化工原理试卷一. 计算（69分）：1（20分）. 每小时将2×104kg 、45℃氯苯用泵从反应器A 输送到高位槽B （如图所示）， 管出口处距反应器液面的垂直高度为15m ，反应器液面上方维持26.7kPa 的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为Ø76mm ×4mm 、长26.6m 的不锈钢管，管壁绝对粗糙度为0.3mm 。
管线上有两个全开的闸阀、5个90°标准弯头。
45℃氯苯的密度为1075 kg ⋅m -3，粘度为6.5×10-4 Pa·s 。
泵的效率为70%，求泵的轴功率。
附：各局部阻力系数全开闸阀 ζ1 = 0.1790℃标准弯头 ζ2 = 0.75摩擦系数计算式 λ = 0.1( εd + 68Re )0.232（16分）. 质量流量为7000kg ·h -1的常压空气，要求将其由20℃加热到85℃，选用108℃的饱和蒸汽作加热介质。
若水蒸气的对流传热系数为1×10 4W·(m 2·K)-1，空气在平均温度下的物性数据如下：比热容为1kJ·(kg·K)-1，导热系数为2.85×10 -2W(m·K)-1 粘度为1.98×10-5Pa·s ，普兰特准数为0.7 。
现有一单程列管式换热器，装有Ø25mm×2.5mm 钢管200根，长2m ，此换热器能否完成上述传热任务？3（14分）. 某厂填料吸收塔，填料高10m ，用清水洗去尾气中有害组分。
在正常情况下，测得原料气中含有害组分0.02(比摩尔分数，下同)，尾气中含有害组分0.004，吸收液含有害组分0.008。
在工作范围内相平衡关系为A A X Y 5.1=*。
问：⑴ 该工况下气相总传质单元高度H OG 为多少？⑵ 因法定排放浓度Y A,2=0.002，计划将塔加高，若液气比不变，填料层需加高多少？4（19分）.某一常压连续精馏塔内对苯-甲苯的混合液进行分离。
原料液组成为0.35（mol%,下同），该物系的平均相对挥发度为2.5,饱和蒸汽进料。
塔顶采出率为%40,,=Fn D n q q ，精馏段操作线方程为20.075.01+=+n n x y ，1,100-⋅=h kmol q F n 求： ⑴ 提馏段操作线方程式；⑵ 若塔顶第一块板下降的液相组成为0.7，该板的气相默夫里效率E mV,1二. 选择题（11分）：1. 水以2m·s -1的流速在Ø35mm×2.5mm 钢管中流动，水的粘度为1×10-3Pa·s ，密度为1000kg·m -3,其流动类型为（B) A. 层流 B. 湍流 C. 无法确定2. 离心泵原来输送水时的流量为q V ，现改用输送密度为水的1.2倍的水溶液，其它物理性质可视为与水相同，管路状况不变，流量（ C ）。
A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定3. 装在某设备进口处的真空表读数为-50kPa,出口压力表的读数为100kPa,此设备进出口之间的绝对压强差为(A) kPa 。
A. 150 B. 50 C. 75 4. 在精馏塔中每一块塔板上(C)。
A. 只进行传质作用B. 只进行传热作用C. 同时进行传热传质作用 5. 某套管换热器由Ø108×4mm 和Ø55×2.5mm 钢管组成，流体在环隙间流动，其当量直径为(B)mm 。
A. 53B. 45C. 50D. 586. 如左图安装的压差计，当拷克缓慢打开时，压差计中的汞面将(B)。
A. 左低右高B. 等高C. 左高右低D. 无法确定7. 饱和空气在恒压下冷却，温度由t 1降至t 2，其相对湿度ϕ(C)，绝对湿度H(B)，露点t d (C)。
A. 增加B. 减小C. 不变D. 无法确定8. 已知物料的临界含水量为0.2kg 水/kg 绝干物料，空气的干球温度为t ，湿球温度为t w ，露点为t d 。
现将该物料自含水量X 1=0.45 kg 水/kg 绝干物料，干燥至X 2= 0.1kg 水/kg 绝干物料,，则干燥物料表面温度θ(A) 。
A. θ﹥t w B. θ = t C. θ = t d D. θ = t w9. 设颗粒在stokes区沉降，当含尘气体温度升高后，降尘室的生产能力(B)。
A. 增大B. 减小C. 不变三. 填空题（20分）：1. 某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A和B，温度分布线如右上图（b）中所示，则λA<λ B (填“﹥”或“﹤”)，将A层材料放在里层时保温效果更好。
2. 化工生产中最常用的载热体（加热剂）为饱和蒸汽，常用的冷却剂为水。
3. 采用饱和蒸汽加热某一种冷流体，若保持冷流体的进口温度T1/、加热蒸汽压力P不变，现冷体流量增加，则冷流体出口温度T2/降低，传热速率Φ增大，总传热系数K增大,传热平均温度差△T m增大。
4. 用纯水逆流吸收有害气体，平衡关系为Y A*=1.5X A，若进塔气体浓度为Y A,1=0.1，要求尾气浓度为Y A,2=0.01，拟用液气比q n,c/q n,B= 2，则出塔溶液浓度为X A,1=0.045。
若改变液气比，溶液可能达到的最高浓度为0.0667。
5. 在96 ℃时,苯-甲苯的相对挥发度为2.44。
在此温度下,纯苯的饱和蒸气压为160.5 kPa,则纯甲苯饱和蒸气压为6 5779 Pa。
6. 某一全回流操作的精馏塔，已知相对挥发度为2.45，若x2 = 0.35(mol%)，y3 = 0.35。
7. 将含3%（mol%,下同）CO2的空气与浓度为3.12⨯10-5 CO2 的水溶液接触，操作条件下的平衡关系为y*=1200x，那么将发生吸收过程。
8. 已知某物料在25℃的平衡曲线。
设含水量X=0.4kg水/(kg绝干) 的该物料与φ = 65% 的空气接触，其X* = 0.07kg水/（kg绝干）。
当空气的φ = 100%时，X* = 0.27 kg水/（kg绝干）。
则物料自由水分量为0.33 kg水/（kg绝干），结合水分量为0.27 kg水/（kg绝干），非结合水分量为0.13 kg水/（kg绝干）。
9. 某过滤机的滤布阻力可以忽略不计，在恒压下过滤τ 秒，得滤液Vm3；若2m3。
在同一压强下继续过滤τ 秒，共得滤液V10. 从某矿石焙烧炉出口的含尘气体，依次经过一个降尘室和一个旋风分离器进行除尘，气体流量为1000m3·h-1，含尘量为10g·m-3，此时总除尘效率为90%，其中50%由降尘室除去。
现气体流量增加为1100 m3·h-1，降尘室除尘量减小。
(增加、减小、不变、不定)。
11. 如图为一干燥速率曲线。
在其它条件 不变情况下，试在图中作出增大空气 相对湿度后的干燥速率曲线。
化工原理试卷答案一、(20分)计算题：1. 解：如图，取1-1、2-2界面，以1-1截面为基准面∑-+++=+++21,2222211122f e hgu z g p H g u z g p ρρ（2分）p 1 = 26.7kPa （绝压），z 1 = 0, u 1 ≈ 0 （1分） p 2 = 101.3kPa （绝压）z 2 = 15m （1分）133410168.536001075102--⋅⨯=⨯⨯=s m q V （1分）123242.1068.0410168.5--⋅=⨯⨯=s m u π（1分）54106.1105.6107542.1068.0⨯=⨯⨯⨯=-e R （1分） ∴ ∑-+++-=21,222122f e hgu z g p p H ρ （1分）弯闸进直直,,,,,21,52f f f f f f h h h h h h++=+=∑- （2分）0293.0)106.168683.0(1.023.05=⨯+⨯=λ （1分） gu d l h f 22,⋅=λ直81.9242.1068.06.260293.02⨯⨯⨯==1.178m （1分） 81.9242.1)75.0517.025.0(2,⨯⨯⨯+⨯+=局f h =0.4717m （2分）4717.0178.181.9242.11581.9107510)7.263.101(23++⨯++⨯⨯-=e H =23.83m （1分）N e = H e q V ρg = 23.83 ⨯ 5.168 ⨯ 10-3 ⨯ 1075 ⨯ 9.81 = 1.30 ⨯ 103W （2分）N a = kW W N e86.11086.17.01030.133=⨯=⨯=η （2分）2. （16分）解：W 126389)2085(100036007000=-⨯⨯=Φ （2分）8510820108ln)85108()20108(-----=m T ∆= 48.44ºC （2分）12295.3020002.0436007000-⋅⋅=⨯⨯⨯=s m kg u πρ （1分）312631098.195.3002.05=⨯⨯==-μρdu R e （1分） 4.08.0023.0r e p R dλα=空 （1分）4.08.027.03126302.01085.2023.0⨯⨯⨯⨯=- （1分） 121.112--⋅⋅=K m W （1分）211222112111αααλδα+≈++=d d d d d d K m （1分） 0113.01011201.112254=⨯+⨯=K = 88.5W ⋅m -2⋅K -1 （1分）248.2944.485.88126398m T K A m =⨯==∆Φ需 （1分） A 实 = n πd 外l = 200 ⨯ π ⨯ 0.025 ⨯ 2 = 31.42m 2 （2分）066.1=需实A A ≈ 1.1 ∴能完成上述传热任务。
（2分）3. （14分）解：（1）20008.0004.002.02,1,2,1,,,=--=--=A A A A Bn c n X X Y Y q q （2分）⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+----=C n B n A A A A C n B n Cn B n OGq m q m X Y m X Y q m q q m q N ,,2,2,2,1,,,,,)1(ln 11（2分）77.225.10004.0002.0)25.11(ln 25.111=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=（2分） 或 ∆Y A,1 = Y A,1 – mX A,1 = 0.02 – 1.5 ⨯ 0.008 = 8⨯10-3 （1分） ∆Y A,2 = Y A,2 – mX A,2 = 0.004 （1分） 332,2,1,1,2,1,1077.50004.0108ln 004.002.0ln --⨯=-⨯-=---=A A A A A A m A mX Y mX Y Y Y Y ，∆ （2分）77.21077.5004.002.03,2,1,=⨯-=-=-mA A A OG Y Y Y N ∆ （2分） 61.377.210==OG H （2分）(2) 其他条件不变，Y A,2变，则N OG 不变 ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+----=C n B n A A A A C n B n C n B n OGq m q m X Y m X Y q m q q m q N ,,2,/2,2,1,,,,,)1(ln 11（2分）66.425.10002.0002.0)25.11(ln 25.111=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=（2分） H / = H OG ⋅ N OG = 3.61⨯ 4.66 = 16.82m （1分） ∆H = 16.82 – 10 = 6.82 m （1分）4. （19分）解：（1）175.0+=R RR = 3 （2分） 1312.0+=+=d d xR x x d = 0.8 （2分）4.08.035.0,,=--=--=wwwd w f Fn D n x x x x x x q q x w = 0.05 （2分）%40,,=Fn D n q q ∴ q n,D = 0.4 ⨯ 100 = 40kmol ⋅h -1 （1分）q n,W = q n,F - q n,D = 100 – 40 = 60 kmol ⋅h -1 （1分）q n,V = ( R + 1) q n,D = (3 + 1 ) ⨯ 40 = 160 kmol ⋅h -1 （1分） δ = 0q n,V / = q n,V - q n,F = 160 – 100 = 60 kmol ⋅h -1 （1分） q n,L / = q n,L = q n,V - q n,D = 160 – 40 = 120 kmol ⋅h -1 （1分） 提馏段操作线方程： W Vn W n m Vn L n m x q q x q q y /,,/,/,1-=+ = 2x m – 0.05 （2分）(2) 11*1)15.2(15.2x x y -+=8573.07.0)15.2(17.05.2=⨯-+⨯= （2分） y 2 = 0.75 ⨯ 0.7 + 0.2 = 0.725 （1分） y 1 = 0.8 （1分） 5669.0725.08573.0725.08.02*1211,,=--=--=y y y y E V m （2分）二、（11分）选择题（每小题各一分）1. (B)2. (C)3.(A)4.(C)5.(B)6.(B)7.(C) (B) (C)8.(A)9.(B)三、（20分）填空题（每个空各一分）1. < ，A ；2. 0 2. 饱和蒸汽，水3. 降低，增大，增大，增大；4. 0.045，0.0667；5. 6 5779；6. 0.35；7. 吸收8. 0.33 kg 水/（kg 绝干），0.27 kg 水/（kg 绝干），0.13 kg 水/（kg 绝干）； 9. V 2 ； 10. 减小； 11.。