武漢工程大學(xué)化工原理2007年試題.doc

武漢工程大學(xué)2007年攻讀碩士學(xué)位研究生試題化工原理試卷 ( A卷 )適合專業(yè)：化學(xué)工藝，化學(xué)工程，生物化工，材料學(xué) 考題編號：注意事項：1 答題時可不抄題，但必須寫清題號。2 答題時必須用藍、黑墨水鋼筆或圓珠筆，用紅筆或鉛筆均不給分。3 答案必須寫在答題紙上。4 滿分150分，考試時間為3小時。 一、填空題 (共26分)1. (2分) 某設(shè)備的表壓強為100 kPa，則它的絕對壓強為_kPa；另一設(shè)備的真空度為400 mmHg，則它的絕對壓強為_。(當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.33 kPa)答案：201.33 kPa，360 mmHg或48 kPa2.(2分) 離心泵安裝在一定管路上，其工作點是指:_ _。答案：泵的特性曲線和管路特性曲線的交點。3.(2分) 對某懸浮液進行恒壓過濾。已知過濾面積為1m2，恒壓過濾常數(shù)K=510-3 m2/s，當(dāng)過濾時間為300 s時，所得濾液體積為0.75 m3；若要再得0.75 m3濾液，則還需過濾時間_ 。答案： 525s 解：由 得 所以 4. (2分) 蒸汽冷凝有 和 兩種方式。答案：膜狀冷凝，滴狀冷凝(每空1分，共2分)5. (2分) 已知旋風(fēng)分離器的平均旋轉(zhuǎn)半徑為0.5 m，氣體的切向進口速度為20 m/s，則該分離器的分離因數(shù)為 。答案：6.(2分) 將固體物料從液體中分離出來的離心分離方法中，最常見的有_ 和_。答案：離心過濾，離心沉降7. (2分) 用水吸收氨-空氣混合氣體中的氨是屬于_ 控制的吸收過程，對于該過程來說，要提高吸收速率，則應(yīng)該設(shè)法減小_ 。答案：氣膜,氣膜阻力8. (2分) 當(dāng)分離沸點較高的熱敏性混合液時，精餾操作壓力應(yīng)采用_ _措施。答案：減壓9.(2分) 已知汽液混合物進料中，汽相與液相的摩爾數(shù)之比為3:2，易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)為0.3，則q=_。答案： 0.410.(3分) 若維持不飽和空氣的濕度不變，提高空氣的干球溫度，則空氣的濕球溫度_ ，露點_ ，相對濕度_ 。 (變大,變小,不變,不確定) 答案：變大，不變，變小11.(3分) 操作間接蒸汽加熱的連續(xù)精餾塔時，由于某種原因，再沸器中加熱蒸汽壓力下降而使提餾段上升蒸汽流量下降，而進料熱狀況q、濃度xF及進料量F不變，同時回流量L恒定，則餾出液濃度xD及流量D、殘液濃度xW的變化趨勢為：xD_、D_、xW_。(變大,變小,不變,不確定)答案：xD增大、D減小、xW增大解： 假設(shè)xD減小，則xW減小，此時塔板數(shù)將小于實際板數(shù)，假設(shè)不成立；同理，xD不變也不成立，所以xD增大，xW也增大。12.(2分) 水由高位槽流入貯水池，若水管總長(包括局部阻力的當(dāng)量長度在內(nèi))縮短25%，而高位槽水面與貯水池水面的位差保持不變，假定流體完全湍流流動(即流動在阻力平方區(qū))不變，則水的流量變?yōu)樵瓉淼?倍。答案：1.155解：在高位槽液面與貯水池液面間列伯努利方程 若記水管總長改變前、改變后的管路的阻力損失分別為，則有 所以 因流體在管內(nèi)完全湍流流動得 所以 而 所以 二、選擇題 (共24分)1(2分) 流體在圓形直管內(nèi)作定態(tài)流動，雷諾準(zhǔn)數(shù)Re1 500，則其摩擦系數(shù)應(yīng)為( )。 A. 0.032 B. 0.026 7 C. 0.042 7 D. 無法確定答案：C解：2. (2分) 管路由直徑為57 mm3.5 mm的細(xì)管，逐漸擴大到108 mm4 mm的粗管，若流體在細(xì)管內(nèi)的流速為4 m/s，則在粗管內(nèi)的流速為( )。A. 2 m/s B. 1 m/s C. 0.5 m/s D. 0.25 m/s答案：B解：3. (2分) 離心泵的效率隨流量qV的變化情況是( )。 A. qV增大，增大 B. qV增大，先增大后減小 C. qV增大，增大 D. qV增大，先減小后增大答案：B4. (2分) 對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普蘭特準(zhǔn)數(shù)是表示( )的準(zhǔn)數(shù)。 A. 對流傳熱 B. 流動狀態(tài) C. 物性影響D. 自然對流影響答案：C5. (2分) 推導(dǎo)恒壓過濾方程式的一個基本依據(jù)是( )。 A. 濾液通過濾餅時呈湍流流動 B. 濾液通過濾餅時呈層流流動 C. 假定濾渣大小均一 D. 假設(shè)過濾介質(zhì)阻力忽略不計答案：B6. (2分) 含塵氣體通過長4 m，寬3 m，高1 m的降塵室，已知顆粒的沉降速度為0.25 m/s，則降塵室的生產(chǎn)能力為( )。 A. 3 m3/s B. 1 m3/s C. 0.75 m3/s D. 6 m3/s答案：A7. (2分) 在蒸汽空氣間壁換熱過程中，為強化傳熱，下列方案中的( )在工程上可行。 A. 提高蒸氣流速 B. 提高空氣流速 C. 提高蒸汽壓強答案：B8. (2分) 精餾塔分離某二元物系，當(dāng)操作壓強降低時，系統(tǒng)的相對揮發(fā)度( )，溶液的泡點( )，塔頂蒸汽冷凝溫度( )。A. 增大，減小，減小 B. 增大，減小，增大C. 減小，增大，不變 D. 增大，增大，減小答案：A9. (2分) 空氣的飽和濕度as是濕空氣的( )的函數(shù)。 總壓及干球溫度 總壓及濕球溫度 總壓及露點 濕球溫度及焓答案：10(2分) 操作中的吸收塔，若其他操作條件不變，僅降低吸收劑入塔濃度，則吸收率將( )；而當(dāng)用清水作吸收劑時，若其他操作條件不變，僅降低入塔氣體濃度，則吸收率將( )。 A. 增大 B. 降低 C. 不變 D. 不確定答案：A，C分析： 第一問因為吸收劑入塔濃度下降,使塔內(nèi)傳質(zhì)推動力增大，傳質(zhì)效果提高,從而使氣體出塔濃度下降,吸收率增大。第二問因為Z、HOG不變,可知NOG也不變由及不變 可知 不變。11. (2分) 單向擴散中漂流因子( )。A. 大于1 B. 小于1 C. 等于1 D. 不確定答案：A12. (2分) 在列管式換熱器中，用飽和水蒸汽加熱原料油，水蒸汽適宜安排走( )。 A. 管程 B. 殼程 C. 管、殼程均可答案：B三、計算題1(20分) 用泵將20 的水從敞口貯槽送至表壓為1.5105 Pa的密閉容器，兩槽液面均恒定不變，各部分相對位置如附圖1所示。輸送管路尺寸為f108 mm4 mm的無縫鋼管，吸入管長度為20 m，排出管長度為100 m(各段管長均包括所有局部阻力的當(dāng)量長度)。當(dāng)閥門為3/4開度時，真空表讀數(shù)為42 700 Pa，兩測壓口的垂直距離為0.5 m，忽略兩測壓口之間的阻力，摩擦系數(shù)可取為0.02。試求：(1) 閥門3/4開度時管路的流量(m3/h)；(2) 壓力表讀數(shù)(Pa)；(3) 泵的壓頭(m)；(4) 若泵的軸功率為10 kW，求泵的效率；(5) 若離心泵運行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，試分析其原因。計算題第1題附圖解：(1) 閥門3/4開度時管路的流量(m3/h) 在貯槽液面0-0與真空表所在截面1-1間列柏努利方程。以0-0截面為基準(zhǔn)水平面，有 其中，, z00， u00, p00(表壓), z13 m, p142 700 Pa(表壓)代入上式，得 u12.3 m/s， (2) 壓力表讀數(shù)(Pa)在壓力表所在截面2-2與容器液面3-3間列柏努利方程。仍以0-0截面為基準(zhǔn)水平面，有 解得， p23.23105Pa(表壓)(3) 泵的壓頭(m)在真空表與壓力表所在截面間列柏努利方程，可得(4) 泵的有效功率 (5) 若離心泵運行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，原因是進口管有泄露。2. (20分) 某列管式冷凝器的列管規(guī)格為25 mm2.5 mm。有機蒸汽在管外冷凝，管內(nèi)通冷卻水，冷卻水的流量為2.5 kg/s。在新使用時，冷卻水的進、出口溫度分別為20和30。使用一段時間后，由于生成垢層，在冷卻水進口溫度和流量不變的情況下，冷卻水的出口溫度降為26。已知基于外表面的傳熱面積為16.5 m2，有機蒸汽的冷凝溫度為80，求水垢層的熱阻。解：(1) 換熱器新使用時傳熱速率 對數(shù)平均推動力 總傳熱系數(shù) 總熱阻 (2) 換熱器使用一段時間后傳熱速率 對數(shù)平均推動力 總傳熱系數(shù) 總熱阻 (3) 水垢層熱阻 故 3(20分) 某填料吸收塔用含溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)的溶劑逆流吸收混合氣中的可溶組分，采用液氣比為3，入塔氣體中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)，回收率可達90%。已知物系的平衡關(guān)系為y=2x。今因解吸不良使吸收劑入口摩爾分?jǐn)?shù)升至，試求：(1) 可溶組分的回收率下降至多少？(2) 出塔液相摩爾分?jǐn)?shù)升高至多少？解： (1) =當(dāng)上升時，由于填料層高度不變，不變，所以 也不變，即解得 所以 (2) 物料衡算 =4.(20分) 在連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液。已知原料液組成為0.6(摩爾分?jǐn)?shù)，下同)，餾出液組成為0.9，釜殘液組成為0.02，泡點進料，物系的平均相對揮發(fā)度為3。試求：(1) 每獲得1 kmol/h餾出液時的原料液用量F；(2) 若回流比為1.5，它相當(dāng)于最小回流比的多少倍？(3) 假設(shè)原料液加到加料板上后，該板的液相組成仍為0.6，求上升到加料板上的氣相組成。解：(1) 求當(dāng)D1kmol/h時的F 已知xF=0.6，xD0.9，xW0.02，D1 kmol/h，由全塔物料衡算可得 (a) 即 (b)聯(lián)立式(a)、(b)得：W0.52 kmol/h，F(xiàn)1.52 kmol/h。 (2) 求R/Rmin 因系泡點進料q1，則xqxF0.6。由相平衡方程 (倍) (3) 求上升到加料板上的氣相組成 因加料板是提餾段第一層板，故所求量為y2 kmol/h泡點進料q1，已知F1.52 kmol/h，W0.52 kmol/h，xW0.02，x10.6提餾段操作線方程為 代入已知量 ，即 所以 5(20分) 在常壓絕熱干燥器內(nèi)干燥某濕物料。將500 kg的濕物料從最初含水量20%降至2% (均為濕基)。t0=20，H00.01 kg水/(kg絕干氣)的空氣經(jīng)預(yù)熱器升溫至100 后進入干燥器，廢氣溫度為60 。試計算：(1) 完成上述干燥任務(wù)所需的濕空氣量； (2) 空氣經(jīng)預(yù)熱器獲得的熱量； (3) 在恒定干燥條件下對該物料測得干燥速率曲線如圖所示。已知恒速干燥段所用時間 為，求降速段所用時間。 解：(1) I1(1.011.88HO)t12 500HO(1.011.880.01) 1002 5000.01127.8 kJ/kg I2(1.011.88H2)t22 500H2因系理想干燥過程所以 I1=I2 H2(127.8-1.01t2)/(1.88t2+2 500) (127.8-1.0160)/(1.8860+2 500)0.025 7 kg水汽/kg干空氣 LW/(H2-HO)91.84/(0.0257-0.01)5 850 kg絕干氣/h(2) QpL(1.011.88HO)(t1-tO) 5 850(1.01+1.880.01) (100-20)=4.815 105 =481.5 kJ/h (3) 恒速段所用干燥時間 所以 降速段所用干燥時間 10