化工基础复习题及解答高分子.docx
《化工基础复习题及解答高分子.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工基础复习题及解答高分子.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
化工基础复习题及解答高分子
绪论
一.选择题
1.下面那个过程属于动量传递过程？
（B）
A、萃取B、过滤C、蒸发D、干燥
2.下列哪个单位为SI单位（A）
A、温度/KB、温度/℃C、体积/m3D、力/N
二.填空
1.请列举出化工中常用的5个SI单位（格式要求-量的名称/单位符号）长度/m、质量/kg、时间/s、热力学温度/K、物质的量/mol。
2.质量衡算、能量衡算与动量衡算是化学工程课程中分析问题的基本方法。
质量守恒定律是质量衡算的依据；能量守恒定律是能量衡算的依据；动量守恒定律是动量衡算的依据。
三.计算题
1.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）需加入空气的物质的量。
解：
以1mol丙烷为计算标准。
根据反应方程式1molC3H8→5molO2
氧气过量25%，换算为空气量：
（1.25×5）/0.21=29.76（mol）
其中O2为6.25mol，N2为23.51mol
根据计算结果：
空气量29.76mol→烟气量31.76mol
那么，产生100mol烟气量需要的空气量：
（100×29.76）/31.76=93.7（mol）
进料
N/mol
烟气
N/mol
C3H8
1
C3H8
0
O2
6.25
O2
1.25
N2
23.51
N2
23.51
CO2
3
H2O
4
合计
31.76
2.在换热器里将平均比热为3.56kJ/（kg·°C）的某溶液自25°C加热到80°C，溶液流量为1.0kg/s，加热介质为120°C的饱和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸气冷凝成同温度的饱和水排出。
试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百分数。
（120°C饱和水蒸气的焓值为2708.9kJ/kg，120°C饱和水的焓值为503.67kJ/kg。
）
解：
根据题意画出流程图
基准：
单位时间1s；在图中虚线范围内作热量衡算：
在此系统中输入的热量：
∑QI=Q1+Q2（Q=mcPΔt）
蒸气带入的热量：
Q1=0.095×2708.9=257.3kJ
溶液带入的热量：
Q2=1.0×3.56×（25-0）=89kJ
∑QI=Q1+Q2=257.3+89=346.3kJ
在此系统中输出的热量：
∑Qo=Q3+Q4
冷凝水带出的热量：
Q3=0.095×503.67=47.8kJ
溶液带出的热量：
Q4=1.0×3.56×（80-0）=284.8kJ
∑Qo=Q3+Q4=47.8+284.8=332.6kJ
热量损失=∑QI-∑Qo=346.3-332.6=13.7kJ
热量损失的百分数=13.7/（257.3-47.8）=6.5%
3.P6例0-1；P7例0-2；P10例0-3
第一章流体流动与输送
一.选择题
1．流体的输送方式通常有四种。
利用容器、设备之间的位差，将处在高位设备内的液体输送到低位设备内的操作，称为（A）。
通过真空系统造成的负压来实现流体输送的操作称为（D）。
A、高位槽送料B、输送机械送料C、压缩气体送料D、真空抽料
2．在化工生产中，流体流速和流量是重要的测量项目。
常用来测量流体流量的仪表有测速管、转子流量计、孔板流量计、文丘里流量计等。
其中（B）必须垂直安装在管路上，而且流体必须下进上出。
A、测速管B、转子流量计C、孔板流量计D、文丘里流量计
二.填空
1．化学工程中称流体体系的真实压强为绝对压强。
工业中一般采用的测压仪表（压强表）的读数常常是被测流体的绝对压强与当地大气压强的差值，称为表压强。
当被测流体体系的压强小于外界大气压强时，使用真空表进行测量。
真空表的读数称为真空度。
2．液封在化工厂中应用非常广泛。
液封的目的通常有两个，一是确保设备安全，当设备内压力超过规定值时，气体从液封管排出；二是防止气体泄漏。
3．通常情况下，用雷诺数Re来判断流体的流动类型，当Re＜2000时，流体总是做层流流动；当Re＞4000时，流体总是做湍流流动；而当2000＜Re＜4000时，流体可能是层流也可能是湍流。
4．流体阻力的产生是因为流体具有黏性（内因）和流体的流动形态（外因）。
流体流动时的机械能耗主要是克服两类不同的阻力，一类是直管阻力，另一类是局部阻力。
5．外管内径为Di、内管外径为do的同心套管环隙的当量直径de为Di-do。
6．离心泵流量的调节方式有改变阀门开度、改变叶轮的的转速和改变叶轮的直径三种，工业生产中最常用的是改变阀门开度，原因是简单方便。
7．离心泵在开车前要灌泵，目的是为了防止发生气缚现象。
操作过程中，无论是开车还是停车，出口阀门都要先关闭，但其原因不同，开车时是为了保护电动机，停车时是为了防止出口管路上的高压液体倒流入泵内打坏叶轮。
三.简答题
1．简述乌氏粘度计测粘度的原理？
答：
乌氏粘度计通过测定一定体积V的流体，流过一定长度L的毛细管，所需时间t来计算流体的粘度。
它的原理就是基于分析流体流过毛细管的阻力。
2．请解释离心泵的气缚和气蚀现象，如何预防？
答：
由于泵内存在空气，启动泵后吸不上液体的现象，称“气缚”现象。
为防止“气缚”现象发生，离心泵在启动前务必在泵体内灌满液体。
由于泵的吸上高度过高，使泵内压力等于或低于输送液体在工作温度下的饱和蒸汽压时，液体将部分汽化，形成大量的蒸气泡。
离心泵叶轮在气泡形成和破裂的过程中发生的剥蚀现象，称“气蚀”现象。
为防止“气蚀”现象发生，泵的实际安装高度应不高于允许吸上高度。
3．什么是离心泵的工作点？
答：
管路的特性曲线与离心泵特性曲线的交点就是离心泵在该管路中的工作点，表示了离心泵在该特定管路中实际的输送流量和压头。
四.计算题（答案见PPT）
1.在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表读数为80kPa，在桂林操作时，真空表读数应为多少？
已知兰州地区的平均大气压85.3kPa，桂林地区为101.33kPa。
2.判断下面各式是否成立：
PA=PA’PB=PB’PC=PC’。
已知：
1=800kg/m3，2=1000kg/m3，H1=0.7m，H2=0.6m。
求细管液面高度以及当细管水位下降多高时，槽内水将放净。
3.用普通U型管压差计测量气体管路上两点压差，指示液为水，读数R为1.2cm，为扩大读数改为微差计，一指示液密度为920kg/m3，另一指示液密度为850kg/m3，读数可放大多少倍？
4.如下图所示的洗涤塔，已知抽真空装置的真空表读数为80kPa，求气压管中水上升的高度R。
5.安装一根输水量为30m3/h的管道，试选择合适的管道（取管内水的经验流速u=1.8m/s）。
6.内径为25mm的水管，水的流速为1m/s，水温20°C。
已知20°C时，水的粘度和密度分别为：
μ=0.001Pa•s，ρ=998.2kg/m3，求
（1）.水的流动类型；
（2）.当水的流动类型为层流时的最大流速?
7.如下图的变径管路D1=2.5cm，D2=10cm，D3=5cm
（1）当流量为4L/s时，各段流速各为多少?
（2）当流量为8L/s时，各段流速各为多少?
8.如下图所示的高位槽向塔内输送某流体。
已知管内流体流速为0.5m/s，压头损失为1.2m，求高位槽的液面到塔入口的高度差Z。
9.如下图所示，水以3.77×10-3m3/s的流量流经一扩大管段，细管直径d=40mm,粗管直径D=80mm,倒U型压差计中水位差R=170mm,计算水流经扩大管段的阻力损失Hf（以mH2O表示）。
10.正方形管道、宽为高三倍的长方形管道和圆形管道，截面积皆为0.48m2，分别求它们的润湿周边和当量直径。
11.有一段内径为100mm的管道，管长16m，其中有两个90度弯头，管道摩擦系数为0.025，若拆除这两个弯头，管道长度不变，两端总压头不变，管道中流量能增加的百分数（90度弯头ξ=0.75）。
12.已知某离心泵安装在海拔高度500m处，水温40度时的允许吸上真空度Hs’为5.2m。
若吸入管路压头损失为1m，动压头为0.2m，该泵安装在离水面5m高处是否合适。
13.用油泵从贮罐向反应器输送异丁烷，密度530kg/m3，罐内液面恒定，且上方绝对压强为6.65kgf/cm2，吸入管压头损失为1.6m，饱和蒸汽压为6.5kgf/cm2，泵的气蚀余量为3.5m，确定泵的安装高度。
（气蚀余量修正系数φ=0.9，1kgf/cm2=98.07×103）。
14.P16例1-1；P19～20例1-2；P30～31例1-3、例1-4；P44～45例1-5、例1-6；p50例1-7；P53～55例1-9、例1-10
15.习题1-14、1-15、1-21、1-24
第二章传热过程和传热设备
一.选择题
1.在下列物质中，（B）的热导率最大。
A、气体B、金属C、非金属固体D、液体
2.厚度相同的三层平壁传热，温度分布如图所示，（C）层的热阻最大，（B）层的热导率最大。
3.下列说法不正确的是（D）。
A、自然对流和强制对流，强制对流的对流传热系数大。
B、流体的粘度越大，越不利于流动，会削弱与壁面的传热。
C、导热系数越大，热量传递越迅速。
D、流体层流时的对流传热系数大于流体湍流时的对流传热系数。
二.填空
1．传热的方式随热交换的物质及接触状况不同而不同，归结起来有热传导、热对流及热辐射三种。
2．工业上常用的传热设备有直接接触式、蓄热式和间壁式等。
3．在稳定传热过程中，通过平壁的每层导热量都相等。
若厚度相同，材料的热导率越小，则在该层导热性能越差，该层的温度下降越小。
4．多层平壁导热是一种串联传热过程，串联传热过程的推动力为各分过程的温差之和，串联传热过程的总热阻为各分过程的热阻之和。
5．靠近壁面的流体，由于流体粘度作用，形成一薄层作层流流动膜，称为层流底层，热量传递在此层内以热传导的方式进行，层流底层具有很大的热阻，形成很大的温度梯度。
6．流体在圆管内湍流，流量为qv，管径为d，给热系数为α1，若管径不变，而流量减少为0.5qv，此时给热系数为α2，则α2/α1等于（1/2）0.8。
若流量不变，而管径减少为0.5d，此时给热系数为α3，则α3/α1等于20.2。
7．如果保温层的外径d0小于临界直径（dcr=2λ/α），增加保温层的厚度反而使热损失增加。
因此对管径较小的管路包扎λ较大的保温材料时，要核算d0是否小于dcr。
8．若吸收率A=1，则表示落在物体表面上的辐射能全部被物体吸收，这种物体称为绝对黑体。
9．斯蒂芬-波尔茨曼定律（四次方定律）表明，热辐射对温度特别敏感。
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.在冷热流体的初、终温度相同的条件下，逆流的平均温差较并流的大。
三.简答题
1．影响对流传热系数的主要因素有哪些？
答：
影响对流传热系数的主要因素有流体的物理性质（如流体的密度、粘度、比热容和导热系数）、壁面情况、流动原因、流动状况以及流体是否有相变等。
2．湍流状况下，强化传热过程的途径有哪些？
答：
湍流情况下，对流传热系数与流速的0.8次方成正比，与管径的0.2次方成反比，所以提高流速或采用小直径管都可以强化传热，尤以前者更为有效。
3．热交换过程的强化途径有哪些？
答：
由总传热速率方程式＝KA△tm,可以看出增大传热面积A、平均温差△tm和传热系数K均可提高提供传热速率。
因此可从这三方面考虑强化传热的途径。
（1）增加传热面积A。
如在管内外壁装上翅片、采用螺旋管或粗糙管代替光滑管等；
（2）增大传热平均温差△tm。
可尽量采用逆流操作；（3）提高传热系数K。
可采用导热系数大的流体作载热体；减小金属壁、污垢及两侧流体热阻中较大者的热阻；提高较小一侧的换热；增大流速，减小层流底层；改变流动条件，在管内加扰流元件等。
4．为什么工业换热器的冷、热流体的流向大多采用逆流操作?
答：
逆流操作可以获得较大的平均传热温度差，从传递相同热负荷言，须较小的传热面积，节省设备费用。
此外，逆流热流体出口温度T可接近冷流流体进口温度t，对相同热负荷言，需加热剂少；同样，就冷流体而言，逆流体出口温度t可接近热流体进口温度T，对相同热负荷言，需要冷却剂少，故对逆流就加热剂或冷却剂用量考虑，逆流操作费小。
四.计算题（答案见PPT）
1．在一60×3.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数λ=0.07W/m·℃，外层为20mm的石棉层，其平均导热系数λ=0.15W/m·℃。
现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃，管壁的导热系数λ=45W/m·℃。
试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。
2．在一传热面为30m2的列管式换热器中，用120℃的饱和水蒸汽将气体从30℃加热到80℃，气体走管内，流量为5000m3/h（密度为1kg/m3，均按入口状态计），质量定压热容为cp,c=1kJ/（kg.℃），估算换热器的传热系数K。
3．P107例2-1；P109例2-2；P111例2-3、例2-4；P117例2-5；P134例2-10；P136例2-11
4．习题2-7、2-12、2-20、2-23、2-24、2-29
第三章精馏
一.选择题
1．下列说法正确的是（D）。
A、在精馏塔中，过冷液体进料：
q>1,L’=L+F,V’>V
B、在精馏塔中，过热蒸气进料：
q<0,L’=L,V’C、在精馏塔中，饱和蒸气进料：
q=0,L’=L,V’>V–F
D、在精馏塔中，饱和液体进料：
q=1,V’=V,L’=L+F
2．下列说法正确的是（B）。
A、精馏塔顶上升的蒸气经过冷凝后，全部回到塔内，这种方操作方式称为最小回流。
B、全回流时，分离所需理论塔板数最少。
C、对于一定的分离任务，所需理论板为无穷多时所对应的回流比为全回流。
D、当回流比为最小回流比时，设备费用最低。
3．下列说法不正确的是（D）。
A、实际生产中可通过增大回流比提高产品的纯度。
B、加大回流比可提高产品的纯度，但其极限值为xD=FxF/D。
C、精馏塔的加料位置一般选在精馏段操作线与平衡线交点和提馏段操作线与平衡线交点之间。
D、生产中经常通过测量和控制塔顶温度来调节和控制馏出液和釜液的质量。
4．不同进料状态时的加料处的操作线（q线）如下图所示。
下列说法不正确的是（C）。
A、线①为冷液进料，q＞1，K＞1。
B、线②为泡点进料，q=1，K=∞。
C、线⑤为气液混合进料，0＜q＜1，K＜0。
D、线④为饱和蒸气进料，q=0，K=0。
二.填空
1．液体混合物之所以能用精馏的方法加以分离，是因为组成液体混合物的各组分具有不同的挥发度。
2．蒸馏操作中最简单的是简单蒸馏和平衡蒸馏。
分离能力较高而为工业上广泛采用的是精馏。
3．在气液平衡组成图（x~y图）中，平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易分离。
相对挥发度α越大,平衡线越远离对角线，物系越易分离。
4．回流是保证精馏操作过程连续稳定必不可少的条件，因此精馏塔必须同时有塔底再沸器和塔顶冷凝器。
再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽，冷凝器的作用是获得液相产品及保证适宜的液相回流，从而使精馏塔能连续稳定操作。
5．加料板将精馏塔分成两部分，加料板以上部分称为精馏段，加料板以下部分称为提馏段。
6．精馏塔的作用是使气液两相充分接触，并同时进行热量和质量交换。
7．已知精馏塔精馏段操作线方程：
y=0.75x+0.267,则回流比R=。
8．精馏操作中进料热状况参数q，当饱和液体进料时，q=1；饱和蒸汽进料时，q=0。
9．回流比的上限是全回流，下限是最小回流比。
按照经济核算，通常情况下实际回流比在最小回流比的1.1～2倍之间。
三.简答题
1．简述图解法求精馏塔理论塔板数的步骤（要求画示意图）。
答：
1、作平衡线（x-y图）和对角线；2、作精馏段操作线：
过（xD,xD）作垂直线交对角线于a点，在y轴上找截距为xD/（R+1）的b点，直线ab即为精馏段操作线。
3、作进料线：
过（xF,xF）d点作斜率为q/（q-1）的直线交ab于M点，dM即为进料线。
4、作提馏段操作线：
过（xW,xW）作垂直线交对角线于c点，连接c、M两点即得提馏段操作线cM。
5、画直角阶梯，求理论塔板数：
从a点开始，在平衡线与两操作线之间作水平线和铅垂线构成的阶梯，直到铅垂线跨过C点为止，阶梯数减一即为精馏过程所需理论塔板数（不含再沸器）。
示意图如下图所示。
2．简述简捷法求精馏塔理论塔板数的步骤。
答：
简捷法求精馏塔理论塔板数的步骤如下：
（1）根据物性和分离要求，求出Rmin，选择合适的R;
（2）求出全回流下的Nmin，对接近理想的物系，可应用芬斯克方程计算；
（3）应用吉利兰图，以（R-Rmin）/（R+1）为横坐标，由该图查得纵坐标（N-Nmin）/（N+2），求出所需的理论板数N。
3．简述精馏产品质量的影响条件。
答：
精馏产品质量的影响条件有加料位置、进出物料的平衡、回流比、进料状况以及产品质量控制和灵敏板。
四.计算题（答案见PPT）
1.将5000kg/h含正戊烷0.4（摩尔分率）的正戊烷正己烷混合液在连续精馏塔内分离，馏出液含正戊烷0.98，釜液含正戊烷不高于0.03，求馏出液、釜液的流量及塔顶易挥发组分的回收率。
2.氯仿和四氯化碳的混合液在连续精馏塔内分离，要求馏出液氯仿浓度为0.95（摩尔分率），流量为50kg/h，塔顶为全凝器，平均相对挥发度为1.6，回流比为2。
求：
（1）由上向下数第一块塔板下降的液体组成；
（2）第二块塔板上升蒸气组成；（3）精馏段各板上升蒸气量及下降的液体量（质量流量和摩尔流量）。
3.P154例3-1；P158例3-2；P169例3-5、3-6；P174例3-7；P177～178例3-8；P189，例3-12
4.习题3-8、3-9、3-11、3-15
第四、五章吸收和气液传质设备
一.选择题
1．下列说法不正确的是（B）。
A、总压一定，温度下降，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收。
B、温度一定，总压增加，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随之增加，有利于解收。
C、难溶气体分压大，易溶气体分压小。
D、亨利系数E大的，溶解度小，为难溶气体。
2．下列气态物质在水中的溶解度最小的是（A）。
A、CO（E=5.88106kPa）
B、CO2（E=1.66105kPa）
C、O2（E=4.44106kPa）
D、SO2（E=4.13105kPa）
3．下列说法不正确的是（C）。
A、只要混合物中存在浓度梯度，必产生物质的扩散，扩散速率与浓度梯度成正比。
B、不论是气相、液相中的物质传递，物质在单相内的传递的机理是凭借扩散的作用，扩散可分为分子扩散和对流扩散。
C、在静止流体或层流流体中，涡流扩散为零，高度湍流流动时，涡流扩散系数远小于分子扩散系数。
D、实际湍流流体内物质的传递既靠分子扩散，也靠涡流扩散，两者合称对流扩散。
二.填空
1．利用气体混合物中各组分在液体中溶解度（或化学反应活性）的差异来分离气体混合物的操作，称为气体吸收，其逆过程为解吸。
2．气体的溶解度随温度的升高而减小，随压力的增大而增大。
因此，提高压力、降低温度有利于吸收操作。
3．在吸收过程中，混合气体中溶解在吸收剂中的组分称为溶质或吸收质，不能溶解的组分称为惰性组分，吸收剂又称为溶剂，吸收了溶质后的溶液称为吸收液。
4．吸收过程按有无化学反应分为物理吸收和化学吸收；按吸收组分数分为单组分吸收和多组分吸收；按有无热效应分为非等温吸收和等温吸收。
5．提高吸收传质速率的途径有提高吸收传质分系数、提高吸收传质的推动力以及增加气液两相的接触面积。
6．在进行吸收操作时，吸收操作线总是位于平衡线的上方，解吸操作线位于平衡线的下方。
平衡线与操作线共同决定吸收推动力。
操作线离平衡线越远吸收的推动力越大。
7．板式精馏塔可分为溢流式和穿流式两类。
其中常见的溢流式塔板类型主要有泡罩塔板、筛板、浮阀塔板和浮动舌型塔板等。
8．填料塔的附件包括填料支撑装置、液体喷淋装置、液体再分布器、气液进口装置、除沫器等。
9．填料顶层设置填料压板或挡网的目的是为了防止操作中因气速波动而使填料冲动或损坏。
1．
2．
3．
4．
5．
6．
7．
8．
9．
1．
2．
3．
4．
5．
6．
7．
8．
9．
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.精馏塔正常的气液接触状况是泡沫和喷射接触状态，不正常的气液接触状况主要有漏液、过量的液沫夹带和液泛。
11.气体通过填料层的压降与空塔气速的实验曲线如下图所示。
图中A点成为载点，B点称为泛点。
气速达到B点时出现液泛，此时的气速称泛点气速。
液泛为填料塔正常操作的上限。
通常去操作空塔气速u为液泛气速的0.5~0.8倍。
12.塔板负荷性能图中各曲线包围的区域愈大，则该塔适应气液变动的范围愈广。
三.简答题
1．在101.3kPa，20℃下，稀氨水的气液相平衡关系为yA*=0.94xA。
若x=0.09；y=0.03，试确定过程的方向。
答：
用相平衡关系确定与实际液相组成x=0.09成平衡的气相组成y*=0.94×0.09=0.085。
与实际的气相组成y=0.03相比，y=0.03小于平衡组成y*=0.085，因此氨将从由液相转入气相。
即发生解吸过程。
2．吸收两相之间的物质传递过程可分解为哪些步骤？
答：
吸收过程是溶质在气、液两相间的传递，它包含三个步骤：
（1）溶质由气相主体到两相界面，气相内的物质传递；
（2）溶质在相界面上溶解，气相转入液相；（3）溶质自相界面到液相主体，液相内物质传递。
3．影响扩散系数的因素有哪些？
答：
影响扩散系数的因素有扩散组分本身的性质、扩散组分所在介质的性质、温度、压力以及浓度。
4．简述双膜理论的基本论点。
答：
双膜理论的基本论点如下：
A、相互接触的气液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧分别有一层虚拟的气膜和液膜。
膜内为层流，溶质A以分子扩散方式通过气膜和液膜。
B、在相界面处，气液两相在瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力。
C、在膜层以外，气液两相流体都充分湍不动，溶质主要以涡流
升级会员 