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(hào)：注意事項(xiàng)：1 答題時(shí)可不抄題，但必須寫清題號(hào)。2 答題時(shí)必須用藍(lán)、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(shí)間為3小時(shí)。 一、填空題 (共26分)1. (2分) 某設(shè)備的表壓強(qiáng)為100 kPa，則它的絕對(duì)壓強(qiáng)為_(kāi)kPa；另一設(shè)備的真空度為400 mmHg，則它的絕對(duì)壓強(qiáng)為_(kāi)。(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(diǎn)是指:_ _。答案：泵的特性曲線和管路特性曲線的交點(diǎn)。3.(2分) 對(duì)某懸浮液進(jìn)行恒壓過(guò)濾。已知過(guò)濾面積為1m2，恒壓過(guò)濾常數(shù)K=510-3 m2/s，當(dāng)過(guò)濾時(shí)間為300 s時(shí)，所得濾液體積為0.75 m3；若要再得0.75 m3濾液，則還需過(guò)濾時(shí)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(jìn)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(lái)的離心分離方法中，最常見(jiàn)的有_ 和_。答案：離心過(guò)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(guò)程，對(duì)于該過(guò)程來(lái)說(shuō)，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(diǎn)較高的熱敏性混合液時(shí)，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(jìn)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(diǎn)_ ，相對(duì)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(shí)，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(jìn)料熱狀況q、濃度xF及進(jìn)料量F不變，同時(shí)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(shì)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(shí)塔板數(shù)將小于實(shí)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(zhǎng)(包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)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(dòng)(即流動(dòng)在阻力平方區(qū))不變，則水的流量變?yōu)樵瓉?lái)的 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(zhǎng)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(dòng)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(dòng)，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(wú)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(kuò)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(duì)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(duì)流傳熱 B. 流動(dòng)狀態(tài) C. 物性影響D. 自然對(duì)流影響答案：C5. (2分) 推導(dǎo)恒壓過(guò)濾方程式的一個(gè)基本依據(jù)是( )。 A. 濾液通過(guò)濾餅時(shí)呈湍流流動(dòng) B. 濾液通過(guò)濾餅時(shí)呈層流流動(dòng) C. 假定濾渣大小均一 D. 假設(shè)過(guò)濾介質(zhì)阻力忽略不計(jì)答案：B6. (2分) 含塵氣體通過(guò)長(zhǎng)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(guò)程中，為強(qiáng)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(qiáng)答案：B8. (2分) 精餾塔分離某二元物系，當(dāng)操作壓強(qiáng)降低時(shí)，系統(tǒng)的相對(duì)揮發(fā)度( )，溶液的泡點(diǎn)( )，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(diǎn) 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(shí)，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(wèn)因?yàn)槲談┤胨舛认陆?使塔內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)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(wèn)因?yàn)閆、HOG不變,可知NOG也不變由及不變 可知 不變。11. (2分) 單向擴(kuò)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(jì)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(duì)位置如附圖1所示。輸送管路尺寸為f108 mm4 mm的無(wú)縫鋼管，吸入管長(zhǎng)度為20 m，排出管長(zhǎng)度為100 m(各段管長(zhǎng)均包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)。當(dāng)閥門為3/4開(kāi)度時(shí)，真空表讀數(shù)為42 700 Pa，兩測(cè)壓口的垂直距離為0.5 m，忽略兩測(cè)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(kāi)度時(shí)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(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，試分析其原因。計(jì)算題第1題附圖解：(1) 閥門3/4開(kāi)度時(shí)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(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，原因是進(jìn)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(jī)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(shí)，冷卻水的進(jìn)、出口溫度分別為20和30。使用一段時(shí)間后，由于生成垢層，在冷卻水進(jìn)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(jī)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(shí)傳熱速率 對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力 總傳熱系數(shù) 總熱阻 (2) 換熱器使用一段時(shí)間后傳熱速率 對(duì)數(shù)平均推動(dòng)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(dá)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(shí)，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?dú)堃航M成為0.02，泡點(diǎn)進(jìn)料，物系的平均相對(duì)揮發(fā)度為3。試求：(1) 每獲得1 kmol/h餾出液時(shí)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(shí)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(diǎn)進(jìn)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(diǎn)進(jìn)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(jìn)入干燥器，廢氣溫度為60 。試計(jì)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(duì)該物料測(cè)得干燥速率曲線如圖所示。已知恒速干燥段所用時(shí)間 為，求降速段所用時(shí)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(guò)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(shí)間 所以 降速段所用干燥時(shí)間 10