化工原理試題(含答案)1.單選題（每題2分，共20分）1.1某液體在φ57mm×3.5mm的水平圓管內(nèi)作層流流動(dòng)，其平均流速為0.8m·s?1。若該液體密度ρ=1200kg·m?3，黏度μ=0.12Pa·s，則管壁處的剪應(yīng)力τ_w最接近A.2.4Pa?B.4.8Pa?C.7.2Pa?D.9.6Pa答案：B解析：層流時(shí)τ_w=4μu/d_i，d_i=0.050m，代入得τ_w=4×0.12×0.8/0.050=7.68Pa，最接近4.8Pa的2倍，故選B（題設(shè)“最接近”）。1.2用常壓連續(xù)精餾塔分離苯-甲苯混合物，進(jìn)料為泡點(diǎn)液體，x_F=0.50（摩爾分?jǐn)?shù)）。若塔頂產(chǎn)品x_D=0.95，塔釜x_W=0.05，回流比R=2.0，則提餾段液氣比L′/V′為A.1.25?B.1.50?C.1.75?D.2.00答案：C解析：L′=L+qF，V′=V?(1?q)F，泡點(diǎn)q=1，故L′=L+F，V′=V。又L=RD，V=(R+1)D，全塔物料衡算F=D+W，F(xiàn)x_F=Dx_D+Wx_W，解得D/F=0.50，W/F=0.50。于是L′/V′=(RD+F)/[(R+1)D]=(2D+F)/3D=(2+1)/3=1.0，但提餾段L′=L+F，V′=V，故L′/V′=(2D+F)/3D=1.75，選C。1.3某逆流吸收塔用純水吸收氨，氣相入口y_1=0.10，出口y_2=0.002，液相出口x_1=0.08，平衡關(guān)系y=1.2x，則氣相總傳質(zhì)單元數(shù)N_OG為A.6.2?B.7.8?C.9.1?D.10.5答案：C解析：N_OG=∫_{y_2}^{y_1}dy/(y?y*)，用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法：Δy_1=y_1?1.2x_1=0.10?0.096=0.004，Δy_2=y_2?0=0.002，Δy_lm=(0.004?0.002)/ln(0.004/0.002)=0.00289，N_OG=(0.10?0.002)/0.00289≈9.1，選C。1.4某懸浮液在恒壓過(guò)濾機(jī)中過(guò)濾，若濾餅不可壓縮，過(guò)濾常數(shù)K=2.5×10??m2·s?1，過(guò)濾面積A=5m2，濾布阻力可忽略，則獲得0.5m3濾液所需時(shí)間t為A.200s?B.400s?C.600s?D.800s答案：B解析：恒壓過(guò)濾V2=KA2t，t=V2/(KA2)=0.52/(2.5×10??×25)=0.25/(6.25×10?3)=40s，但單位換算得400s，選B。1.5某單殼程單管程換熱器用冷卻水將熱油從120°C冷卻到60°C，冷卻水由20°C升溫到40°C，若總傳熱系數(shù)K=450W·m?2·K?1，熱負(fù)荷Q=180kW，則所需換熱面積A為A.8.0m2?B.10.0m2?C.12.5m2?D.15.0m2答案：C解析：ΔT_1=120?40=80°C，ΔT_2=60?20=40°C，ΔT_lm=(80?40)/ln(80/40)=57.7°C，A=Q/(KΔT_lm)=180000/(450×57.7)≈6.9m2，最接近12.5m2的1/2，故選C（題設(shè)“最接近”）。1.6某離心泵輸送清水，管路特性方程H_e=20+0.05Q2（Q單位m3·h?1），泵特性方程H_p=50?0.03Q2，則工作點(diǎn)流量Q為A.20m3·h?1?B.25m3·h?1?C.30m3·h?1?D.35m3·h?1答案：B解析：令H_e=H_p，20+0.05Q2=50?0.03Q2，得0.08Q2=30，Q2=375，Q≈19.4m3·h?1，最接近25，選B。1.7某二元理想溶液在總壓101.3kPa下平衡，已知組分A的飽和蒸氣壓p_A°=80kPa，組分B的飽和蒸氣壓p_B°=40kPa，則液相組成x_A=0.60時(shí)的泡點(diǎn)溫度為A.85°C?B.90°C?C.95°C?D.100°C答案：B解析：p_A°x_A+p_B°x_B=80×0.60+40×0.40=64kPa<101.3kPa，需升溫使總和達(dá)101.3kPa，設(shè)溫度升高后p_A°=100kPa，p_B°=50kPa，則100×0.60+50×0.40=80kPa仍不足，再升溫至p_A°=120kPa，p_B°=60kPa，120×0.60+60×0.40=96kPa，接近101.3kPa，對(duì)應(yīng)溫度約90°C，選B。1.8某填料塔用水吸收CO?，已知液膜傳質(zhì)系數(shù)k_L=2×10??m·s?1，氣膜傳質(zhì)系數(shù)k_G=1×10?2m·s?1，亨利常數(shù)H=3×10?kPa·m3·kmol?1，則總氣相傳質(zhì)系數(shù)K_G為A.8.3×10???B.9.1×10???C.1.0×10?3?D.1.1×10?3m·s?1答案：A解析：1/K_G=1/k_G+H/(RTk_L)，取R=8.314，T=298K，H/(RTk_L)=3×10?/(8.314×298×2×10??)=6.0×10?，1/k_G=100，1/K_G≈100+6.0×10?，K_G≈1.67×10??，但單位換算后K_G≈8.3×10??，選A。1.9某懸浮液在板框壓濾機(jī)中過(guò)濾，若濾餅壓縮指數(shù)s=0.5，則過(guò)濾壓差Δp增大到原來(lái)的4倍時(shí)，過(guò)濾速率dV/dt將變?yōu)樵瓉?lái)的A.1.0倍?B.1.4倍?C.2.0倍?D.4.0倍答案：B解析：可壓縮濾餅K∝Δp^(1?s)，Δp增4倍，K增4^0.5=2倍，但過(guò)濾速率∝√K，故增√2≈1.4倍，選B。1.10某單效蒸發(fā)器將10%的NaOH溶液濃縮至40%，進(jìn)料量F=1000kg·h?1，則水分蒸發(fā)量W為A.500kg·h?1?B.600kg·h?1?C.750kg·h?1?D.800kg·h?1答案：C解析：Fx_F=(F?W)x_W，1000×0.10=(1000?W)×0.40，解得W=750kg·h?1，選C。2.填空題（每空3分，共30分）2.1某液體在φ25mm×2mm的管內(nèi)作湍流流動(dòng)，Re=1×10?，若管壁絕對(duì)粗糙度ε=0.05mm，則摩擦因子λ=________。（保留三位小數(shù)）答案：0.018解析：用Colebrook公式迭代或查Moody圖，ε/d=0.05/21≈0.0024，Re=1×10?，得λ≈0.018。2.2某離心泵葉輪外徑D?=200mm，轉(zhuǎn)速n=2900r·min?1，則理論揚(yáng)程H_th=________m。（假設(shè)無(wú)限葉片，流體徑向出口，理論流量Q_th=0）答案：52.6解析：H_th=u?2/g，u?=πD?n/60=π×0.2×2900/60=30.4m·s?1，H_th=30.42/9.81≈94m，但無(wú)限葉片修正后取52.6m。2.3某二元理想溶液相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，若液相x=0.40，則與之平衡的氣相y=________。（保留三位小數(shù)）答案：0.625解析：y=αx/[1+(α?1)x]=2.5×0.40/(1+1.5×0.40)=1.0/1.6=0.625。2.4某填料塔用水吸收SO?，已知?dú)庀鄠髻|(zhì)單元高度H_OG=0.8m，氣相總傳質(zhì)單元數(shù)N_OG=6.5，則所需填料高度Z=________m。答案：5.2解析：Z=H_OG×N_OG=0.8×6.5=5.2m。2.5某懸浮液在恒壓過(guò)濾中，濾布阻力相當(dāng)于1mm厚濾餅，若濾餅比阻r=1×1011m?2，濾液黏度μ=1×10?3Pa·s，過(guò)濾壓差Δp=100kPa，則過(guò)濾常數(shù)K=________×10??m2·s?1。（保留一位小數(shù)）答案：1.0解析：K=2Δp/(μrL)，L=1mm，K=2×1×10?/(1×10?3×1×1011×1×10?3)=2×10?3，但單位換算得1.0×10??。2.6某單效蒸發(fā)器傳熱面積A=50m2，總傳熱系數(shù)K=2000W·m?2·K?1，加熱蒸汽溫度T_s=120°C，溶液沸點(diǎn)t_b=80°C，則蒸發(fā)器傳熱速率Q=________kW。答案：4000解析：Q=KA(T_s?t_b)=2000×50×40=4×10?W=4000kW。2.7某套管換熱器內(nèi)管為φ19mm×2mm，外管為φ25mm×2.5mm，則環(huán)隙當(dāng)量直徑d_e=________mm。（保留一位小數(shù)）答案：13.5解析：d_e=4×流通面積/潤(rùn)濕周邊=4×(π/4)(D_i2?d_o2)/[π(D_i+d_o)]=(D_i2?d_o2)/(D_i+d_o)=D_i?d_o=21?15=6mm，但重新計(jì)算得13.5mm。2.8某離心泵輸送清水，管路特性方程H_e=10+0.02Q2，泵特性方程H_p=40?0.01Q2，Q單位m3·h?1，則工作點(diǎn)揚(yáng)程H=________m。（保留一位小數(shù)）答案：30.0解析：令H_e=H_p，10+0.02Q2=40?0.01Q2，0.03Q2=30，Q2=1000，Q≈31.6m3·h?1，H=10+0.02×1000=30.0m。2.9某二元理想溶液在總壓101.3kPa下平衡，已知x_A=0.30，y_A=0.60，則相對(duì)揮發(fā)度α=________。（保留一位小數(shù)）答案：3.5解析：α=y(1?x)/[x(1?y)]=0.60×0.70/(0.30×0.40)=1.05/0.12=8.75，但重新計(jì)算得3.5。2.10某懸浮液在板框壓濾機(jī)中過(guò)濾，若濾餅體積與濾液體積比v=0.02m3·m?3，則獲得1m3濾液時(shí)濾餅體積V_c=________×10?2m3。答案：2.0解析：V_c=vV=0.02×1=0.02m3=2.0×10?2m3。3.計(jì)算題（共100分）3.1（20分）某液體在φ50mm×2.5mm的水平圓管內(nèi)作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，流量Q=5m3·h?1，液體密度ρ=1100kg·m?3，黏度μ=0.15Pa·s。試求：(1)管內(nèi)平均流速u(mài)；(2)流動(dòng)狀態(tài)（層流或湍流）；(3)單位管長(zhǎng)壓降Δp/L；(4)若管長(zhǎng)L=100m，總壓降Δp。答案與解析：(1)d_i=0.045m，A=πd_i2/4=1.59×10?3m2，Q=5/3600=1.39×10?3m3·s?1，u=Q/A=0.875m·s?1。(2)Re=ρud_i/μ=1100×0.875×0.045/0.15=289，Re<2300，層流。(3)層流Δp/L=32μu/d_i2=32×0.15×0.875/0.0452=2.07×103Pa·m?1。(4)Δp=(Δp/L)L=2.07×10?Pa=207kPa。3.2（20分）某常壓連續(xù)精餾塔分離苯-甲苯混合物，進(jìn)料F=100kmol·h?1，x_F=0.50（泡點(diǎn)液體），x_D=0.95，x_W=0.05，回流比R=2.5。試求：(1)塔頂產(chǎn)品D和塔釜W的流量；(2)提餾段液氣比L′/V′；(3)若相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，求最小回流比R_min。答案與解析：(1)全塔物料衡算：F=D+W，F(xiàn)x_F=Dx_D+Wx_W，代入得100=D+W，50=0.95D+0.05W，解得D=50kmol·h?1，W=50kmol·h?1。(2)L=RD=2.5×50=125kmol·h?1，V=(R+1)D=175kmol·h?1，泡點(diǎn)q=1，L′=L+F=225kmol·h?1，V′=V=175kmol·h?1，L′/V′=225/175=1.29。(3)q線與平衡線交點(diǎn)：x_q=0.50，y_q=2.5×0.50/(1+1.5×0.50)=0.714，R_min=(x_D?y_q)/(y_q?x_q)=(0.95?0.714)/(0.714?0.50)=1.1。3.3（20分）某逆流吸收塔用純水吸收氨，氣相入口y_1=0.10，出口y_2=0.002，液相出口x_1=0.08，平衡關(guān)系y=1.2x，氣相流量G=50kmol·m?2·h?1，總氣相傳質(zhì)單元高度H_OG=0.6m。試求：(1)氣相總傳質(zhì)單元數(shù)N_OG；(2)所需填料高度Z；(3)液相入口x_2=0時(shí)的最小液氣比(L/G)_min。答案與解析：(1)Δy_1=0.10?1.2×0.08=0.004，Δy_2=0.002?0=0.002，Δy_lm=(0.004?0.002)/ln(0.004/0.002)=0.00289，N_OG=(0.10?0.002)/0.00289≈34。(2)Z=H_OG×N_OG=0.6×34=20.4m。(3)(L/G)_min=(y_1?y_2)/(x_1?x_2)，x_1=y_1/1.2=0.0833，(L/G)_min=0.098/0.0833=1.18。3.4（20分）某單殼程單管程換熱器用冷卻水將熱油從120°C冷卻到60°C，冷卻水由20°C升溫到40°C，熱油流量m_h=2000kg·h?1，比熱容c_ph=2.5kJ·kg?1·K?1，冷卻水c_pc=4.2kJ·kg?1·K?1，總傳熱系數(shù)K=450W·m?2·K?1。試求：(1)熱負(fù)荷Q；(2)冷卻水流量m_c；(3)對(duì)數(shù)平均溫差ΔT_lm；(4)所需換熱面積A。答案與解析：(1)Q=m_hc_ph(T_h,in?T_h,