化工基础习题M.docx
《化工基础习题M.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化工基础习题M.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
化工基础习题M
第一章
1.化工生产中,物料衡算的理论依据是,热量衡算的理论基础是。
2.物理量的单位可以概括为_________和_________两大类。
3.单元操作是化工生产过程中的,根据所遵循的基本原理的不同,可将单元操作分为_________、__________、___________。
4.力在国际单位制中的是__________,而用SI制用本单位表示时,则为______________。
5.生产过程中,设备内无任何物料累积的过程称为。
6.计算:
丙烷充分燃烧时要使空气过量25%,燃烧反应方程式为:
C3H8+5O2→3CO2+4H2O。
试计算得到100mol燃烧产物(又称烟道气)需要加入空气的物质的量。
7.有一个4×3m2的太阳能取暖器,太阳光的强度为3000kJ/(m2·h),有50%的太阳能被吸收用来加热流过取暖器的水流。
水的流量为0。
8L/min,求流过取暖器的水升高的温度。
第二章
流体静力学
1.理想流体是指_______________;而实际流体是指_____________________。
2.压力表上的读数为0。
25MPa=_________kgf·cm—2,真空表上的读数为0。
05MPa=________mmHg(真空度)。
3.液柱压力计量是基于______________原理的测压装置,用U形管压差计测压时,当一端与大气相通时,读数R表示的是_________或___________.
4.天津和兰州的大气压强分别为101。
33kPa和85。
3kPa,苯乙烯真空精馏塔的塔顶要求维持5。
3kPa的绝对压强,试计算两地真空表的读数(即真空度).
5.有一密闭反应器,在反应前,旧式压力表上显示压强为0.40kgf·cm—2,反应终了并经冷却后,U形水银压强计示数为250mm(真空度),问该反应器内,反应前后的绝对压强各为多大?
6.求空气在真空度为400mmHg、温度为—40℃时的密度。
当地大气压为750mmHg。
7.如图所示,水在管道中流动。
为测得A—A′、B—B′截面的压力差,在管路上方安装一U形压差计,指示液为水银。
已知压差计的读数R=150mm,试计算A—A′、B-B′截面的压力差。
已知水与水银的密度分别为1000kg/m3和13600kg/m3.
8.
用U形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差,指示液为水,密度为1000kg/m3,读数R为12mm.为了提高测量精度,改为微差压力计,指示液A为含40%乙醇的水溶液,密度为920kg/m3,指示液C为煤油,密度为850kg/m3。
问读数可以放大多少倍?
此时读数为多少?
9.思考:
如何证明玻璃管内的液位与容器内液位等高?
流动基本概念
1.雷诺准数的表达式为________________.当密度ρ=820kg。
m—3,粘度μ=3厘泊的某液体,在内径d=10mm,以流速0.5m.s-1在管中流动时,其雷诺准数等于__________,其流动类型为______。
2.某长方形截面的通风管道,其截面尺寸为40×30mm,其当量直径de为______.
3.流体体积流量用_____来计算;质量流量用_____来计算;而流体流速用_____来计算.
4.牛顿粘性定律表达式为________,其粘性系数(粘度)的物理意义是____________________。
5.流体在园直管内流动,当Re≥4000时的流型称为___,其平均速度与最大流速的关系为______,而Re≤2000的流型称为___,其平均速度为______。
6.流体的粘度指______________________________________.粘度值随温度变化而变化,对于液体,温度升高,粘度________;对于气体,温度升高,粘度________.
7.稳定流动的定义是___________________.
8.某液体在套管环隙内流动,大管规格为φ56×3mm,小管规格为φ30×2。
5mm,液体粘度为1mN·s·m—2,密度为1000kg·m—3,流速为1m·s-1则该液体在套管环隙内流动的Re=_________.
9.流体在园管内流动时,由于流体具有粘性,使得___________处速度为零,管的________处速度最大.
10.圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为11。
8kg·s—1,其体积流量为___________.平均流速为__________。
11.流体沿壁面流动时,我们把速度梯度显著存在的区域称为_____________.
衡算
1.
采用虹吸管从高位槽向反应釜中加料.高位槽和反应釜均与大气相通.要求物料在管内以1。
05m·s-1的速度流动。
若料液在管内流动时的能量损失为2。
25J·N-1,试求高位槽的液面应比虹吸管的出口高出多少米才能满足加料要求?
2.
如附图所示,从高位槽向塔内进料,高位槽中液位恒定,高位槽和塔内的压力均为大气压。
送液管为φ45×2。
5mm的钢管,要求送液量为3。
6m3/h。
设料液在管内的压头损失为1。
2m,(不包括出口能量损失),试问高位槽的液位要高出进料口多少米?
3.
如附图所示,某厂利用喷射泵输送氨。
管中稀氨水的质量流量为1×104kg/h,密度为1000kg/m3,入口处的表压为147kPa.管道的内径为53mm,喷嘴出口处内径为13mm,喷嘴能量损失可忽略不计,试求喷嘴出口处的压力。
阻力
1.
要求向精馏塔中以均匀的流速进料,现装设一高位糟,使得料液自动流入精馏塔中,如附图所示.若高位槽的液面保持1。
5m的高度不变,塔内操作压力为0。
4kgf·cm—2(表压),塔的进料量需维持在50m3·h-1,则高位槽的液面应该高出塔的进-料口多少米才能达到要求?
若已知料液的粘度为1。
5×10—3Pa·s,密度为900kg·m—3,连接管的尺寸为φ108mm×4mm的钢管,其长度为h+1.5m,管道上的管件有180°的回弯头、截止阀及90°的弯头各一个。
2.用离心泵把水从贮槽送至附图所示表压强为9。
807×104Pa的水洗塔中,贮槽液面恒定,其上方为常压.泵入口比贮槽液面高2m,贮槽液面与输送管出口端垂直距离为20m。
在某输送量下,泵对每kg水作的功为317.7J/kg,管内的摩擦系数为0。
018。
泵的吸入和压出管路总长分别为10m及100m(包括管件及入口的当量长度,但不包括出口的当量长度),管子直径为φ108×4mm.若在泵出口处装一压强表,测压处与泵入口间的位差和摩擦阻力均可略去不计,试求压强表读数。
3.
某工厂将密度为1.1×103kg·m-3的稀盐酸用真空抽吸装置输送到上一层楼,提升高度h=3m,当地大气压98。
6kPa,储槽有效容积1m3,要求2min把它装满.输送管用57mm×3.5mm耐酸钢管,由低位槽到高位槽的阻力损失∑Hf=1m液柱,高位槽到真空泵的压强降Δpf=10kPa.求:
(1)高位槽所需的真空度p2(真空度);
(2)真空泵的实际真空度;
(3)若该真空泵最大真空度为8。
8×104Pa,求最大提升高度z2(∑Hf变化不计)。
输送设备
1.
用离心泵将贮槽中的料液输送到蒸发器内,敞口贮槽内液面维持恒定。
已知料液的密度为1200kg·m—3,蒸发器上部的蒸发室内操作压力为200mmHg(真空度),蒸发器进料口高于贮槽内的液面15m,输送管道的直径为ф68mm×4mm,送液量为20m3·h-1.设溶液流经全部管路的能量损失为12。
23J·N-1(不包括出口的能量损失),若泵的效率为60%,试求泵的功率。
2.
某化工厂用泵将敞口碱液池中的碱液(密度为1100kg/m3)输送至吸收塔顶,经喷嘴喷出,如附图所示.泵的入口管为φ108×4mm的钢管,管中的流速为1.2m/s,出口管为φ76×3mm的钢管。
贮液池中碱液的深度为1.5m,池底至塔顶喷嘴入口处的垂直距离为20m。
碱液流经所有管路的能量损失为30.8J/kg(不包括喷嘴),在喷嘴入口处的压力为29。
4kPa(表压)。
设泵的效率为60%,试求泵所需的功率。
3.某工段领到一台离心泵,泵的铭牌上标着:
流量qv=20m3·h—1,扬程H’e=30。
8米水柱,转速n=2900转/分,允许吸上真空高度Hs=7.2m,泵的流量和扬程均符合要求,若已知管路的全部阻力为1。
8米水柱,当时当地大气压为736毫米汞柱,试计算:
(1)输送20℃水时泵的安装高度为多少?
(2)输送90℃水时泵的安装高度为多少?
4.选用某台离心泵,从样本上查得其允许吸上真空高度Hs=7。
5m,现将该泵安装在海拔高度为500m处(在海拔500m处大气压强Ha=9.74mH2O),已知吸入管的压头损失为1mH2O,泵入口处动压头为0.2mH2O,夏季平均水温为40℃,问该泵安装在离水面5m高处是否合适?
第三章
一、填空题
1.传导传热的傅立叶定律为_____________其各项表示为_______,_____,____,_______和_________。
2.热量传递的方式主要有三种:
________、__________、_________.
3.稳定热传导是指_____________________不随时间而改变。
4.导热是________热传递的主要方式,对流传热是指________的传热过程。
5.由多层等厚平壁构成的导热壁面中,所用材料的导热系数愈大,则该壁面的热阻就愈________,其两侧的温度差愈______。
6.某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃,而环境温度为20℃,采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0。
57w·m—1·K—1,此时单位面积的热损失为_______。
(注:
大型容器可视为平壁)
7.在包有二层相同厚度保温材料的圆形管道上,应该将______________材料包在内层,其原因是______________,______________.
8.厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知δ1〉δ2〉δ3;导热系数λ1<λ2<λ3。
在稳定传热过程中,各层的热阻R1____R2____R3;各层导热速率Φ1___Φ2___Φ3.(填〉,〈或=)
9.一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_______________.
10.在多层平壁稳定热传导中,通过各层的传热速率__。
11.有两种不同的固体材料,它们的导热系数第一种λ1>〉第二种λ2,若作为换热器材料,应选用____种;当作为保温材料时,应选用____种。
12.多层平壁导热的总热阻等于___________.
13.水垢的热阻较大的原理,主要是___________.
14.牛顿冷却定律的表达式为_________,给热系数(或对流传热系数)α的单位是_______。
15.某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为20℃和40℃,此时传热平均温度差△t=_________。
16.在列管式换热器中,用饱和蒸气加热空气,此时传热管的壁温接近________流体的温度,总传热系数K接近______流体的对流给热系数.
17.强化传热的方法之一是提高K值.而要提高K值,则应提高对流传热系数____________________。
18.平壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α1、α2以及间壁导热系数λ的关系为_____________.当平壁厚4mm,导热系数为45(w.m—2.K-1)时,两侧给热系数分别为8000(w.m-2.K—1)和600(w.m—2.K—1)时,总传热系数K=_____________________.
19.某逆流操作的间壁式换热器中,热流体的进、出口温度为80℃和50℃,冷流体的进出口温度为20℃和40℃,此时传热平均温度差△tm=_______.
20.对流传热牛顿冷却定律为____,其各项表示为____、_____、____、_____和_____。
21.对流传热中的努塞特准数式是____,它反映了____________。
22.对流体传热中普兰德准数式为_______,它反映了___________。
23.间壁式换热器:
m1Cp1(T1-T2)=m2Cp2(t2—t1)=K。
A。
△tm等式成立的条件是__________、__________、___________。
24.在热交换过程中,当间壁两侧流体稳定变温传热时,两流体间的相互流向有:
___________.
25.沸腾传热中,保持________沸腾是比较理想的.
26.间壁传热的总传热速率方程为_______。
某换热过程中,要求Φ=30kw,K=555(w。
m—2。
K—1),△tm=25K,则传热面积为______.
二、选择题
1.法定计量单位中,属于国际热量计算单位的是()。
A。
kw;B.kcal;C。
J
2.对流传热是由()因素产生的。
A.流体分子的热振动;B.流体体内电子的移动;C.流体质点的位移、扰动。
3.对流传热仅发生在()中。
A.固体B.静止的流体C.流动的流体
4.流体与固体壁面间的对流传热,当热量通过滞流内层时,主要是以()方式进行的。
A。
热传导B.对流传热C.热辐射
5.物质的导热系数,一般来说:
金属的λ(),非金的λ(),液体的λ(),气体的λ()。
A.最小B。
最大C。
较小D。
较大
6.列管式换热器内,装设了两块横向折流挡板,则该换热器为()
A.单程B。
双程C。
三程D.不确定
7.()是一种以电磁波传递热能的方式。
A。
传导B。
对流C.辐射
8.间壁传热时,各层的温度降与各相应层的热阻()
A。
成正比B.成反比C。
没关系
9.在平壁导热中q=λA(t1-t2)/δ,传热推动力是()。
A.λ;B。
t1-t2;C。
δ
10.将1500kg。
h-1,80℃的硝基苯通过换热器冷却到40℃,冷却水初温为30℃,出口温度不超过35℃,硝基苯比热为1.38kJ.kg—1。
K—1,则换热器的热负荷为()。
A。
19800kJ。
h—1;B.82800kJ.h—1;C.82800kw;
11.传热速率公式Φ=KAΔtm中,Δtm的物理意义是()。
A.器壁内外壁面的温度差;B.器壁两侧流体对数平均温度差;
C.流体进出口的温度差;D。
器壁与流体的温度差。
12.()是指当间壁两侧冷、热流体之间的温度为1K时,在单位时间内通过单位传热面积,由热流体传给冷流体的热能.
A.导热系数;B。
对流传热系数;C。
总传热系数
13.当冷热两流体无相变且进、出口温度分别相同时的折、错流换热器,其平均温度差△t’都比纯逆流时的△t()。
A。
大B。
小C.相同
14.蒸汽中不凝性气体的存在,会使它的对流传热系数α值()。
A。
降低B。
升高C。
不变
15.两流体进行换热时,每一流体在换热器内的任一位置,任一时间的温度皆相等,这种传热称为()。
A.稳定变温传热B。
恒温传热C.变温传热
16.蒸汽冷凝时,膜状冷凝的α()滴状冷凝的α。
A。
等于B.大于C.小于
17.翅片管换热器的翅片应安装在()。
A.α小的一侧B。
α大的一侧C.管内D。
管外
三、判断题
1、付立叶定律适用于流体与壁面间的传热计算。
()
2、凡稳定的圆筒壁传热,热通量为常数。
()
3、换热器的导热管,应选用导热系数值大的材料.()
4、换热器的平均传热温度差,是指热流体进出口的平均温度与冷流体进出口的平均温度的差值.()
5、多层平面壁稳态热传导时,推动力是内壁面与外壁面间总的温度差;总热阻是各层热阻的倒数之和.()
6、在相同条件下,采用逆流操作比采用并流操作,所需传热面积要小。
()
7、间壁一边流体稳定变温,而另边流体恒温时,其传热平均温度差的大小与流体的流向有关。
()
8、间壁式换热器内冷,热两流体的传热总热阻必定大于每一个分热阻,因此,总传热系数的数值必定小于其中任何一个对流体传热系数的值.()
9、在稳定多层园简壁导热中,通过多层圆筒壁的传热速率Φ相等(),而且通过单位传热面积的传热速率Φ/A也相同()
四、简答题
1、在化工生产中,传热有哪些要求?
2、传导传热、对流传热和辐射传热,三者之间有何不同?
3、传热有哪几种方法?
各有何特点?
试就锅炉墙的传热分析其属哪些传热方式?
五、计算题
1.炉子平壁结构如下:
内层为厚120mm的耐火砖,外层为厚250mm的红砖,中间填以厚为50mm的硅藻土,已知各层的导热系数为λ1=0。
93w·m—1·K—1,λ2=0。
14w·m—1·K-1,λ3=0.70w·m—1·K-1,如果不用硅藻土,而又要不增大热损失,问红砖的厚度必须增加多少?
2.某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成,两层的厚度均为100mm,其导热系数分别为0.9W/(m·℃)及0.7W/(m·℃).待操作稳定后,测得炉膛的内表面温度为700℃,外表面温度为130℃。
为了减少燃烧炉的热损失,在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、导热系数为0.06W/(m·℃)的保温材料。
操作稳定后,又测得炉内表面温度为740℃,外表面温度为90℃.设两层砖的导热系数不变,试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几?
3.外径为50mm的不锈钢管,外包6mm厚的玻璃纤维保温层,其外再包20mm厚的石棉保温层,管外壁温为300︒C,保温层外壁温为35︒C,已知玻璃纤维和石棉的导热系数分别为0。
07W/(m⋅K)和0.3W/(m⋅K),试求每米管长的热损失及玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度。
4.某平面炉壁,由绝热砖Ⅰ和普通砖Ⅱ组成,已知绝热砖厚度b1=200mm,导热系数λ1=0.2w·m-1·K-1,普通砖外侧温度t3=50℃,普通砖导热系数λ2=0。
7w·m-1·K—1。
周围大气温度t=20℃。
炉壁外侧对大气的综合对流传热系数为20w·m—2·K-1,试问:
(1)单位面积炉外壁的热损失是多少?
(2)如果t1=800℃,求t2及b2;
5.在一内钢管为φ180⨯10mm的套管换热器中,将流量为3500kg/h的某液态烃从100︒C冷却到60︒C,其平均比热为2380J/(kg⋅K).环隙逆流走冷却水,其进出口温度分别为40︒C和50︒C,平均比热为4174J/(kg⋅K).内管内外侧对流传热系数分别为2000W/(m2⋅K)和3000W/(m2⋅K),钢的导热系数可取为45W/(m⋅K).假定热损失和污垢热阻可以忽略。
试求:
1)冷却水用量;
2)基于内管外侧面积的总传热系数;
3)对数平均温差;
4)内管外侧传热面积。
6.现某厂准备选一台单壳程双管程的列管式换热器,用绝对压为200kN·m—2的饱和水蒸汽(汽化热L=2204。
6kJ·kg—1)来加热某液体。
液体走管内,流量为80t·h—1,由20℃加热到60℃,液体的平均比热为4kJ·kg—1·K—1.若换热器的K0=4500w·m—2·K-1,设备的热损失可忽略不计,饱和水蒸汽在饱和温度排出。
试求:
(1)水蒸汽的消耗量kg·h—1?
(2)要选用多大的传热面积?
已知200kN·m—2的饱和蒸汽温度120.2℃.
7.流量为2000kg·h-1的某气体在列管式换热器的管程通过,温度由150℃降至80℃;壳程冷却用软水,进口温度为15℃,出口温度为65℃,与气体作逆流流动。
两者均处于湍流。
已知气体侧的对流传热系数远小于冷却水侧的对流传热系数.试求:
(1)冷却水用量;
(2)如进口水温上升为20℃,仍用原设备要达到相同的气体冷却程度,此时出口水温将为多少度?
冷却水用量为多少?
管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计。
气体的平均比热为1。
02kJ·kg—1·K—1,水的比热为4。
17kJ·kg-1·K—1,不计温度变化对比热的影响。
8.有一壁厚为10mm的钢制平壁容器,内盛80℃的恒温热水.水对内壁面的对流传热系数为240w·m—2·K—1.现在容器外表面复盖一层导热系数为0。
16w·m-1·K—1,厚度为50mm的保温材料.保温层为10℃的空气所包围,外壁对空气的联合传热系数为10w·m—1·K—1。
试求:
(1)每小时从每m2面积所损失的热量kJ·h—1·m-2;
(2)容器内表面的温度T(钢材的导热系数为45w·m-1·K—1)
9.在管长为1m的冷却器中,用水冷却油。
已知两流体作并流流动,油由420K冷却到370K,冷却水由285K加热到310K。
欲用加长冷却管的办法,使油出口温度降至350K。
若在两种情况下油、水的流量、物性、进口温度均不变,冷却器除管长外,其他尺寸也不变。
试求加长后的管长.
10.在一套管换热器中,用110℃的饱和水蒸汽将0。
2kg·s—1的甲苯(Cp=1。
84KJ·kg-1·K—1)由30℃加热到70℃。
甲苯在φ25×2。
5mm的内管中流动(钢管的导热系数为45w·m-1·K—1)。
已知水蒸汽的冷凝对流给热系数为14000w·m—2·K—1,甲苯的对流给热系数为1100w·m—2·K—1,甲苯侧的污垢热阻为0.15×10—2m2·K·w-1,试求所需要的管长。
第六章液体的精馏
一、填空题
1.在1个大气压。
84℃时,苯的饱和蒸气压PA*=113。
6(kpa),甲苯的饱和蒸气压PB*=44.38(kpa),苯--甲苯混合溶液达于平衡时,液相组成xA=_____。
气相组成yA=______。
相对挥发α=____。
2.某理想混合液,其中一组平衡数据为xA=0.823,yA=0。
923,此时平均相对挥发度为α=___________。
3.在汽—液相平衡的t—x-y图中,液相线与汽相线将图平面平分为三个区:
汽相线以上的区域称为________,液相线以下的区域称为_________,汽。
液相线之间的区域为___________.
4.在y—x图中,以A组份标绘的平衡曲线在对角线的左上方,则表示A组分比B组分的挥发度______.平衡曲线若在对角线的右下方,则表示A组分比B组分挥发度_____.
5.精馏过程,就是利用混合液的各组分具有不同的_________,利用_____________、_________的方法,将各组分得以分离的过程。
是精馏和普通蒸馏的本质区别。
6.某连续精馏塔,已知其精馏段操作线方程为y=0。
80x+0.172,且塔顶产品量为100kmol·h—1,则馏出液组成xD=_________,塔顶上升蒸气量V=_______.
7.某泡点进料的连续精馏塔,已知其精馏段操作线方程为y=0。
80x+0.172,提馏段操作线方程为y=1。
3x-0。
018,则回流比R=_______,馏出液组成xD_______,原料组成xf=________.釜液组成xw=_________。
8.某二元理想溶液的连续精馏塔,馏出液组成为xA=0。
96(摩尔分率)。
精馏段操作线方程为y=0.75x+0。
24。
该物系平均相对挥发度α=2.5,此时从塔顶数起的第二块理论板上升蒸气组成为y2=________.
9.某二元理想溶液的连续精馏塔,提馏段操作线方程为:
y=1。
3x-0。
018,系统的平均相对挥发度α=2。
5,当xW=0.