化工原理專升本考試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.流體在圓形直管中作層流流動(dòng)時(shí)，其管中心最大流速$u_{max}$與平均流速$u$的關(guān)系為（）。A.$u_{max}=u$B.$u_{max}=2u$C.$u_{max}=3u$D.$u_{max}=4u$答案：B解析：對(duì)于流體在圓形直管中作層流流動(dòng)，根據(jù)層流流動(dòng)的速度分布規(guī)律，管中心最大流速$u_{max}$是平均流速$u$的2倍，即$u_{max}=2u$。2.離心泵的允許吸上真空高度$H_{s}$與（）無(wú)關(guān)。A.當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)B.輸送液體的溫度C.流量D.泵的結(jié)構(gòu)答案：D解析：允許吸上真空高度$H_{s}$與當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)、輸送液體的溫度和流量有關(guān)。當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)不同，液體的汽化壓力不同，會(huì)影響允許吸上真空高度；液體溫度變化會(huì)使汽化壓力改變，從而影響$H_{s}$；流量改變會(huì)引起管路阻力變化，也會(huì)對(duì)$H_{s}$產(chǎn)生影響。而泵的結(jié)構(gòu)主要影響泵的性能曲線等，與允許吸上真空高度的定義和計(jì)算無(wú)關(guān)。3.過(guò)濾操作中，濾液流動(dòng)遇到的阻力主要是（）。A.過(guò)濾介質(zhì)阻力B.濾餅阻力C.過(guò)濾介質(zhì)和濾餅阻力之和D.濾液本身的黏度阻力答案：C解析：在過(guò)濾操作中，濾液流動(dòng)需要克服過(guò)濾介質(zhì)的阻力以及濾餅的阻力，所以濾液流動(dòng)遇到的阻力主要是過(guò)濾介質(zhì)和濾餅阻力之和。雖然濾液本身的黏度也會(huì)對(duì)流動(dòng)有一定影響，但不是主要阻力來(lái)源。4.對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普朗特?cái)?shù)$Pr$反映了（）的影響。A.流體物性B.流動(dòng)狀態(tài)C.幾何因素D.溫度差答案：A解析：普朗特?cái)?shù)$Pr=\frac{C_{p}\mu}{\lambda}$，其中$C_{p}$是流體的定壓比熱容，$\mu$是流體的黏度，$\lambda$是流體的導(dǎo)熱系數(shù)，這些都是流體的物性參數(shù)，所以普朗特?cái)?shù)反映了流體物性的影響。5.精餾塔中由塔頂向下的第$n-1$、$n$、$n+1$層塔板，其氣相組成關(guān)系為（）。A.$y_{n-1}>y_{n}>y_{n+1}$B.$y_{n-1}<y_{n}<y_{n+1}$C.$y_{n-1}=y_{n}=y_{n+1}$D.不確定答案：A解析：在精餾塔中，從塔頂向下，氣相中易揮發(fā)組分的含量逐漸降低。因?yàn)榫s過(guò)程是利用混合液中各組分揮發(fā)度的差異進(jìn)行分離的，越往上，氣相中易揮發(fā)組分濃度越高，所以$y_{n-1}>y_{n}>y_{n+1}$。6.吸收操作中，當(dāng)物系的狀態(tài)點(diǎn)處于平衡線的上方時(shí)（）。A.發(fā)生吸收過(guò)程B.發(fā)生解吸過(guò)程C.處于平衡狀態(tài)D.無(wú)法判斷答案：A解析：在吸收操作中，平衡線表示氣液兩相達(dá)到平衡時(shí)的組成關(guān)系。當(dāng)物系的狀態(tài)點(diǎn)處于平衡線的上方時(shí)，氣相中溶質(zhì)的實(shí)際分壓大于與液相成平衡的溶質(zhì)分壓，此時(shí)會(huì)發(fā)生吸收過(guò)程，溶質(zhì)從氣相向液相轉(zhuǎn)移。7.某二元混合物，進(jìn)料量為$100kmol/h$，$x_{F}=0.6$，要求塔頂$x_{D}=0.9$，塔底$x_{W}=0.1$，則塔頂餾出液的流量為（）$kmol/h$。A.50B.60C.70D.80答案：A解析：根據(jù)物料衡算，$F=D+W$，$Fx_{F}=Dx_{D}+Wx_{W}$，已知$F=100kmol/h$，$x_{F}=0.6$，$x_{D}=0.9$，$x_{W}=0.1$，將$W=F-D$代入物料衡算式可得：$100\times0.6=D\times0.9+(100-D)\times0.1$，解得$D=50kmol/h$。8.套管換熱器中，冷、熱流體進(jìn)行逆流換熱，若冷流體的進(jìn)出口溫度分別為$t_{1}$、$t_{2}$，熱流體的進(jìn)出口溫度分別為$T_{1}$、$T_{2}$，且$T_{1}>T_{2}$，$t_{2}>t_{1}$，則對(duì)數(shù)平均溫差$\Deltat_{m}$為（）。A.$\frac{(T_{1}-t_{2})-(T_{2}-t_{1})}{\ln\frac{T_{1}-t_{2}}{T_{2}-t_{1}}}$B.$\frac{(T_{1}-t_{1})-(T_{2}-t_{2})}{\ln\frac{T_{1}-t_{1}}{T_{2}-t_{2}}}$C.$\frac{(T_{1}-t_{2})+(T_{2}-t_{1})}{2}$D.$\frac{(T_{1}-t_{1})+(T_{2}-t_{2})}{2}$答案：A解析：對(duì)于逆流換熱的對(duì)數(shù)平均溫差，其計(jì)算公式為$\Deltat_{m}=\frac{\Deltat_{1}-\Deltat_{2}}{\ln\frac{\Deltat_{1}}{\Deltat_{2}}}$，其中$\Deltat_{1}=T_{1}-t_{2}$，$\Deltat_{2}=T_{2}-t_{1}$，所以$\Deltat_{m}=\frac{(T_{1}-t_{2})-(T_{2}-t_{1})}{\ln\frac{T_{1}-t_{2}}{T_{2}-t_{1}}}$。9.恒壓過(guò)濾時(shí)，如濾餅不可壓縮，介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，當(dāng)操作壓差增加1倍時(shí)，過(guò)濾速率將為原來(lái)的（）。A.1倍B.$\sqrt{2}$倍C.2倍D.4倍答案：C解析：恒壓過(guò)濾方程$V^{2}=KA^{2}\tau$（介質(zhì)阻力忽略不計(jì)），過(guò)濾速率$u=\frac{dV}{Ad\tau}=\frac{K}{2V/A}$，對(duì)于不可壓縮濾餅，$K=2k\Deltap$，當(dāng)操作壓差$\Deltap$增加1倍時(shí)，$K$也增加1倍，過(guò)濾速率$u$與$K$成正比，所以過(guò)濾速率將為原來(lái)的2倍。10.以下哪種流動(dòng)狀態(tài)下，流體的摩擦系數(shù)$\lambda$只與雷諾數(shù)$Re$有關(guān)（）。A.層流B.過(guò)渡流C.湍流光滑區(qū)D.湍流完全粗糙區(qū)答案：A解析：在層流狀態(tài)下，流體的摩擦系數(shù)$\lambda=\frac{64}{Re}$，只與雷諾數(shù)$Re$有關(guān)。在過(guò)渡流中，摩擦系數(shù)的計(jì)算比較復(fù)雜，沒(méi)有簡(jiǎn)單的與單一參數(shù)的關(guān)系；湍流光滑區(qū)，$\lambda$與$Re$和相對(duì)粗糙度有關(guān)；湍流完全粗糙區(qū)，$\lambda$只與相對(duì)粗糙度有關(guān)。11.對(duì)于一定流量的液體，在圓形直管內(nèi)作層流流動(dòng)，若管徑變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則流速變?yōu)樵瓉?lái)的（）。A.$\frac{1}{2}$B.$\frac{1}{4}$C.$\frac{1}{8}$D.$\frac{1}{16}$答案：B解析：根據(jù)連續(xù)性方程$q_{V}=uA$，對(duì)于圓形直管$A=\frac{\pi}{4}d^{2}$，當(dāng)流量$q_{V}$一定時(shí)，$u_{1}A_{1}=u_{2}A_{2}$，若管徑變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，即$d_{2}=2d_{1}$，則$A_{2}=\frac{\pi}{4}d_{2}^{2}=\frac{\pi}{4}(2d_{1})^{2}=4A_{1}$，所以$u_{2}=\frac{u_{1}A_{1}}{A_{2}}=\frac{u_{1}}{4}$。12.在精餾操作中，若進(jìn)料熱狀況參數(shù)$q=1$，則進(jìn)料為（）。A.冷液體進(jìn)料B.飽和液體進(jìn)料C.氣液混合進(jìn)料D.飽和蒸氣進(jìn)料答案：B解析：進(jìn)料熱狀況參數(shù)$q$的定義為：每千摩爾進(jìn)料變?yōu)轱柡驼魵馑璧臒崃颗c千摩爾汽化潛熱之比。當(dāng)$q=1$時(shí)，表示進(jìn)料為飽和液體進(jìn)料，因?yàn)轱柡鸵后w變?yōu)轱柡驼魵馑璧臒崃烤褪瞧淦瘽摕帷?3.吸收過(guò)程中，亨利定律$p^{}=Ex$中的$E$值越大，表示（）。A.氣體的溶解度越大B.氣體的溶解度越小C.與氣體溶解度無(wú)關(guān)D.吸收過(guò)程越容易進(jìn)行答案：B解析：亨利定律$p^{}=Ex$，其中$p^{}$是溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，$x$是溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)，$E$是亨利系數(shù)。$E$值越大，在相同的液相組成$x$下，平衡分壓$p^{}$越大，說(shuō)明溶質(zhì)越難溶解于液相，即氣體的溶解度越小。14.某列管換熱器，管程走熱水，殼程走冷水，為了強(qiáng)化傳熱，應(yīng)采取的措施是（）。A.提高熱水流速B.提高冷水流速C.同時(shí)提高熱水和冷水流速D.降低熱水流速答案：B解析：在列管換熱器中，一般來(lái)說(shuō)，提高流速可以增大對(duì)流傳熱系數(shù)，從而強(qiáng)化傳熱。由于水的比熱容較大，冷水的溫度變化相對(duì)較大，提高冷水流速可以顯著增大冷水側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)，從而提高總傳熱系數(shù)，強(qiáng)化傳熱效果。而提高熱水流速雖然也能強(qiáng)化傳熱，但效果不如提高冷水流速明顯。15.離心泵啟動(dòng)前應(yīng)（）。A.關(guān)閉出口閥B.打開(kāi)出口閥C.同時(shí)打開(kāi)進(jìn)出口閥D.以上都不對(duì)答案：A解析：離心泵啟動(dòng)前應(yīng)關(guān)閉出口閥，這樣可以使啟動(dòng)功率最小，避免電機(jī)因啟動(dòng)電流過(guò)大而損壞。待泵啟動(dòng)后，再逐漸打開(kāi)出口閥，調(diào)節(jié)流量。二、填空題（每題2分，共20分）1.流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，其平均流速$u$與管中心最大流速$u_{max}$的關(guān)系為$u$約等于______$u_{max}$。答案：0.8解析：流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)，平均流速$u$約為管中心最大流速$u_{max}$的0.8倍。2.離心泵的特性曲線通常包括______曲線、______曲線和______曲線。答案：流量-揚(yáng)程；流量-功率；流量-效率解析：離心泵的特性曲線反映了離心泵的性能與流量之間的關(guān)系，主要包括流量-揚(yáng)程（$Q-H$）曲線、流量-功率（$Q-P$）曲線和流量-效率（$Q-\eta$）曲線。3.過(guò)濾操作中，過(guò)濾介質(zhì)的作用是______。答案：支撐濾餅和截留固體顆粒解析：過(guò)濾介質(zhì)是過(guò)濾操作中用于支撐濾餅并截留固體顆粒，使濾液通過(guò)的物質(zhì)。4.對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在______。答案：層流底層解析：在對(duì)流傳熱過(guò)程中，流體與壁面之間的傳熱主要通過(guò)層流底層的熱傳導(dǎo)和湍流主體的對(duì)流混合來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于層流底層內(nèi)流體的流動(dòng)主要是層流，熱傳遞主要依靠熱傳導(dǎo)，而流體的導(dǎo)熱系數(shù)一般較小，所以層流底層的熱阻較大，對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在層流底層。5.精餾塔的塔頂產(chǎn)品稱為_(kāi)_____，塔底產(chǎn)品稱為_(kāi)_____。答案：餾出液；釜?dú)堃航馕觯涸诰s塔中，塔頂?shù)玫降漠a(chǎn)品是經(jīng)過(guò)精餾分離后易揮發(fā)組分含量較高的餾出液，塔底得到的是難揮發(fā)組分含量較高的釜?dú)堃骸?.吸收操作中，氣相吸收總傳質(zhì)系數(shù)$K_{Y}$與氣相傳質(zhì)分系數(shù)$k_{Y}$和液相傳質(zhì)分系數(shù)$k_{X}$的關(guān)系為_(kāi)_____。答案：$\frac{1}{K_{Y}}=\frac{1}{k_{Y}}+\frac{m}{k_{X}}$解析：這是吸收操作中氣相吸收總傳質(zhì)系數(shù)與氣、液相傳質(zhì)分系數(shù)的關(guān)系式，其中$m$是相平衡常數(shù)。7.套管換熱器中，冷、熱流體進(jìn)行并流換熱時(shí)，熱流體的出口溫度$T_{2}$______冷流體的出口溫度$t_{2}$。答案：大于解析：在并流換熱中，冷、熱流體的流動(dòng)方向相同，熱流體將熱量傳遞給冷流體，熱流體溫度逐漸降低，冷流體溫度逐漸升高，但熱流體的出口溫度始終大于冷流體的出口溫度。8.恒壓過(guò)濾時(shí)，過(guò)濾速率隨過(guò)濾時(shí)間的增加而______。答案：減小解析：恒壓過(guò)濾時(shí)，隨著過(guò)濾時(shí)間的增加，濾餅厚度不斷增加，過(guò)濾阻力增大，根據(jù)過(guò)濾速率的計(jì)算公式，過(guò)濾速率隨過(guò)濾時(shí)間的增加而減小。9.流體在圓形直管中流動(dòng)時(shí)，當(dāng)雷諾數(shù)$Re$______時(shí)，流動(dòng)為層流；當(dāng)$Re$______時(shí)，流動(dòng)為湍流。答案：$\leq2000$；$\geq4000$解析：這是判斷流體在圓形直管中流動(dòng)狀態(tài)的雷諾數(shù)臨界值，當(dāng)$Re\leq2000$時(shí)，流體流動(dòng)為層流；當(dāng)$Re\geq4000$時(shí)，流體流動(dòng)為湍流；當(dāng)$2000<Re<4000$時(shí)，流動(dòng)處于過(guò)渡狀態(tài)。10.精餾操作中，回流比$R$的定義為_(kāi)_____。答案：塔頂回流量與塔頂產(chǎn)品量之比解析：回流比$R=\frac{L}{D}$，其中$L$是塔頂回流量，$D$是塔頂產(chǎn)品量。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共20分）1.簡(jiǎn)述離心泵的工作原理。答：離心泵在啟動(dòng)前需要先向泵殼內(nèi)充滿被輸送的液體。當(dāng)離心泵的葉輪在原動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪內(nèi)的液體也隨之旋轉(zhuǎn)。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被甩向葉輪外緣，以較高的速度流入泵殼。泵殼是一個(gè)逐漸擴(kuò)大的蝸殼形通道，液體在泵殼內(nèi)流速逐漸降低，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，使液體獲得較高的壓力，從而被壓出泵體，輸送到需要的地方。同時(shí)，在葉輪中心處，由于液體被甩出而形成低壓區(qū)，低于吸入管內(nèi)的壓力，在壓力差的作用下，液體不斷地從吸入管進(jìn)入葉輪，補(bǔ)充被排出的液體，使離心泵能夠連續(xù)地工作。2.簡(jiǎn)述精餾塔的操作原理。答：精餾塔是利用混合液中各組分揮發(fā)度的差異，通過(guò)多次部分汽化和部分冷凝來(lái)實(shí)現(xiàn)混合液分離的設(shè)備。精餾塔通常由塔體、塔板或填料等組成。在精餾塔中，原料液從塔的中部某一塊塔板（進(jìn)料板）加入，進(jìn)料板以上的塔段稱為精餾段，進(jìn)料板以下的塔段稱為提餾段。在精餾段，上升的蒸氣與下降的液體在塔板或填料上充分接觸，由于各組分揮發(fā)度不同，易揮發(fā)組分從液相中汽化進(jìn)入氣相，難揮發(fā)組分從氣相中冷凝進(jìn)入液相。這樣，每經(jīng)過(guò)一塊塔板或一段填料，氣相中易揮發(fā)組分的含量就會(huì)增加，液相中難揮發(fā)組分的含量就會(huì)增加。經(jīng)過(guò)多次這樣的傳質(zhì)過(guò)程，塔頂蒸氣中易揮發(fā)組分的含量不斷提高，最后經(jīng)冷凝后一部分作為塔頂產(chǎn)品（餾出液）采出，另一部分作為回流液返回塔內(nèi)，為精餾段提供下降的液體。在提餾段，下降的液體與上升的蒸氣同樣進(jìn)行傳質(zhì)過(guò)程，使液相中難揮發(fā)組分的含量不斷增加，最后塔底液體中難揮發(fā)組分的含量達(dá)到要求，作為塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海┎沙?。上升的蒸氣是由塔底再沸器將部分釜?dú)堃杭訜崞a(chǎn)生的。通過(guò)精餾塔的精餾操作，混合液可以實(shí)現(xiàn)較為徹底的分離。四、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.用離心泵將敞口水池中的水輸送到高位槽中，已知水池液面與高位槽液面的垂直高度差為15m，管路為$\phi57\times3.5$mm的鋼管，管長(zhǎng)為80m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。水的流量為15m3/h，水的密度為1000kg/m3，黏度為$1\times10^{-3}$Pa·s，摩擦系數(shù)$\lambda=0.02$。試求：（1）管路的壓頭損失$H_{f}$；（2）離心泵的有效功率$P_{e}$。解：（1）首先計(jì)算管內(nèi)水的流速$u$：已知管徑$d=57-2\times3.5=50$mm=0.05m，流量$q_{V}=15m3/h=\frac{15}{3600}m3/s$。根據(jù)$u=\frac{q_{V}}{A}$，$A=\frac{\pi}{4}d^{2}=\frac{\pi}{4}\times0.05^{2}m^{2}$，則$u=\frac{\frac{15}{3600}}{\frac{\pi}{4}\times0.05^{2}}\approx2.12m/s$。根據(jù)范寧公式$H_{f}=\lambda\frac{l+l_{e}}yui6g6o\frac{u^{2}}{2g}$，其中$l+l_{e}=80$m，$\lambda=0.02$，$d=0.05$m，$u=2.12$m/s，$g=9.81m/s2$。$H_{f}=0.02\times\frac{80}{0.05}\times\frac{2.12^{2}}{2\times9.81}\approx7.24$m。（2）根據(jù)柏努利方程，以水池液面為1-1截面，高位槽液面為2-2截面，且兩截面均為敞口，$p_{1}=p_{2}=0$（表壓），$u_{1}\approx0$，$u_{2}\approx0$，$z_{2}-z_{1}=15$m。離心泵的揚(yáng)程$H=z_{2}-z_{1}+H_{f}=15+7.24=22.24$m。流量$q_{V}=15m3/h=\frac{15}{3600}m3/s$，水的密度$\rho=1000kg/m3$。離心泵的有效功率$P_{e}=\rhogq_{V}H$$P_{e}=1000\times9.81\times\frac{15}{3600}\times22.24\approx919.6$W。2.在一連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合液，原料液中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.4，進(jìn)料為飽和液體，塔頂餾出液中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.95，塔底釜?dú)堃褐斜降哪柗謹(jǐn)?shù)為0.05。已知操作回流比$R=2$，試求：（1）塔頂餾出液和塔底釜?dú)堃旱牧髁恐?\frac{D}{W}$；（2）精餾段操作線方程；（3）提餾段操作線方程。解：（1）根據(jù)物料衡算：$F=D+W$，$Fx_{F}=Dx_{D}+Wx_{W}$將$x_{F}=0.4$，$x_{D}=0.95$，$x_{W}=0.05$代入$Fx_{F}=Dx_{D}+Wx_{W}$可得：$F\times0.4=D\times0.95+W\times0.05$又因?yàn)?F=D+W$，將$F=D+W$代入上式得：$(D+W)\times0.4=D\times0.95+W\times0.05$$0.4D+0.4W=0.95D+0.05W$$0.4W-0.05W=0.95D-0.4D$$0.35W=0.55D$$\frac{D}{W}=\