化工基礎模擬習題（附參考答案）一、選擇題（每題2分，共20分）1.流體在圓形直管中作層流流動時，其管中心最大流速$u_{max}$與平均流速$u$的關系為（）A.$u_{max}=u$B.$u_{max}=2u$C.$u_{max}=3u$D.$u_{max}=4u$2.離心泵的揚程是指（）A.泵的升揚高度B.泵所提供的總能量C.液體出泵和進泵的壓差換算成的液柱高D.泵的吸液高度3.在一套管換熱器中，若兩流體的進、出口溫度不變，應選擇并流操作還是逆流操作（）A.并流B.逆流C.并流、逆流均可D.無法確定4.精餾塔中由塔頂向下的第$n-1$、$n$、$n+1$層理論板，其氣相組成關系為（）A.$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}$D.不確定5.吸收過程中，當操作線與平衡線相切或相交時，表明吸收過程（）A.能正常進行B.推動力最大C.吸收劑用量太少，過程無法進行D.吸收設備尺寸太小6.對于恒壓過濾（）A.濾液體積增大一倍，則過濾時間增大為原來的$\sqrt{2}$倍B.濾液體積增大一倍，則過濾時間增大至原來的2倍C.濾液體積增大一倍，則過濾時間增大至原來的4倍D.當介質阻力不計時，濾液體積增大一倍，則過濾時間增大至原來的4倍7.某二元混合物，其中A為易揮發(fā)組分，液相組成$x_{A}=0.4$，相應的泡點為$t_{1}$，氣相組成$y_{A}=0.4$，相應的露點為$t_{2}$，則（）A.$t_{1}<t_{2}$B.$t_{1}=t_{2}$C.$t_{1}>t_{2}$D.不能判斷8.傳熱速率公式$Q=KS\Deltat_{m}$中，$\Deltat_{m}$的物理意義是（）A.器壁內外壁面的溫度差B.流體進出口的溫度差C.流體與器壁的溫度差D.冷、熱流體的平均溫度差9.以下關于對流給熱系數(shù)的說法，正確的是（）A.流體的導熱系數(shù)越大，對流給熱系數(shù)越大B.流體的流速越大，對流給熱系數(shù)越小C.流體的黏度越大，對流給熱系數(shù)越大D.傳熱面的形狀對對流給熱系數(shù)無影響10.對于一定干球溫度的空氣，當其相對濕度愈低時，其濕球溫度（）A.愈高B.愈低C.不變D.不一定二、填空題（每題2分，共20分）1.流體在管內作湍流流動時，在管壁處速度為______，鄰近管壁處存在______層。2.離心泵的主要性能參數(shù)有______、______、______和效率。3.熱量傳遞的基本方式有______、______和______。4.精餾操作的依據(jù)是______。實現(xiàn)精餾操作的必要條件包括______和______。5.吸收過程的依據(jù)是______。吸收操作的主要設備有______、______等。6.過濾操作中，過濾介質的作用是______。過濾速率是指______。7.對于逆流操作的換熱器，冷、熱流體的進出口溫度一定時，熱流體的流量減小，則對數(shù)平均溫差______。8.相平衡常數(shù)$m$與溫度、壓力有關，溫度升高，$m$______；壓力升高，$m$______。9.濕空氣的性質參數(shù)中，______與總壓有關，______與總壓無關。10.間歇精餾與連續(xù)精餾不同，間歇精餾塔只有______段，沒有______段。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述離心泵的工作原理及啟動前的注意事項。2.說明精餾塔中理論板的概念，并闡述其在精餾計算中的作用。3.分析影響吸收過程速率的因素有哪些。四、計算題（每題15分，共30分）1.用泵將密度為$1000kg/m^{3}$的水從低位槽輸送到高位槽，兩槽的液面高差為$10m$，管道的總長度（包括所有局部阻力的當量長度）為$100m$，管徑為$50mm$，摩擦系數(shù)$\lambda=0.02$。泵的特性曲線方程為$H=30-4\times10^{5}Q^{2}$（$H$的單位為$m$，$Q$的單位為$m^{3}/s$）。試求：-泵的流量；-泵的有效功率。2.在一連續(xù)精餾塔中分離某二元理想溶液，進料量為$100kmol/h$，進料組成為$x_{F}=0.5$（摩爾分數(shù)，下同），要求塔頂餾出液組成為$x_{D}=0.9$，塔底釜液組成為$x_{W}=0.1$。泡點進料，回流比$R=2$。試求：-塔頂餾出液量$D$和塔底釜液量$W$；-精餾段操作線方程；-提餾段操作線方程。參考答案一、選擇題1.B。流體在圓形直管中作層流流動時，管中心最大流速$u_{max}$與平均流速$u$的關系為$u_{max}=2u$。2.B。離心泵的揚程是指泵所提供的總能量，將單位重量的液體從泵的進口處輸送到出口處的能量增值。3.B。在一套管換熱器中，若兩流體的進、出口溫度不變，逆流操作的平均溫差大于并流操作，所以應選擇逆流操作。4.A。精餾塔中由塔頂向下的氣相組成逐漸降低，即$y_{n-1}>y_{n}>y_{n+1}$。5.C。吸收過程中，當操作線與平衡線相切或相交時，表明吸收推動力為零或為負，吸收劑用量太少，過程無法進行。6.D。對于恒壓過濾，當介質阻力不計時，過濾方程為$V^{2}=KA^{2}\tau$，濾液體積增大一倍，則過濾時間增大至原來的4倍。7.A。對于易揮發(fā)組分A，液相組成$x_{A}=0.4$對應的泡點$t_{1}$低于氣相組成$y_{A}=0.4$對應的露點$t_{2}$。8.D。傳熱速率公式$Q=KS\Deltat_{m}$中，$\Deltat_{m}$的物理意義是冷、熱流體的平均溫度差。9.A。流體的導熱系數(shù)越大，對流給熱系數(shù)越大；流體的流速越大，對流給熱系數(shù)越大；流體的黏度越大，對流給熱系數(shù)越小；傳熱面的形狀對對流給熱系數(shù)有影響。10.B。對于一定干球溫度的空氣，當其相對濕度愈低時，其濕球溫度愈低。二、填空題1.零；層流。流體在管內作湍流流動時，在管壁處由于流體與壁面的黏附作用，速度為零，鄰近管壁處存在層流層。2.流量；揚程；功率。離心泵的主要性能參數(shù)有流量、揚程、功率和效率。3.熱傳導；熱對流；熱輻射。熱量傳遞的基本方式有熱傳導、熱對流和熱輻射。4.混合液中各組分揮發(fā)度的差異；塔頂液相回流；塔底上升蒸氣。精餾操作的依據(jù)是混合液中各組分揮發(fā)度的差異，實現(xiàn)精餾操作的必要條件包括塔頂液相回流和塔底上升蒸氣。5.混合氣體中各組分在吸收劑中溶解度的差異；填料塔；板式塔。吸收過程的依據(jù)是混合氣體中各組分在吸收劑中溶解度的差異，吸收操作的主要設備有填料塔、板式塔等。6.截留固體顆粒；單位時間內通過單位過濾面積的濾液體積。過濾操作中，過濾介質的作用是截留固體顆粒，過濾速率是指單位時間內通過單位過濾面積的濾液體積。7.增大。對于逆流操作的換熱器，冷、熱流體的進出口溫度一定時，熱流體的流量減小，熱流體的溫度變化增大，對數(shù)平均溫差增大。8.增大；減小。相平衡常數(shù)$m$與溫度、壓力有關，溫度升高，$m$增大；壓力升高，$m$減小。9.濕度；相對濕度。濕空氣的性質參數(shù)中，濕度與總壓有關，相對濕度與總壓無關。10.精餾；提餾。間歇精餾與連續(xù)精餾不同，間歇精餾塔只有精餾段，沒有提餾段。三、簡答題1.離心泵的工作原理：離心泵在啟動前應先向泵殼內充滿被輸送的液體，當原動機帶動泵軸和葉輪旋轉時，葉片間的液體隨葉輪一起旋轉，在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向葉輪外緣，以較高的速度流入泵殼內的蝸形通道，由于流道逐漸擴大，液體的流速減慢，部分動能轉化為靜壓能，于是液體以較高的壓力從排出口進入排出管道，輸送到所需的場所。與此同時，葉輪中心處由于液體被甩出而形成低壓區(qū)，與吸入液面的壓力形成壓差，在壓差的作用下，液體經吸入管道進入泵內，填補了被排出液體的位置，使泵能連續(xù)地吸入和排出液體。啟動前的注意事項：-灌泵：啟動前必須向泵殼內充滿被輸送的液體，以排出泵內的空氣，防止發(fā)生氣縛現(xiàn)象。-關閉出口閥門：啟動時應關閉出口閥門，以降低啟動功率，保護電機。待泵達到正常轉速后，再逐漸打開出口閥門，調節(jié)流量。-檢查設備：啟動前應檢查泵的各部件是否完好，連接是否牢固，軸承是否潤滑良好等。2.理論板的概念：理論板是指離開該板的氣、液兩相達到平衡狀態(tài)的理想化塔板。即不論進入該板的氣、液兩相組成如何，離開該板的氣、液兩相在組成上互成平衡，且溫度相同。在精餾計算中的作用：理論板是精餾計算的基礎。通過確定精餾塔所需的理論板數(shù)，可以了解精餾過程的分離程度和設備的大小。在計算理論板數(shù)時，通常采用逐板計算法或圖解法，以精餾段和提餾段的操作線方程以及相平衡關系為依據(jù)，從塔頂（或塔底）開始，交替使用操作線和相平衡線，逐板計算氣、液兩相的組成，直到達到塔底（或塔頂）的組成要求為止，所計算的板數(shù)即為理論板數(shù)。理論板數(shù)的計算對于精餾塔的設計、操作和優(yōu)化具有重要意義。3.影響吸收過程速率的因素主要有以下幾個方面：-物系的性質：吸收劑與溶質之間的溶解度、化學穩(wěn)定性、擴散系數(shù)等物性對吸收速率有重要影響。溶解度越大，吸收的推動力越大，吸收速率越快；擴散系數(shù)越大，溶質在吸收劑中的擴散速度越快，吸收速率也越快。-操作條件：-溫度：溫度降低，氣體在液體中的溶解度增大，吸收的推動力增大，有利于吸收過程，但溫度過低可能會導致吸收劑的黏度增大，擴散系數(shù)減小，從而影響吸收速率。-壓力：壓力升高，氣體在液體中的溶解度增大，吸收的推動力增大，有利于吸收過程。-流速：增大氣相和液相的流速，可以增大兩相的湍動程度，減小傳質阻力，提高吸收速率。但流速過大可能會導致液泛等問題。-設備結構：吸收設備的類型（如填料塔、板式塔等）、填料的類型和尺寸、塔板的結構等都會影響氣、液兩相的接觸面積和傳質效率，從而影響吸收過程速率。四、計算題1.-首先計算管路的阻力損失$h_{f}$：已知管徑$d=0.05m$，管道總長度$l_{e}=100m$，摩擦系數(shù)$\lambda=0.02$。根據(jù)范寧公式$h_{f}=\lambda\frac{l_{e}}7f57fh5\frac{u^{2}}{2}$，而流量$Q=uA=\frac{\pi}{4}d^{2}u$，即$u=\frac{4Q}{\pid^{2}}$。$h_{f}=\lambda\frac{l_{e}}nlblr13\frac{1}{2}(\frac{4Q}{\pid^{2}})^{2}=0.02\times\frac{100}{0.05}\times\frac{1}{2}\times(\frac{4Q}{\pi\times0.05^{2}})^{2}=1.3\times10^{7}Q^{2}$在兩槽液面間列柏努利方程：$Z_{1}+\frac{u_{1}^{2}}{2g}+\frac{p_{1}}{\rhog}+H=Z_{2}+\frac{u_{2}^{2}}{2g}+\frac{p_{2}}{\rhog}+h_{f}$因為$u_{1}=u_{2}\approx0$，$p_{1}=p_{2}$，$Z_{2}-Z_{1}=10m$，所以$H=10+h_{f}=10+1.3\times10^{7}Q^{2}$又已知泵的特性曲線方程為$H=30-4\times10^{5}Q^{2}$聯(lián)立方程$10+1.3\times10^{7}Q^{2}=30-4\times10^{5}Q^{2}$$1.34\times10^{7}Q^{2}=20$$Q=\sqrt{\frac{20}{1.34\times10^{7}}}=1.22\times10^{-3}m^{3}/s$-泵的有效功率$N_{e}$：$N_{e}=\rhogQH$將$Q=1.22\times10^{-3}m^{3}/s$，$\rho=1000kg/m^{3}$，$g=9.81m/s^{2}$，$H=30-4\times10^{5}\times(1.22\times10^{-3})^{2}=29.4m$代入$N_{e}=1000\times9.81\times1.22\times10^{-3}\times29.4=353W$2.-根據(jù)物料衡算：總物料衡算：$F=D+W$易揮發(fā)組分物料衡算：$Fx_{F}=Dx_{D}+Wx_{W}$已知$F=100kmol/h$，$x_{F}=0.5$，$x_{D}=0.9$，$x_{W}=0.1$聯(lián)立方程$\begin{cases}100=D+W\\100\times0.5=D\times0.9+W\times0.1\end{cases}$由第一個方程得$W=100-D$，代入第二個方程