化工原理练习题总.docx

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化工原理练习题总

化工原理练习题

0绪论

1.化工原理中的“三传”是指：

动量传递、热量传递、质量传递

2.下列单元操作中属于动量传递的有：

流体输送

3.下列单元操作中属于质量传递的有液体精馏

4.下列单元操作中属于热量传递的有加热冷却

6.在26℃和1大气压下,CO2在空气中的分子扩散系数D等于0.164cm2/s,将此数据换算成m2/h单位,正确的答案为：

0.05904m2/h

7.己知通用气体常数R=82.06atm.cm3/mol.K,将此数据换算成用kJ/kmol.K所表示的量,正确的答案应为8.314

第一章流体流动

一、选择填空题

1.研究化工流体时所取的最小考察对象为流体质点

2.化工原理中的流体质点是指尺寸远小于设备尺寸，但比分子自由程大得多的含大量分子的流体微团

3.化工原理中的连续流体是指：

流体的物理性质及运动参数在空间上作连续分布，可用连续函数来描述

4.流体静力学基本方程式的适用条件是：

重力场中不可压缩静止、连通着的同一连续流体

5.改善测量精度，减少U形压差计测量误差的下列方法适用的为：

①减少被测流体与指示液之间的密度差；②采用倾斜式微压计（将细管倾斜放置的单杯压强计）③双液微压计

7.不可压缩流体在均匀直管内作稳定流动时,平均速度沿流动方向的变化为不变

8．柏努利方程适用的前提条件：

（流体是不可压缩的，流体的温度不变，流动系统中无热交换器、流动系统中无外功加入，流体为理想流体）

9.机械能衡算式中：

各能量项（或压头项）均是指某一流道截面处的值，外功和机械能损耗（或外加压头和压头损失）则是整个流动系统内的值。

11.流体流经变径管时，局部阻力损失的计算式

中的u是指：

小管中的流速u1

12.双指示液微差压差计要求指示液密度差小

13.现输送45m3/h的水，如管内水的流速约为2.5m/s，则可选

钢管。

14.某流体流过一截面为矩形的管道，其长为a米，宽为b米，则矩形截面的当量直径为

15.某地大气压为735mmHg，现测得一容器的绝压350mmHg下操作，则该容器的真空度应为385kPa。

13水在一段圆形直管内做层流流动，若其他条件不变，现流量和管径均减小为原来的二分之一，则此时的流动阻力产生的压力损失为原来的8倍。

14圆形管内的湍动充分发展后，流体的边界层厚度等于圆管的半径。

15液体在两截面间的管道内流动时，其流动方向是从总能量大的界面流向总能量小的截面。

16水在内径一定的圆管中定态流动，若水的质量流量保持恒定，当水温升高时，Re值变大。

17圆形管内的湍动充分发展后，流体的边界层厚度等于圆管的半径

18一转子流量计，当流量为50m3/h时，测定流量计转子上下的压差为250Pa，现流量为100，则流量计转子上下的压差为250Pa。

19随流量Q的增大，离心泵的功率N的变化趋势为增大。

二、简答题

1．简述柏努利方程适用的前提条件。

流体是不可压缩的（1分），流体的温度不变（1分），流动系统中无热交换器（1分）、流动系统中无外功加入（1分），流体为理想流体（1分））。

2.（化工原理习题1-16）其他条件不变，若管内流速越大，则湍动程度越大，其阻力损失应越大，然而，雷诺数增大时摩擦系数却变小，两者是否矛盾？

应如何解释？

不矛盾，由范宁公式

可知，阻力损失不仅与摩擦系数

有关，还与u2有关。

层流时，u越大，虽然摩擦系数

越小，但wf越大（因wf正比于u）。

完全湍流时，u越大，而摩擦系数

不随Re变化，但wf正比于u2，故wf越大。

3.如何选择U形管压差计中的指示剂？

采用U形管压差计测定某阀门前后的压差，问压差计的读数与U形管压差计的安装位置有关吗？

U形管压差计要求指示液与被测流体不互溶、不起化学反应，其密度大于被侧液体，常用的指示液有水银、四氯化碳、水和液体石蜡等，应根据被测流体的种类和测量范围选择合适的指示液。

采用U形管压差计测某阀门前后的压力差，压差计的读数与U形管压差计的安装位置无关。

第二章流体输送机械

一、选择题

1.离心泵扬程的意义是单位重量液体出泵和进泵的机械能差值

2.离心泵铭牌上标明的扬程H可理解为该泵在规定转速及最高效率下对20℃的水提供的压头

3.启动下列化工泵时不需打开出口阀门的有离心泵

4.下列化工用泵中不属于正位移型的为离心泵

5.当流量一定而且流动进入阻力平方区时,离心泵的最小汽蚀余量决定于泵的结构尺寸

6.离心泵的工作点决定于管路特性曲线和离心泵H-Q特性曲线

8.对调节幅度不大,经常需要改变流量时采用的方法为改变离心泵出口管路上调节阀开度

9.离心泵的效率η与流量Q的关系为Q增加,η先增大后减小

10.离心泵的轴功率N与流量Q的关系为Q增大,N增大

11.倘若关小离心泵出口阀门，减小泵的输液量，此时将会引起泵的扬程增大，轴功率降低

12.倘若开大离心泵出口阀门，提高泵的输液量，会引起泵的效率可能提高也可能降底

13.在测定离心泵特性曲线的实验中，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空表指示真空度很高，某同学正确找到原因并排除了故障。

你认为可能的原因是排出管堵塞

14.比较下述各种流量计，选出合适的描述：

（1）孔板流量计E；

（2）文丘里流量计C；（3）转子流量计D（A.调换方便，但不耐高温高压，压头损失较大；B.能耗小，加工方便，可耐高温高压；C.能耗小，多用于低压气体的输送，但造价高；D.读取流量方便，测量精度较高，但不耐高温高压；E.制造简单，调换方便，但压头损失较大。

）

二、填空

1.离心泵的工作点是泵的特性曲线与管路特性H-Q曲线的交点。

2.离心泵的安装高度超过允许安装高度时,离心泵会发生汽蚀现象（不是气蚀）

3.离心泵的泵壳制成蜗壳状,其作用是4.离心泵叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体,以增加液体的静压能和动压能（主要是静压能）。

5.离心泵样本中标明允许吸上真空高度Hs值，是指压力为10mH2O,温度为20℃时输送清水条件下的实测值。

6.离心泵常采用出口阀调节流量；往复泵常采用旁路调节流量。

7.当离心泵叶轮入口处压强等于被输送流体在该温度下的饱和蒸气压时，会产生汽蚀现象。

8.离心泵与往复泵启动与流量调节不同之处是离心泵启动时需要灌泵，用出口阀调节流量，而往复泵启动时不用灌泵，开旁路阀，用旁路阀调节流量。

9.离心泵中直接对液体做功的部件是叶轮。

10.离心泵轴封装置的密封作用分机械密封和填料密封2种。

11.离心泵在启动前必须灌泵，这是为了防止气缚现象。

12.离心泵轴封装置起密封作用，防止液体外泄和气体漏入。

三、简述题：

1．简述离心泵的工作原理

2．离心泵发生气缚现象的原因是什么？

应如何消除？

答：

离心泵在启动过程中，若泵壳内混有气体或没有灌泵，则泵壳内的流体随电机作离心运动产生负压不足以吸入液体至泵壳内，泵像被气体缚住一样，称为离心泵的气缚现象。

避免或消除气缚的方法是启动前灌泵并使泵壳内充满待输送的液体，启动时关闭出口阀

3.离心泵发生汽蚀现象的原因是什么？

有何危害？

应如何消除？

离心泵操作中，当泵壳内吸入的液体在泵的入口处因压强减小恰好汽化时，给泵壳内壁带来巨大的水力冲击，使泵壳像被气体腐蚀一样，称为汽蚀现象；汽蚀的危害是破坏泵壳，同时也使泵在工作中产生振动，破坏电机，消除的方法是：

降低泵的安装高度。

4.采用离心泵从地下贮槽中抽送液体，原本操作正常的离心泵本身完好，但无法泵送液体，试分析导致故障的原因可能有哪些？

槽内液面下降，吸入管堵塞，液体温度上升，容器内压强下降，入口侧漏气等。

5.实验测定离心泵特性曲线时，需记录哪些数据？

测定离心泵特性曲线，通过改变阀门的开度调节流量，记录流量（U形管压差计），真空表，压力表，功率表的读数。

6.离心泵启动时为什么要关闭出口阀？

离心泵工作时，其轴功率N随流量的增大而增大，所以泵启动时，应把出口阀关闭，以降低启动功率，保护电机，不至于超负荷而损坏电机，同时也避免了出口管线的水力冲击。

7.离心泵的主要部件有哪些？

各有什么作用？

离心泵的主要部件有：

叶轮、泵壳和轴封装置。

叶轮的作用是将原动机的机械能传递给液体，使液体的动能和压力能得到提高；泵壳具有汇集液体和将部分动能转为静压能的作用；轴封装置的作用是防止泵内高压液体外漏及外界大气漏入泵内。

8.简述离心泵的运转程序与安装注意事项。

先灌泵，在出口阀门关闭的情况下开泵，调节流量到合适。

关泵时先关出口阀门，再停泵。

9.离心泵的选择原则：

①泵的类型与型号的确定。

根据输送液体的性质和操作条件确定泵的类型

②确定输送系统流量与压头。

流量一般为生产任务所规定的最大流量，然后再根据伯努利方程式计算在最大流量下系统管路所需的压头，再根据确定的流量及压头从泵的样本或产品目录中选出合适的型号。

此时为备有余量，通常所选的泵的流量和压头可稍大一点,但对应的泵的效率应比较高

③核算泵的轴功率

10.提高泵的允许安装高度的措施有：

尽量减少吸入管路的压头损失，如采用较大吸入管径，缩短吸入管长度，减少拐弯及省去不必要的管件与阀门

11.有下列输送任务，试分别提出适合的泵的类型，并简述理由。

（化工原理第二章2-7）

1）将水从水池送到冷却塔顶（塔高20m，水流量4000m3/h）；

2）配合pH控制器，将酸液按控制流量加入参与化学反应的物流中；

3）输送带有结晶的饱和食盐溶液至过滤机；

4）输送浓番茄汁至装罐机；

5）向空气压缩机的汽缸注入润滑油。

解：

1）双吸离心泵：

压头不高，流量较大；

2）计量泵：

流量需要定量控制；

3）压力不大时用离心泵（开式叶轮，）压力大时用隔膜泵：

含固体物；

4）离心泵（开式或半开式叶轮）：

含有固体物；

5）齿轮泵或螺杆泵：

流量较小，黏度较大

12、设计一套实验装置用于测定在特定温度和压力下离心泵特性曲线，要求：

1）画出实验装置的简图；

2）列出主要设备的名称；

3）实验中应测定的数据；

4）必要的数据处理过程。

第3章机械分离

一、选择题

1.下面过滤速率方程式中属于恒压过滤方程的是②

①dq/dθ=K/2（q+qe）；②q2＋2q.qe=K.θ；③q2＋q.qe=2K.θ；④q2＋q.qe=K.θ/2

2.过滤速率基本方程为①

①dq/dθ=K/2（q+qe）；②dq/dθ=K/（q+qe）；③dq/dθ=KA2/2（V+Ve）；④dV/dθ=K/2（V+Ve）

3恒压过滤中单位面积累积滤液量q与时间θ的关系可表示为下图中的①

4对静止流体中颗粒的自由沉降而言，在沉降过程中颗粒所不会受到的力有：

①

①牛顿力；②浮力；③曳力（阻力）；④场力（重力或离心力）。

5叶滤机洗涤速率与终了过滤速率之比为：

④

①1/2；②1/3；③1/4；④1。

6恒压过滤中，当过滤时间增加1倍，则过滤速率为原来的

/2倍。

①

；②

/2；③2；④0.5。

7关于离心沉降速度和重力沉降速度，下述说法正确的是③。

①离心沉降速度和重力沉降速度是恒定的；

②离心沉降速度和重力沉降速度不是恒定的；

③离心沉降速度不是恒定值，而重力沉降速度是恒定的；

④离心沉降速度是恒定值，而重力沉降速度不是恒定的

二、填空

1.固体颗粒在空气中自由沉降,颗粒受重力、浮力、阻力等几种力的作用。

其沉降速度公式为。

2.降尘室为气固或液固两相分离设备，它们的生产能力与该设备的长度和宽度有关，与高度无关。

3.工业上常用的过滤介质有织物介质、堆积介质和多孔性固体介质

4.常用的过滤设备有板框压滤机、叶滤机和回转过滤机等。

5.间歇式过滤机一个完整的操作周期中所包括的时间有过滤时间，洗涤时间，组装、卸渣及清洗滤布等的辅助时间。

6.根据滤液流出的方式，过滤分为明流、暗流

7.板框过滤机的洗涤方式有置换式和横穿洗涤法

8.BAY10-402-25中B表示板框过滤机，A表示暗流，Y表示液压压紧方式，10表示过滤面积10m2,402表示滤框的内边长为402mm，25表示滤框的厚度为25mm

9.流体通过颗粒层的流动多呈层流状态,故单位体积床层所具有的表面积对流动阻力起决定作用。

10.过滤分深层过滤和滤饼过滤两种方式。

11对板框式过滤机，洗涤面积Aw和过滤面积A的定量关系为Aw=A/2。

洗水走过的距离Lw和滤液在过滤终了时走过的距离L的定量关系为Lw=2L，洗涤速率（dV/d

）w和终了时的过滤速率（dV/d

）E的定量关系为（dV/d

）w=（dV/d

）E/4。

三、简述题

1.什么是过滤？

2.什么是沉降？

第5章传热

一、选择题

1.下列关于传热与温度的讨论中正确的是③。

①绝热物系温度不发生变化；②恒温物体与外界（环境）无热能交换；

③温度变化物体的焓值一定改变；④物体的焓值改变,其温度一定发生了变化

2.下列关于温度梯度的论断中错误的是④。

①温度梯度决定于温度场中的温度分布

②温度场中存在温度梯度就一定存在热量的传递

③热量传递会引起温度梯度的变化

④热量是沿温度梯度的方向传递的

3.气体的导热系数值随温度的变化趋势为①。

①T升高,λ增大；②T升高,λ减小；

③T升高,λ可能增大或减小；④T变化,λ不变

4.空气、水、金属固体的导热系数分别为λ1、λ2、λ3,其大小顺序②。

①λ1>λ2>λ3；②λ1<λ2<λ3；

③λ2>λ3>λ1；④λ2<λ3<λ1

5.水银、水、软木的导热系数分别为λ1、λ2、λ3其大小顺序为①。

①λl〉λ2〉λ3；②λl〈λ2<λ3；

③λ1>λ3>λ2；④λ3>λ1>λ2

6.多层平壁定态热传导时，各层的温度降与各相应层的热阻①

①成正比；②成反比；③没关系；④不确定

7.对由三层平壁组成的多层平壁稳定热传导而言,若三层的传热推动力Δt1>Δt2>Δt3,则三层平壁的传热阻力R1、R2、R3之间的关系为①

①Rl>R2>R3；②RlR3>R2；④R2>R1>R3

8双层平壁稳定热传导,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:

①

①λ1<λ2；②λ1>λ2；③λ1=λ2；④无法确定。

9.由厚度都相同的平壁组成的三层平壁而言,若λ1>λ2>λ3,则热阻R1、R2、R3之间的关系为②

①Rl>R2>R3；②R1R3>R2；④R3>R1>R2。

10对于三层圆筒壁的稳定热传导而言,若Q1、Q2、Q3为从内向外各层的导热量,则它们之间的关系为③

①Q1>Q2>Q3；②Q3>Q2>Ql；③Ql=Q2=Q3；④Q1、Q2、Q3之间无法比较

11.某燃烧炉炉壁内外表面温度分别为t1、t2,今在炉壁外表面加一层保温层,炉壁内外表面的温度变化为T1,T2。

下列的判断正确的是：

②

①T1=T2,TI-T2>t1-t2；②T1>T2,T1-T2>t1-t2

③T1tl-t2；④

（1）、

（2）、（3）以外的其他判断

12.设水在一圆直管内呈漏流流动,在稳定段处,其对流传热系数为α1;若将水的质量流量加倍,而保持其他条件不变,此时的对流传热系数α2与α1的关系为③

①α2=α1；②α2=2α1；③α2=20.8α1；④α2=20.4α1

13.液体在圆形直管内作强制端流时,其对流传热系数α与雷诺准数Re的n次方成正比,其中n的值为②

①0.5；②0.8；③1；④2

14.下列关于换热设备的热负荷及传热速率说法中错误的是④

①热负荷决定于化工工艺的热量衡算

②传热速率决定于换热设备、操作条件及换热介质

③热负荷是选择换热设备应有的生产能力的依据

④换热设备应有的生产能力由传热速率确定

15.下列准数中反映的物体物性对对流传热影响的是③

①Nu；②Re；③Pr；④Gr

16.间壁二侧流体的传热过程α1、α2值相差较大（α1<<α2）,K值总是接近①那侧的。

①α1；②α2；③难以确定；

17.下列准数中反映流动状态和揣流程度对对流传热影响的是②

①Nu、②Re、③Pr、④Gr

18.下列关于流体在换热器中走管程或走壳程的安排中不一定妥当的①

①流量较小的流体宜安排走壳程；②饱和蒸气宜安排走壳程；

③腐蚀性流体及易结垢的流体宜安排走管程；

④压强高的流体宜安排走管程；

19.对由外管直径d1,内管直径为d2组成的套管而言,其传热当量直径为①

①（d12-d22）/d2；②（d12-d22）/d1；③（d12-d22）/2；④（d12-d22）/（d1＋d2）

20.对由外管直径为d1,内管直径为d2组成的套管而言,按润湿周边计算而得的当量直径为③

①（d1+d2）/2；②d1+d2；③d1-d2；④d2-d1

21.换热器中任一截面上的对流传热速率=系数×推动力,其中推动力是指④

①两流体温差度（T-t）；②冷流体进、出口温度差（t2-tl）

③热流体进、出口温度差（T2-T1）；④液体温度和管壁温度差（T-Tw）或（tw-t）

22.工业上列管式换热器用于:

I、水一水换热;II、气一水换热;III、饱和蒸气一水换热三种情况。

有关总传热系数K正确的是③。

①I最大,II其次；②II最大,III其次

③III最大,I其次；④I最大,III其次

23.对列管式换热器,当管束和壳体温差超过②时，应采取适当的温差补偿措施。

①60℃；②50℃；③40℃；④30℃

24.冷热流体进行对流传热，冷流体一侧的给热系数为α1=100W/（m2.K），热流体一侧的给热系数为α2=1000W/（m2.K），总传热系数K接近哪一侧的给热系数α，要提高K，应着重提高哪一侧的给热系数α：

③。

①接近α1，提高α2；②接近α2，提高α1；③接近α1，提高α1；④接近α2，提高α2。

25.一定流量的液体在一

的直管内做湍流流动，其给热系数αi=1000W/（m2.K），如流量和物性都不变，改用一

的直管，则其将变为④W/（m2.K）。

①1259；②1496；③1585；④1678。

二、填空

1.间壁式换热器的传热过程是对流、传导、对流。

2.金属的导热系数λ大约为几十kcal/（m·h·℃）,液体的λ大约为10-1kcal/（m·h·℃）,气体的λ大约为10-2kcal/（m·h·℃）

3.平壁稳定热传导过程,通过三层厚度相同的材料,每层间温度变化Δt1>Δt2>Δt3,则λ1，λ2，λ3的大小顺序为λ1<λ2<λ3,每层热阻的大小顺序为R1>R2>R3。

4.某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A和B,ΔtA>ΔtB,则A层导热系数

5.下面各组传热系数α的数值大小（饱和蒸气的压力相同）为:

（1）α空气<α水

（2）α水蒸气冷凝>α水加热或冷却

（3）α弯管>α直管

6.套管换热器的总传热速率方程的表达式为;以外表面积为基准的总传系数Ko的计算式为（忽略垢层热阻）。

7.写出两种带有热补偿的列管式换热器的名称U型管式、浮头式，带补偿圈的固定管板式（任意2种）。

④换封头

8.多程列管式热交换器的壳程中常装有一定数目与管束相垂直的折流挡板（简称挡板）,其目的是提高对流传热系数

9.有相变时的对流传热系数比无相变时大，黏度μ值大，对流给热系数小，热壁面在冷空气之下比热壁面在冷空气之上时对流传热系数大

10.当设计一台用饱和蒸气加热空气的列管式换热器时空气宜在管内流动。

11.列管式换热器中,用饱和水蒸气加热空气,则传热管的壁温接近饱和水蒸气的温度，总传热系数K的值接近空气传热膜系数

13.固定管板式列管换热器中,压力高、腐蚀性以及不清洁的物料应走管程。

14．根据冷、热两流体的接触方式的不同,换热器分为直接混合式、蓄热式、间壁式等类型。

15．热量传递的基本方式为热传导（简称导热）、对流传热、热辐射等。

16间壁式换热器的类型有①夹套式②喷淋式蛇管换热器③套管式④列管式⑤沉浸式蛇管换热器等

17.根据所采取的温差补偿措施的不同,列管式换热器包括固定管板式、浮头式、U型管式、具有补偿圈的固定管板式等类型

18在通常情况下的同类换热器中，设空气的自然对流的给热系数为α1，空气的强制对流给热系数为α2，水的强制对流给热系数为α3，蒸汽冷凝的强制对流给热系数为α4，则从大到小的顺序为α4>α3>α2>α1。

对于某些热敏性物料的加热而言，为避免出口温度过高而影响产品质量，冷热流体宜采用并流操作（逆流、并流、错流、湍流）。

19对于固定管板式换热器，下列换热介质通常走管程的有A、C、D，走壳程的有B、E、F。

A高压流体；B蒸汽；C易结垢的流体；D腐蚀性流体；E黏度大的流体；F被冷却的流体。

20两流体通过间壁换热，冷流体从20℃升至50℃，热流体从100℃降到70℃则并流时的

=43.28℃，逆流时的

=50℃。

21在套管式换热器中，热流体进出口温度分别为100℃和60℃，冷流体进口温度为30℃，且已知冷热流体的热容流量mscp相等，则

=30℃。

①30；②40；③50；④70。

22套管式换热器的管隙通入压强一定的饱和蒸汽，使管内的空气温度升高，保持空气的压强不变，流量增大，其他条件不变，则传热速率Q变大，传热系数K变大，空气出口温度t2变小，对数平均温差

变大。

23有一并流操作的换热器，已知冷流体进出口温度分别为20℃和50℃，热流体进出口温度分别为90℃和60℃，则其平均传热温差

为30.8℃。

某一热流体流经一段直管后，再流入同一管径的弯管段，则弯管的传热系数比直管段的大。

三、简答题：

1．热水瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？

（从传热的角度简析理由）

（1）热水瓶胆设计成玻璃夹层结构，夹层内空气被抽出，接近真空，可防止对流热损失；

（2）瓶胆夹层内表面均镀有银、铝等低黑度涂层，减低了辐射散热量（3）使用中，瓶盖选用导热系数小的软木塞，而且灌水时还要在瓶口处留一段空气柱，因为空气的导热系数远小于水，从而有效的降低了瓶口处的热损失。

2.提高给热系数的措施有哪些？

（1）提高流速，增加管程数提高管内流速，增加折流板数提高壳程流速，但此方法是以增大泵耗为代价的。

（2）改变流动状态：

增加折流板，加强壳程的湍动程度，管内表面加工螺纹槽，管内安装插入物如麻花纽带等。

（3）有相变的沸腾和冷凝传热的强化：

液体沸腾保持核状沸腾，制造人工表面，增加汽化核心数，冷凝保持滴状冷凝，排除不凝气体，保持气液流向一致，合理布置冷凝面，利用表面张力（沟槽、金属丝）

（4）引入机械振动：

传热