化工原理考试题及答案I

化工原理考试题及答案
姓名____________班级____________学号_____________成绩______________
一、填空题：
1.（3分）题号1041 第1章知识点100 难度中等
化工产品种类繁多，生产流程千差万别，但其基础理论可概括为＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿；其具体内容是＿＿＿＿________________
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

***答案***
三传一反，典型化工生产工艺；动量传递、热量传递、质量传递、和化学反应工程、硫酸和合成氨等。

2.（3分）题号2066 第2章知识点400 难度容易
单缸单动往复泵其排液是间断的，不均匀的，其改善措施有，在进、出口管路上设________或采用__________。

***答案***
空气室；双动泵或多联泵。

3.（2分）题号4095 第4章知识点200 难度容易
在流体与固体壁面间发生的对流传热中，热阻主要集中在____________。

***答案***
滞流内层中
4.（2分）题号5012 第5章知识点100 难度容易
蒸发过程实质上是传热过程，因此，蒸发器也是一种_____________。

***答案***
换热器
5.（2分）题号5010 第5章知识点100 难度容易
蒸发的方式有___________和____________。

***答案***
自然蒸发、沸腾蒸发
6.（2分）题号5017 第5章知识点100 难度容易
提高蒸发器的生产强度的主要途径是___________________。

***答案***
增大传热系数K
二、选择题：
1.（2分）题号1221 第1章知识点400 难度容易
流体在管内作湍流流动时,滞流内层的厚度随雷诺数Re的增大而（）。

A. 增厚
B. 减薄
C. 不变
***答案***
B
2.（2分）题号3050 第3章知识点300 难度容易
过滤操作中滤液流动遇到阻力是（）。

A. 过滤介质阻力；
B. 滤饼阻力；
C. 过滤介质和滤饼阻力之和。

***答案***
C
3.（2分）题号4127 第4章知识点300 难度容易
间壁两侧流体的对流传热系数相差较大时，要提高K值，关键在于提高对流传热系数（）之值。

A. 大者；
B. 小者；
C. 两者；
***答案***
B
4.（2分）题号5038 第5章知识点200 难度容易
列文式蒸发器属于（）蒸发器
A. 自然循环；
B. 强制循环；
C. 单程型
***答案***
A
5.（2分）题号5028 第5章知识点100 难度容易
蒸发操作中，从溶液中汽化出来的蒸汽，常称为（）。

A. 生蒸汽；
B. 二次蒸汽；
C. 额外蒸汽
***答案***
B
三、判断题：
1.（2分）题号1268 第1章知识点300 难度容易
柏努利方程中的P/（ρg）表示1N重的流体在某截面处具有的静压能,称为静压头。

（）***答案***
√
2.（2分）题号3052 第3章知识点200 难度容易
通过旋风分离器能够完全分离出来的最大颗粒直径，称临界颗粒直径。

（）
***答案***
×
3.（2分）题号4163 第4章知识点100 难度容易
导热系数和给热系数都是物质的属性之一。

（）
***答案***
×
4.（2分）题号5069 第5章知识点200 难度容易
中央循环管式蒸发器是强制循环蒸发器。

（）
***答案***
×
四、问答题：
1.（3分）题号2177 第2章知识点100 难度中等
离心泵为什么会出现气蚀现象？
***答案***
是因为叶轮入口及其背面存在低压区，随着吸水高度E的增加。

Z=(p-p)/(ρg)-u/2g-∑h p p
压区的压力p p p p
生大量气泡，同时，溶解在液体中的空气，也会因压力降低而逸出，生成的气泡，随液流流入叶轮高压区，气泡就会破碎，体积骤然缩小，大量液体就会冲击过去，冲击点可达上百个大气压，且频率非常高，冲击波及气中微量氧共同作用可使叶轮及原壳出现斑痕，甚至呈海绵状，即气蚀。

2.（4分）题号4211 第4章知识点400 难度中等
说明列管式换热器的基本结构。

***答案***
由壳体、管束、管板、封头等组成。

3.（4分）题号5085 第5章知识点400 难度容易
实现多效蒸发的必要条件是什么？
***答案***
后一效蒸发器的操作压力和溶液的沸点较前一效的为低。

4.（8分）题号5082 第5章知识点100 难度中等
工业生产中对溶液的浓缩，为何采用真空蒸发？
***答案***
因为：（1）加热蒸汽压力相同时，真空蒸发时溶液的沸点较低，则有效温度差较大，可使传热面积A减小。

（2）真空蒸发，可蒸发不耐高温的溶液。

（3）真空蒸发，可利用低压蒸汽或废汽作加热剂，
（4）真空蒸发时，由于溶液沸点低，设备的热损失小。

五、计算题：
1.（16分）题号1408 第1章知识点320 难度容易
如图所示，密度为1200kg.m
力维持在35.3kN.m,液体在Φ60×3.5mm的钢管中流动时的总阻力损失为0.6m 液柱（不包出口阻力损失）。

问：(1）进入设备的液体量是多少m.h(2）液体在A-A'截面处的流速为多少m.s
本题目有题图：titu175.bmp
***答案***
（1）定高位槽液面为1-1，管出口内侧为2-2，列柏式：
Z+P/(ρg)+u/(2g)=Z+P/(ρg)+u/(2g)+∑h
∴4+0+0=35.3×10/(1200×9.807)+u/(2×9.807)+0.6
∴u=2.8m.s
∴V=3600×π(0.053) 2.8/4=22.23m.h
（2）∵连续流动，管径相同
∴u=u=2.8m.s
2.（8分）题号1343 第1章知识点640 难度中等
15℃水在内径为10mm的钢管内流动，流速为0.15 m.s1）该流动类型是层流还是湍流？（2）如上游压强为7kgf.cm3kgf.cm
15℃水的密度为999.1kg.m 1.14cp.
***答案***
（1）Re＝dｕρ/μ
＝0.010×0.15×999.1/（1.14×10
＝1314＜2000 该流体作层流流动
（2）根据泊谡叶方程式
ΔP＝32μｌｕ/d
∴ｌ＝ΔPd/（32μｕ）
＝（7－3）×9.81×100.01/（32×1.14×100.15）
＝7171m
3.（15分）题号2216 第2章知识点143 难度容易
密度为1200kg.m25m.h75mm的无缝钢管。

两液面间的垂直距离为30 m，钢管总长为120m，管件、阀门等的局部阻力为钢管阻力的25％。

试求泵的轴功率。

假设：（1）摩擦系数λ＝0.03；（2）泵的效率η＝0.6
***答案***
Z/2ｇ＋P/ρｇ＋H Z/2ｇ＋P/ρg+∑H
Z0，Z30m，ｕ0，ｕ0，P P
∴H Z H30＋∑H
∑Hλ×ｌ/d×ｕ/2ｇ）×1.25
ｕ＝V/A＝25/（3600×0.785×（0.07 5）
＝1.573m.s
∑H0.03×120/0.075×1.573/（2×9.81）×1.25
＝7.567m盐水柱
H30＋7.567＝37.567m
N Q Hρｇ
＝25/3600×37.567×1200×9.81＝3071w
N轴＝N/η＝3071/0.6＝5118w
4.（8分）题号3098 第3章知识点100 难度容易
相对密度7.9，直径2.5mm的钢球，在某粘稠油品（相对密度0.9）中以5mm.s
度匀速沉降。

试求该油品的粘度。

***答案***
设沉降以滞流状态进行，则：
μ=dp(ρ-ρ)g/(18μ)
= (0.0025)(7900-900)×9.81/(18×0.005)
=4.77Pa.s
验算：Re=d uρ/μ
=0.0025×0.005×900/4.77
=2.36×10 1 假设正确
5.（15分）题号3087 第3章知识点100 难度容易
现要设计一降尘室来净制气体，要求降尘室的最大生产能力为1500标准m.h
似常压的含尘气体。

气体的温度为50℃，粘度为2×10N.s.m 1.5kg.m
而层粒的密度为3500kg.m10μm，沉降过程服从斯托克斯定律，试求：(1)降尘室的面积为多少m(取整数)(2)若此降尘室只允许做成宽4m，高2m，那么此降尘
室的最小长度为多少m？(3)如果厂房面积有限，要求降尘室的长度为你所计算出的最小长度的一半，你认为座采取什么措施来完成此任务？
***答案***
(1)求A
U=(10×10)(3500－1.5)×9.87/(18×2×10)
=9.53×10m.s
V=V T/T=1500×(50+273)/273=1774.73m.h
A=V/U=(1774.73/3600)/(9.53×10)=52m
(2)求L L=(A/b)=(52/4)=13m
(3)当长度缩小一半时，为完成此生产任务，可在降尘室中间加一隔板。

6.（10分）题号4269 第4章知识点300 难度容易
在换热器中，热水流量为2000kg.h3000 kg.h,热水进口温度T85℃,冷水进口温度t15℃,如要求将冷水加热到t40℃, 求采用并流和逆流时的平均温度差,冷、热水的平均比热可认为相等。

***答案***
G C（T T G C（t t
2000（85－T3000（40－15）
得T47.5℃
并流时85℃→47.5℃
15℃→35℃
－－－－－－－－－
70 12.5
Δt70－12.5）/（ｌｎ70/12.50）＝33.4℃
逆流时85℃→47.5℃
35℃←15℃
－－－－－－－－－
50 32．5
Δt50＋32.50）/2＝41.25℃
7.（8分）题号4221 第4章知识点100 难度容易
外径为100mm的蒸汽管外包一层厚80mm、导热系数为λw.m.K,管外壁温度为t,每米管长的热损失为Qw.m,试求绝热层外壁温度t
触良好）
***答案***
Q=2πλ(t1-t2)/ln(r2/r1) ∴t2=t1-Q ln(r2/r1)/(2πλ)
=t1-Q/λ[ln(0.13/0.05)/(2×3.14)
=t1-0.152Q/λ
8.（12分）题号4235 第4章知识点100 难度中等
φ120×5mm的蒸汽管外拟包一层保温材料,其导热系数为0.07w.m.K
的内壁温度为110℃,管壁导热系数为45w.m.K20℃,每米蒸汽管的热损失控制在60w以下,试计算保温层的最小厚度。

***答案***
按多层圆筒导热
ｑt t/（ｌｎ（ｒ/ｒ/（2π
λ/ｒ/（2πλ
将ｒ0.06m,ｒ0.055m，ｒ0.06＋δ
λ0.07w/(m·K),λ45w/(m·K)，ｑ60w/m
t110℃,t20℃代入上式
60=(110-20)/(ln(0.06/0.055)/(2π×45)+ln(ｒ/0.06)/(2π
×0.07))
=90/(0.00031+(lnｒ+2.813)/0.4398)
解得ｒ0.116m,
δ＝0.116－0.06＝0.056m＝56mm
注：本题可简化不计管壁热阻。

9.（12分）题号5099 第5章知识点300 难度容易
某食品厂准备用一单效膜式蒸发器将番茄汁从12%浓缩至浓度为28%（均为质量%）。

蒸发器的传热面积为5m K=1500w.m.K115℃（其汽化潜热为2221kJ.kg57.3℃，二次蒸汽的汽化潜热为2359kJ.kg=0.7℃，△″=0；热损失相当于蒸发器传热量的5%。

问：（1）此蒸发器每小时可处理多少kg番茄汁？（2）加热蒸汽耗量为多少kg.h
***答案***
（1）求F
F=W/（1-X/X）
∵Q=A.K(T-t)
而t=T ’+△'+△"=57.3+0.7+0=58℃
∴Q=5×1500(115-58)=427500w
∵沸点进料∴Q=D r=W（i-Cpt）+Q损≈Wr+Q损
∴W=(0.95Q)/r'=(0.95×427500)/(2359×10)
=0.172kg.s=619.8kg.h
∴F=619.8/(1—12/28)=1084.65kg.h
（2）求D
D=Q/r=（427500×3600）/（2221×1000）
=692.93kg.h
10.（16分）题号5104 第5章知识点300 难度容易
在单效蒸发器中，每小时将2000kg的某种水溶液从10%连续浓缩至30%，蒸发操作的平均压强为0.4kgf.cm80℃。

加热蒸气的压强为2.0kgf.cm
压）。

原料液的比热为3.77kJ.kg.K12000w。

忽略浓缩热。

试求：（1）单位时间内蒸发的水分量；（2）分别求算原料温度为30℃、80℃和120℃时，单位时间内所需的加热蒸气量。

已知压强为0.4kgf.cm 2.0kgf.cm2319 kJ.kg及2206 kJ.kg,饱和蒸汽焓分别为2635kJ.kg2708kJ.kg。

***答案***
（1）单位时间内蒸发的水分量W
W=F（1－X/X=2000（1－0.1/0.3）=1333kg *h
（2）单位时间内加热蒸气量D
D={F Cp(t t)＋w(i-Cpt)＋Q损}/r
原料温度为30℃时蒸气消耗量为
D={2000×3.77(80－30)＋1333×(2635-3.77×80)＋12000×3.6}/2206
=1600kg.h
单位蒸气消耗量为
D/w=1600/1333=1.2
同样，原料液温度为80℃时蒸气消耗量及单位蒸气消耗量分别为D=（1333×(2635-3.77
×80)＋12000×3.6）/2206=1430 kg.h
D/w=1430/1333=1.07
原料液温度为120℃时蒸气消耗量及单位位蒸气消耗量分别为
D={2000×3.77(80－120)＋1333×2319＋1200×3.6}/2206
=1293 kg.h
D/w=1293/1333=0.97 good ok 11/24/2018。