2025年化學工程《化工原理》強化練習考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.對于不可壓縮流體在圓形直管中做層流流動，影響管壁處剪切應力τ?的主要因素是（）。A.流體密度ρB.流體粘度μC.管徑dD.流體流速uE.以上都是2.在應用伯努利方程進行管路計算時，需要引入能量損失項，其主要來源是（）。A.流體粘性內(nèi)摩擦B.流體加速或減速C.流體穿過閥門、管件等局部障礙D.高度差引起的位能變化E.A和C3.對于傳熱過程，以下說法錯誤的是（）。A.穩(wěn)態(tài)傳熱時，通過任一截面的熱流量Q為常數(shù)。B.對流給熱系數(shù)α總是大于導熱系數(shù)k。C.提高傳熱溫差是增強傳熱的有效途徑之一。D.復合傳熱過程的總傳熱系數(shù)K的倒數(shù)等于各層熱阻之和。E.熱傳導是流體內(nèi)部質(zhì)點運動導致的傳熱。4.在總傳熱系數(shù)K的計算中，管內(nèi)沸騰傳熱通常比管內(nèi)強制對流給熱具有（）。A.更小的傳熱系數(shù)B.更大的傳熱系數(shù)C.相同的傳熱系數(shù)D.取決于管材E.取決于操作壓力5.在連續(xù)精餾塔中，對于理想物系，當塔頂壓力降低時，塔頂產(chǎn)品的純度（）。A.升高B.降低C.不變D.可能升高也可能降低E.取決于進料組成6.下列哪個物性參數(shù)表征流體的擴散能力，對傳質(zhì)過程有重要影響？（）A.粘度μB.密度ρC.比熱容C?D.擴散系數(shù)DE.表面張力σ7.在吸收過程中，增大液相總體積V，其他條件不變，將有利于（）。A.減小氣相分壓B.增大氣相分壓C.降低傳質(zhì)推動力D.提高氣相傳質(zhì)系數(shù)k?E.降低液相傳質(zhì)系數(shù)k?8.間歇干燥過程中，濕物料含水量隨時間變化的關系曲線稱為（）。A.干燥速率曲線B.干燥曲線C.等溫線D.臨界曲線E.邊界線9.以下哪種分離操作屬于利用混合物中各組分揮發(fā)度的差異進行分離？（）A.過濾B.重力沉降C.蒸餾D.旋風分離E.超濾10.在進行換熱器水力計算時，若管內(nèi)流體呈湍流流動，管壁粗糙度e對管內(nèi)給熱系數(shù)α的影響（）。A.很大B.很小C.為零D.取決于普朗特數(shù)PrE.取決于努塞爾特數(shù)Nu二、填空題1.流體在管內(nèi)做層流流動時，其速度分布呈______形。2.伯努利方程的本質(zhì)是______定律在流體流動中的具體體現(xiàn)。3.傳熱的基本方式有______、對流和輻射。4.傳熱過程的強化途徑主要有增大傳熱溫差、______和提高總傳熱系數(shù)。5.在雙組分理想溶液的精餾塔中，操作線方程的截距與______成正比。6.傳質(zhì)過程的推動力是______之差。7.在吸收塔設計中，為了提高分離效率，通常采用______塔板。8.物料衡算和能量衡算是求解化工分離過程計算的基礎，其核心是______定律。9.干燥過程的本質(zhì)是熱量傳遞和______同時作用于濕物料的過程。10.選用換熱器時，除了考慮傳熱效率和壓降，還應考慮______、材質(zhì)和成本等因素。三、判斷題1.流體在管內(nèi)做層流流動時，管中心處流速最大。()2.管路的局部阻力系數(shù)是定值，與流體性質(zhì)和流量無關。()3.對流傳熱系數(shù)α與流體的導熱系數(shù)k具有相同的量綱。()4.在傳熱過程中，絕熱板越多，傳熱效率越高。()5.精餾操作線總是位于平衡線之上。()6.氣體擴散比液體擴散快。()7.吸收過程總是伴隨著解吸過程。()8.濕空氣經(jīng)冷卻增濕后，其相對濕度一定增加。()9.干燥過程的干燥速率曲線必然存在一個臨界點。()10.任何類型的換熱器都可以實現(xiàn)逆流操作。()四、計算題1.(8分)某油品密度為850kg/m3，粘度為8mPa·s，在長為50m、內(nèi)徑為50mm的水平鋼管中泵送，流量為20m3/h。管壁粗糙度可取為0.05mm。試計算：(1)流體的雷諾數(shù)Re；(2)流動類型；(3)若忽略入口和出口效應，試估算流體流經(jīng)該管段的壓降Δp(假設油的體積膨脹可忽略)。（油的動能粘度ν=μ/ρ=9.4×10??m2/s，重力加速度g=9.81m/s2）2.(10分)一套管式換熱器，內(nèi)管為?25mm×2.5mm，外管為?38mm×3.5mm，管內(nèi)水流速為1m/s，水溫從20°C加熱至80°C，水的平均比熱容為4.187kJ/(kg·°C)，對流傳熱系數(shù)為5000W/(m2·°C)。假設管壁熱阻和管外對流傳熱可以忽略，管壁平均導熱系數(shù)k=45W/(m·°C)。試求：(1)管內(nèi)水的對流傳熱系數(shù)α?；(2)換熱器的總傳熱系數(shù)K；(3)若要求傳熱面積增加10%，其他條件不變，水出口溫度將如何變化？（提示：可先求對數(shù)平均溫差ΔTm，再利用Q=K·A·ΔTm比較變化）3.(12分)某連續(xù)精餾塔處理苯-甲苯混合液，進料流量為100kmol/h，組成為0.4(摩爾分數(shù)，下同)，要求塔頂產(chǎn)品純度為0.95，塔底產(chǎn)品純度為0.05。假設塔頂采用全凝器，塔底采用泵排出，塔內(nèi)為理想物系。試求：(1)塔頂操作線方程；(2)塔底操作線方程；(3)若回流比為2.0(L/D)，最小理論板數(shù)Nmin經(jīng)計算為8.5塊（包括塔頂理論板），試估算實際操作所需理論板數(shù)（忽略板效率）。4.(10分)在一個填料塔中進行某氣液吸收過程，塔徑為1.2m。氣體流量為100m3/h(標準狀態(tài)，0°C，1atm)，氣相總傳質(zhì)系數(shù)k?=100kmol/(m2·h)。若要求該塔的脫吸因子S=1.5，試計算：(1)氣相分傳質(zhì)系數(shù)k?和氣相傳質(zhì)阻力R?；(2)若塔內(nèi)氣相濃度變化不大，試估算完成該吸收任務所需的填料層高度H。（假設氣相進塔濃度y?=0.05，出塔濃度y?滿足脫吸因子要求）5.(10分)濕物料含水量為0.4kg水/kg絕干物料，經(jīng)干燥后要求含水量降至0.05kg水/kg絕干物料。濕物料處理量為100kg絕干物料/h。假設干燥過程在恒定干燥條件下進行，臨界含水量Xc=0.2，平衡含水量Xe=0.05，干燥曲線方程為ln(1+1.5X)=0.8(1-X)。試求：(1)恒定干燥速率下的干燥速率R?；(2)需要的干燥時間τ?；(3)降速干燥階段的干燥速率R?和所需時間τ?。試卷答案一、選擇題1.E2.E3.E4.B5.B6.D7.D8.B9.C10.B二、填空題1.拋物線2.能量守恒3.傳導4.增大傳熱面積5.回流比6.組分濃度7.效率8.質(zhì)量守恒9.質(zhì)量傳遞10.結構形式三、判斷題1.√2.×3.√4.×5.√6.√7.√8.×9.√10.√四、計算題1.解：(1)計算管徑及流速：d=50-2*2.5=45mm=0.045m；A=π(d/2)2=π(0.045/2)2=6.36×10?3m2；u=Q/ρA=(20/3600)/(850*6.36×10?3)=0.0074m/s。Re=ρud/μ=850*0.0074*0.045/8=27.4。(2)流動類型：Re<2000，為層流。(3)壓降計算：層流λ=64/Re=64/27.4=2.34。Δp=λ(L/D)ρu2/2=2.34*(50/0.045)*850*(0.0074)2/2=3.1kPa。2.解：(1)α?計算略（因未給外徑，通常假設管內(nèi)液膜控制，α?≈α?，但嚴格需計算，此處按題意假設或跳過此步，若按題意α?=5000W/(m2·°C)）。(2)K計算：1/K=1/α?+δ/k+1/α?。假設管壁熱阻和管外對流傳熱可忽略，且α?≈α?≈5000，則1/K≈2/(5000)=0.0002m2/°C。K≈5000/2=2500W/(m2·°C)。(3)ΔTm估算：ΔT?=80-20=60,ΔT?=80-τ,ΔTm=(ΔT?-ΔT?)/ln(ΔT?/ΔT?)=(60-ΔT?)/ln(60/ΔT?)。Q?=K?A?ΔTm?=2500AΔTm?。Q?=K?A?ΔTm?=2500(1.1A)ΔTm?。若傳熱速率Q相同，則K?ΔTm?=K?ΔTm?=>ΔTm?=ΔTm?/1.1。由Q?=Q?=>2500AΔTm?=2500(1.1A)ΔTm?=>ΔTm?=1.1ΔTm?。ΔTm?=ΔTm?/1.1。ΔTm?=ΔTm?/1.1=ΔTm?2/(60-ΔT?)=>ΔTm?2=ΔTm?(60-ΔT?)/1.1。令ΔTm?'=ΔTm?/1.1，則ΔTm?'=(60-ΔT?)/1.1。ΔT?=60-1.1ΔTm?'=60-1.1*(60-ΔT?)/1.1=>ΔT?=60/2.1=28.57°C。水出口溫度為80°C-28.57°C=51.43°C。3.解：(1)操作線方程：y=(L/D)x+(Fq)x_f/(L+D)。L=R(D+q)=2(0.95-0.4)=1.1。D=F-L=1-1.1=-0.1。y=-10x+(100*0.4)/0.9=-10x+44.44。(2)操作線方程：y=(L'/D')x+(Fq)x_f/(L'+D')。L'=R(D'+q)=2(0.05-0.4)=-0.7。D'=F-L'=1-(-0.7)=1.7。y=0.714x+(100*0.4)/1.7=0.714x+23.53。(3)實際板數(shù)：N=Nmin+1=8.5+1=9.5塊。4.解：(1)k?和R?：k?=k?(y/x)，R?=1/k?=(y/x)/k?=y/xk?。當x=(y?-y?)/(1-y?)=(0.05-0)/[1-0]=0.05，y=y?=0.05。R?=0.05/(0.05*100/3600)=72。k?=k?/R?=100/72=1.39kmol/(m2·h)。(2)填料層高度H：H=G/(k?)*ln(y?/y?)=(100/3600)/(100/3600)*ln(0.05/0)=無法直接計算（y?=0不可取）。通常假設y?不為0，或根據(jù)S計算。若按S=1.5=(y?-x?)/(y?-x?)=(y?-y?)/(y?-x?)，且假設y?-x?≈y?，則x?≈y?/S=0.05/1.5=0.0333。H=G/(k?)*ln(y?/x?)=(100/3600)/(100/3600)*ln(0.05/0.0333)=ln(1.5)≈0.405m。5.解：(1)R?：臨界點處干燥速率最大。X?=0.4,Xc=0.2,Xe=0.05。R?=(1.5-0.05)/(0.4-0.2)*100=7.25kg水/(kg絕干物料·h)。(2)τ?：ln[(1.5-0.05)/(1.5-X?)]=R?τ?/100=>ln[(1.5-0.05)/0.1]=7.25τ?/100=>ln(14)=7.25τ?/100=>τ?=100*ln(14)/7.25≈61.3h。(3)R?和τ?：降速段方程為ln(1+1.5X