的分离方法有：
吸收、吸附、膜分离。
2.（7分）用板框过滤机恒压过滤某悬浮液，滤框共10个，其规格为810810mm，框的厚度为42mm。
现已测得过滤10分钟后得滤液1.31m3，再过滤10分钟共得滤液1.91m3。
滤饼体积与滤液体积之比为0.1。
试计算：
（1）过滤常数K、Ve；
（2）滤框完全充满滤饼时所需的过滤时间（h）。
解：
（1）过滤常数
过滤面积A=2100.810.81=13.1m2
一个框内的滤饼体积V饼=0810.810.42=0.0276m3
滤液体积V=10V饼/0.1=100.0276/0.1=2.76m3
恒压过滤方程：
V2+2VVe=KA2
过滤常数由两组数据计算：
1.312+21.31Ve=K13.12600
1.912+21.91Ve=K13.121200
解得Ve=0.152m3，K=2.05105m2/s
（2）过滤时间
=（V2+2VVe）/KA2=（2.762+22.760.152）/（2.0510513.12）
=2404s=0.668h
3.（14分）密度为900kg/m3的某液体从敞口容器A经过内径为40mm的管路进入敞口容器B，两容器内的液面高度恒定。
管路中有一调节阀，阀前管长65m，阀后管长25m（均包括全部局部阻力的当量长度，进出口阻力忽略不计）。
当阀门全关时，阀前后的压强表读数分别为80kPa和40kPa。
现将调
节阀开至某一开度，阀门阻力的当量长度
为30m，直管摩擦系数=0.0045。
试求：
（1）管内的流量为多少m3/h？
（2）阀前后压强表的读数如何变化？
解：
（1）管内流量
取容器A的液面为1-1截面，容器
B的液面为2-2截面，阀前为a-a截面，阀
后为b-b截面。
阀门全关时，pa=gz1（表压），pb=gz2（表压）
即z1=pa/g=80000/（9009.81）=9.06m
z2=pb/g=40000/（9009.81）=4.53m
在1-1和2-2之间列柏努利方程：
其中u1=u2=0，p1=p2，hf=
因此，gz1=gz2+
即u=
=2.57m/s
V=2.570.7850.0423600=11.6m3/h
（2）阀前后的压强变化
阀前压强减小，阀后压强增加。
4.（14分）现有一列管换热器，内有252.5mm的钢管300根，管的有效长度为2m。
要求将8000kg/h的空气于管程由20C加热至85C，采用108C的饱和蒸汽于壳程冷凝加热之，冷凝液在饱和温度下排出。
蒸汽冷凝的传热系数为104W/（m2C）。
空气的对流传热系数为90W/（m2C），管壁及两侧污垢热阻均可忽略，且不计热损失，空气在平均温度下的比热为1kJ//（kgC）。
试求：
（1）换热器的总传热系数K（以管子外表面为基准）；
（2）通过计算说明该换热器能否满足要求；
并说明管壁温度接近哪一侧流体的温度？
解：
（1）总传热系数K
K2=
=71.49W/（m2C）
（2）核算传热量Q
要求的传热量Q=W2cp（t2t1）=8000（8520）/3600=144.4kW
换热面积A=nd2L=3003.140.0252=47.12m2
tm=
=48.44C
换热器能达到的传热量Q’=KAtm=0.0714947.1248.44=163.2kW
（Q’Q）/Q=13%，能满足要求。
管壁温度接近蒸汽温度。
5.（7分）在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知：
空气进入预热器的温度为15C，湿度为0.0073kg水/kg干气，焓为35kJ/kg干气；空气进干燥器的温度为90C，焓为109kJ/kg干气；空气出干燥器的温度为50C，湿度为0.023kg水/kg干气；进干燥器时物料含水量为0.15kg水/kg干料，出干燥器时物料含水量为0.01kg水/kg干料；干燥器的生产能力为237kg/h（按干燥产品计）。
试求：
（1）空气用量V（kg干气/h）；
（2）预热器的热负荷（kW）。
解：
（1）空气用量
绝干物料的处理量为Gc=
=234.7kg干料/h
水的汽化量为W=Gc（X1X2）=234.7（0.150.01）=32.85kg/h
空气用量为V=
=2092kg干气/h
（2）预热器的热负荷
Q=V（I1I0）=2092（10935）=1.548105kJ/h=43.0kW
6.（14分）一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的H2S，进塔气体中含H2S2.91%（体积），要求吸收率为99%，平衡关系为y=2x，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H2S的摩尔分数为0.013。
已知气体流率为0.015kmol/m2s，总传质系数Kya为0.04kmol/m3s。
试求所需填料高度H。
解：
（1）平均推动力
y1=0.0291
y2=
（1）y1=（10.99）0.0291=2.91104
x1=0.013,y1e=20.013=0.026
x2=0,y2e=0
y1=y1y1e=0.02910.026=3.1103
y2=y2y2e=2.911040=2.91104
=0.00119
（2）HOG和NOG
HOG=
=0.375m
NOG=
=24.2
（3）填料层高度
H=HOGNOG=0.37524.2=9.1m
7.（14分）用一连续精馏塔分离含苯与甲苯各0.5的料液，要求馏出液中含苯0.96，残液中含苯不高于0.05（以上均为摩尔分数）。
泡点进料，操作回流比为最小回流比的1.2倍，物系的相对挥发度为2.5。
试求：
精馏段和提馏段的操作线方程。
解：
因q=1，所以xq=xF=0.5
yq=
=0.714
Rmin=
=1.15
操作回流比R=1.2Rmin=1.38
精馏段操作线方程
y=
=0.580x+0.403
提馏段操作线方程
y=
q=1，蒸汽量V'=V=（R+1）D
液体量L'=L+qF=RD+F
由全塔物料衡算，
=0.495
=10.495=0.505
操作线方程
y=
=1.43x0.0214
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