武漢工程大學化工原理2007年試題.doc

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1、武漢工程大學2007年攻讀碩士學位研究生試題化工原理試卷 ( A卷 )適合專業(yè):化學工藝,化學工程,生物化工,材料學 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) 某設備的表壓強為100 kPa,則它的絕對壓強為_kPa;另一設備的真空度為400 mmHg,則它的絕對壓強為_。(當?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:

2、_ _。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) 已知旋風分離器的平均旋轉半徑為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

3、. (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,則應該設法減小_ 。答案:氣膜,氣膜阻力8. (2分) 當分離沸點較高的熱敏性混合液時,精餾操作壓力應采用_ _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)組分的摩爾分數(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

4、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xD減小,則xW減小,此時塔板數(shù)將小于實際板數(shù),假設不成立;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(包括局部阻力的當量長度在內)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

5、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) 流體在圓形直管內作定態(tài)流動,雷諾準數(shù)Re1 500,則其摩擦系數(shù)應為( )。 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的細管,逐漸擴大到108 mm4 mm的粗管,若流體在細管內的流速為4 m/s,則在粗管內的流速為( )。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

6、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)關聯(lián)式中普蘭特準數(shù)是表示( )的準數(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. 假設過濾介質阻力忽略不計答案: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,則降塵室的生產能力為( )。 A. 3

7、 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

8、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,使塔內傳質推動力增大,傳質效果提高,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

9、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量長度)。當閥門為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

10、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)

11、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摩爾分數(shù)的溶

12、劑逆流吸收混合氣中的可溶組分,采用液氣比為3,入塔氣體中溶質的摩爾分數(shù),回收率可達90%。已知物系的平衡關系為y=2x。今因解吸不良使吸收劑入口摩爾分數(shù)升至,試求:(1) 可溶組分的回收率下降至多少?(2) 出塔液相摩爾分數(shù)升高至多少?解: (1) =當上升時,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(摩爾分數(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,它相當于

13、最小回流比的多少倍?(3) 假設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

14、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)的空氣經預熱器升溫至100 后進入干燥器,廢氣溫度為60 。試計算:(1) 完成上述干燥任務所需的濕空氣量; (2) 空氣經預熱器獲得的熱量; (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

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