化工原理期末考試試題及答案1.（單選）在穩(wěn)態(tài)逆流換熱實(shí)驗(yàn)中，熱流體入口溫度120℃，出口80℃，冷流體入口20℃，出口70℃。若將換熱器管長(zhǎng)增加50%，忽略熱損失與物性變化，冷流體出口溫度最接近于A.75.2℃B.78.4℃C.81.6℃D.84.9℃答案：B解析：原工況對(duì)數(shù)平均溫差ΔT_m=(60-50)/ln(60/50)=54.85℃。由能量平衡得(m·c_p)h/(m·c_p)c=(70-20)/(120-80)=1.25。管長(zhǎng)增加50%即傳熱面積A變?yōu)?.5A，總傳熱系數(shù)K不變，則新NTU=KA/(m·c_p)c變?yōu)?.5倍。原NTU=(120-80)/ΔT_m=0.730，新NTU=1.095。冷流體熱容流率較小，效能ε=(t_c2-t_c1)/(t_h1-t_c1)=1-exp[-NTU(1-C_r)]，其中C_r=1/1.25=0.8。代入得ε=0.585，則t_c2=20+0.585×100=78.5℃，選B。2.（單選）某離心泵在轉(zhuǎn)速n=1450r/min時(shí)特性曲線為H=60-0.008q^2（q單位m^3/h）。若改用1750r/min驅(qū)動(dòng)且管路特性不變，新的工作點(diǎn)流量約為A.108m^3/hB.126m^3/hC.144m^3/hD.162m^3/h答案：C解析：相似定律q∝n，H∝n2。設(shè)新流量q′，則新泵曲線H′=60×(1750/1450)2-0.008×(1750/1450)2q′2=87.2-0.0132q′2。管路曲線H=20+0.005q2（由原點(diǎn)工況反推）。聯(lián)立解得q′=144m^3/h，選C。3.（單選）用板框過(guò)濾機(jī)恒壓過(guò)濾某懸浮液，已知濾餅不可壓縮，過(guò)濾常數(shù)K=2×10^-4m2/s，忽略濾布阻力，若濾框厚度減半而面積加倍，獲得相同濾液量所需時(shí)間變?yōu)樵瓉?lái)的A.0.25倍B.0.5倍C.1倍D.2倍答案：A解析：恒壓過(guò)濾方程V2=KA2t?？蚝駵p半意味著單位面積濾餅量減半，為獲得相同V，需濾餅厚度減半，即過(guò)濾面積加倍已補(bǔ)償。新方程V2=K(2A)2t′，與原式相比t′=t/4，選A。4.（單選）在填料塔中用純?nèi)軇┠媪魑盏蜐舛萐O?，已知?dú)庀鄠髻|(zhì)單元數(shù)N_OG=6，操作液氣比為最小液氣比的1.4倍，若入口氣體濃度y?=0.04，要求回收率95%，則出口液相濃度x?與入口液相x?之差約為A.0.021B.0.028C.0.035D.0.042答案：B解析：回收率95%?y?=0.002。最小液氣比(L/G)min=(y?-y?)/(y?/m-x?)，設(shè)m=1.2，x?=0，得(L/G)min=0.0357。實(shí)際L/G=1.4×0.0357=0.05。物料衡算G(y?-y?)=L(x?-x?)，得x?-x?=0.038×0.75=0.0285，選B。5.（單選）某二元理想混合物在總壓101.3kPa下平衡，已知相對(duì)揮發(fā)度α=2.4，若液相組成x=0.5，與之平衡的氣相組成y為A.0.704B.0.741C.0.778D.0.815答案：A解析：由y=αx/[1+(α-1)x]=2.4×0.5/(1+1.4×0.5)=0.704，選A。6.（單選）在垂直管內(nèi)湍流膜狀冷凝中，若管徑減半、管長(zhǎng)加倍、飽和溫度差不變，則平均冷凝傳熱系數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的A.0.84倍B.1.0倍C.1.19倍D.1.41倍答案：C解析：湍流膜狀冷凝h∝(k3ρ2gλ/μΔTd)^0.25，與管徑d無(wú)關(guān)。管長(zhǎng)加倍使液膜雷諾數(shù)Re∝4Γ/μ加倍，但h表達(dá)式中無(wú)直接長(zhǎng)度項(xiàng)，僅通過(guò)Re影響流動(dòng)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式Nu=0.0077Re^0.4Pr^0.37，Re加倍?h∝2^0.4=1.32，但考慮液膜厚度微增，綜合修正得1.19倍，選C。7.（單選）某反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)A→B，采用全混流與平推流串聯(lián)，若全混流在前且停留時(shí)間相等，總轉(zhuǎn)化率98%，則全混流單獨(dú)可達(dá)轉(zhuǎn)化率為A.75%B.80%C.86%D.90%答案：C解析：設(shè)速率常數(shù)k，總停留時(shí)間2τ。平推流段1-X?=exp(-kτ)，全混流段(1-X?)/(1-X?)=1/(1+kτ)?？傓D(zhuǎn)化1-X?=0.98，聯(lián)立得kτ=6.5，則全混流單獨(dú)轉(zhuǎn)化X=1-1/(1+kτ)=0.866，選C。8.（單選）在噴霧干燥中，若液滴直徑減半、熱風(fēng)溫度不變、入口濕度不變，則恒速干燥階段所需時(shí)間約為原來(lái)的A.0.25倍B.0.5倍C.0.7倍D.1倍答案：A解析：恒速階段t∝d2，直徑減半?t變?yōu)?/4，選A。9.（單選）某管道輸送含固體顆粒的水，若顆粒沉降處于Stokes區(qū)，現(xiàn)將水溫從20℃升至60℃，顆粒終端沉降速度變化約為A.+8%B.+18%C.+28%D.+38%答案：B解析：Stokes區(qū)u_t∝(ρ_p-ρ)/μ，ρ_p不變，ρ水由998降至983kg/m3，μ由1.0×10?3降至0.47×10?3Pa·s，綜合得u_t增加(998-983)/983+(1-0.47)/0.47≈0.18，即+18%，選B。10.（單選）在萃取塔中，以水為溶劑從氯仿相中回收丙酮，若相比O/A=1，平衡關(guān)系Y=2.2X，要求從Y?=0.25降至Y?=0.05，則最小理論級(jí)數(shù)約為A.2.1B.2.8C.3.5D.4.2答案：B解析：最小級(jí)數(shù)N_min=ln[(Y?-Y?)/(Y?-Y?)]/lnS，其中Y?*=0，萃取因子S=2.2×1=2.2，代入得N_min=ln(5)/ln2.2=2.8，選B。11.（填空）某套管換熱器內(nèi)管為φ25×2.5mm，外管φ51×3mm，熱流體走內(nèi)管，質(zhì)量流量1.8kg/s，比熱2.1kJ/(kg·K)，溫度從150℃降至100℃。冷流體走環(huán)隙，入口30℃，比熱4.2kJ/(kg·K)，流量2.5kg/s。若總傳熱系數(shù)K=450W/(m2·K)，忽略熱損失，所需管長(zhǎng)為_(kāi)_______m。（保留一位小數(shù)）答案：12.4解析：Q=1.8×2100×50=189kW。冷流體出口t_c2=30+189000/(2.5×4200)=48℃。ΔT?=102℃，ΔT?=52℃，ΔT_m=74.5℃。A=Q/(KΔT_m)=189000/(450×74.5)=5.63m2。內(nèi)管外徑0.025m，L=A/(πd)=5.63/(π×0.025)=12.4m。12.（填空）用離心泵將水從敞口槽送至表壓0.25MPa的高位槽，兩槽液面差18m，管路總長(zhǎng)120m（含當(dāng)量長(zhǎng)度），摩擦系數(shù)λ=0.024，流量108m3/h，泵效率72%，則泵軸功率為_(kāi)_______kW。（保留整數(shù)）答案：21解析：u=q/A=108/(3600×π×0.12)=0.955m/s。h_f=λ(l/d)u2/2g=0.024×1200×0.9552/19.62=13.3m。H=18+13.3+25=56.3m。P=ρgHq/η=1000×9.81×56.3×0.03/0.72=21kW。13.（填空）某板框壓濾機(jī)恒壓過(guò)濾，已知K=1.5×10??m2/s，濾框尺寸800×800×50mm，共20框，濾餅與濾液體積比v=0.045，忽略濾布阻力，過(guò)濾至濾餅滿框所需時(shí)間為_(kāi)_______min。（保留一位小數(shù)）答案：36.8解析：?jiǎn)慰驗(yàn)V餅體積0.8×0.8×0.05=0.032m3，總濾餅V_c=0.64m3，濾液V=V_c/v=14.22m3。A=20×2×0.8×0.8=25.6m2。由V2=KA2t得t=14.222/(1.5×10??×25.62)=2208s=36.8min。14.（填空）在填料塔中用水吸收氨，已知k_G=2×10??kmol/(m2·s·kPa)，k_L=3×10??m/s，亨利常數(shù)H=0.73kmol/(m3·kPa)，則總氣相傳質(zhì)系數(shù)K_G為_(kāi)_______×10??kmol/(m2·s·kPa)。（保留兩位小數(shù)）答案：1.23解析：1/K_G=1/k_G+1/(Hk_L)=1/2+1/(0.73×0.3)=0.5+4.57=5.07，K_G=0.197×10??，換算單位得1.23×10??。15.（填空）某精餾塔分離苯-甲苯，相對(duì)揮發(fā)度α=2.48，泡點(diǎn)進(jìn)料x(chóng)_F=0.45，要求x_D=0.97，x_W=0.04，最小回流比R_min為_(kāi)_______。（保留兩位小數(shù)）答案：1.35解析：q=1，x_q=x_F=0.45，y_q=2.48×0.45/(1+1.48×0.45)=0.671。R_min=(x_D-y_q)/(y_q-x_q)=(0.97-0.671)/(0.671-0.45)=1.35。16.（綜合）某廠需將2000kg/h的濕物料由含水率0.40干基降至0.05干基，采用并流回轉(zhuǎn)干燥器，熱風(fēng)入口溫度350℃、濕度0.015kg水/kg干氣，出口溫度設(shè)為100℃。物料入口溫度20℃，出口溫度70℃，比熱1.8kJ/(kg干料·K)，水的比熱4.2kJ/(kg·K)，汽化潛熱2257kJ/kg。忽略熱損失，求：（1）每小時(shí)水分蒸發(fā)量________kg；（2）干空氣用量________kg干氣/h；（3）出口空氣濕度________kg水/kg干氣。答案：（1）703（2）7420（3）0.110解析：（1）干物料G=2000/(1+0.4)=1429kg/h，蒸發(fā)W=1429×(0.4-0.05)=703kg/h。（2）熱量衡算：蒸發(fā)需Q?=703×2257=1.587×10?kJ/h；物料升溫Q?=1429×1.8×50=1.286×10?kJ/h；水升溫Q?=703×4.2×80=2.36×10?kJ/h；總Q=2.05×10?kJ/h。空氣放熱Q=G_a(1.01+1.88H?)(350-100)=2.05×10?，解得G_a=7420kg干氣/h。（3）濕度衡算：H?=H?+W/G_a=0.015+703/7420=0.110。17.（綜合）用離心泵將河水送至沉淀池，管路為φ159×4.5mm鋼管，總長(zhǎng)800m，局部阻力占沿程25%，泵特性H=80-0.006q2（q單位m3/h）。夏季河水密度998kg/m3，μ=0.9×10?3Pa·s，ε=0.3mm。求：（1）工作點(diǎn)流量________m3/h；（2）若冬季μ升至1.6×10?3Pa·s，密度不變，新工作點(diǎn)流量________m3/h。答案：（1）162（2）148解析：（1）管路曲線H=Δz+λ(l/d)u2/2g×1.25，設(shè)Δz=15m，d=0.15m，ε/d=0.002，試算λ≈0.024。u=q/(3600×π×0.152/4)=q/63.6，H=15+0.024×8000×(q/63.6)2/19.62×1.25=15+0.0038q2。與泵曲線聯(lián)立80-0.006q2=15+0.0038q2，解得q=162m3/h。（2）μ增加需重新算λ，Re降低約44%，進(jìn)入過(guò)渡區(qū)，λ升至0.028，管路曲線斜率增大約15%，新聯(lián)立得q=148m3/h。18.（綜合）某吸收塔用純?nèi)軇┠媪魑栈旌蠚庵腥苜|(zhì)，已知G=60kmol/(m2·h)，y?=0.08，L=120kmol/(m2·h)，x?=0，平衡y=0.8x，K_ya=80kmol/(m3·h)，要求回收率90%，求：（1）出口液相濃度x?________；（2）傳質(zhì)單元數(shù)N_OG________；（3）填料層高度H________m。答案：（1）0.036（2）4.84（3）3.63解析：（1）y?=0.08×0.1=0.008，物料衡算G(y?-y?)=L(x?-x?)，得x?=60×0.072/120=0.036。（2）S=mG/L=0.8×60/120=0.4，N_OG=ln[(y?-mx?)/(y?-mx?)(1-1/S)+1/S]/(1-1/S)=4.84。（3）H=G/(K_ya)×N_OG=60/80×4.84=3.63m。19.（綜合）某精餾塔共10塊理論板（含再沸器），泡點(diǎn)進(jìn)料x(chóng)_F=0.45，α=2.5，R=2.0，求：（1）餾出液濃度x_D最大可達(dá)________；（2）若x_D=0.92，所需回流比最小為_(kāi)_______。答案：（1）0.94（2）1.63解析：（1）用McCabe-Thiele圖解，平衡線y=2.5x/(1+1.5x)，q線x=0.45，操作線斜率R/(R+1)=0.667，從(x_D,x_D)開(kāi)始階梯作圖，10板截得x_D最大0.94。（2）設(shè)R_min，操作線斜率R_min/(R_min+1)，與q線交點(diǎn)(x_q,y_q)，再與平衡線交點(diǎn)(x_D,x_D)，圖解得R_min=1.63。20.（綜合）某實(shí)驗(yàn)室用膜分離濃縮蛋白溶液，進(jìn)料濃度c_f=8g/L，流量50L/h，膜面積0.2m2，實(shí)驗(yàn)測(cè)得通量J=60L/(m2·h)，截留率R=0.98，濃液循環(huán)，