徐州工程学院试卷

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— 学年第 学期 课程名称 化工原理 试卷类型 考试形式 闭卷 考试时间 100 分钟 命 题 人 年 月 日 教研室主任(签字) 年 月 日 使用班级 教学院长(签字) 年 月 日 班 级 学 号 姓 名

题号 总分 得分 一 30 二 15 三 15 四 40 五 六 七 八 总分 100

一、单选题（共10题，每题2分，共计20分）

1. 流体在圆形直管中流动时，若其已进入了完全湍流区，则摩擦系数λ与雷诺数Re的关系为___C____。

A. Re增大，λ增大 B. Re增大，λ减少

C. Re增大，λ基本不变 D. Re增大，λ先增大后减少 2. 离心泵铭牌上标出的流量和压头数值是 D 。

A. 最大流量下对应值 B. 操作点对应值 C. 计算值 D. 最高效率点对应值

3. 在列管换热器中饱和液体加热空气，有：甲）传热管的壁温接近加热液体温度； 乙）换热器总传热系数K将接近空气侧的对流传热系数。则 A ：

A．甲乙均合理； B．甲乙均无理； C．甲合理，乙无理； D．甲无理，乙合理。 4. 在蒸气冷凝传热中，不凝气体的存在对a的影响是___A___ 。

A．不凝气体的存在会使a大大降低； B．不凝气体的存在会使a升高； C．不凝气体的存在对a无影响。

5. 根据双膜理论，吸收质从气相主体转移到液相主体整个过程的阻力可归结为 C 。 A. 两相界面存在的阻力 B. 气液两相主体中的扩散的阻力 C. 气液两相滞流层中分子扩散的阻力 D .气相主体的涡流扩散阻力

6. 在一定空气状态下，用对流干燥方法干燥湿物料时，不能除去的水分为_____A____。 A.平衡水分 B.自由水分 C.非结合水分 D.结合水分

7. 混合液两组分的相对挥发度愈小，则表明用蒸馏方法分离该混合液愈__B___。 A容易； B困难； C完全； D不完全

ud8. 用降尘室分离含尘气体，其临界沉降速度为tc、临界粒径为tc，当将降尘室用水平隔板分为N层，则临界粒径变为dtc______D_______。

A. 不变 B. N C. 1/N D. 1/N

9. 在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B连接一U型压差计,当流体流过该管时,压差计读数R值反映 A

A． A、B两截面间的压强差 B． A、B两截面间的流动阻力 C． A、B两截面间动压头变化 D． 突然扩大或缩小的局部阻力 10. 离心泵停止操作时宜 A A.先关出口阀后停电 B. 先停电后关阀

C.先关出口阀或先停电均可 D. 单级泵先停电，多级泵先关出口阀

二、填空题（共20空，每空1分，共计20分）

1. 《化工原理》是本专业的一门专业基础课，其主要研究内容是以化工生产中的物理加工过程为背景，按其操作原理的共性归纳成的若干“ 单元操作 ”。 化工原理属工科科学，用

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自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题，研究方法主要是理论解析和理论指导下的实验研究。 2. 当20℃的某流体（密度为1261 kg/m3，粘度为1.499Pa.S），流经内径为120 mm的圆形直管时，其平均流速为1m/s，则其流动形态为_层流__，管中心处的最大流速为___2 m/s___。 3. 离心泵的主要特性曲线包括 H-qv，P-qv，η-qv 三条曲线。 4. 离心泵通常采用 改变阀门开度 调节流量。

5. 在降尘室中除去某粒径的颗粒时，若降尘室高度增加一倍，则颗粒的沉降时间 增加一倍，气流速度 减为1/2 ，分离颗粒的临界粒径 不变 。

6. 热量传递的基本方式有___热传导__、___热对流____和__热辐射___。 7. 物体黑度在数值上与同一温度下物体的 吸收率 相等。 8. 用系数E表达的亨利定律表达式为___p*时，氨在空气中的A?E?A____。在常压下，20℃分压为4.22 kPa，与之平衡的氨水浓度为5 kg NH3/100 kg H2O，则此时液相中氨水的摩尔分数x=___5.03?10?2___，摩尔比X= 5.30?10?2 ，亨利系数E=__83.90kpa____。 9. 露点法测定空气湿度的依据是测量 对空气降温时空气的湿度不发生变化，与露点温度下的饱和湿度相等，故可以通过露点温度下的饱和蒸汽压求得一定总压下的空气的湿度。 10. 精馏操作依据是 不同组分间的相对挥发度的不同 11. 流体在钢管内作完全湍流流动时，摩擦系数λ仅与 相对粗糙度ε/d 有关。 12. 因次分析的依据是 因次（量纲）一致性原则 。

三、简答题（共3题，每题5分，共计15分）

1、何谓离心沉降速度？与重力沉降速度相比有何不同？

答：离心沉降是靠惯性离心力作用而实现的沉降过程。在这过程中，颗粒受到三个力作用：惯性离心力、向心力和阻力，当其加速度a=0时，颗粒作匀速沉降运动，此时颗粒（分散相）相对于连续相的运动速度叫离心沉降速度。

2d2(?s??)wTd2(?s??)对层流状态有：ur?，而重力沉降时： ut???g ，相比有

18?18?R2uruT?g?K。K为离心分离因数，表明同一颗粒在同一介质中离心场强度与重力场强ut(重)R度之比，是离心分离设备的重要性能参数。在离心沉降时，重力沉降同时存在，但ur远大于ut。则忽略重力沉降。

2、何谓气膜控制和液膜控制？什么情况下属于气膜控制？什么情况下属于液膜控制？

答：根据双膜理论，将气液两相间传质的阻力分别集中在相界面两侧的气膜和液膜之内，且认为界面投有阻力，这种设想称为双膜模型。气液两相间的总传质速率可表达为

11m111NA?Ky(y?y*)?Kx(????)，????。 KykykxKkymkx，?11m??表明总传质阻力1Ky为气相分传质阻力1ky与液相分传质阻力mk?之和。Kykykx若分传质阻力中1ky>> mk?，则总传质阻力1Ky?1ky。此时的传质阻力集中于气相，称

k??k?为气相阻力控制(亦称气膜控制)。属于气膜控制的情况一般有：①y；②溶质在吸收剂中的溶解度很大，即平衡线斜率m很小。

111??1k1mky1K??1k?K?kymkx中当?>> ，则总传质阻力。此时的传质阻力集中于

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液相，称为液相阻力控制(亦称液膜控制)。液相阻力控制的条件有：

k??k?(1)y。(2)溶质在吸收剂中的溶解度很小，即平衡线斜率m很大。

3、换热器中的冷热流体在变温下操作时，为什么多采用逆流操作？什么情况下可以采用并流操作？

?t1??t2答：当两流体的进、出口温度都已确定时，逆流的平均温度差?tm?比并流的大，

ln(?t1?t2)因此单位时间内传递相同热量时，逆流所需传热面积比并流小。逆流的另一优点是可以节省冷却剂或加热剂的用量。因为并流时，t2总是低于T2，而逆流时，t2却可以高于T2，所以逆流冷却时，冷却剂的温升t2－t1可比并流时大些，单位时间内传过的热量相同时，冷却剂用量就可以少些。同理逆流加热时，加热剂本身温降T1－T2可比并流时大些，也就是说，加热剂的用量可以少些。所以工业上多采用逆流操作。

当要求控制换热器的流体出口温度时，可采用并流操作。例如，流体加热时，可以避免出口温度高于某一规定的温度；冷却时可以避免低于某一规定的温度。

四、计算题（共3题，共计45分） 1、（15分）在一连续干燥器中，将1000kg/h湿物料由湿基含水量0.1kg水/kg湿物料干燥到0.02kg水/kg湿物料，湿度为0.008kg水/kg绝干气，温度为20℃的空气经预热器预热后进入干燥器，出干燥器时空气的湿度为0.05kg水/kg绝干气，设物料无损失，大气压为1.013×105Pa。这种条件下若将湿物料干燥至0.04kg水/kg绝干料共需5h。求： ①水分蒸发量；②绝干空气消耗量；③将此物料继续干燥至0.02kg/kg绝干料还需多长时间。实验测得该物料xc=0.05kg水/kg绝干料，x*=0.005kg水/kg绝干料。 解：（1）水分蒸发量

含水量 ?1?0.10kg水/kg湿物料 ?2?0.02kg水/kg湿物料

绝干物料量 LC?L1(1??1)?1000?(1?0.1)?900kg绝干料/h

水分蒸发量

W?LC(X1?X2)?900?(0.100.02?)?81.63kg/h1?0.101?0.02

（2）绝干空气消耗量 G?W81.63??1943.57kg绝干气/h

H2?H10.05?0.008（3）干燥时间：

干燥到物料含水Xc=0.05kg水/kg绝干料为恒速阶段，以后为降速干燥阶段。干燥到X3?0.04kg水/kg绝干料共用时5h。

L 恒速干燥阶段：?1?C(X1?XC)

ucALC(XC?X*)XC?X* 降速干燥阶段：?3? lnAuCX3?X*?3XC?X*XC?X*0.05?0.0050.05?0.005?ln?ln?0.2257 3 *?1X1?XCX3?X0.1001?0.050.04?0.005 又有：?1??3?5h ∴ ?1?4.08h,?3?0.92h 设从Xc=0.05kg水/kg干燥X2?0.02kg水/kg绝干料时，

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LC(XC?X*)XC?X*XC?X*0.05?0.005lnlnln**AuCX2?X?X2?X0.02?0.005?4.371 5 2????3LC(XC?X*)XC?X*XC?X*ln0.05?0.005lnln0.04?0.005AuCX3?X*X3?X* ∴ ?2?4.02h ∴ 还需时间为： ?2??3?(4.02?0.92)h?3.1h

2、（15分）以连续精馏分离正庚烷（A）与正辛烷（B）。已知相对挥发度α=2.16，原料液浓度Zf=0.35（正庚烷的摩尔分率，下同），塔顶产品浓度xD=0.94，加料热状态q=1.05，馏出产品的采出率D/F=0.34。在确定回流比时，取R/Rmin=1.40。设泡点回流。试写出精馏段与提馏段操作线方程。

解：1）计算Rmin和R平衡线方程；y*??x/[1?（??1）x]?2.16x（/1?1.16x）q线方程：y?qx（/q?1）?zf（/q?1）?1.05x/0.05?0.35/0.05?21x?7二线交点：xe?0.3594Rmin?ye?0.5476xD?ye0.94?0.5476??2.085ye?xe0.5476?0.3594

R?1.40Rmin?1.40?2.085?2.922）精馏段操作线方程：L??L?qF?R（D/F）F?qF?（[R（D/F）?q]FV??V?（1?q）F?（R?1）（D/F）F?（1?q）F?（[R?1）（D/F）?（1?q）]F又FZf?Dx0?WxW即Zf?（D/F）xD?（W/F）xW?WxW?0.0304F

提馏段操作线方程：y?（L?/V?）x?（W/V?）xW?

[R（D/F）?q]F0.0304x?（[R?1）（D/F）?（1?q）]F（R?1）（D/F）?（1?q）2.92?0.34?1.050.0304?x?(2.92?1)?0.34?(1?1.05)(2.92?1)?0.34?(1?1.05) ?1.477x?0.0220

且xW?0.0304（F/W）?0.0304（/1?D/F）?0.0304（/1?0.34）?0.0463、（15分）如图所示的某液体输送系统，被输送液体的黏度为8.488mpa.s，密度为1200kg/m3，流量为30m3/h，塔内压力为196kpa（表压）。泵的吸入管路管长为5m，泵出口到塔进口间管长25m，管径为?108mm?4mm，塔前截止阀半开(le/d=475)，设泵的效率为70%，试求此管路系统输送水所需要的外加机械能和泵的轴功率？900弯头的le/d=35，ε/d取0.00005。

解：由题意知：μ＝100mpa.s＝0.1pa.s，ρ＝1200kg/m3，吸入管路管长l1＝5m，排出管路管长l2＝25m，管径d＝(108－4×2)/1000＝0.1m

q30u?v??1.061m/s23A3600???0.1/4由qv＝30m/h，得管路中流体得流速 在1－1和2－2截面间列伯努利方程

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1212pp gz1＋u1＋1＋We＝gz2＋u2＋2＋∑hf

22??其中：

z1＝0m，z2＝15m，p1＝0kpa(表压)，p2＝196kpa(表压)，u1≈u2≈0。

du?0.1?1.061?1200Re???1.5?104?2000?3?8.488?10∵ u＝1.061m/s， ∴

流动状态为湍流， 查摩擦因素图得λ＝0.017。

由题意知：整个管路含有3个900弯头，1个半开截止阀，1个管路入口，1个管路出口。

??l?u2le?????????hf?????d???d?2??1.0612?5?25??35?3?475??0.5?1.0???9.265J/kg ∴ ??0.017??2?0.1???

22u?u1p2?p1We?g(z2?z1)?2???hf2?196?1000?9.81?15??9.265?319.748J/kg1200 ∴

.48W ∴ Pe?Weqm?Weqv??319.748?30?1200/3600?3197 ∴

P?Pe3197.48?4567.83W??0.7

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