[注冊(cè)化工工程師考試密押題庫(kù)與答案解析]注冊(cè)化工工程師分類模擬題化工原理(一)流體流動(dòng)流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程為$p=p_0+\rhogh$，其中$p$是流體中某點(diǎn)的壓強(qiáng)，$p_0$是液面上方的壓強(qiáng)，$\rho$是流體密度，$h$是該點(diǎn)到液面的垂直距離。此方程適用于靜止的、連續(xù)的、不可壓縮的同一種流體。在實(shí)際應(yīng)用中，可用于計(jì)算容器內(nèi)液體的壓強(qiáng)分布、液位高度等。例如，在一個(gè)儲(chǔ)存液體的密閉容器中，已知液面上方壓強(qiáng)$p_0$和液體密度$\rho$，通過(guò)測(cè)量某點(diǎn)到液面的高度$h$，就能計(jì)算出該點(diǎn)的壓強(qiáng)$p$。連續(xù)性方程對(duì)于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，不可壓縮流體在管道內(nèi)的連續(xù)性方程為$u_1A_1=u_2A_2$，其中$u_1$、$u_2$分別是管道不同截面處的流速，$A_1$、$A_2$分別是相應(yīng)截面的面積。該方程體現(xiàn)了質(zhì)量守恒定律在流體流動(dòng)中的應(yīng)用。當(dāng)流體在變徑管道中流動(dòng)時(shí)，根據(jù)連續(xù)性方程可知，管道截面積減小的地方流速增大，反之亦然。比如，在一個(gè)漸縮管道中，流體從大管徑流向小管徑，流速會(huì)逐漸增大。伯努利方程理想流體的伯努利方程為$z_1+\frac{p_1}{\rhog}+\frac{u_1^2}{2g}=z_2+\frac{p_2}{\rhog}+\frac{u_2^2}{2g}$，實(shí)際流體的伯努利方程需考慮能量損失$h_f$，即$z_1+\frac{p_1}{\rhog}+\frac{u_1^2}{2g}+H_e=z_2+\frac{p_2}{\rhog}+\frac{u_2^2}{2g}+h_f$，其中$z$是位能高度，$p$是壓強(qiáng)，$u$是流速，$H_e$是外加能量。伯努利方程是能量守恒定律在流體流動(dòng)中的具體體現(xiàn)，可用于計(jì)算流體在管道中的流速、壓強(qiáng)變化以及輸送流體所需的外加能量等。例如，在計(jì)算流體從一個(gè)高位槽通過(guò)管道輸送到低位槽的流速時(shí)，可根據(jù)伯努利方程結(jié)合連續(xù)性方程進(jìn)行求解。流體輸送設(shè)備離心泵離心泵的工作原理是依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，將液體從葉輪中心甩向葉輪邊緣，從而使液體獲得能量。離心泵的主要性能參數(shù)有流量$Q$、揚(yáng)程$H$、功率$N$和效率$\eta$。其特性曲線包括$HQ$曲線、$NQ$曲線和$\etaQ$曲線。在選擇離心泵時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際的流量和揚(yáng)程要求，結(jié)合離心泵的特性曲線進(jìn)行選型。同時(shí)，為了防止離心泵發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，需要保證泵的安裝高度$H_g$滿足一定條件，即$H_g\leqslantH_{g,max}=\frac{p_0p_v}{\rhog}h_0\sumh_f,01$，其中$p_0$是吸入液面上方的壓強(qiáng)，$p_v$是液體的飽和蒸氣壓，$h_0$是吸入管路的壓頭損失，$\sumh_f,01$是吸入管路的能量損失。往復(fù)泵往復(fù)泵是依靠活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，改變泵缸內(nèi)的容積，從而實(shí)現(xiàn)液體的吸入和排出。往復(fù)泵的流量與泵的幾何尺寸、活塞的往復(fù)次數(shù)和行程有關(guān)，其流量基本不隨管路特性的變化而變化，屬于正位移泵。往復(fù)泵的揚(yáng)程取決于管路系統(tǒng)的需要，理論上可以達(dá)到很高的揚(yáng)程。往復(fù)泵適用于輸送高粘度、小流量、高揚(yáng)程的液體。在操作往復(fù)泵時(shí)，不能通過(guò)關(guān)閉出口閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)流量，而應(yīng)采用旁路調(diào)節(jié)的方法。非均相物系的分離過(guò)濾過(guò)濾是利用多孔介質(zhì)將懸浮液中的固體顆粒截留，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的過(guò)程。過(guò)濾操作可分為恒壓過(guò)濾和恒速過(guò)濾。恒壓過(guò)濾的基本方程為$V^2+2VV_e=KA^2\tau$，其中$V$是過(guò)濾時(shí)間$\tau$內(nèi)獲得的濾液體積，$V_e$是過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，$K$是過(guò)濾常數(shù)，$A$是過(guò)濾面積。過(guò)濾常數(shù)$K$與過(guò)濾壓強(qiáng)差$\Deltap$、濾餅的比阻$r$和濾液的粘度$\mu$有關(guān)，即$K=\frac{2\Deltap}{r\muv}$，其中$v$是單位體積濾液所形成的濾餅體積。在實(shí)際過(guò)濾過(guò)程中，可根據(jù)過(guò)濾基本方程進(jìn)行過(guò)濾設(shè)備的設(shè)計(jì)和操作參數(shù)的計(jì)算。沉降沉降是利用懸浮顆粒與流體之間的密度差異，使顆粒在重力或離心力作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)分離的過(guò)程。重力沉降速度$u_t$可根據(jù)不同的流型采用不同的公式計(jì)算。當(dāng)顆粒的雷諾數(shù)$Re_p=\frac{d_pu_t\rho}{\mu}\leqslant2$時(shí)，屬于層流區(qū)，沉降速度$u_t=\frac{d_p^2(\rho_s\rho)g}{18\mu}$，其中$d_p$是顆粒直徑，$\rho_s$是顆粒密度，$\rho$是流體密度，$\mu$是流體粘度。在設(shè)計(jì)沉降設(shè)備時(shí)，需要根據(jù)沉降速度和處理量來(lái)確定設(shè)備的尺寸。例如，對(duì)于重力沉降槽，其生產(chǎn)能力$V=Au_t$，其中$A$是沉降槽的橫截面積。傳熱熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)的基本定律是傅里葉定律，即$Q=\lambdaA\frac{dt}{dx}$，其中$Q$是熱流量，$\lambda$是導(dǎo)熱系數(shù)，$A$是傳熱面積，$\frac{dt}{dx}$是溫度梯度。對(duì)于平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)，若平壁厚度為$b$，兩側(cè)溫度分別為$t_1$和$t_2$，則熱流量$Q=\frac{\lambdaA(t_1t_2)}$。對(duì)于圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)，熱流量$Q=\frac{2\piL\lambda(t_1t_2)}{\ln\frac{r_2}{r_1}}$，其中$L$是圓筒壁的長(zhǎng)度，$r_1$、$r_2$分別是圓筒壁的內(nèi)、外半徑。對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱是指流體與固體壁面之間的熱量傳遞過(guò)程。對(duì)流傳熱速率方程為$Q=\alphaA\Deltat$，其中$\alpha$是對(duì)流傳熱系數(shù)，$\Deltat$是流體與壁面之間的溫差。對(duì)流傳熱系數(shù)與流體的物性、流動(dòng)狀態(tài)、傳熱面的形狀和尺寸等因素有關(guān)。對(duì)于強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流，其對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算方法不同。例如，對(duì)于管內(nèi)強(qiáng)制湍流的對(duì)流傳熱，可采用迪圖斯貝爾特公式$\alpha=0.023\frac{\lambda}bqdseyy(\frac{du\rho}{\mu})^{0.8}(\frac{c_p\mu}{\lambda})^n$進(jìn)行計(jì)算，其中$d$是管徑，$u$是流速，$c_p$是流體的比熱容。輻射傳熱輻射傳熱是物體之間通過(guò)電磁波傳遞熱量的過(guò)程。斯蒂芬玻爾茲曼定律給出了黑體的輻射能力$E_b=\sigma_0T^4$，其中$\sigma_0$是斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)，$T$是絕對(duì)溫度。對(duì)于實(shí)際物體的輻射能力$E=\varepsilonE_b=\varepsilon\sigma_0T^4$，其中$\varepsilon$是物體的黑度。兩物體之間的輻射傳熱速率$Q_{12}=C_{12}A_1\varphi_{12}[(\frac{T_1}{100})^4(\frac{T_2}{100})^4]$，其中$C_{12}$是總輻射系數(shù)，$\varphi_{12}$是角系數(shù)。吸收吸收的基本原理吸收是利用混合氣體中各組分在吸收劑中溶解度的差異，將其中的一個(gè)或幾個(gè)組分分離出來(lái)的過(guò)程。吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系可用亨利定律表示，即$p^=Ex$或$y^=mx$，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)，$y^$是溶質(zhì)在氣相中的平衡摩爾分?jǐn)?shù)，$m$是相平衡常數(shù)。吸收塔的計(jì)算在吸收塔的計(jì)算中，需要確定塔的高度和塔徑。塔徑可根據(jù)空塔氣速$u$和氣體流量$V$來(lái)計(jì)算，即$D=\sqrt{\frac{4V}{\piu}}$。塔高的計(jì)算通常采用傳質(zhì)單元數(shù)法，對(duì)于低濃度氣體吸收，傳質(zhì)單元數(shù)$N_{OG}=\int_{y_2}^{y_1}\frac{dy}{yy^}$，傳質(zhì)單元高度$H_{OG}=\frac{V}{K_ya\Omega}$，則塔高$Z=H_{OG}N_{OG}$，其中$y_1$、$y_2$分別是進(jìn)塔和出塔氣體中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)，$K_y$是氣相總傳質(zhì)系數(shù)，$a$是單位體積填料的有效傳質(zhì)面積，$\Omega$是塔的橫截面積。蒸餾蒸餾的基本原理蒸餾是利用混合液體中各組分揮發(fā)度的差異，將其分離成較純組分的過(guò)程。對(duì)于理想溶液，其氣液平衡關(guān)系可用拉烏爾定律表示，即$p_A=p_A^0x_A$，$p_B=p_B^0x_B$，其中$p_A$、$p_B$是組分$A$和$B$的分壓，$p_A^0$、$p_B^0$是純組分$A$和$B$的飽和蒸氣壓，$x_A$、$x_B$是組分$A$和$B$在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)。精餾塔的計(jì)算精餾塔的計(jì)算包括理論板數(shù)的計(jì)算和塔高、塔徑的計(jì)算。理論板數(shù)的計(jì)算方法有逐板計(jì)算法和圖解法。逐板計(jì)算法是從塔頂開(kāi)始，交替使用氣液平衡方程和精餾段操作線方程、提餾段操作線方程，逐板計(jì)算到塔底，從而確定所需的理論板數(shù)。圖解法是在$yx$圖上，根據(jù)精餾段操作線、提餾段操作線和氣液平衡曲線，通過(guò)畫(huà)階梯的方法確定理論板數(shù)。塔高$Z=(N_T1)H_T$，其中$N_T$是理論板數(shù)，$H_T$是板間距。塔徑的計(jì)算方法與吸收塔類似，根據(jù)空塔氣速和氣體流量來(lái)確定。干燥干燥的基本原理干燥是利用熱能除去濕物料中水分的過(guò)程。濕空氣的性質(zhì)包括濕度$H$、相對(duì)濕度$\varphi$、焓$I$、干球溫度$t$、濕球溫度$t_w$、絕熱飽和溫度$t_{as}$和露點(diǎn)$t_d$等。濕度$H=0.622\frac{p_v}{pp_v}$，其中$p_v$是水汽分壓，$p$是總壓。相對(duì)濕度$\varphi=\frac{p_v}{p_s}\times100\%$，其中$p_s$是同溫度下純水的飽和蒸氣壓。干燥過(guò)程的計(jì)算在干燥過(guò)程的計(jì)算中，需要計(jì)算干燥物料所需的空氣用量和干燥時(shí)間?？諝庥昧?L=\frac{W}{H_2H_1}$，其中$W$是水分蒸發(fā)量，$H_1$、$H_2$分別是進(jìn)、出干燥器的空氣濕度。干燥時(shí)間的計(jì)算需要根據(jù)干燥過(guò)程是恒速干燥階段還是降速干燥階段分別進(jìn)