化工单元操作技术知识点习题解答.docx

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化工单元操作技术知识点习题解答

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化工单元操作技术知识点习题解答

《化工单元操作技术》知识点、习题解答

一、填空题

1.粘度的物理意义是促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。

解答：

该题目主要考核流体粘度的物理意义。

液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子。

粘度的物理意义是促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。

2．在完全湍流区，摩擦系数λ与Re无关，与ε/d有关。

在完全湍流区则λ与雷诺系数的关系线趋近于水平线。

解答：

该题目主要考核对莫狄图的理解。

其中在此图中完全湍流区的特点为：

摩擦系数λ与Re无关，与ε/d有关，且λ与雷诺系数的关系线趋近于水平线。

3．在间壁式换热器中，间壁两边流体都变温时，两流体的流动方向有并流、逆流、错流、和折流四种。

解答：

该题目主要考核间壁式换热器中两流体流动的四种方式：

并流、逆流、错流、和折流。

4．某化工厂，用河水在一间壁式换热器内冷凝有机蒸汽，经过一段时间运行后，发现换热器的传热效果明显下降，分析主要原因是传热壁面上形成污垢，产生附加热阻，使K值下降。

解答：

该题目主要考核影响热量传递的因素，主要为污垢热阻的增大使得K值下降。

5．离心泵启动前应关闭出口阀；旋涡泵启动前应打开出口阀。

解答：

该题目主要考核离心泵及旋涡泵的正确开启方法。

6．离心泵通常采用出口阀门调节流量；往复泵采用旁路调节流量。

解答：

该题目主要考核离心泵和往复泵常用的流量调节方法。

7．降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是气体在室内的停留时间

应≥颗粒的沉降时间

。

解答：

该题目主要考核降尘室中颗粒可被分离的必要条件。

8．过滤操作有恒压过滤和恒速过滤两种典型方式。

解答：

该题目主要考核过滤操作的两种方式：

恒压过滤和恒速过滤。

9．精馏塔的作用是提供气液接触进行传热和传质的场所。

解答：

该题目主要考核精馏塔的作用：

提供气液接触进行传热和传质的场所。

10．空气进入干燥器之前一般都要进行了预热，其目的是提高空气干球温度，而降低空气的相对湿度。

解答：

该题目主要考核空气进入干燥器之前一般都要进行了预热目的：

提高空气干球温度，而降低空气的相对湿度。

二、选择题

1．单位体积的流体所具有的质量称为（B）。

A．比容B．密度

C．压强D．相对密度

解答：

该题主要考核密度的基本概念，即为单位体积的流体所具有的质量。

2．密度为1000kg/m3的流体，在Φ108×4的管内流动，流速为2m/s，流体的粘度为1cp，其Re为（D）。

A．105B．2×107

C．2×106D．2×105

解答：

该题主要考核流体流动中雷诺准数的计算方法，即

。

3．某设备进、出口测压仪表中的读数分别为p1（表压）=1200mmHg和p2（真空度）=700mmHg，当地大气压为750mmHg，则两处的绝对压强差为（D）。

A．500B．1250

C．1150D．1900

解答：

该题目主要考核真空度及表压的计算方法。

表压=绝对压力-大气压，真空度=大气压-绝对压力，根据上两式所示可知，表压+真空度=两处的绝对压强差=1900mmHg。

4．离心泵的工作点是指（D）。

A．与泵最高效率时对应的点B．由泵的特性曲线所决定的点

C．由管路特性曲线所决定的点D．泵的特性曲线与管路特性曲线的交点

解答：

该题目主要考核对于离心泵工作点的理解。

在一定的管路系统中（指进出口压力、输液高度、管路及管件的尺寸及件数、阀门的开启度等一定），当泵的转速一定时，它只有一个稳定的工作点。

该点由泵的Q-H曲线与该管路的Q-He曲线的交点决定。

5．离心泵的扬程随着流量的增加而（B）。

A．增加B．减小

C．不变D．无规律性

解答：

该题目主要考核离心泵特性曲线。

离心泵的特性曲线是将由实验测定的Q、H、N、η等数据标绘而成的一组曲线。

其中扬程H-流量Q曲线为扬程随流量的增大而减小。

6．下列用来分离气—固非均相物系的是（C）。

A．板框压滤机B．转筒真空过滤机

C．袋滤器D．三足式离心机

解答：

该题目主要考核单元操作分离设备所处理的分离物系。

板框式压滤机分离液-固物系，转筒真空过滤机为液-固物系，袋滤器分离气-固物系，三足式离心机分离固-液物系。

7．下列哪一种不属于列管式换热器（C）。

A．U型管式B．浮头式

C．螺旋板式D．固定管板式

解答：

该题目主要考核换热器的类型，其中列管式换热器包括固定管板式、浮头式和U型管式，然而螺旋板式换热器为板面式换热器的一种。

8．双层平壁定态热传导，两层壁厚相同，各层的导热系数分别为λ1和λ2，其对应的温度差为Δt1和Δt2，若Δt1>Δt2，则λ1和λ2的关系为（A）。

A．λ1<λ2B．λ1>λ2

C．λ1=λ2D．无法确定

解答：

该题目主要考核傅里叶定律的应用。

其中单层平壁定态热传导的计算公式：

，其中每层的热通量相等q1=q2，且壁厚b1=b2，Δt1>Δt2，则λ1<λ2。

9．下述分离过程中不属于传质分离过程的是（D）。

A．萃取分离B．吸收分离

C．精馏分离D．离心分离

解答：

该题目主要考核哪些单元操作过程涉及到质量传递。

其中萃取、吸收和精馏分离中都涉及到质量传递，然而离心分离是借助于离心力，使比重不同的物质进行分离的方法。

10．某精馏塔的馏出液量是50kmol/h，回流比是2，则精馏段的回流量是（A）。

A．100kmol/hB．50kmol/h

C．25kmol/hD．125kmol/h

解答：

该题目主要考核精馏过程中回流比的概念。

回流比

，根据题目可知R=2，D=50kmol/h，则L=100kmol/h。

11．某精馏塔的理论板数为17块（包括塔釜），全塔效率为0.5，则实际塔板数为（D）块。

A．34B．31

C．33D．32

解答：

该题目主要考核精馏塔的全塔效率的计算。

，根据题目中已知条件，NT=16（排除塔釜），E=0.5，则NP=32。

12．选择吸收剂时不需要考虑的是（D）。

A．对溶质的溶解度B．对溶质的选择性

C．操作条件下的挥发度D．操作温度下的密度

解答：

该题目主要考核选择合适吸收剂的相关要求，其中吸收剂的密度对于吸收过程影响不大。

13．在进行吸收操作时，吸收操作线总是位于平衡线的（A）

A．上方B．下方

C．重合D．不一定

解答：

该题目主要考核吸收过程的操作线方程。

根据吸收过程的操作线曲线可知，吸收操作线是位于平衡线的上方。

14．下列叙述正确的是（D）。

A．空气的相对湿度越大，吸湿能力越强B．湿空气的比体积为1kg湿空气的体积

C．湿球温度与绝热饱和温度必相等D．对流干燥中，空气是最常用的干燥介质

解答：

该题目主要考核干燥过程相关基础知识。

空气的吸湿能力在一定温度时1千克空气的湿含量与在此温度时的饱和状态空气的湿含量之差，为该空气的吸湿能力。

而相对湿度，指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比。

在湿空气中，1kg绝干空气的体积和相应Hkg水汽的体积之和称为湿空气的比体积或湿容积。

湿球温度是标定空气相对湿度的一种手段，其涵义是，某一状态下的空气，同湿球温度表的湿润温包接触，发生绝热热湿交换，使其达到饱和状态时的温度。

该温度是用温包上裹着湿纱布的温度表，在流速大于2.5m/s且不受直接辐射的空气中，所测得的纱布表面温度，以此作为空气接近饱和程度的一种度量。

周围空气的饱和差愈大，湿球温度表上发生的蒸发愈强，而其湿度也就愈低。

15．影响干燥速率的主要因素除了湿物料、干燥设备外，还有一个重要因素是（C）。

A．绝干物料B．平衡水分

C．干燥介质D．湿球温度

解答：

该题目主要考核影响干燥速率的主要因素有哪些。

主要有湿物料、干燥设备和干燥介质。

三、判断题

1.设备内的真空度愈高，即说明设备内的绝对压强愈小。

（√）

解答：

该题目主要考核真空度的概念。

真空度=大气压-绝对压力。

2．过滤速率与滤液粘度和滤渣厚度成反比。

（√）

解答：

该题目主要考核影响过滤速率的影响因素。

其中过滤介质性质中的粘度越大则过滤速率越小，然而滤饼性质中的滤饼厚度越厚则过滤阻力越大，即过滤速率越小。

3．离心泵送液体的粘度越大，则流量越大。

（Х）

解答：

该题目主要考核离心泵性能参数的影响因素。

若流体粘度大于常温下的清水的粘度，则泵的流量、压头、效率都会下降，但轴功率上升。

4．降尘室的长与降尘室的生产能力无关。

（Х）

解答：

该题目主要考核影响降尘室生产能力的因素。

理论上降尘室的生产能力只与其沉降面积b.l及颗粒的沉降速度ut有关，而与降尘室的高度H无关。

5．工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是增加传热面积，提高传热效果。

（√）

解答：

该题目主要考核影响传热效果因素。

当采用翅片管代替圆管时，管内流体流动的形态发生改变，有利于湍流，增大K值。

6．在化工生产中应用最广泛的蒸馏方式为简单蒸馏。

（Х）

解答：

该题目主要考核不同蒸馏方式的特点。

简单蒸馏是将原料液一次加入蒸馏釜中，在一定压强下加热至沸，使液体不断汽化。

适合于混合物的粗分离，特别适合于沸点相差较大而分离要求不高的场合。

而精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。

四、计算题

1．如附图所示，用泵将出水池中常温的水送至吸收塔顶部，水面维持恒定，各部分相对位置如图所示。

输水管为φ76×3mm钢管，排水管出口与喷头连接处的压强为6.15×104Pa（表压），送水量为34.5m3/h，水流经全部管道（不包括喷头）的能量损失为160J/kg。

水的密度取1000kg/m3。

求：

（1）水在管内的流速

（2）泵的有效功率（kw）

1．解：

（1）求u：

u2=Ws/A2ρ=Vs／（d2π／4）=（34.5/3600）/[π／4（0.070）2]=2.49m/s

（2）求Ne。

①取水池液面为1-1’截面，且定为基准水平面，取排水管出口与喷头连接处为2-2’截面，如图所示。

②在两截面间列出柏努利方程：

z1g+u12/2+P1/ρ+We=z2g+u22/2+P2/ρ+∑hf1-2

各量确定如下：

z1=0，z2=26m，u1≈0，u2=u=2.49m/s，P1表=0，P2表=6.15×104Pa，Σhf1-2=160J/kg

③将已知量代入伯努利方程，可求出We

We=z2g+u22/2+P2/ρ+∑hf1-2

=26×9.81+（2.49）2/2+6.15×104/1000+160=479.66J/kg

④求Ne。

Ws=Vsρ=（34.5/3600）×1000=9.853kg/s

而Ne=WeWs=479.6×9.583=4596.7≈4.597kw

2．在板式精馏塔内分离某二元理想溶液。

原料液流量为100kmol/h，饱和蒸气进料，进料组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率）。

塔顶馏出液量和塔釜液量相同。

塔顶为全凝器。

塔釜用间接蒸汽加热。

精馏段操作线方程为：

y=0.8x+0.18

试求：

（1）塔顶和塔底产品的组成；

（2）提馏段操作线方程式；

解：

（1）物料衡算：

即：

先求

:

根据精馏段方程：

即：

（2）用饱和蒸汽进料：

提馏段操作方程：

2．采用常压的干燥装置干燥某种湿物料，已知操作条件如下：

空气的状况：

进预热器前t0=20℃，H0=0.01kg水/kg绝干气；

进干燥器前t1=120℃；

出干燥器时t2=70℃，H2=0.05kg水/kg绝干气；

物料的状况：

进干燥器前θ1=30℃，w1=20%（湿基）；

出干燥器时θ2=50℃，w2=5%（湿基）；

绝干物料比热：

Cs=1.5kJ/kg·℃。

干燥器的生产能力为53.5kg/h（按干燥产品计）。

求：

绝干空气流量L（kg绝干气/h）

3．解：

则：

4．在内管为φ180×10mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热Cp=2.38kJ/（kg·℃），环隙走冷却水,其进出口温度分别为40℃和50℃，平均比热Cp=4.174kJ/（kg·℃）。

基于传热外表面积的总传热系数K=2000W/（m2·℃），且保持不变。

设热损失可以忽略。

试求：

（1）冷却水用量；

（2）计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。

解：

（1）冷却水用量：

W1Cp1（T1-T2）=W2Cp2（t2-t1）

代入数据得：

3500×2.38×（100-60）=W2×4.174×（50-40）

∴W2=7982kg/h（8分）

（2）Δtm逆=（50-20）/Ln（50/20）=32.74℃

Δtm并=（60-10）/Ln（60/10）=27.91℃

Q=KAΔtm

Q=W1Cp1（T1-T2）=3500

2.38

（100-60）=3.332

10

kJ/h

A逆=3.332×108/（2000×32.74×3600）=1.41m2

3.14×0.18×L=1.41

∴L逆=2.5m

A并=3.332×108/（2000×27.91×3600）=1.66m2

3.14×0.18×L=1.66

∴L并=2.94m