化工基础习题M.docx
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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,我们把速度梯度显着存在的区域称为_____________。
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.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?
180?
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=______
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