化工基礎(chǔ)考試題及答案一、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。根據(jù)層流流動(dòng)的速度分布公式，在圓形直管中作層流流動(dòng)時(shí)，管中心最大流速是平均流速的2倍。2.離心泵銘牌上標(biāo)明的流量是指（）A.效率最高時(shí)的流量B.泵的最大流量C.揚(yáng)程最大時(shí)的流量D.最小揚(yáng)程時(shí)的流量答案：A。離心泵銘牌上標(biāo)明的流量是指泵在效率最高時(shí)的流量。3.精餾操作中，若其他條件都不變，只將塔頂?shù)倪^(guò)冷液體回流改為泡點(diǎn)回流，則塔頂產(chǎn)品組成\(x_D\)變化為（）A.變小B.變大C.不變D.不確定答案：A。過(guò)冷液體回流時(shí)，提餾段內(nèi)回流液量增大，精餾段內(nèi)上升蒸汽量增大，塔頂產(chǎn)品組成會(huì)變大；改為泡點(diǎn)回流后，塔頂產(chǎn)品組成會(huì)變小。4.吸收過(guò)程中，當(dāng)\(L/G\lt(mV/L)\)時(shí)（）A.吸收無(wú)法進(jìn)行B.吸收推動(dòng)力為零C.吸收液在塔頂與氣體達(dá)到平衡D.吸收液在塔底與氣體達(dá)到平衡答案：C。當(dāng)\(L/G\lt(mV/L)\)時(shí)，吸收操作線與平衡線相交于塔頂，意味著吸收液在塔頂與氣體達(dá)到平衡。5.對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普朗特?cái)?shù)\(Pr\)反映的是（）A.流動(dòng)狀態(tài)對(duì)傳熱的影響B(tài).物性對(duì)傳熱的影響C.自然對(duì)流對(duì)對(duì)流傳熱的影響D.強(qiáng)制對(duì)流對(duì)對(duì)流傳熱的影響答案：B。普朗特?cái)?shù)\(Pr=C_p\mu/k\)，它反映了物性對(duì)傳熱的影響。6.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\(x_W=0.1\)，則塔頂產(chǎn)品量為（）A.\(60kmol/h\)B.\(50kmol/h\)C.\(40kmol/h\)D.\(70kmol/h\)答案：B。根據(jù)物料衡算\(F=D+W\)，\(Fx_F=Dx_D+Wx_W\)，將\(F=100kmol/h\)，\(x_F=0.6\)，\(x_D=0.9\)，\(x_W=0.1\)代入可得\(D=50kmol/h\)。7.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\(T_1\gtT_2\)，\(t_2\gtt_1\)，則平均溫度差\(\Deltat_m\)為（）A.\(\frac{(T_1t_2)(T_2t_1)}{\ln\frac{T_1t_2}{T_2t_1}}\)B.\(\frac{(T_1t_1)(T_2t_2)}{\ln\frac{T_1t_1}{T_2t_2}}\)C.\(\frac{(T_1t_2)+(T_2t_1)}{2}\)D.\(\frac{(T_1t_1)+(T_2t_2)}{2}\)答案：A。逆流換熱時(shí)平均溫度差\(\Deltat_m=\frac{\Deltat_{max}\Deltat_{min}}{\ln\frac{\Deltat_{max}}{\Deltat_{min}}}\)，其中\(zhòng)(\Deltat_{max}=T_1t_2\)，\(\Deltat_{min}=T_2t_1\)。8.下列哪種情況不屬于液液萃取的流程（）A.單級(jí)萃取B.多級(jí)錯(cuò)流萃取C.多級(jí)逆流萃取D.吸收萃取答案：D。液液萃取的流程主要有單級(jí)萃取、多級(jí)錯(cuò)流萃取、多級(jí)逆流萃取等，不存在吸收萃取這種說(shuō)法。9.過(guò)濾基本方程是基于（）推導(dǎo)出來(lái)的。A.濾液在介質(zhì)中呈湍流流動(dòng)B.濾液在介質(zhì)中呈層流流動(dòng)C.濾液在濾渣中呈湍流流動(dòng)D.濾液在濾渣中呈層流流動(dòng)答案：D。過(guò)濾基本方程是基于濾液在濾渣中呈層流流動(dòng)推導(dǎo)出來(lái)的。10.對(duì)于一定干球溫度的空氣，當(dāng)其相對(duì)濕度愈低時(shí)，其濕球溫度（）A.愈高B.愈低C.不變D.不確定答案：B。相對(duì)濕度越低，空氣容納水汽的能力越強(qiáng)，水分蒸發(fā)越快，濕球溫度越低。11.在蒸汽冷凝傳熱中，不凝性氣體的存在會(huì)使冷凝傳熱系數(shù)（）A.增大B.減小C.不變D.不確定答案：B。不凝性氣體的存在會(huì)在液膜表面形成一層氣膜，增加了傳熱阻力，使冷凝傳熱系數(shù)減小。12.離心泵啟動(dòng)前需要向泵內(nèi)充滿被輸送的液體，其目的是為了防止（）A.氣蝕現(xiàn)象B.氣縛現(xiàn)象C.汽液夾帶現(xiàn)象D.喘振現(xiàn)象答案：B。離心泵啟動(dòng)前不充滿液體，泵內(nèi)有空氣，由于空氣密度小，產(chǎn)生的離心力小，無(wú)法將液體吸入泵內(nèi)，會(huì)發(fā)生氣縛現(xiàn)象。13.某精餾塔的理論塔板數(shù)為17塊（包括塔釜），全塔效率為0.5，則實(shí)際塔板數(shù)為（）A.34塊B.32塊C.30塊D.36塊答案：A。實(shí)際塔板數(shù)\(N_p=\frac{N_T}{E_T}\)，其中\(zhòng)(N_T=171=16\)（除去塔釜），\(E_T=0.5\)，則\(N_p=\frac{16}{0.5}=32\)，再加上塔釜一塊，實(shí)際塔板數(shù)為34塊。14.萃取操作中選擇性系數(shù)\(\beta\)與精餾操作中的（）相當(dāng)。A.揮發(fā)度B.相對(duì)揮發(fā)度C.精餾系數(shù)D.吸收系數(shù)答案：B。萃取操作中選擇性系數(shù)\(\beta\)反映了萃取劑對(duì)溶質(zhì)和原溶劑的分離能力，與精餾操作中的相對(duì)揮發(fā)度相當(dāng)。15.恒壓過(guò)濾時(shí)，如介質(zhì)阻力不計(jì)，過(guò)濾壓差增大一倍時(shí)，同一過(guò)濾時(shí)刻所得濾液量（）A.增大至原來(lái)的2倍B.增大至原來(lái)的\(\sqrt{2}\)倍C.增大至原來(lái)的4倍D.增大至原來(lái)的1.5倍答案：B。恒壓過(guò)濾方程\(V^2=KA^2\tau\)（介質(zhì)阻力不計(jì)），\(K=2k\Deltap^{1s}\)，當(dāng)\(s=0\)時(shí)，\(K\)與\(\Deltap\)成正比，\(\Deltap\)增大一倍，\(K\)增大一倍，\(V\)增大至原來(lái)的\(\sqrt{2}\)倍。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)，在近管壁處存在一層______，其厚度隨雷諾數(shù)的增大而______。答案：層流內(nèi)層；減小。湍流時(shí)近管壁處有層流內(nèi)層，雷諾數(shù)增大，流體湍動(dòng)程度加劇，層流內(nèi)層厚度減小。2.離心泵的工作點(diǎn)是______曲線與______曲線的交點(diǎn)。答案：離心泵特性；管路特性。離心泵的工作點(diǎn)由離心泵特性曲線和管路特性曲線共同決定。3.精餾操作的依據(jù)是______，實(shí)現(xiàn)精餾操作的必要條件包括______和______。答案：混合液中各組分揮發(fā)度的差異；塔頂液相回流；塔底上升蒸汽。精餾利用各組分揮發(fā)度不同進(jìn)行分離，塔頂液相回流和塔底上升蒸汽是實(shí)現(xiàn)精餾的必要條件。4.吸收過(guò)程中，若減小吸收劑用量，操作線的斜率______，吸收推動(dòng)力______。答案：減?。粶p小。吸收操作線方程\(Y=\frac{L}{V}(XX_2)+Y_2\)，\(L\)減小，斜率\(\frac{L}{V}\)減小，操作線向平衡線靠近，吸收推動(dòng)力減小。5.對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在______，強(qiáng)化對(duì)流傳熱的關(guān)鍵是______。答案：層流內(nèi)層；減薄層流內(nèi)層厚度。層流內(nèi)層熱阻大，減薄層流內(nèi)層厚度可減小熱阻，強(qiáng)化傳熱。6.萃取過(guò)程中，選擇萃取劑的主要原則有______、______和______。答案：選擇性好；與原溶劑互溶度??；易于回收。選擇性好可提高分離效果，互溶度小利于分層，易于回收降低成本。7.過(guò)濾操作中，濾液通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的流動(dòng)屬于______流動(dòng)，過(guò)濾速率與______成正比，與______成反比。答案：層流；過(guò)濾推動(dòng)力；過(guò)濾阻力。過(guò)濾基本原理決定濾液在過(guò)濾介質(zhì)中呈層流流動(dòng)，過(guò)濾速率與推動(dòng)力成正比，與阻力成反比。8.濕空氣的性質(zhì)參數(shù)中，______和______是狀態(tài)參數(shù)，而______不是狀態(tài)參數(shù)。答案：干球溫度；濕度；濕球溫度。干球溫度和濕度可確定濕空氣的狀態(tài)，濕球溫度與傳熱傳質(zhì)過(guò)程有關(guān)，不是獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)。9.蒸汽冷凝有______和______兩種方式，工業(yè)冷凝器的設(shè)計(jì)總是按______方式設(shè)計(jì)。答案：膜狀冷凝；滴狀冷凝；膜狀冷凝。滴狀冷凝傳熱系數(shù)大，但難以維持，工業(yè)上按膜狀冷凝設(shè)計(jì)。10.流體在圓形直管中作層流流動(dòng)時(shí)，其摩擦系數(shù)\(\lambda\)與雷諾數(shù)\(Re\)的關(guān)系為______；作湍流流動(dòng)時(shí)，當(dāng)\(Re\)一定，相對(duì)粗糙度\(\frac{\varepsilon}oeeogu6\)越大，摩擦系數(shù)\(\lambda\)______。答案：\(\lambda=\frac{64}{Re}\)；越大。層流時(shí)\(\lambda\)與\(Re\)呈此關(guān)系，湍流時(shí)\(Re\)一定，相對(duì)粗糙度越大，摩擦系數(shù)越大。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共20分）1.簡(jiǎn)述離心泵的工作原理及氣縛和氣蝕現(xiàn)象。答：離心泵的工作原理：離心泵啟動(dòng)前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體。啟動(dòng)后，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，葉片間的液體在離心力的作用下從葉輪中心被甩向葉輪外緣，以很高的速度流入泵殼，在泵殼內(nèi)減速、增壓后從排出管排出。同時(shí)，葉輪中心處因液體被甩出而形成低壓區(qū)，在外界大氣壓作用下，液體經(jīng)吸入管進(jìn)入泵內(nèi)，填補(bǔ)了被排出液體的位置，使離心泵能連續(xù)不斷地吸入和排出液體。氣縛現(xiàn)象：離心泵啟動(dòng)前若泵內(nèi)沒有充滿液體而存在空氣，由于空氣密度遠(yuǎn)小于液體密度，產(chǎn)生的離心力小，葉輪中心處形成的低壓不足以將液體吸入泵內(nèi)，泵不能輸送液體，這種現(xiàn)象稱為氣縛。解決方法是啟動(dòng)前向泵內(nèi)灌滿液體。氣蝕現(xiàn)象：當(dāng)離心泵的吸入口壓強(qiáng)等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓時(shí)，液體將發(fā)生汽化，產(chǎn)生大量氣泡。這些氣泡隨液體進(jìn)入高壓區(qū)后，會(huì)迅速凝結(jié)、破裂，周圍液體以極高的速度沖向原氣泡占據(jù)的空間，產(chǎn)生很大的沖擊力，破壞葉輪和泵殼，同時(shí)伴有振動(dòng)和噪聲，泵的流量、揚(yáng)程和效率明顯下降，這種現(xiàn)象稱為氣蝕。為避免氣蝕，需要控制泵的安裝高度，使泵入口處的壓強(qiáng)高于液體的飽和蒸氣壓。2.簡(jiǎn)述精餾塔中恒摩爾流假設(shè)的內(nèi)容及成立的條件。答：恒摩爾流假設(shè)包括恒摩爾汽化和恒摩爾溢流。恒摩爾汽化：在精餾塔的精餾段內(nèi)，每層塔板上升蒸汽的摩爾流量相等，即\(V_1=V_2=\cdots=V_n=V\)；在提餾段內(nèi)，每層塔板上升蒸汽的摩爾流量也相等，即\(V_1'=V_2'=\cdots=V_m'=V'\)，但兩段的上升蒸汽摩爾流量不一定相等，即\(V\)不一定等于\(V'\)。恒摩爾溢流：在精餾塔的精餾段內(nèi)，每層塔板下降液體的摩爾流量相等，即\(L_1=L_2=\cdots=L_n=L\)；在提餾段內(nèi)，每層塔板下降液體的摩爾流量也相等，即\(L_1'=L_2'=\cdots=L_m'=L'\)，但兩段的下降液體摩爾流量不一定相等，即\(L\)不一定等于\(L'\)。成立的條件：①各組分的摩爾汽化熱相近；②氣液接觸時(shí)因溫度不同而交換的顯熱可以忽略；③塔設(shè)備保溫良好，熱損失可以忽略不計(jì)。滿足這些條件時(shí)，可以近似認(rèn)為精餾塔內(nèi)存在恒摩爾流，從而簡(jiǎn)化精餾過(guò)程的計(jì)算。四、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.用離心泵將敞口儲(chǔ)槽中的水輸送至表壓為\(1.5×10^5Pa\)的密閉高位槽中。兩槽液面維持恒定且垂直距離為\(15m\)，管徑為\(\phi89×4mm\)，管長(zhǎng)為\(80m\)（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。已知水的密度\(\rho=1000kg/m^3\)，黏度\(\mu=1×10^{3}Pa·s\)，摩擦系數(shù)\(\lambda=0.02\)。若泵的效率為\(0.6\)，求輸送流量為\(40m^3/h\)時(shí)泵的軸功率。解：（1）首先確定管路的流速已知流量\(V=40m^3/h=\frac{40}{3600}m^3/s\)，管徑\(d=(892×4)×10^{3}m=0.081m\)根據(jù)\(u=\frac{V}{A}\)，\(A=\frac{\pi}{4}d^2\)，則\(u=\frac{4V}{\pid^2}=\frac{4\times\frac{40}{3600}}{\pi\times0.081^2}\approx2.15m/s\)（2）計(jì)算雷諾數(shù)\(Re\)\(Re=\frac{du\rho}{\mu}=\frac{0.081\times2.15\times1000}{1\times10^{3}}=1.74\times10^5\)，為湍流。（3）計(jì)算管路的壓頭損失\(h_f\)根據(jù)\(h_f=\lambda\frac{l+l_e}wqywqwy\frac{u^2}{2g}\)，已知\(\lambda=0.02\)，\(l+l_e=80m\)，\(d=0.081m\)，\(u=2.15m/s\)\(h_f=0.02\times\frac{80}{0.081}\times\frac{2.15^2}{2\times9.81}\approx4.58m\)（4）列柏努利方程求泵的揚(yáng)程\(H\)以敞口儲(chǔ)槽液面為11截面，密閉高位槽液面為22截面，基準(zhǔn)面為11截面。\(z_1=0\)，\(p_1=0\)（表壓），\(u_1\approx0\)；\(z_2=15m\)，\(p_2=1.5×10^5Pa\)，\(u_2\approx0\)根據(jù)\(z_1+\frac{p_1}{\rhog}+\frac{u_1^2}{2g}+H=z_2+\frac{p_2}{\rhog}+\frac{u_2^2}{2g}+h_f\)\(H=(z_2z_1)+\frac{p_2p_1}{\rhog}+h_f\)\(H=15+\frac{1.5×10^5}{1000×9.81}+4.58\approx34.8m\)（5）計(jì)算泵的軸功率\(N\)已知流量\(V=40m^3/h=\frac{40}{3600}m^3/s\)，\(\rho=1000kg/m^3\)，\(H=34.8m\)，\(\eta=0.6\)\(N=\frac{\rhogVH}{\eta}=\frac{1000\times9.81\times\frac{40}{3600}\times34.8}{0.6}\approx6.33×10^3W=6.33kW\)2.在一連續(xù)精餾塔中分離苯甲苯混合物。已知原料液流量\(F=100kmol/h\)，組成為\(x_F=0.4\)（苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），泡點(diǎn)進(jìn)料，塔頂餾出液組成為\(x_D=0.9\)，塔底釜液組成為\(x_W=0.1\)，回流比\(R=2\)。試求：（1）塔頂產(chǎn)品量\(D\)和塔底產(chǎn)品量\(W\)；（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\(F=100kmol/h\)，\(x_F=0.4\)，\(x_D=0.9\)，\(x_W=0.1\)代入\(\begin{cases}100=D+W\\100\times0.4=0.9D+0.1W\end{cases