化工原理試卷（A卷）

適合專業(yè)：化學工藝，化學工程，生物化工，材料學考題編號：

注意事項：

1.答題時可不抄題，但必須寫清題號。

2.答題時必須用藍、黑墨水鋼筆或圓珠筆，用紅筆或鉛筆均不給分。

3.答案必須寫在答題紙上。

4.滿分150分，考試時訶為3小時。

一、填空題（共26分）

1.（2分）某設備的表壓強為100kPa,則它的絕對壓強為kPa；另一設備的真

空度為40（）mmHg,則它的絕對壓強為。（當地大氣壓為101.33kPa）

答案：201.33kPa,360mmHg或48kPa

2.（2分）離心泵安裝在一定管路上，其工作點是指：

O

答案：泵的特性曲線和管路特性曲線的交點。

3.（2分）對某懸浮液進行恒壓過濾。已知過濾面積為In?,恒壓過濾常數K=5xlO-3m2/s,

當過濾時間為300s時，所得濾液體積為0.75n?；若要再得0.75n?濾液，則還需過濾時間

答案：525s

解：由q?+2qeq=KT

2

得2qeq=Kr-q

5Kr—/5X10-3X300-0.752八/

所以q=------=--------------------------------=0.625m3//nr2

'2q2x0.75

q、2qq二1.52+2x0.625x1.5

e=825s

K5x10-3

Ar=825-3()0=525s

4.（2分）蒸汽冷凝有和兩種方式。

答案：膜狀冷凝，滴狀冷凝（每空1分，共2分）

5.（2分）已知旋風分離器的平均旋轉半徑為0.5m,氣體的切向進口速度為20m/s,則該

分離器的分離因數為o

…“w；/r202/0.5=

答案：K=』—=-------=81.5

g9.81

6.（2分）將固體物料從液體中分離出來的離心分離方法中，最常見的有和

答案：離心過濾，離心沉降

7.（2分）用水吸收氨-空氣混合氣體中的氨是屬于控制的吸收過程，對于該過

程來說，要提高吸收速率，則應該設法減小。

答案：氣膜，氣膜阻力

8.（2分）當分離沸點較高的熱敏性混合液時，精微操作壓力應采用措施。

答案：減壓

9.（2分）已知汽液混合物進料中，汽相與液相的摩爾數之比為3:2,易揮發(fā)組分的摩爾分

數為0.3,則4=0

答案：0.4

10.（3分）若維持不飽和空氣的濕度H不變，提高空氣的干球溫度，則空氣的濕球溫度

，露點，相對濕度。（變大，變小，不變，不確定）

答案：變大，不變，變小

11.（3分）操作間接蒸汽加熱的連續(xù)精儲塔時，由于某種原因，再沸器中加熱蒸汽壓力

下降而使提館段上升蒸汽流量方卜.降，而進料熱狀況夕、濃度燈及進料量下不變，同時回流量

L恒定，則偏出液濃度切及流量。、殘液濃度xw的變化趨勢為：切_______、D、

孫，_______。（變大，變小，不變，不確定）

答案：切增大、。減小、xw增大

解：___D=F-WF不變nOJ

V=L-WV）

E不變。減小=>E/PTL不變。減小=>L/V=L/（L+Q）=I/（I+O/L）T

假設切減小，則心堿小，此時塔板數將小于實際板數，假設不成立；同理，切不變也不成立，

所以初增大，回也增大。

12.（2分）水由高位槽流入貯水池，若水管總長（包括局部阻力的當量長度在內）縮短

25%,而高位槽水面與貯水池水面的位差保持不變，假定流體完全湍流流動（即流動在阻力

平方區(qū)）不變，則水的流量變?yōu)樵瓉淼谋丁?/p>

答案：1.155

解：在高位槽液面與貯水池液面間列伯努利方程

Po—+Eh

gz0+sf

pp2

若記水管總長改變前、改變后的管路的阻力損失分別為￡/1f2,則有

工人撲=Z2

；一(/+/)〃；

所以

d2~d2

因流體在管內完全湍流流動

得"/⑴

所以(/+/)?〃；=(/+/)?心

而qv=uA=u—d~

4

所以如="=pZ=U55

珀/[(/+/)V0.75

二、選擇題（共24分）

1.（2分）流體在圓形直管內作定態(tài)流動，雷諾準數Re=l500,則其摩擦系數應為（）。

A.0.032B.0.0267C.0.0427D.無法確定

答案：C

6464

解：A=——=——=0.0427

Re1500

2.（2分）管路由直徑為中57mmX3.5mm的細管，逐漸擴大到中108mmX4mm的粗管,

若流體在細管內的流速為4m/s,則在粗管內的流速為（）。

A.2m/sB.1m/sC.0.5m/sD.0.25m/s

答案：B

%5（f1/

解：/=鬲%=旃'4=1向$

3.（2分）離心泵的效率n隨流量qv的變化情況是（）。

A.gv增大，“增大B.”增大，“先增大后減小

C.4增大，〃增大D.砂增大，〃先減小后增大

答案：B

4.（2分）對流傳熱系數關聯(lián)式中普蘭特準數是表示（）的準數。

A.對流傳熱B.流動狀態(tài)

C.物性影響D.自然對流影響

答案：C

5.（2分）推導恒壓過濾方程式的一個基本依據是（）。

A.濾液通過濾餅時呈湍流流動B.灌液通過濾餅時呈層流流動

C.假定濾渣大小均一D.假設過濾介質阻力忽略不計

答案：B

6.（2分）含塵氣體通過長4m,寬3m,高1m的降塵室，已知顆粒的沉降速度為0.25m/s,

則降塵室的生產能力為（）。

A.3n?/sB.1m3/sC.0.75m3/sD.6m3/s

答案：A

7.（2分）在蒸汽一空氣間壁換熱過程中，為強化傳熱，下列方案中的（）在工程上可

行。

A.提高蒸氣流速B.提高空氣流速C.提高蒸汽壓強

答案：B

8.（2分）精儲塔分高某二元物系，當操作壓強降低時，系統(tǒng)的相對揮發(fā)度二（溶

液的泡點（），塔頂蒸汽冷凝溫度（）。

A.增大，減小，減小B.增大，減小，增大

C.減小，增大，不變D.增大，增大，減小

答案：A

9.（2分）空氣的飽和濕度Has是濕空氣的（）的函數。

A.總壓及干球溫度B.總壓及濕球溫度

C.總壓及露點D.濕球溫度及焰

答案：A

10.（2分）操作中的吸收塔，若其他操作條件不變，僅降低吸收劑入塔濃度，則吸收率

將（）：而當用清水作吸收劑時，若其他操作條件不變，僅降低入塔氣體濃度，則吸收率

將（）。

A.增大B.降低C.不變D.不確定

答案：A,C

分析：第一問因為吸收劑入塔濃度下降，使塔內傳質推動力增大，傳質效果提高，從而使

氣體出塔濃度下降,吸收率增大。

第二問因為Z、HOG不變，可知NOG也不變

由NOG+S)

及s二半不變可知〃不變。

11.(2分)單向擴散中漂流囚子()。

A.大于1B.小于IC.等于1D.不確定

答案：A

12.(2分)在列管式換熱器中，用飽和水蒸汽加熱原料油，水蒸汽適宜安排走()o

A.管程B.殼程C.管、殼程均可

答案：B

三、計算題

1.(20分)用泵將2?！娴乃畯某谫A槽送至表壓為1.5X10、Pa的密閉容器，兩槽液

面均恒定不變，各部分相對位置如附圖1所示。輸送管路尺寸為(|)108mmX4mm的無縫鋼

管，吸入管長度為20m,排出管長度為100m(各段管長均包括所有局部阻力的當量長度)。

當閥門為3/4開度時，真空表讀數為42700Pa,兩測壓口的垂直距離為0.5m,忽略兩測壓

口之間的阻力，摩擦系數可取為0.02。試求：

(I)閥門3/4開度時管路的流量(i/Zh)；

(2)壓力表讀數(Pa)；

(3)泵的壓頭(m)；

(4)若泵的軸功率為10kW,求泵的效率；

(5)若離心泵運行?年后發(fā)現有氣縛現象，試分析其原因。

計算題第1題附圖

解：⑴閥門3/4開度時管路的流量(mVh)

在貯槽液面0-0'與真空表所在截面1-1'間列柏努利方程。以0-0'截面為基準水平面,

有

%+親去z總+含+E%

殳切互=0皿型X-

其中，=0.204M,2,

42g().12x9.81

zo=O,u()=0,囚=0(表壓)，zi=3m,pi=-42700Pa俵壓)

22

代入上式，得U1=2.3m/s,qv=-du=-x0.1x2.3x3600=65mVh

44

(2)壓力表讀數(Pa)

在壓力表所在截面2-2'與容器液面3-3'間列柏努利方程。仍以()-0'截面為基準水平面,

有

z+^2_+_^2_=z+^3_+-EL+^H/33

-2gpg-2gpg乙43

25

-2.3p2?八1.5xl0…1002.3?

3.5+----+-=16+0+---------+0.02x--------X-----------------

2g1000g1000xg0.12x9.81

解得，p2=3.23X10Ta(表壓)

(3)泵的壓頭(m)

在真空表與壓力表所在截面間列柏努利方程，可得

55

H=(z-z)+P2~Pl+H=0.5+3.23xl0+0.427xlO八

2}f-------------------------+0

Pg1(XX)x9.81

=37.8m

(4)泵的有效功率

3

Pe=pgqvH(.=1000x9.81x-----x37.8=6.695x10W=6.695kW

v'36(X)

t]=PelPa=6.695/10=66.95%

(5)若離心泵運行一年后發(fā)現有氣縛現象，原因是進口管有泄露。

2.(20分)某列管式冷凝器的列管規(guī)格為①25mmx2.5mm。有機蒸汽在管外冷凝，管

內通冷卻水，冷卻水的流量為2.5kg/s.在新使用時，冷卻水的進、出口溫度分別為20℃和

30C。使用一段時間后，由于生成垢層，在冷卻水進口溫度和流量不變的情況下，冷卻水的

出口溫度降為26℃。已知基于外表面的傳熱面積為16.5有機蒸汽的冷凝溫度為8。℃,

求水垢層的熱阻。

解：(1)換熱器新使用時

傳熱速率Q=qmc-c“(4一％)=2.5x4.187x(30-20)=104.7kW

30-20

對數平均推動力",80-20=54.8℃

In

80-30

Q104.7xl05

總傳熱系數K°=116W/(〃/,℃)

3,16.5x54.8

總熱阻/?=—=—=8.62xlO-\m2?℃)/W

K0116

(2)換熱器使用一段時間后

f

傳熱速率Q=qmc?f)=2.5x4.187x(26-20)=62.8kW

26-20

對數平均推動力=,80-20=56.9℃

In—

80-26

Q'62.8x103

總傳熱系數K；)=66.9W/(m2.℃)

AM16.5x56.9

總熱阻—=—!—=1.49xl0-2(m2■℃)/W

K166.9

(3)水垢層熱阻凡,.

R.x^-=R,-R=\.49xIO--8.62x10-3=6.28x10-3

SIj

d；

故R,=6.28x1(尸x=0.()0502m2.C/W

0.025

3.(20分)某填料吸收塔用含溶質摩爾分數/=00002的溶劑逆流吸收混合氣中的

可溶組分，采用液氣比為3,入塔氣體中溶質的摩爾分數y=0.01,回收率〃可達90%。

己知物系的平衡關系為y=2x。今因解吸不良使吸收劑入口摩爾分數升至石=().(XX)35，試

求：

(I)可溶組分的回收率〃'下降至多少？

(2)出塔液相摩爾分數X；升高至多少？

解：⑴y2=A,(1-/;)=o.oix(i-0.9)=o.oo1

1_m

=-=0.667

~A~~LTG3

1]小1、y\-"吟1]

NQG=-rln[(l--)^------+-]

j_Ay2-"a2A

一A

1「八er、0°1一°0°°2乂2CC

=--------ln[(l-0.667)------------------+0.667=5.38

1-0.6670.001-0.0002x2

當Z上升時，由于填料層高度“不變，不變，所以

N0G=H/H°G也不變，即

…I,rzi-0.00035x2“c

5.38=--------In(1-0.667)------------------+0.667

1-0.667y；—0.00035x2

解得y；=0.0013

().01-O.(X)13…

所以川=■一*-=0.0/

y0.01

(2)物料衡算

G(X-%)=uxr)

(耳(y-工)+吊

=gX(0.01-0.0013)+0.00035=0.00325

4.(20分)在連續(xù)精儲塔中分離兩組分理想溶液。已知原料液組成為0.6(摩爾分數，下

同)，儲出液組成為0.9,釜殘液組成為0.02,泡點進料，物系的平均相對揮發(fā)度為3。試求:

(1)每獲得1kmol/h微出液時的原料液用量F；

(2)若回流比為1.5,它相當于最小回流比的多少倍？

(3)假設原料液加到加料板上后，該板的液相組成仍為0.6,求上升到加料板上的氣相

組成。

解：(1)求當￡>=lkmol/h時的尸

已知*=0.6,M)=0.9,xw=0.02,D=1kmol/h,由全塔物料衡算可得

F=D+W=\+W(a)

FxF=D-xD+W-xw

即0.6(1+W)=1x0.9+0.02W(b)

聯(lián)立式(a)、(b)得：W=0.52kmol/h,F=1.52kmol/h.

(2)求R/R〃)in

因系泡點進料</=1,則Xq=XF=0.6。

由相平衡方程

=二。.818

q1+(。一1)~1+2x0.6

上&=空跡=0.376

Rmin

—

)'夕—X(10.8180.6

R/R=^—=3.99(倍)

,tnn,inn0.376

(3)求上升到加料板上的氣相組成

因加料板是提儲段第一層板，故所求量為力'

L=7?xD=1.5xl=1.5kmol/h

泡點進料9=1，已知尸=1.52kmol/h,W=0.52kmol/h,xw=0.02,x/'=0.6

提馀段操作線方程為加=琮巖./W

---------------4,

L+qF-W

1.5+1.520.52x0.02

代入已知量y.=----------------x,-----------------,

m+,1.5+1.52-0.52n1.5+1.52-0.52

即二1.2084-0.00416

所以%'=1.208X1'-0.00416