化学基础工程习题与答案.doc 63页

'化学工程基础习题及答案详解 第一章流体流动与输送一、选择题（每题2分）1、某物体的质量为1000kg，则其重量为（）。B（A）1000N（B）9810N（C）9810kgf（D）1000/9.81kgf2、离心泵的压头流量的关系为（）。C（A）增大，增大（B）增大，先增大后减小（C）增大，减小（D）增大，先减小后增大3、如图所示，若液面恒定，忽略流动阻力损失，则放水管的出口速度与（）有关。A（A）（B）、（C）（D）4、用标准孔板流量计测量管中的流量，采用如图所示三种装置，两测压孔距离相等，，各管流速相等。其读数分别为，，。则（）。（流体皆为水，指示液皆为汞）D（A）（B）（C）（D）（E）5、图示所表示的值大小反映（）。A（A）Ａ、Ｂ两截面间压差值（B）Ａ－Ｂ截面间流动压降损失（C）Ａ、Ｂ两截面间动压头变化（D）突然扩大或缩小流动损失。 6、一敞口容器，底部有一出水管（如图示）。容器内水面保持恒定,管内水流动的速度头为0.5m水柱。水由容器流入管内，则2点的表压=（）水柱。C（A）1.5m（B）1.0m（C）0.75m（D）0.5m7、如图所示，用U形压差计与管道A、B两点相连。已知各图中管径、A、B间的管长L及管道中流体流量均相同，管内流体均为20℃水，指示液均为汞，则（）。B（A），（B）（C）（D）8、如图表明，管中的水处于（C）。（A）静止（B）向上流动（C）向下流动（D）不一定9、层流与湍流的本质区别是（）。D（A）湍流流速>层流流速（B）流道截面大的为湍流，截面小的为层流（C）层流的雷诺数<湍流的雷诺数 （D）层流无径向脉动，而湍流有径向脉动10、如图，若水槽液位不变，在阀门打开后，①、②、③点的流体总机械能的关系为（B）。（A）①=②=③（B）①=②>③（C）①>②=③（D）不能肯定11、一个工程大气压等于（）Pa；（）kgf/cm2。B、G（A）1.013×105（B）9.81×104（C）760（D）735.6（E）10.33（F）10（G）112、如图所示，连接A、B两截面间的压差计的读数表示了（）的大小。C（A）A、B间的压头损失（B）A、B间的压强差（C）A、B间的压头损失及动压头差之和（D）A、B间的动压头差13、转子流量计的主要特点是（）。（从流道截面与压差改变考虑）C（A）恒截面、恒压差（B）变截面、变压差（C）恒流速、恒压差（D）变流速、恒压差14下图中高位槽液面保持恒定，液体以一定流量流经管路，ab与cd两段长度相等,管径与管壁粗糙度相同，则U形压差计读数（）。B（A）（B）（C）（D）不一定 15、图示为一异径管段，A、B两截面积之比小于0.5，从A段流向B段，测得U形压差计的读数为，从B段流向A段测得U形压差计读数为，若两种情况下的水流量相同，则（）。（只取绝对值）C（A）（B）（C）（D）不能判定16、一敞口容器，底部有一进水管（如图示）。容器内水面保持恒定,管内水流动的速度头为0.5m水柱。水由水管进入容器，则2点的表压（）水柱。B（A）2.0m（B）1.5m（C）1.0m（D）0.75m17、在完全湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数数值（）。C（A）与光滑管一样（B）只取决于Re（C）只取决于相对粗糙度（D）与粗糙度无关18、如图，U形压差计测得（）。A（A）A、B间的阻力损失（B）A、B间的压强差 （C）A、B间的位头差加阻力损失（D）A、B间位头差19、如图示,空气以相同的流速分别通过水平放置和垂直放置的两根等径直管。已知，，U形压差计指示液相同。则（）。C（A）（B）（C）（D）20、下图中高位槽液面保持恒定，液体以一定流量流经管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同，则ab与cd两段静压差（）。C（A）（B）（C）（D）不一定21、用离心泵将水池的水抽吸到水塔中，若离心泵在正常操作范围内工作，开大出口阀门将导致（）。A（A）送水量增加，整个管路阻力损失减少（B）送水量增加，整个管路阻力损失增大（C）送水量增加，泵的轴功率不变（D）送水量增加，泵的轴功率下降22、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后以下能量的增加值（）。B（A）包括内能在内的总能量（B）机械能（C）压能（D）位能（即实际的升扬高度）23、已知流体经过泵后，压力增大N/m2，则单位重量流体压能的增加为（）。C（A）（B）（C）（D）24、离心泵的下列部件是用来将动能转变为压能（）。C（A）泵壳和叶轮（B）叶轮（C）泵壳（D）叶轮和导轮25、离心泵停车时要（）。A（A）先关出口阀后断电（B）先断电后关出口阀（C）先关出口阀先断电均可 （D）单级式的先断电，多级式的先关出口阀26、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生（）。A（A）气缚现象（B）汽蚀现象（C）汽化现象（D）气浮现象27、离心泵最常用的调节方法是（）。B（A）改变吸入管路中阀门开度（B）改变压出管路中阀门的开度（C）安置回流支路，改变循环量的大小（D）车削离心泵的叶轮28、当离心泵内充满空气时，将发生气缚现象，这是因为（）。B（A）气体的黏度太小（B）气体的密度太小（C）气体比液体更容易起漩涡（D）气体破坏了液体的连续性29、离心泵漏入大量空气后将发生（）。B（A）汽化现象（B）气缚现象（C）汽蚀现象（D）气浮现象30、如图所示，理想流体作定态流动时，若将出口管径减小，而其它条件不变，则其流量（）。C（A）增大（B）不变（C）减小（D）无法确定31、流量为的流体从套管环隙（套管外管内径为50，内管外径为，管壁厚为2.5）中流过，流体的流速为（）。C（A）20.5m/s（B）14.2m/s（C）6.8m/s（D）31.8m/s32、流体以湍流在圆管中流动，管长、管径不变，摩擦阻力系数也近似认为不变，若流速增加一倍，则直管阻力，为原来的（）。D（A）0.25（B）0.5（C）2倍（D）4倍33、层流时，管中流体的平均流速为最大流速的（）。A（A）0.5倍（B）0.6倍（C）0.7倍（D）0.8倍34、湍流时，管中流体的平均流速约为最大流速的（）。D（A）0.5倍（B）0.6倍（C）0.7倍（D）0.8倍35、某地大气压为101.3kPa，该地某设备内的绝对压强为81.3kPa，则设备内的真空度为（）。A（A）20kPa（B）25kPa（C）30kPa（D）35kPa36、流体在圆形直管内作定态流动，雷诺准数Re＝1500，则其摩擦系数应为（）。B（A）0.032（B）0.0427（C）0.0267（D）无法确定37、管路由直径为57×3.5mm的细管，逐渐扩大到108×4mm的粗管，若流体在细管内的流速为4m/s。则在粗管内的流速为（）。B（A）2m/s（B）1m/s（C）0.5m/s（D）0.25m/s38、在阻力平方区内，摩擦系数λ（）。C （A）为常数，与Re，ε/d均无关（B）随Re值加大而减小（C）与Re值无关，是ε/d的函数（D）是Re值与ε/d的函数39、通常流体粘度随温度变化的规律为（）。C（A）温度升高，粘度减小（B）温度升高，粘度增大（C）对液体温度升高，粘度减小，对气体则相反（D）对液体温度升高，粘度增大，对气体则相反40、流体在长为3m、高为2m的矩形管道内流动，则该矩形管道的当量直径为()。C（A）1.2m（B）0.6m（C）2.4m（D）4.8m41、离心泵的效率和流量Q的关系为（）。B（A）Q增大，增大（B）Q增大，先增大后减小（C）Q增大，减小（D）Q增大，先减小后增大42、离心泵的轴功率N和流量Q的关系为（）。A（A）Q增大，N增大（B）Q增大，N先增大后减小（C）Q增大，N减小（D）Q增大，N先减小后增大43、流体在圆形直管中流动时，若其已进入阻力平方区，则摩擦系数λ与雷诺数Re的关系为（）。C（A）Re增加，λ增大（B）Re增加，λ减小（C）Re增加，λ基本上不变（D）Re增加，λ先增加大后减小44、今确知流体在不等径串联管路中的最大管径段刚达到湍流，请判断在其他较小管径段中流体流动的型态（）。A（A）湍流（B）层流（C）过渡流（D）无法判断45、实际流体在等温条件下，流经一直径均等的水平管路，在流动过程中因流体阻力造成的机械能损耗主要表现为（）。A（A）压强能减小（B）动能减小（C）位能减小（D）三者兼而有之46、流体静力学方程适用于（）。B（A）任何场合下的同一种流体（B）同一种连续的静止流体（C）连续流动的流体（D）不同种类连续的静止流体47、在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是（）D（A）同一种流体内部（B）连通着的两种流体（C）同一种连续流体（D）同一水平面上，同一种连续的流体48、流体在圆形直管中作滞流流动时，其直管阻力损失与流速的关系为（）。B（A）与u2成正比（B）与u成正比（C）与u1.75成正比（D）与u0.55成正比49、4℃水在SI制中密度为（）；重度为（）；在工程单位制中密度为（）；重度为（）。B；D；C；A（A）1000kgf/m3（B）1000kg/m3（C）102kgf·s2/m4（D）9810N/m350、下图中高位槽液面保持恒定,液体以一定流量流经管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同，则液体通过ab与cd段能量损失（）。B（A）（B）（C）（D）无法判断 51、下图中高位槽液面保持恒定，液体以一定流量流经管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同，则R1值表示（）。C（A）ab段的压差值（B）ab段位能变化（C）ab段流动能量损失（D）ab段压差值及流动能量损失二、填空题：1、当计算流体由粗管进入细管的流动局部阻力时，其公式中的流速应该用管中的速度。细2、牛顿粘性定律的数学表达式为，牛顿粘性定律适用于型流体。；牛顿3、稳定流动中，点流速只与有关，而不稳定流动中，点流速除与有关外，还与有关。位置；位置；时间4、列柏努利方程时选取的截面必须具备的条件是，，。按流动方向选取上下游截面；与流动方向垂直；已知条件充分，未知条件可通过其它条件求得5、边长为0.4m的正方形通风管道，其润湿周边长为，当量直径为_。1.6m；0.4m6、实际流体在管道内流动时产生阻力的主要原因是。流体具有粘性7、通常指边界层的范围是。流速在0～0.99us8、流体流动的连续性方程是；适用于圆形直管内不可压缩流体流动的连续性方程是。；9、流体在一段圆形水平直管中流动，测得平均流速为0.5m/s，压强降为10Pa，Re为1000，问管中心处点速度为m/s，若平均流速增加为1m/s，则压强降为Pa。1；2010、如图所示，液体在等径倾斜管中稳定流动，则阀的局部阻力系数ζ与压差计读数R的关系式为。 11、如附图所示,容器中盛有油（ρ=800kg/m3）。油上界面a2以上是空气。U形管中指示液为水（ρ=1000kg/m3），a1，a2，a3在同一水平面上，b1，b2，b3点也在同一高度上，h1=100mm，h2=200mm，则各点的表压Pa1＝，Pa2＝，Pb1＝，Pb2＝，Pb3＝。h3值为。(表压值以mm水柱表示)0；100mmH2O；300mmH2O；300mmH2O；340mmH2O；200mm12、流体动力黏度（简称为黏度）μ的SI单位为。13、流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的倍。214、米糠油在管中作层流流动，若流量不变，μ、L不变，管径增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的。1/1615、米糠油在管中作层流流动，若流量不变,管径不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的倍。216、流体机械能衡算式如衡算基准以J/kg表示,则该方程可表示为（无外加机械能）。17、层流时,管内平均流速是最大流速的；湍流时，管内平均流速约是最大流速的。一半；0.81718、如图所示系统，其大管内径d1=45mm，液体在管内流速为0.5m/s，小管内径d2=19mm，从1-1到2-2断面的阻力损失为15J/kg，则2-2断面处的流速为m/s，是根据方程而得。2.8；连续性方程 19、空气在内径一定的圆管中稳定流动，若气体质量流量一定，当气体温度升高时，Re值将。减小20、的流体称为理想流体。无粘性、流动时没有阻力损失21、离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生现象。气蚀22、离心泵的流量常用调节。泵后阀23、离心泵的允许吸上真空高度的数值于允许的安装高度的数值（大，小）。大24、用离心泵将一个低位敞口水池中的水送至敞口高位水槽中，如果改为输送ρ=1100kg/m3但其他物性与水相同的溶液，则流量，扬程，功率。（增大，不变，减小，不能确定）不变；不变；增大25、若被输送的流体粘度增高，则离心泵的扬程，流量，效率，轴功率。减小；减小；下降；增大26、流体在由25×2.5mm及57×3.5mm钢管组成的套管换热器环隙中流动，其当量直径为。25mm27、当理想流体在水平变径管路中作连续定态流动时，在管路直径缩小处，其静压强将，而流速将（增大或减小）。减小；增大28、某设备的真空表读数为500mmHg，设备外环境大气压强为640mmHg，则它的绝对压强为Pa。1.866×10429、在定态流动系统中，水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的2倍。则细管内水的流速为粗管内流速的倍。430、流体在圆管内流动时的摩擦阻力可分为和两种。直管阻力；局部阻力31、流体在管内作湍流流动时(不是阻力平方区)其摩擦系数λ随和而变。雷诺准数Re；相对粗糙度ε32、流体在圆形管道中作层流流动，如果将管径增加一倍而流量不变，则阻力损失变为原来的倍。33、流体在圆形管道中作层流流动，如果只将管径增加一倍，流速不变，则阻力损失为原来的倍。0.2534、离心泵的泵壳制成蜗壳状，其作用是。将部分动能转换为静压能35、离心泵启动前需要先向泵内充满被输送的液体，否则将可能发生现象。气缚36、某设备的表压强为100kPa，则它的绝对压强为kPa；另一设备的真空度为400mmHg，则它的绝对压强为（当地大气压为101.33kPa）201.33；360mmHg37、流体在圆形直管内作层流流动时，摩擦系数与Re的关系是。38、当密度ρ＝1000kg/m3，粘度μ=1厘泊的水，在内径为d=100mm的管中以流速为1m/s流动时，其雷诺准数等于______，其流动类型为____。105；；湍流39、圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg/s,其体积流量为，平均流速为。0.0157m3/s；2.0m/s40、当20℃的甘油（ρ=1261kg/m3，μ=1499厘泊）在内径为100mm的管内流动时,若流速为1.0m/s时，其雷诺准数Re为，其摩擦阻力系数λ为。84.1；0.76141、理想流体在变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力。减少42、液体的粘度随温度升高而，气体的粘度随温度的升高而。减小；增大43、离心泵的压头（又称扬程）是指。泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量44、常温下水的密度为1000kg/m3，粘度为1cp，在的管内以3m/s的速度流动，其流动类型为。湍流45、流体在圆形直管内作滞流（层流）流动时，其速度分布呈形曲线，中心最大速度为平均速度的倍。抛物线；246、边长为a的正方形管道，其当量直径de为。a47、在静止的同一种连续流体的内部，各截面上能与能之和为常数。位；静压 48、流体在管内作湍流流动时，雷诺准数越大，则层流底层的厚度。越薄49、长方形的长为2a，宽为a，其当量直径为。50、单位体积流体所具有的称为流体的密度。质量51、圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg/s,其体积流量为，平均流速为。0.0157m3/s；2.0m/s52、当20℃的甘油（ρ=1261kg/m3，μ=1499厘泊）在内径为100mm的管内流动时,若流速为1.0m/s时,其雷诺准数Re为,其摩擦阻力系数λ为。84.1；0.76153、某长方形截面的通风管道,其截面尺寸为30×20mm，其当量直径de为。24mm54、管出口的局部阻力系数等于,管入口的局部阻力系数等于。1.0；0.555、流体体积流量一定时，有效截面扩大，则流速，动压头，静压头。减少；减少；增加56、如图所示，在充满空气的具有不同压力的两密闭容器A和B的上、下两侧，各连接管径和高度均不相等的压差计，各连接导管内充满空气，压差计内指示液为水，则当用下方压差计读数表示时，，当用上方压差计读数表示时，，R与H值之间关系为。；；R=H57、100kgf·s2/m4=____kg/m3；6.0mH2O=Pa。981；58、用内径为f114´4mm的水管输送20℃的清水，其流量为12m3/h，则管内水的流速为m/s；若水的粘度μ=1.005×10-3Pa·s，则水的流动类型为。0.38；湍流59、20℃的水在f114´4mm的钢管内流动，流速为2m/s，密度为998.2kg/m3，粘度为1.005cp，则雷诺数Re=，流动类型为。；湍流60、流体机械能衡算式若衡算基准为J/m3则可表示为。（无外加机械能）三、简答题：1、（3分）质量流量、体积流量与流速u三者之间的关系如何？答：三者之间可以用一个公式表示为：2、（3分）何谓定态流动？答：在流动过程中，若系统的参变量不随时间改变仅随所在空间位置而变的流动称为定态流动。3、什么是理想流体？答：不具有粘性，流动时没有能量损失的流体称为理想流体。 4、（4分）应用柏努利方程式时，衡算系统的上、下游截面的选取原则是什么？答：选取原则为：①两截面一定要与流动方向相垂直；（1分）②流体必须充满两个截面间的空间；（1分）③所选的截面上各物理量除待求的外，必须是已知或可以算出的；（1分）④计算输送机械有效功时，两个截面应选在输送机械的两侧范围内；（1分）5、（3分）如何判断一流体的流动类型?Re≤2000的流动称为层流流动，Re＞4000的流动称为湍流流动6、（3分）层流与湍流是如何定义的？Re≤2000的流动称为层流流动，Re＞4000的流动称为湍流流动7、（3分）简述层流与湍流的区别。流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的漩涡。8、（3分）启动离心泵前及停泵前应做哪些工作?启动离心泵前应灌泵、关闭泵的出口阀门，停泵前也应关闭泵的出口阀门。9、启动离心泵前为什么要灌泵？为了防止气缚现象发生。10、启动离心泵前为什么要关闭泵的出口阀门？为了减小启动电流，以保护电机。11、停泵前为什么要关闭泵的出口阀门？防止高压液体倒流，对泵造成损害。12、（2分）启动离心泵前如果不灌泵会发生什么现象？会发生气缚现象。13、（2分）若离心泵的实际安装高度大于允许安装高度会发生什么现象？会发生气蚀现象。四、名词解释：1、稳定流动流动系统中各截面上的流速、压强、密度等各有关物理量仅随位置变化不随时间变化。2、不稳定流动流动系统中各截面上的流速、密度、压强等随位置及时间而变。3、流动边界层流体流过壁面时，如果流体润湿壁面，则必然形成速度梯度很大的流体层叫流动边界层。4、当量长度把流体流过某一管件或阀门的局部阻力折算成相当于流过一段与它直径相同、长度为的直管阻力。所折算的直管长度称为该管件或阀门的当量长度。5、黏性运动流体内部产生的阻碍流体向前运动的特性。6、绝压以绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强。7、表压表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强。8、真空度真空度等于大气压强减去绝对压强。9、相对粗糙度 ε/d—相对粗糙度。10、边界层分离流体在一定条件下脱离壁面的现象叫边界层的分离。11、压头流体输送设备为单位重量流体所提供的能量。12、轴功率电机为泵轴所提供的功率。13、气缚现象因为泵中存在气体而导致吸不上液体的现象。14、允许吸上真空度泵吸入口允许的最低真空度。15、气蚀现象泵入口的压力低于所输送液体同温度的饱和蒸汽压力，液体汽化，产生对泵损害或吸不上液体。五、判断题：1、某物体的质量为1000kg，则其重量为9810N。（）√2、一敞口容器，底部有一出水管（如图示）。容器内水面保持恒定，管内水流动的速度头为0.5m水柱。水由容器流入管内，则2点的表压p2=0.75m水柱。（）√3、层流与湍流的本质区别是湍流流速>层流流速。（）×4、一个工程大气压等于1.013×105Pa。（）×5、流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的2倍。（）√6、流体在一段圆形水平直管中流动，测得平均流速为0.5m/s，Re为1000，则管中心处点速度为1m/s。（）√六、计算题：1、（本题20分）用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为38.4t/h。池及槽皆敞口。高位槽中液面比池中液面高20m，管路总长（包括局部阻力）430m，进出口阻力不计。管径为φ108´4mm，油的粘度为3430cp，密度为960kg/m3,泵的效率为50%，求泵的实际功率。解：以贮油池液面为上游截面，以高位槽液面为下游截面，并以为基准水平面，列柏努利方程：式中：，，，上式简化为--------------------4分管路中流速--------------------2分 ∵∴流动为层流-------2分∴--------------2分∴--------------4分∴--------------2分--------------4分2、（本题20分）用离心泵经φ57×3.5mm的钢管，将敞口贮槽内的有机溶液（密度为800kg/m3,粘度为20cp）输送到反应器中。设贮槽内的液面离反应器内的液面高度保持16m，见附图。已知钢管总长度（包括局部阻力当量长度）为25m，反应器内的压力恒定为4kgf/cm2（表压），有机溶液输送量为6m3/h，泵的效率为60%，试确定泵的轴功率。解：以贮槽液面为上游截面，以反应器液面为下游截面，并以为基准水平面，列柏努利方程：式中：，，，，上式简化为--------------------4分管路中流速--------------------2分∵∴流动为层流-------2分∴--------------2分 ∴--------------4分∴--------2分--------------4分3、（本题20分）以离心泵把水由储罐A输至储罐B，B内液位比A内液位高1.2m，管子内径80mm，pA=-0.2kgf/cm2，pB=0.25kgf/cm2（均为表压），１min输送500kg水。AB间管线总长5m（包括局部阻力），摩擦系数为0.02，轴功率0.77kw，求泵的效率。解：以储罐A液面为截面，以储罐B液面为截面，以截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程，得：式中：，，，，----4分因为，所以管内流速-----3分∴------------------5分----3分--------5分4、（本题20分）用轴功率为0.55kW的离心泵，将敞口储槽中的液体输送至表压为90kPa的密闭高位槽中。已知液体的流量为4m3/h，密度为1200kg/m3、粘度为Pa·s；输送管路的内径为32mm，管路总长度为50m（包括管件、阀门等当量长度）；两槽液位维持恒定的高度差15m。试计算该离心泵的效率。（层流时，湍流时）解：选敞口储槽液面为1-1，截面，高位槽液面为2-2，截面，并以截面1-1，为基准水平面，在两截面间列柏努利方程，得：即其中m，，--------4分 管路中流速m/s--------2分∴流动为湍流--------2分∴--------2分--------4分--------2分--------4分5、（本题12分）用泵将出水池中常温的水送至吸收塔顶部，水面维持恒定，各部分相对位置如图所示。输水管为φ76×3mm钢管，排水管出口与喷头连接处的压强为6.15×104Pa（表压），送水量为34.5m3/h，水流经全部管道（不包括喷头）的能量损失为160J/kg。水的密度取1000kg/m3。求：（1）水在管内的流速（2）泵的有效功率（kw）解：（1）m/s----------------2分（2）取水池液面为截面，且定为基准水平面，取排水管出口与喷头连接处为截面，如图所示，在两截面间列柏努利方程，得： 式中：，，，，，，-------------4分代入柏努利方程，得-----------------2分----------------1分而w---------------3分6、（本题20分）用离心泵将贮水池中的水送到高位槽中水池液面与高位槽液面间的垂直距离为35m，定态流动。输水管直径为φ165×4.5mm，管路中直管总长为1300m，所有局部阻力的当量长度为50m。若泵的流量为100m3/h，泵的效率为65%，摩擦系数λ可取为0.02，水的密度取1000kg/m3。求：泵的轴功率N（kw）。解：（1）取水池液面为1-1’截面，且定为基准水平面。取高位槽液面为2-2’截面，如图所示，在两截面间列出柏努利方程，得： 式中：，，，（表压）---------------5分管路中流速----------------2分J/kg--------------5分----------------2分----------------2分kw----------------4分7、（本题20分）用离心泵将水从江中送到高位槽中，水的流量为34m3/h，槽中水面高出江面50m，管路长度（包括局部阻力的当量长度）为100m。若输水管内径为100mm，管路的摩擦系数为0.028，水的密度为998kg/m3。试求：（1）离心泵的扬程H至少是多少？（2）若离心泵的效率为70%，则轴功率为多少？解：（1）以江面为1-截面且定为基准水平面，高位槽水面为2-截面，在两截面间列柏努利方程，得：式中：，，，（表压），上式简化为-------------------5分管中水的流速----------2分-------------------5分∴既扬程至少应为。------------2分 （2）------4分-----------2分8、（本题20分）如图所示，水从槽底部沿内径为100mm的管子流出，槽中水位稳定。阀门关闭时测得R=50cm，h=1.8m。求：⑴阀门全开时的流量⑵阀门全开时B处的表压阀全开时Le/d=15，入管口及出管口的阻力系数分别为0.5及1.0，设摩擦系数λ=0.018，汞的密度为13600kg/m3。解：阀关时---------------------4分（1）阀全开时，以管中心线所在水平面为基准水平面，在A-A和C-C间列柏努利方程：式中：---4分-------3分所以解得：-----------------------------------------------1分---------------1分（2）在A-A和B-B截面间列柏努利方程：式中：----3分-----------------3分 解得：----------------------1分9、（本题20分）如图示常温水由高位槽以1.5m/s流速流向低位槽，管路中装有孔板流量计和一个截止阀,已知管道为φ57´3.5mm的钢管，直管与局部阻力的当量长度（不包括截止阀）总和为60m，截止阀在某一开度时的局部阻力系数ζ为7.5。设系统为稳定湍流，管路摩擦系数l为0.026。求：（1）水由高位槽流到低位槽总的能量损失为多大（不计进出口阻力损失）？（2）管路中的质量流量及两槽液面的位差△Z；（3）阀门前后的压强差。注：汞的密度为13600kg/m3。解：（1）------------5分（2）------3分以2-2所在平面为基准水平面，在1-1、2-2间列柏努利方程，得：其中：=43.5375------------------------4分所以：----------------------2分（3）因阀水平放置，所以阀前后的压力差---------3分又∵∴8.438´103=(13.6-1)´103´9.81R2解得R2=0.06826m-----3分10、（本题20分）将密度为850kg/m3的油品，从贮槽A放至B槽，两槽液面均与大气相通。两槽间联接管长为1000m（包括直管长度和所有局部阻力的当量长度），管子直径为0.20m，两贮槽液面位差为6m，油的粘度为0.1Pa·s。求此管路系统的输油量为多少m3/h？假设为定态流动，流程见附图。 解：取A槽液面为1-1截面，B槽液面为2-2截面，且定为基准水平面，如图示，在两截面间列出柏努利方程：-----------4分式中：上式可化为：①式--------------------4分设油品流动为滞流，则②式--------------4分将②式代入①式中，可得：解得：---------2分所以流动为滞流，假设正确-------------------2分 --------4分11、（本题18分）利用虹吸管将池中温度为90℃热水引出，两容器水面的垂直距离为2m，管段AB长5m，管段BC长10m（都包括局部阻力的当量长度），管路直径为20mm，直管阻力系数为0.02。若要保证管路不发生汽化现象，管路顶点的最大安装高度为多少？已知90℃热水的饱和蒸汽压为7.01´104Pa。解：如图所示，设水在虹吸管中的流速为u，在1-1和2-2之间列柏努利方程得：式中，，，----------------------4分∴即解得----2分在截面1-1和截面B-B之间列柏努利方程，得：式中：，，，，-------------------------4分-------------------------4分------------------------2分12、（本题20分）如图、水通过倾斜变径管路（A~B）DA=100mm，DB=240mm，水流量为2m3/min。在截面A与B处接一U形水银压差计，其读数R=20mm，两点间的垂直距离为h=0.3m，试求：①A、B两点的压差是多少Pa？②A、B管段阻力损失为多少mmHg?③若管路水平放置而流量不变，U形水银压差计读数及两点压差有什么变化？ ①--4分②在A与B两个截面间列柏努利方程：式中：----------4分----------3分-----------3分代入可求出阻力损失----------------------3分③当管路水平放置时，不变，而=0，所以应减小。---------------------3分13、（本题15分）如图1所示，用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定其上方压强为101.33kPa。蒸发器上部的蒸发室内操作压强为200mmHg（真空度）。蒸发器进料口高于贮槽的液面15m，输送管道的直径为φ68×4mm，送料量为20m3/h，溶液流经全部管道的能量损失为120J/kg。若泵的效率为0.65，求泵的轴功率。 图1解：以贮槽的液面为截面且定为基准水平面，管路出口内侧为截面，列柏努利方程得：-------------4分式中：，，，，，，---4分∴2分泵的有效功率-------------3分泵的轴功率-------------2分14、（本题12分）水在水平管内流动，截面1处管内径d1为0.2m，截面2处管内径d2为0.1m。现测得水在某流量下截面1、2处产生的水柱高度差为0.20m，若忽略水由1至2处的阻力损失，试求水的流量m3/h。解：在1、2两截面间列柏努利方程：-------4分因为是水平管，所以，所以--------2分所以------------2分------------2分 -------------2分15、（本题12分）水从喷嘴口1－1截面垂直向上喷射至大气。设在大气中流束截面保持圆形。已知喷嘴内直径，现要求在高于喷嘴出口5m处水流的直径为的1.2倍，试计算出喷嘴口的水流速。忽略阻力。解：令高于喷嘴出口5m处水流截面为2－2截面，在1－1、2—2截面间间列柏努利方程得：式中：、、---------------4分∵，∴-----------4分∴∴---------------4分16、（本题16分）某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一敞口搅拌反应槽B中,输液管规格为φ38×2.5mm，已知料液在管中的流速为um/s，系统的阻力损失可按Σhf=20.6u2/2J/kg计算。因扩大生产，须再建一套同样的系统,所用输液管直径不变，而要求的输液量须增加30%，问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统增高多少？ 解：原系统中，以反应槽液面为基准水平面，在高位槽液面与反应槽液面间列柏努利方程：--------------4分式中：，，，，，（u为管道中料液的流速），所以既----------------4分解得：----------------2分新系统中，同样列柏努利方程得：所以---------------------4分增高为-----------------------2分17、（本题20分）如图输水系统，已知管路总长（包括所有局部阻力当量长度）为100m，其中从压力表到管路出口的总长度80m（包括所有局部阻力当量长度），管路摩擦系数λ=0.025，管内径0.05m,水的密度=1000Kg/m3，泵的效率为0.8，输水10m3/h求：①泵的轴功率?②压力表的读数是多少Kgf/cm2?①在1-1、2-2间列柏努利方程得：-----------------5分而，，=246.24J/kg-----------------------------------------------3分-------------------------------------------2分 ------------------------------------------3分②在3-3、2-2间列柏努利方程，得：，------------------------------------5分求得：P1=215.35kPa=2.198kgf/cm2-------------------------------------2分18、（本题12分）40℃水由高位槽经异径收缩管向下流动，40℃水的密度为992kg/m3，饱和蒸汽压pv=7.38kPa，当地大气压为97kPa。现拟d0取135mm，试问：当不计阻力损失，水在流经收缩管时会不会汽化？解：设出口处水的流速为，收缩管管径最小处流速为。因不计阻力损失，所以在高位槽液面至出口截面间列柏努利方程并化简得：，即-----------------------5分由连续性方程可得--------3分由水槽液面至收缩管处列柏努利方程得：式中，，（绝压），，∴解得：-----------------------3分因，故收缩管处不会发生水汽化。----------------------1分第二章传热一、选择题： 1、在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为（）。C（A）传导和对流（B）传导和辐射（C）对流和辐射2、棉花保温性能好，主要是因为（）。C（A）棉纤维素导热率小（B）棉花中含有相当数量的油脂（C）棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到阻碍（D）棉花白色，因而黑度小3、稳定传热是指（）。B（A）传热系统中各点的温度不随位置和时间而变（B）传热系统中各点的温度仅随位置变，而不随时间变（C）传热系统中各点的温度不随位置变而随时间变（D）传热系统中各点的温度随位置和时间而变4、判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的（）。C（A）通过一定传热面的传热速率不随时间变化，为一定值（B）系统中任一点的温度维持恒定（C）总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各传热面的传热速率之和（D）系统中任一传热面上的热通量在过程中不变5、物质导热系数的顺序是（）。A（A）金属>一般固体>液体>气体（B）金属>液体>一般固体>气体（C）金属>气体>液体>一般固体（D）金属>液体>气体>一般固体6、空气、水、铁的导热系数分别是λ1、λ2和λ3，其大小顺序是（）。B（A）λ1>λ2>λ3（B）λ1<λ2<λ3（C）λ2>λ3>λ1（D）λ2<λ3<λ17、穿过三层平壁的稳定导热过程，已知各层温差为，，，则第一层热阻与第二、三层热阻的关系为（）。B（A）R1>(R2+R3)（B）R1=(R2+R3)（C）R1<(R2+R3)（D）不确定8、双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为和，其对应的温度差为和，若>，则和的关系为（）。A（A）<（B）>（C）=（D）无法确定9、已知某平壁外两层不等厚（b1(R2+R3)（B）R1<(R2+R3)（C）R1=(R2+R3)（D）无法比较 11、多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻（）。A（A）成正比（B）成反比（C）没关系12、在对流传热过程中，对流传热的热阻主要集中在（）。D（A）湍流主体（B）过渡层（C）相界面（D）层流内层13、对流体热速率=系数×推动力，其中推动力是（）。B（A）两流体的温度差（B）流体与壁面（或反之）间的温度差（C）同一流体的温度差（D）流体的速度差14、在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否正确（）。A甲、传热管的壁温将接近加热蒸汽温度；乙、换热器总传热系数K将接近空气侧的对流给热系数。（A）甲乙均对（B）甲乙均不对（C）甲对，乙不对（D）乙对，甲不对15、套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸气，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时，空气出口温度（）。B（A）增大（B）减小（C）基本不变16、套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸气，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时，传热系数K应（）。A（A）增大（B）减小（C）基本不变17、套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸气，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时，壁温（）。B（A）增大（B）略有减小（C）基本不变18、在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，换热器最好（）放置。A（A）水平（B）垂直（C）管内（D）管外19、在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，冷却水应走（）。C（A）水平（B）垂直（C）管内（D）管外（A）20、对间壁两侧流体一侧恒温,另一侧变温的传热过程,逆流和并流时大小为（）。C（A）>（B）<（C）=（D）无法确定21、对间壁两侧流体均变温的传热过程，逆流和并流时大小为（）。A （A）>（B）<（C）=（D）无法确定22、传热速率公式中，的物理意义是（）。B（A）器壁内外壁面的温度差（B）器壁两侧流体对数平均温度差（C）流体进出口的温度差（D）器壁与流体的温度差23、有一套管换热器，在内管中空气从46℃被加热到50℃，环隙内有119.6℃的水蒸气冷凝，管壁温度接近（）。B（A）35℃（B）119.6℃（C）77.3℃24、壁阻和污垢热阻忽略不计时，要想有效提高传热过程的总传热系数K值，关键是（）。C（A）减小小的流体则的值（B）减小大的流体则的值（C）增大小的流体侧的值（D）增大大的流体侧的值25、管壁及污垢热阻可略,对薄管壁来说,当两流体对流体热系数相差悬殊时(如),为有效提高K值，关键在于（）。B（A）提高（B）提高（C）减小垢层热阻（D）提高管内流体流量26、对在蒸汽与空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的（）在工程上可行。A（A）提高空气流速（B）提高蒸汽流速（C）采用过热蒸汽以提高蒸汽温度（D）在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液27、对流传热系数的单位为（）。B（A）W/（m·K）（B）W/（m2·K）（C）W/（m·s）（D）W/（m2·s）28、导热系数λ的单位为（）。A（A）W/（m·K）（B）W/（m2·K）（C）W/（m·s）（D）W/（m2·s）29、在蒸汽冷凝传热中，不凝气体的存在对的影响是（）。A（A）不凝气体的存在会使大大降低（B）不凝气体的存在会使升高（C）不凝气体的存在对无影响30、一套管换热器，长10m，管间用饱和水蒸气作加热剂。一定流量下且做湍流流动的空气由内管流过，温度可升至指定温度。现将空气流量增加一倍，并近似认为加热面壁温不变，要使空气出口温度仍保持原指定温度，则套管换热器的长度应该（）。A（A）增长（B）缩短（C）不变（D）无法确定31、两流体可作严格逆流的换热器是（）。D（A）板翅式换热器（B）U型管式列管换热器（C）浮头式列管换热器（D）套管式换热器32、下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（）。C①空气流速为30m/s时的；②水的流速为1.5m/s时的；③蒸汽滴状冷凝时的；④水沸腾时的；（A）③>④>①>②（B）④>③>②>①（C）③>④>②>①（D）③>②>④>①33、传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（）。B（A）管避热阻（B）污垢热阻（C）管内对流传热热阻（D）管外对流传热热阻34、在常压水蒸气冷凝加热空气，空气平均温度为20℃，则壁温约为（）。B （A）20℃（B）100℃（C）60℃（D）49.7℃35、物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为（）。A（A）热传导（B）热传递（C）热辐射（D）热对流36、流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为（）。A（A）热对流（B）热传导（C）热辐射（D）热传递37、物质导热系数的顺序是（）。A（A）金属＞一般固体＞液体＞气体（B）金属＞液体＞一般固体＞气体（C）金属＞气体＞液体＞一般固体（D）金属＞液体＞气体＞一般固体38、在管壳式换热器中，饱和蒸气宜走管间，以便于（），且蒸气较洁净，它对清洗无要求。A（A）及时排除冷凝液（B）流速不太快（C）流通面积不太小（D）传热不过多39、在管壳式换热器中，有毒流体宜走管内，使（）。A（A）泄漏机会较少（B）流速很快（C）流通面积变小（D）传热增多40、在管壳式换热器中安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的（），使湍动程度加剧，以提高壳程对流传热系数。C（A）黏度（B）密度（C）流速（D）高度二、填空题：1、两流体在一套管换热器中换热，热流体温度由90℃降至60℃，冷流体温度由20℃升至50℃，若逆流操作，＝。40℃2、流体与固体壁面间的对流传热（给热）热阻主要是集中于。层流底层3、热损失是损失和损失之和。对流热；辐射热4、为减少圆形管导热损失，采用包覆两种保温材料a、b，若它们厚度相同，导热系数，则包覆的顺序从内到外依次为。b、a5、在管式间壁换热器中，以外表面为基准的传热系数K的计算式为，与之对应的传热量。；6、已知传热系数,在SI制中,；汽化潜热，，在工程单位制中。1453；5257、厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知，导热率。在稳定传热过程中，各层的热阻R1R2R3，各层导热速率Q1Q2Q3。>；>；=；=8、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道,当石棉泥受潮后,其保温效果应,主要原因是。下降；因水的导热率大于保温材料的导热率,受潮后,水占据一定的孔隙空间，使保温层材料导热率增大,保温效果降低9、蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放，这是因为。不凝气体和冷凝水；不凝气构成附加的气膜传热阻力，而冷凝水的积累减小换热面积10、根据有无热补偿或补偿方法不同，列管式热器的一般结构型式有、、。固定管板式；浮头式；U形管式11、两流体的间壁换热过程中计算式中，表示。冷流体或热流体进出口温度差。 12、对多层圆筒壁的热传导，通过各层的传热速率，热通量,沿圆筒壁的径向温度分布为线。相等；不相等；曲13、在传热实验中，用饱和水蒸气加热空气，总传热系数Ｋ接近于侧的对流传热系数，而壁温接近于侧流体的温度。空气；水蒸汽14、在稳态传热中，凡热阻大处其温差也。滴状冷凝的给热系数膜状冷凝给热系数。大；大于15、对流传热系数的定义式为。16、传热的基本方式有、和三种。热传导；热对流；热辐射17、在间壁式换热器中，间壁两边流体都变温时，两流体的流动方向有、、和四种。并流；逆流；错流、折流18、总传热系数的倒数代表，提高值的关键是。间壁两侧流体间传热的总热阻；设法减小起决定作用的分热阻19、在卧式管壳式换热器中，用饱和水蒸气加热原油，则原油宜走程，而总传热系数K接近于的对流传热系数。管；原油20、若间壁一侧流体的传热膜系数远远小于另一侧流体的传热膜系数，为了提高热流量，应着重考虑改善一侧的传热条件。21、用饱和蒸气加热某有机化合物时，逆流的平均温差应流时的平均温差。（=，>，<）=22、流体的湍流程度越大，则传热过程的传热膜系数越。大23、多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差。最大24、在卧式列管换热器中用饱和水蒸气冷凝加热原油，则水蒸汽宜在流动，传热壁面的温度接近于温度。壳程；水蒸汽25、对双层平壁的稳态导热过程，壁厚相同，各层的导热系数分别为和，其对应的温差分别为和，若>，则。<26、某化工厂，用河水在一间壁式换热器内冷凝有机蒸汽，经过一段时间运行后，发现换热器的传热效果明显下降，分析主要原因是。传热壁面上形成污垢，产生附加热阻，使K值下降27、蒸汽冷凝有和两种方式。滴状冷凝；膜状冷凝28、液体沸腾有和两种方式。泡核沸腾；膜状沸腾29、现有一换热器，原油在管外流动，进口温度为120°C，出口温度为160°C；机油在管内流动，进口温度为245°C，出口温度为175°C。则逆流时平均温度差约为。69°C30、水与苯通过间壁换热器进行换热。水从20℃升至30℃，苯由80℃降至40℃，则逆流时平均温度差为。32.7℃31、换热器在使用一段时间后，传热速率会下降很多，这往往是由于的缘故。传热管表面有污垢积存32、有一列管式热交换器，热流体进、出口温度分别为280℃和80℃，冷流体进、出口温度分别为40℃和190℃。对这种换热，必须采用操作方式进行，其传热平均温度差为。逆流；61.7℃33、当管壁及污垢热阻可忽略时，薄管壁求K公式可简化为：此时若 ，则有。。34、判断下列各组物性数值大小：l金属l液l气；m液m气>；>；>35、判断下列各组物性数值大小：r汽r液；r10℃r100℃（水蒸气汽化潜热）<；>36、现有一换热器，原油在管外流动，进口温度为120°C，出口温度为160°C；机油在管内流动，进口温度为245°C，出口温度为175°C。则并流时平均温度差=。52°C37、水与苯通过间壁换热器进行换热。水从20℃升至30℃，苯由80℃降至40℃，则并流时平均温度差为。27.9℃三、判断1、保温材料应采用导热系数小的材料制作。()对2、管壳式换热器的传热面积既是管子截面积，可按照来计算。()错3、在对流传热时，热阻主要集中在缓冲层。（）错4、导热系数λ，对流传热系数及总传热系数K都是表征物质性能的参数。（）错5、对于符合情况来说，若时,要提高K值时则主要用提高的值。（）对6、换热器应采用导热系数大的材料来制造。（）对7、管壳式换热器设计时，而饱和水蒸气冷凝时宜走壳程。（）对8、滴状冷凝比膜状冷凝效果好。（）对9、一般固体、液体和气体相比较，导热系数值的大小顺序为固体＞气体＞液体。（）错10、对流传热仅发生在液体中。（）错四、名词解释：1、导热若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（导热）。2、对流传热热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。热对流仅发生在流体之中，而且必然伴随有导热现象。3、辐射传热任何物体，只要其绝对温度不为零度（0K），都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量，同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能，当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时，该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。4、传热速率单位时间通过单位传热面积所传递的热量（W/m2）5、等温面温度场中将温度相同的点连起来，形成等温面。等温面不相交。五、简答题：1、（本题4分）何谓定态传热？有什么特点？答：在传热系统（如换热器）中温度分布不随时间而变的传热过程称为定态传热，（2分）它的特点是通过传热表面的传热速率为常量（2分）2、（本题4分）傅立叶定律的表达式如何？简述式中各项含义及单位。答：傅立叶定律的表达式为（2分） 式中：-----热传导速率，W------温度梯度，℃/mS-----等温表面的面积，m2λ-----比例系数，称为导热系数负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反（2分）3、（本题6分）对流传热系数的物理意义是什么？它的单位是什么？它与导热系数有何不同？答：由可知，对流传热系数表示在单位温度差下单位传热面积的对流传热速率，其单位为越大，表示地流传热越快。（4分）它与导热系数λ不同，它不是物性，而是受多种因素影响的一个参数。（2分）4、（本题3分）若热流体走管内，冷流体走管外，两流体通过间壁的传热包括那几个过程？答：包括以下三个过程：1热流体以对流传热方式将热量传给管内壁（1分）2热量由内壁面以热传导方式传给外壁面（1分）3热量由外壁面以对流传热的方式传给冷流体（1分）5、（本题4分）换热器为何应定期清洗？答：换热器运行一段时间后，传热壁面常有污垢积存，对传热产生附加热阻，使K值下降。通常污垢热阻较壁面热阻要大，因此在设计中必须考虑其影响，运行中的换热器应定期清洗。（4分）6、（本题5分）简述何谓强化传热？有哪三个主要途径？答：强化传热是指提高冷热流体间的传热速率。（2分）强化传热的三个主要途径是：（1）增大总传热系数K，这是强化传热的重点。（1分）（2）增大传热面积A（1分）（3）增大平均温度差（1分）7、（本题3分）蒸汽冷凝加热时，蒸汽中的不凝气体有何影响？答：不凝气体的存在会使蒸汽冷凝的传热系数大大降低，使传热效率下降。8、（本题3分）在套管式换热器中用饱和水蒸汽加热空气，若加大空气流量则总传热系数如何变化？为什么？答：加大空气流量会使总传热系数增大。（1分）因为流量增大，湍动程度增大，层流底层变薄，从而使热阻减小，总传热系数增大。（2分）9、（本题3分）对流传热与热对流的区别是什么？答：对流传热是冷、热流体在固体壁面两侧流动时，热量透过壁面进行传递的过程。而热对流是热量传递的一种基本方式，是热量由于流体质点的相对位移而进行传递。10、为什么内部孔隙多的材料保温效果好?（3分）因为大量的孔隙中包含着导热系数非常小的气体，且流动受到限制，对传热不利，从而起到了保温的作用五、计算题：1、（本题8分）将0.417kg/s、80℃的有机苯，通过一换热器冷却到40℃；冷却水初温为30℃，出口温度不超过35℃。假设热损失可略，已查出在平均温度下，硝基苯和水的比热容分别为1.6kJ/(kg℃)。求：（1）冷却水用量m3/h？（2）在（1）题中如将冷却水的流量增加到6m3/h，问此时冷却水的终温将是多少？解：（1）∵ ∴----4分（2）若则--------------------4分2、（本题8分）有一列管换热器由φ25×2.5mm，长为3m的60根钢管组成。热水走管内，其进、出口温度分别为70℃和30℃；冷水走管间，其进、出口温度分别为20℃和40℃，冷水流量为1.2Kg/s。两流体作逆流流动，假设热水和冷水的平均比热容均为4.2KJ/（Kg·℃），换热器的热损失可忽略。求：总传热系数K0。解:由总传热速率方程可知:=-----------------------2分-----------------------2分℃-----------------------2分-----------------------2分3、（本题8分）有一传热面积A0为15m2的管壳式换热器中，壳程通入饱和水蒸汽以加热管内空气。150℃的饱和水蒸汽冷凝为同温度下的水排出。空气流量为2.8Kg/s，其进口温度为30℃，比热容可取1.0KJ/（Kg·℃），空气对流传热系数87W/（m2·℃），换热器热损失可略。求空气的出口温度t2。解：①------------------------2分其中：，，因为蒸汽冷凝的，所以有------------------------2分蒸汽温度，空气的进口温度 ∴------------------------2分以上各量代入①式可得：即解出：t2=74.7℃------------------------2分4、（本题8分）某单程列管式换热器，其换热管为mm的不锈钢管，管长为3m，管数为32根。在该换热器中，用25℃的水将壳程的110℃的某有机蒸汽冷凝成同温度的液体，该有机蒸汽的冷凝传热系数为W/(m2·℃)。水的流量为15000kg/h，平均比热容为4.18kJ/(kg·℃)；管壁与水的对流传热系数为1000W/(m2·℃)；不锈钢的导热系数为17W/(m·℃)。试求：1．总传热系数；2．水的出口温度。解：解：1、求总传热系数---------------------------2分2．水的出口温度（1）--------------------2分m2-----------------2分代入（1）式，得解出℃--------------------2分 5、（本题8分）列管试换热器，传热面积为100m2用作锅炉给水和原油之间的换热，已知水的质量流量550kg/min,进口温度35℃，出口75℃油的进、出口温度为150℃、65℃，计算得出K=250W/m2.K。问采用逆流操作换热器是否适用？解：--------2分逆流操作，所以---------------2分又∵∴---------------3分∵∴不适用----------------1分6、（本题8分）95℃的水在一根d外/d内<2的管子中流动，已知距入口100m处温度t=55℃。试求入口50m处水的温度为多少？设空气的温度为25℃。解：　①---------------------1分　　　②---------------------1分　　　　①/②得：，其中---------------4分解得：------------------------2分7、（本题10分）在逆流换热器中，用初温为20℃的水将1.25kg/s的液体（比热容为1.9kJ/(kg．℃、密度为850kg/m3）由80℃冷却到30℃。换热器的列管直径为φ25mm×2.5mm，水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85kW/(m2．℃)和1.70kW/(m2．℃)，管壁热阻和污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50℃，试求：（1）以列管外表面计的总传热系数；（2）换热器的传热面积。解：（1）---2分℃)---------------------------------------1分（2）----------2分 ℃-------------2分--------------------------------------------2分-------------------------1分8、（本题10分）有一列管换热器由φ25×2.5mm长2m的26根钢管组成，用120℃饱和水蒸汽加热冷液体，该液体走管内，进口温度25℃,比热1.76kJ/(kg℃),流量18600kg/h；管外蒸汽的冷凝传热系数1.1×104W/(m℃)，管内对流传热热阻为管外蒸汽冷凝时传热热阻的6倍，求：冷液体出口温度?（热损失、管壁及污垢热阻忽略）解：因为忽略热损失、管壁热阻、污垢热阻，管内对流传热热阻为管处蒸汽泠凝热阻的6倍，即，所以----------2分----------2分∴----------4分∴解得t2=73.06℃----------2分9、（本题8分）90℃的正丁醇在逆流换热器中被冷却到50℃。换热器的传热面积为6m3，总传热系数为230W/(m2．℃)。若正丁醇的流量为1930kg/h，冷却介质为18℃的水，试求冷却水的出口温度；注：换热条件下，正丁醇Cp=2.98kJ/(kg℃)，水的Cp=4.187kJ/(kg℃)，密度取1000kg/m3，忽略热损失。解：由总传热速率方程可知：而--------2分∴--------2分用算术平均值计算： ∴解得：℃-------------------3分因所以用算术平均温度差计算是允许的。--------------1分10、在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃，油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃，设油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m，求将此换热器的管长增加多少米才能满足要求。换热器的热损失可忽略。（10分）解：原平均温度差℃℃℃(2分)由热量衡算(2分)当油的温度降至80℃时,由热量衡算得或解得℃(2分)新的平均温度差，=150-15=135℃,=80-50=30℃℃(2分)由传热速率方程可分别得原换热器新换热器∴(2分)第三章精馏一、选择题：1、连续精馏塔设计时，当采用塔顶全凝器、泡点回流方案时，为完成分离任务所需理论板数为Ｎ。若采用塔顶分凝器，而回流比和前方案相同时，则完成同样分离任务所需理论板数为Ｎˊ，其相对大小是（）。C（A）Ｎˊ＞Ｎ（B）Ｎˊ＝Ｎ （C）Ｎˊ＜Ｎ（D）判断依据不足2、对某双组分理想物系，当温度t=80℃时，，，液相摩尔组成，则与此液相组成相平衡的汽相组成为（）。B（A）0.5（B）0.64（C）0.72（D）0.63、精馏段操作线方程为：，这绝不可能。此话（）。A（A）对（C）错（C）无法判断4、某二元混合物，其中Ａ为易挥发组分，液相组成，相应的泡点为，与之相平衡的汽相组成，相应的露点为T，则（）。A（A）（B）（C）（D）不能判断5、某真空操作精馏塔，因故真空度减小，而、、、、加料位置、回流比都不变，则塔底残液组成的变化为（）。B（A）变小（B）变大（C）不变（D）不确定6、精馏操作时，若、、、、加料板位置、都不变，而将塔顶泡点回流改为冷回流，则塔顶产品组成的变化为（）。B（A）变小（B）变大（C）不变（D）不确定7、某二元混合物，汽液相平衡关系如图。和分别表示图中1，2点对应的温度。则（）。D（A）（B）（C）（D）与大小关系不能判断8、精馏塔引入回流，使下降的液流与上升的汽流发生传质，并使上升汽相中的易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是（）。C（A）液相中易挥发组分进入汽相（B）汽相中难挥发组分进入液相（C）液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多（D）液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相的现象同时发生9、对于某理想溶液的平衡蒸馏，若维持进料量、物料温度、蒸发室压强不变，而将物料浓度增加，则气相馏出物量（）。A （A）变大（B）变小（C）不变（D）不确定10、精馏塔设计时，若、、、、均为定值，将进料热状态从变为，则设计所需理论板数（）。B（A）多（B）少（C）不变（D）判断依据不足11、对于某理想溶液的平衡蒸馏，若维持进料量、物料温度、蒸发室压强不变，而将物料浓度增加，则气相馏出物组成（）C（A）变大（B）变小（C）不变（D）不确定12、以下说法中不正确的是（）。C精馏段操作线方程式是描述精馏段中（A）某板下降的液体浓度与下一板上升的蒸汽浓度间的关系式（B）某板上升的蒸汽浓度与上一板下降的液体浓度之间的关系式（C）进入某板的气体与液体的浓度之间的关系式（D）在相邻两板间相遇的汽相与液相浓度之间的关系式13、操作中的精馏塔，若保持、、、不变，而增大，则（）。B（A）变大（B）变小（C）不变（D）不确定14、二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下线的变化（）。B（A）平衡线（B）操作线与线（C）平衡线与操作线（D）平衡线与线15、某精馏塔的设计任务为：原料为、，塔顶为，塔底为，若塔釜上升蒸汽量不变，加料热状态由原来的饱和蒸汽改为饱和液体，则所需理论板（）。A（A）增加（B）减少（C）不变（D）不确定16、精馏分离的二元理想混合液，已知回流比，塔顶，测得第三层塔板（精馏段）的下降液体浓度为0.4，第二层板下降液体浓度为0.45，则第三层塔板的汽相单板效率为（）。C（A）22.2%（B）32.68%（C）44.1%（D）107.5%17、被分离物系最小回流比的数值与（）无关。D（A）被分离物系的汽液平衡关系（B）塔顶产品组成（C）进料组成和进料状态（D）塔底产品组成18、精馏操作时，增大回流比，其他操作条件不变，则馏出液组成（）。A（A）增加（B）不变（C）不确定（D）减小19、精馏塔的设计中，若进料热状况由原来的饱和蒸汽进料改为饱和液体进料，其他条件维持不变，则所需的理论塔板数（）。A（A）减小（B）不变（C）增加（D）不确定20、精馏塔中由塔顶向下的第n-1，n，n+1层塔板，其气相组成关系为（）。C（A）（B） （C）（D）不确定21、某两组分混合物，其中A为易挥发组分，液相组成，相应的泡点温度为，气相组成，相应的露点温度为，则（）。B（A）（B）（C）（D）不能判断22、若进料量、进料组成、进料热状况都不变，要提高，可采用（）。C（A）减小回流比（B）增加提馏段理论板数（C）增加精馏段理论板数（D）塔釜保温良好23、精馏塔采用全回流时，其两操作线（）。A（A）与对角线重合（B）距平衡线最近（C）斜率为零（D）在y轴上的截距为124、当、、和一定时，若减小回流比，其他条件不变，则（）。B（A）精馏段操作线的斜率变小，两操作线远离平衡线（B）精馏段操作线的斜率变小，两操作线靠近平衡线（C）精馏段操作线的斜率变大，两操作线远离平衡线（D）精馏段操作线的斜率变大，两操作线靠近平衡线25、蒸馏是利用各组分（）不同的特性实现分离的目的。C（A）溶解度（B）等规度（C）挥发度（D）调和度26、在二元混合液中，沸点低的组分称为（）组分。C（A）可挥发（B）不挥发（C）易挥发（D）难挥发27、（）是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。A（A）液相回流（B）进料（C）侧线抽出（D）产品提纯28、在（）中溶液部分气化而产生上升蒸气，是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。C（A）冷凝器（B）蒸发器（C）再沸器（D）换热器29、再沸器的作用是提供一定量的（）流。D（A）上升物料（B）上升组分（C）上升产品（D）上升蒸气30、冷凝器的作用是提供（）产品及保证有适宜的液相回流。B（A）塔顶气相（B）塔顶液相（C）塔底气相（D）塔底液相31、冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的（）回流。B（A）气相（B）液相（C）固相（D）混合相32、在精馏塔中，原料液进入的那层板称为（）。C（A）浮阀板（B）喷射板（C）加料板（D）分离板33、在精馏塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）称为（）。B（A）精馏段（B）提馏段（C）进料段（D）混合段34、某二元混合物，进料量为，，要求塔顶不小于0.9，则塔顶最大产量为（）。B（A）60（B）66.7（C）90（D）10035、精馏分离某二元混合物，规定分离要求为、。如进料分别为、时，其相应的最小回流比分别为、。当>时，则（）。A （A）<（B）=（C）>（D）无法确定36、操作中连续精馏塔，如采用的回流比小于原回流比，则（）。B（A）、均增加（Ｂ）减小，增加（Ｃ）、均不变（Ｄ）不能正常操作37、某真空操作精馏塔，在真空度降低后，若保持、、、、及加料位置不变，则塔顶产品组成变化为（）。A（A）变小（B）变大　　（C）不变（D）不确定38、精馏操作时，若在、、、不变的条件下，将塔顶产品量增加，其结果是（）。C（A）下降，上升（B）下降，不变（C）下降，亦下降（D）无法判断39、在气-液相平衡图上，连续精馏操作线与对角线重合是因为下列哪一种原因（）。C（A）在适宜回流比条件下操作（B）在最小回流比条件下操作（C）全回流操作（D）在无回流条件下操作40、如图所示为各种进料热状况的线，其中表示气液混合物进料的线是（）。C（A）直线1（B）直线2（C）直线3（D）直线441、在精馏操作中，自上而下，精馏塔内温度的变化情况为（）。B（A）保持不变（B）逐渐升高（C）逐渐降低（D）先升高后降低42、精馏操作中，进料热状况参数＞1时，进料热状况是（）。A（A）冷液（B）饱和液体（C）饱和蒸气（D）过热蒸气43、精馏操作中，回流比从最小回流比逐渐增大时，精馏总费用的变化情况是（）。C（A）减小（B）增大（C）先减小后增大（D）先增大后减小44、如图所示为各种进料热状况的线，其中表示饱和气体进料的线是（）。D（A）直线1（B）直线2（C）直线3（D）直线4 45、如图所示为各种进料热状况的线，其中表示饱和液体进料的线是（）。B（A）直线1（B）直线2（C）直线3（D）直线446、精馏操作时，增大回流比，其他操作条件不变，则釜残液组成（）。D（A）增加（B）不变（C）不确定（D）减小47、在精馏塔中，加料板以上的塔段（不包括加料板）称为（）。A（A）精馏段（B）提馏段（C）进料段（D）混合段48、蒸馏是分离（）混合物的单元操作。B（A）气体（B）液体（C）固体（D）刚体49、双组分连续精馏，若保持、、不变，则所需理论板最少时的回流比为（）。C（A）适宜回流比（B）最小回流比（C）全回流（D）无法确定50、操作中的精馏塔，若保持、、、不变，而增大，则D（）。A（A）变大（B）变小（C）不变（D）不确定二、填空题：1、在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的气相露点温度的大小相比是。相等2、当塔板上时，称该塔板为理论塔板。离开的气相、液相之间达到平衡3、直接水蒸汽加热的精馏塔适用于的场合。难挥发组分为水，且要求釜液中易挥发组分浓度很低4、简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐，其沸点则逐渐。降低；升高5、间歇精馏操作中，若欲保持馏出液组成不变，必须不断，若保持回流比不变，则馏出液组成。增加回流比；不断下降6、在精馏塔设计中，若、、、，相同时，直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相比，，。<；>7、总压101.3kPa、95℃温度下苯与甲苯的饱和蒸汽压分别为155.7kPa与63.3kPa ，则平衡时汽相中苯的摩尔分率为，液相中苯的摩尔分率为，苯与甲苯的相对挥发度=。0.632；0.411；2.468、精馏操作的依据是。实现精馏操作的必要条件包括和。混合液中各组分挥发性的不同；由塔板或填料构成若干个接触级；塔顶有液相回流、塔釜有上升气流9、精馏塔塔顶某理论板上汽相的露点温度为、液相的泡点温度为，塔底某理论板上汽相的露点温度为、液相的泡点温度为，试按从大到小顺序将以上4个温度排列如下：。10、已测得在精馏塔操作中，离开某块理论板的两股物流的组成分别为0.82和0.70，则其中是汽相组成。0.8211、已知在塔顶为全凝器的连续精馏塔中，完成一定分离任务需N块理论板。现若按下图流程设计，则在相同回流比条件下，完成相同的分离任务，所需理论板数将为块。N-112、间歇精馏与连续精馏不同点在于：和。间歇精馏为非稳态过程，连续精馏为稳态过程；间歇精馏无提馏段，连续精馏有提馏段13、某二元理想混合物（相对挥发度为3）中易挥发组分（摩尔分率），用平衡蒸馏方法使50%的物料汽化，则汽相中易挥发组分的回收率为。66%14、精馏塔中第,,三块实际塔板的板效率小于1，与汽相组成相平衡的液相组成为,则；与液相组成相平衡的汽相组成为,则、(>,=,<)<；>；>15、试比较某精馏塔中（从塔顶往下）第，，层理论板上参数的大小：，，(>,=,<)（T—气相温度；t—液相温度）>；<；=16、精馏塔的塔顶温度总低于塔底温度，其原因之一_________________________；原因之二__________________________________。 17、在精馏塔设计中，若、、、、相同，则直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相比，NT,间NT,直；>。>18、某二元物系的相对挥发度，在具有理论板的精馏塔内作全回流精馏操作，已知，则=(由塔顶往下数)。0.79419、平衡蒸馏和简单蒸馏的主要区别在于。前者为稳态过程，后者为非稳态过程20、精馏塔设计中，回流比并不总是越大越好，原因是。回流比增大，所需理论板数减少，塔设备所引起的设备费降低；但冷凝器、再沸器热负荷增大，换热器设备费及加热蒸汽、冷却水所消耗的动力费增大。当R大到一定值后，总费用（设备费和动力费之和）呈现上升趋势21、在分离要求一定的条件下，当回流比一定时，状况进料所需的总理论板数最少。冷液22、用连续精馏方法分离双组分理想混合液，原料中含易挥发组分0.40，馏出液中含易挥发组分0.90（以上均为摩尔分率），溶液的平均相对挥发度为2.5，最小回流比为2，则料液的热状况参数=。0.3823、当气液两相组成相同时，则气相露点温度液相泡点温度。大于24、双组分溶液的相对挥发度是溶液中的挥发度对的挥发度之比。物系的值愈大，在图中的平衡曲线愈对角线。易挥发组分；难挥发组分；远离25、在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为；加料板以下的塔段（包括加料板）称为。精馏段；提馏段26、离开理论板时，气液两相达到状态，即两相相等，互成平衡。平衡；温度；组成27、溶液被加热到鼓起第一个气泡时的温度称为温度。泡点28、气相混合物被冷却到有第一滴液滴析出时的温度称为温度。露点29、当分离要求和回流比一定时，进料的值最小，此时分离所需的理论板数。过热蒸汽；最多30、对于二元理想溶液，若轻组分含量越高，则泡点温度。越低31、对于二元理想溶液，相对挥发度大，说明该物系越。容易分离32、对于二元理想溶液，x-y图上的平衡曲线离对角线越近,说明该物系越。不容易分离33、某精馏塔的设计任务是：原料为、，分离要求为、。设计时若选定回流比不变，加料状况由原来的气液混合改为过冷液体加料，则所需的理论板数。减少34、对于连续精馏过程，若回流比增大，则在图上所标绘的精馏段操作线的斜率，所需理论塔板数。在全回流时，所需理论塔板数。增大；减少；最少35、q线方程是代表的轨迹方程。两操作线交点36、当泡点进料时，进料热状态参数q=。137、当饱和蒸气进料时，q=。038、试比较某精馏塔中（从塔顶往下）第,,层理论板上参数的大小,即:，，(>,=,<)（T—气相温度；t—液相温度）>；=；<39、对于二元理想溶液，若重组分含量越高，则泡点温度。越高40、对于二元理想溶液，x-y图上的平衡曲线离对角线越远,说明该物系越。容易分离41、精馏操作中，当q=0.6时，表示进料中的含量为60%。液相42、对于正在操作中的精馏塔，若加大操作回流比，则塔顶产品浓度会。提高43、精馏操作中，再沸器相当于一块板。理论44、精馏操作中，全回流时塔顶的产品量。为零 45、精馏操作中，时的回流比称为最小回流比。两操作线交点落在平衡线上三、判断题：1、连续精馏过程中，若采用过热蒸汽状态进料,线方程的斜率大于0。()对2、理论板图解时与参数，，，，，，均无关。()错3、连续精馏塔,塔顶及塔底产品分别为D及W,则提馏段液汽比总是大于1,精馏段液汽比总是小于1。()对4、等板高度(HETP)值以小为好。()对5、精馏设计时,采用相同的塔釜蒸发量,则冷加料比热加料需要较少理论板数。()错6、连续精馏过程中，若采用冷液进料时，线的斜率大于0。（）对7、连续精馏过程中，若采用气液混合进料时，则线的斜率大于0。（）错8、连续精馏过程中，回流比越大越好。（）错9、精馏塔中，从上到下温度逐渐升高。（）对10、在精馏塔中，越往上，气相中易挥发组分越多，液相中易挥发组分越少。（）错11、理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两纯组分的饱和蒸汽压之比。（）对12、从相平衡图中可以看出，平衡曲线距离对角线越近，则表示该溶液越容易分离。（）错13、用于精馏计算的恒摩尔液流假定就是指从塔内两段每一层塔板下降的液体摩尔流量都相等。（）错14、精馏段操作线的斜率随回流比的增大而增大，所以当全回流时精馏段操作线斜率为无穷大。（）错15、用图解法求理论塔板数时，适宜的进料位置应该在跨过两操作线交点的梯级上。（）对16、当进料量、进料组成及分离要求都一定时，两组分连续精馏塔所需理论塔板数的多少与操作回流比有关。（）对17、对于精馏塔的任何一层理论板来说，其上升蒸汽的温度必然等于其下降液体的温度。（）对18、当、一定时，只要规定了分离程度和，则和也就被确定了。（）对19、当精馏操作的回流比减少至最小回流比时，所需理论板数为最少。（）错20、精馏段操作线方程表示连续精馏过程中，精馏段内任一块理论塔板上的上升蒸汽组成与该板液相组成之间的关系。（）错四、名词解释：1、蒸馏利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进行质量传递，实现混合物的分离。2、挥发度组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比。3、相对挥发度混合液中两组分挥发度之比。4、精馏是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。5、理论板气液两相在该板上进行接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。6、采出率产品流量与原料液流量之比。7、操作关系：在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层（n+1）板上升蒸汽的组成之间的函数关系。8、回流比精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。9、最小回流比两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。 10、全塔效率在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。11、单板效率是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。五、简答题：1、简述简单蒸馏与精馏的区别。简单蒸馏是一次部分气化与部分冷凝，而精馏则是多次部分气化与部分冷凝。2、精馏塔的塔顶和塔底为什么要分别设置冷凝器和再沸器?冷凝器提供液相产品与液相回流，再沸器提供塔内上升的蒸气。3、对于正在操作中的精馏塔，若加大其操作回流比，对塔顶产品浓度会有何影响?回流比越大，塔顶产品浓度越高。4、塔板的作用是什么?塔板的作用是提供气液接触的场所。5、试分析精馏过程中回流比大小对操作费与设备费的影响并说明适宜回流比如何确定。取较小回流比时，为达到一定的分离程度需要的理论板层数要多，使设备费高，随回流比加大，所需理论板数减少，使设备费降低，同时操作费增加；但若继续加大回流比，则会因塔径，换热器的加大，而使设备费又将上升。操作回流比Ｒ应尽可能使设备费与操作费总和为最小，通常取R＝（1.1～2）Rmin。六、计算题：1、（本题20分）在一常压、连续操作的精馏塔中，分离甲醇-水溶液。原料液量为650，，塔顶产品量为200，。饱和液体进料，塔顶采用全凝器冷却回流，物系的平均相对挥发度，操作回流比。试求：（1）甲醇回收率，塔底产品流量和组成；（2）操作回流比；（3）精馏段与提馏段操作线方程式。解：（1）甲醇回收率--------------2分--------------1分-------------2分（2）--------------2分-------------2分-------------3分-------------1分（3）精馏段操作线方程为-----------3分--------------1分-------------1分提馏段操作线方程为------------2分2、(本题14分)一连续精馏塔，泡点进料。已知操作线方程如下：精馏段 提馏段求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。解：由精馏段操作线方程得------------3分------------3分将提馏段操作线方程与对角线方程y=x联立------------4分将两操作线方程联立因是泡点进料，q=1，q线垂直，两操作线交点的横坐标即是进料浓度，所以---------------------4分3、（本题14分）某连续精馏操作中，已知操作线方程为：精馏段；提馏段：。若原料液于露点温度下进入精馏塔中，求原料液、馏出液和釜残液的组成及回流比。解：-------------------------------3分------------------------------3分将提馏段操作线方程与对角线方程y=x联立------------4分将两操作线方程联立因是泡点进料，q=1，q线垂直，两操作线交点的横坐标即是进料浓度，所以---------------------4分4、（本题18分）分离苯一甲苯混合液，原料液中含苯0.5（摩尔分率，下同），泡点进料，馏出液中要求含苯0.95，塔顶用分凝器一全凝器流程（如图），测得塔顶回流液中含苯0.88，离开塔顶第一层理论板的液体含苯0.79，求：（1）操作条件下平均相对挥发度a； （2）操作回流比R；（3）最小回流比Rmin。解：（1）将xD=0.95,xL=0.88代入得：解之得：---------------------4分（2）设离开第一块理论板的汽相组成为y1，则---------------------2分又即------------------4分解之得：R=1.59---------------------1分（3）泡点进料，，所以---------------------1分---------------------2分---------------------4分5、（本题18分）在常压连续精馏塔内分离苯和甲苯混合液，混合液的流量为1000kmol/h，其中含苯40%，要求塔顶馏出液中含苯90%，塔釜残液中含苯2%（均为摩尔分率）。泡点进料，塔顶冷凝器为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，取回流比为最小回流比的1.5倍。全塔平均相对挥发度为2.5。试求：（1）塔顶与塔底产品量D、W；（2）回流比R；（3）从上往下数的塔内第二块理论板上升气体组成；解：（1）即---------------------4分解之得：-------------------1分（2）泡点进料，-------------------1分--------------------2分--------------------4分-------------------1分（3）精馏段操作线方程： ---------------2分------------------1分------------------1分----------------1分6、（本题18分）在一常压连续操作的精馏塔中，分离苯－甲苯混合液。原料液量为，，，，。饱和液体进料，塔顶采用全凝器冷却回流，塔釜为间接蒸汽加热。物系的平均相对挥发度，试求：（1）塔顶及塔釜产品量；（2）最小回流比及操作回流比；（3）写出精馏段操作线方程。解：（1）即----------------4分解之得：D=412kmol/hW=588kmol/h------------------------------2分（2）饱和液体进料，------------------------------1分-----------------------------2分------------------------------4分------------------------------1分（3）精馏段操作线方程：------------------------------4分7、（本题16分）在连续精馏塔内分离两组分理想溶液，塔顶为全凝器。进料量为，其组成为0.5（摩尔分数）。塔顶易挥发组分的回收率为90％，精馏段操作线方程为。求：（1）馏出液的组成和流量D；（2）釜残液的组成和流量W。解：（1）由精馏段操作线方程：得，可得----------------------------------6分因为，而所以-------------------4分（2）由全塔物料衡算得： 即--4分解得-------------------2分8、（本题16分）在连续精馏塔中分离某两组分混合物。已知原料液流量为，组成为0.5（易挥发组分摩尔分数，下同），饱和蒸气进料；馏出液组成为0.98，回流比，若要求易挥发组分回收率为96％，求：（1）馏出液的摩尔流量D；（2）釜残液的组成和流量W(3)提馏段操作线方程。解：（1）可得，解出----------------------3分（2）-----------------------2分由可得-------------------4分（3）-------------------2分泡点进料，所以-------------------1分所以提馏段操作线方程即--------------------------------4分9、（本题16分）在一双组分连续精馏塔中，已知精馏段操作线方程为；q线方程为，求：（1）回流比及进料热状况参数；（2）馏出液及原料液组成；（3）若回流比为3，测得从精馏段第二层塔板下降液体的组成为0.82（摩尔分数，下同），从第三层塔板上升的蒸气组成为0.86，则此时的馏出液组成又为多少？解：（1）由精馏段操作线方程：知：，解得R＝2.51------------------------------3分由q线方程;知：，解得q＝1.55------------------------------3分 （2）由精馏段操作线方程得：，解得---------------------3分由q线方程得：，解得-------------------------3分（3）若R’＝3，则精馏段操作线方程为：，-------------------------3分因为，，所以解得-------------------------1分10、（本题14分）在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。已知原料液组成为0.6（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.9，釜残液组成为0.02。泡点进料。（1）求每获得1kmol/h馏出液时的原料液用量F；（2）若回流比为1.5，它相当于最小回流比的多少倍？（物系的平均相对挥发度为3）解：（1）已知，，，由全塔物料料衡算可得即------------------4分解得------------------------2分（2）泡点进料，-------------------1分--------------------2分--------------------4分（倍）-------------------1分11、（本题20分）在一常压连续精馏塔中分离某理想二元混合液，要求，（均为摩尔分数）。已知此塔进料线方程为，操作回流比为最小回流比的1.2倍，混合液的相对挥发度为2，试求：（1）精馏段操作线方程：（2）若塔底产品，求进料量和塔顶产品量；（3）提馏段操作线方程。解：（1）混合液的相对挥发度为2，所以平衡关系为------------1分 解方程组得线与平衡线的交点坐标为------------2分所以------------3分------------1分精馏段操作线方程为----------1分（2）已知，，由线方程得---------------2分由全塔物料衡算得即解得---------------4分（3）---------------2分所以提馏段操作线方程为即---------------4分12、（本题20分）一常压连续操作的精馏塔，用来分离苯和甲苯混合物。混合物含苯0.6（摩尔分率，下同），以100kmol/h流量进入精馏塔，进料状态为气液各占50%摩尔数，操作回流比为最小回流比的1.5倍；要求塔顶馏出液组成为0.95（苯的摩尔分率，下同），塔底釜液组成为0.05。在操作条件下，苯和甲苯的相对挥发度为2.5。试求：（1）塔顶和塔底产品量；（2）最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4）提馏段操作线方程。解：（1）由---------------3分 得---------------2分（2）由题可知：q线方程为：①平衡线方程为：②---------------------2分令①=②并化简得：求得q线与平衡线交点：-------------------3分--------------------3分（3）精馏段操作线方程-----------------2分（4）------------------2分--------------2分所以提馏段操作线方程为---------------1分第四章基本反应器[一]填空题：1、化学反应器按物料的聚集状态可分为和两大类。均相反应器、非均相反应器2、按反应器的形式可分为、和三类。釜式反应器、管式反应器、塔式反应器3、空混是指。物料粒子在空间顺序上的混合4、返混是指。不同停留时间的粒子在时间顺序上的逆向混合5、间歇理想混合流动模型中，空混=，返混=。∞、06、间歇理想混合流动模型中，空混=，返混=。∞、∞7、连续理想排挤混合流动模型中，空混=，返混=。0、08、空间时间τc与空间速度Sv的关系是。互为倒数9、间歇理想釜式反应器中，转化率等参数随变化而变化。时间 10、连续理想管式反应器中，转化率等参数沿变化。管长11、对于在一定条件下进行的简单反应，当转化率相同时所需的活塞流反应器容积全混流反应器容积。小于12、对间歇操作的搅拌釜式反应器，若不考虑辅助时间，所需有效容积与平推流反应器有效容积。相同13、对多级串联全混流反应器，级数越多，达到同样转化率所需有效容积。越小14、叫做空间时间。反应器的有效容积与反应器入口处的体积流量之比15、叫做转化率。参加化学反应的原料量与加入反应器的原料量之比16、叫做空间速度。反应器入口处的体积流量与反应器的有效容积之比17、空混越大，反应器内物料的浓度、温度越。均匀18、返混越大，反应器内物料的浓度越。低19、流化床反应器中，旋风分离器的作用是。分离回收夹带的催化剂颗粒20、三种基本反应器中，反应物浓度最低的是。全混釜二、选择题：1、在恒定操作条件下，反应器内反应物浓度始终保持不变的反应器是（）。B（A）间歇操作搅拌釜（B）全混流反应器（C）活塞流反应器（D）固定床反应器2、在恒定操作条件下，反应器内反应物浓度随时间变化的反应器是（）。A（A）间歇操作搅拌釜（B）全混流反应器（C）活塞流反应器（D）固定床反应器3、在恒定操作条件下，反应器内反应物浓度随位置变化的反应器是（）。C（A）间歇操作搅拌釜（B）全混流反应器（C）活塞流反应器（D）固定床反应器4、间歇完全混合流动模型中（）。D（A）空混=∞返混=∞（B）空混=0返混=0（C）空混=0返混=∞（D）空混=∞返混=05、连续理想混合流动模型中（）。A（A）空混=∞返混=∞（B）空混=0返混=0（C）空混=∞返混=0（D）空混=0返混=∞6、连续理想排挤流动模型中（）。B（A）空混=∞返混=∞（B）空混=0返混=0（C）空混=∞返混=0（D）空混=0返混=∞7、在全混釜中（）。D（A）空混=∞返混=0（B）空混=0返混=0（C）空混=0返混=∞（D）空混=∞返混=∞8、在间歇釜中（）。D（A）空混=0返混=0（B）空混=∞返混=∞（C）空混=0返混=∞（D）空混=∞返混=09、在理想连续管式反应器中（）。D（A）空混=∞返混=0（B）空混=0返混=∞（C）空混=∞返混=∞（D）空混=0返混=010、三种基本反应器中，反应物浓度最低的是（）。C（A）间歇釜（B）平推流反应器（C）全混釜（D）不确定11、适合气相均相反应的反应器是（）B （A）间歇釜（B）平推流反应器（C）全混釜（D）多釜串联反应器12、适合小批量、多品种生产的反应器是（）。A（A）间歇釜（B）平推流反应器（C）全混釜（D）多釜串联反应器13、适合大规模且对浓度要求较低的反应过程的反应器是（）。C（A）间歇釜（B）平推流反应器（C）全混釜（D）多釜串联反应器[二]、计算题1、在间歇反应釜中进行已二酸与已二醇的缩聚反应，生产醇酸树脂。该反应以硫酸作催化剂，已二酸与已二醇以等摩尔比，反应在70℃进行，已二酸转化速率方程为：式中：——以已二酸计算的反应速率，——反应速率常数，；——已二酸瞬时浓度，。70℃时，，已二酸起始浓度。若每天处理2400的已二酸，要求已二酸的转化率达90%，试计算所需的反应器的。每批辅助操作时间为1小时，装料系数为0.75。解：2、在平推流反应器中进行已二酸与已二醇的缩聚反应，生产醇酸树脂。该反应以硫酸作催化剂，已二酸与已二醇以等摩尔比，反应在70℃进行，已二酸转化速率方程为：式中：——以已二酸计算的反应速率，——反应速率常数，；——已二酸瞬时浓度，。70℃时，，已二酸起始浓度。若每天处理2400的已二酸，要求已二酸的转化率达90%，试计算所需的反应器的有效容积。若此平推流反应器的内径为300mm，则反应器长度为多少米？解：因该反应为二级反应且属于恒容过程，代入二级反应计算式 管长3、在全混釜中进行已二酸与已二醇的缩聚反应，生产醇酸树脂。该反应以硫酸作催化剂，已二酸与已二醇以等摩尔比，反应在70℃进行，已二酸转化速率方程为：式中：——以已二酸计算的反应速率，——反应速率常数，；——已二酸瞬时浓度，。70℃时，，已二酸起始浓度。若每天处理2400的已二酸，要求已二酸的转化率达90%，试计算所需的反应器的有效容积。解：4、（本题8分）醋酐按下式水解为醋酸：根据实验测定，反应为一级反应：。在288K时，反应速率常数k=0.0806min-1。现设计一全混釜，每天处理的溶液量为14.4m3，进料的醋酐初始浓度CA0=0.095kmol/m3，试求当醋酐转化率xA=80%时，反应器的有效容积VR为多少？解：------------------------------------------------------2分---------------------------4分-------------------------------------------2分5、（本题8分）醋酐按下式水解为醋酸：根据实验测定，反应为一级反应：。在288K时，反应速率常数k=0.0806min-1。现设计一间歇釜，每天处理的溶液量为14.4m3，进料的醋酐初始浓度CA0=0.095kmol/m3，试求当醋酐转化率xA=80%时，反应器的容积V为多少？辅助生产时间为1小时，装料系数为0.75。解：--------------------------------2分-----------------------------3分 ---------------------------------2分总容积---------------------------------------------1分6、（本题8分）醋酐按下式水解为醋酸：根据实验测定，反应为一级反应：。在288K时，反应速率常数k=0.0806min-1。现设计一管式反应器，每天处理的溶液量为14.4m3，进料的醋酐初始浓度CA0=0.095kmol/m3，试求当醋酐转化率xA=80%时，反应器的有效容积VR为多少？解：------------------------------------2分---------------------------------4分------------------------------------------------2分7、（本题8分）醋酐按下式水解为醋酸：根据实验测定，反应为一级反应：。在288K时，反应速率常数k=0.0806min-1。现设计一全混釜，每天处理的溶液量为14.4m3，进料的醋酐初始浓度CA0=0.095kmol/m3，试求当醋酐转化率xA=90%时，反应器的容积为多少？解：------------------------------------2分------------------------------------4分-----------------------------------2分8、（本题8分）在间歇釜中进行如下的分解反应：经试验确定该反应为一级反应。已知在时，。当，，A的日处理量为189m3，辅助生产时间为1小时，试求反应器的有效容积。解：-----------------------------2分---------------------------------4分-------------------------------2分9、（本题8分）在管式反应器中进行如下的分解反应： 经试验确定该反应为一级反应。已知在时，。当，，A的日处理量为189m3，试求反应器的有效容积。解：--------------------------------------------------2分-------------------------------------------------4分-----------------------------------------------------2分10、（本题8分）在全混釜中进行如下的分解反应：经试验确定该反应为一级反应。已知在时，。当，，A的日处理量为189m3，试求反应器的有效容积。解：-------------------------------------------2分-------------------------------------------4分------------------------------------------2分11、（本题8分）在全混流反应器内进行液相反应A—→P，(-rA)=kCA.已知k=4.5×10-4s-1，物料的体积流量V0=2L·s-1，反应器总体积为5m3，试计算反应的最终转化率。解：---------------------------------------------3分又因为反应为一级反应，所以------------------------------3分解得：--------------------------------------2分第五章化学工艺一、填空题1、合成氨过程包括、、压缩和合成等几个步骤。造气、净化2、合成氨时，原料气的净化包括、、脱碳、原料气的精制等步骤。脱硫、变换3、一氧化碳变换的反应方程式是。4、合成氨原料气的净化时，二氧化碳的脱除通常采用的方法。碱洗（碳酸钾溶液吸收）5、氨合成时，惰性气体增加，平衡氨含量会。下降6、石油炼制的主要方法有、、催化重整、加氢裂化、焦化等。常减压蒸馏、催化裂化7、裂解气深冷分离时，裂解气的净化包括、、脱一氧化碳和脱炔。脱酸性气体、脱水8、脱除裂解气中的酸性气体采用的方法是。碱洗 9、氨合成时，最佳的氢氮比=。310、石油化工的三大原料来源是、、炼厂气和液体石油馏分。天然气、油田气11、石油烃类热裂解时，按反应的先后可分为反应和反应。一次、二次12、石油烃类热裂解时，一次反应是级反应，而二次反应多为反应，故压力可增大一次反应对二次反应的相对反应速度。一级、大于一级、减小13、烃类热裂解时，温度、压力、接触时间可以提高乙烯收率。升高、降低、缩短14、烃类热裂解时，原料由轻到重，相同原料量所得乙烯收率。逐渐下降15、裂解气净化时脱水采取的方法是。分子筛吸附16、裂解气净化时脱炔和脱CO采取的方法是。催化加氢17、天然气水蒸汽转化生产合成气时温度、压力、水碳比，可使残余甲烷量减少。升高、降低、加大18、天然气水蒸汽转化生产合成气时用的二段转化法指的是：一段转化采取，在温度下进行，残余甲烷量；二段转化采取，在温度下进行，残余甲烷量。外热式、较低、多；自热式、较高、少19、一氧化碳变换的目的是、。将难分离的变为易分离的、造气的继续20、变换按反应温度可分为和两种。高温变换、低温变换21、氨合成时惰性气体含量增加，平衡氨含量。减少22、以天然气为原料生产合成氨时，少量和的脱除常采用方法。甲烷化23、合成氨原料气净化时，脱硫常用的方法是。Co-Mo加氢——氧化锌法二、名词解释：1、石油炼制将原油加工成各种石油产品的过程叫石油炼制。2、常减压蒸馏利用原油中各组分沸点的不同，以物理方法进行加工分离。3、催化裂化在催化剂的作用下，将不能用做轻质燃料的常减压馏分油经过裂解反应加工成辛烷值较高的汽油等轻质燃料的过程。4、催化重整在催化剂作用下，使原油常减压蒸馏所得的汽油馏分中的组分发生碳架结构的重新调整，直链烷烃变为支链烷烃、环烷烃变为芳香烃，从而得到高辛烷值汽油的过程。5、煤的焦化将煤隔绝空气加热，使煤中的有机物分解的过程。三、简答题：1、烃类热裂解时为什么加入水蒸气？加入水蒸气的作用有哪些？烃类热裂解时，降低压力有利于一次反应，但高温条件下密封困难，所以采用加入稀释剂的方法以降低烃分压，常用的稀释剂就是水蒸汽。水蒸汽的作用：1、水蒸汽热容较大，可稳定炉管温度，保护炉管；2、易于从裂解气中分离；3、可以抑制原料中硫对炉管的腐蚀；4、消除炉管内的积炭；5、使金属表面氧化，减轻铁、镍对烃分解生炭的催化作用。2、裂解气分离时，酸性气体的危害有哪些？（脱酸性气体的目的）采取什么方法？ 裂解气中的酸性气体主要指和，会腐蚀设备管道，使干燥用的分子筛寿命缩短，使加氢催化剂中毒；深冷时结成干冰，堵塞管道。酸性气体况除时常采用的方法是碱吸收法，即用碳酸钾水溶液吸收。3、裂解气分离时，脱水的目的是什么？采取什么方法？目的：防止水在低温下结冰，及水与烃形成水合物结晶，堵塞管路。方法：分子筛吸附4、裂解气分离时，脱炔的目的是什么？采取什么方法？目的：1、炔烃的存在会影响乙烯、丙烯的质量；2、炔烃会影响聚合催化剂的寿命；方法：催化加氢5、裂解气分离时，常用的流程有哪几种？三种：顺序分离流程、前脱乙烷流程和前脱丙烷流程'