海南大学2010～2011化工原理

海南大学2009～2010学年第一学期课程考试试卷（A 卷）
课 程 化工原理 授课教师 潘丽莎 考试时间 2010年1月9日 考试班级 生物工程 学 号 姓 名 题号 一 二 三
四
总 分
得分
------------------------- 注：请考生务必将答案写在答题纸上 -------------------------------
得 分
一、填空题（每空1分，共20分）
阅卷人
1．某设备上，真空度为80mmHg ，该地区的大气压为720mmHg 。

其绝对压力=①8.7mH 2O=②8.53 ×104Pa.。

2．某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3 kPa （表压），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h 是① 1 m 。

3．流体在圆管内流动时的摩擦阻力可分为①直管阻力和②局部阻力两种。

4．在非均相物系中，处于分散状态的物质称为①分散，处于连续状态状态的物质称为连续。

5．离心泵与往复泵的启动的不同之处是离心泵启动前需要①灌泵 。

6．传热的基本方式有①热传导②对流传热③热辐射。

7．蒸汽冷凝有二种方式，即①膜状冷凝和②滴状冷凝。

其中③滴状冷凝传热效果好。

8．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①传热面产生了污垢热阻（或有污垢热阻）。

9．压力①升高温度②降低将有利于吸收的进行。

10．若某气体在水中的亨利系数E 值很大，说明该气体为难溶气体。

11．蒸馏是分离①液体混合物的一种方法，其分离依据是混合物中各组分的②挥发度的差异。

得 分
二、选择题（每小题2分，共20分）
阅卷人
1．一管路由直径为Φ57×3.5mm 的细管逐渐扩大到Φ108×4mm 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/s 2．湍流与层流的本质区别是（ C ）。

A ．湍流的流速大于层流的
B ．湍流的Re 值大于层流的
C ．层流无径向脉动，湍流有径向脉动
D ．湍流时边界层较薄 3．离心泵的工作点是指（ D ）。

A ．与泵最高效率时对应的点 B ．由泵的特性曲线所决定的点
…………………………………………装…………………………订…………………………线…………………………………………
……………试……………题……………不……………要……………超……………过……………此……………线………
C ．由管路特性所决定的点
D ．泵的特性曲线与管路特性曲线的交点 4．在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素无关的是（ C ）。

A ．颗粒的几何尺寸
B ．颗粒与流体的密度
C ．流体的水平流速
D ．颗粒的形状 5．吸收操作的用途是分离（ A ）。

A ．气体混合物
B ．液体均相混合物
C ．气液混合物
D ．部分互溶的液体混合物 6在吸收操作中，吸收塔某一截面上的总推动力（以液相组成差表示）为（ A ）。

A ．X*-X B ．X -X * C ．X i-X D ．X -X i
7．精馏操作时，增大回流比R ，其他操作条件不变，则精馏段液气比L V （ A ）。

A ．增加
B ．不变
C ．不确定
D ．减小 8．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1 9．对于饱和蒸汽进料，则有L ＇
（ A ）L 。

A ．等于 B ．小于 C ．大于 D ．不确定 10．过滤属于（ C ）过程。

A ．动量传递
B ．热量传递
C ．物质传递
1、本题附图所示的开口容器内盛有油和水。

请判断下列两关系p A =p 'A ，p B =p 'B 是否成立，并给出解释。

答：p A =p'A 的关系成立。

p B =p'B 的关系不能成立。

（1分）因A 与A '两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。

所以截面A-A'称为等压面。

（2分）因B 及B '两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面B-B '不是等压面。

（2分）
2、在设计间壁式换热器时为什么优先采用逆流操作？
答：因为在同样的温差条件下，逆流操作所获得的平均温差大（2分），传热的推动力就大，完成相同的换热任务所需的换热面积就小（2分），这样可以节省设备费用（1分）。

因此，在设计间壁式换热器时，优先采用逆流操作。

1.（10分）20 ℃的水以
2.5 m/s 的平均流速流经φ38 mm ×2.5 mm 的水平管，此管以变径头与另一φ53 mm ×3 mm 的水平管相连。

如本题附图所示，在锥形管两侧A 、B 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。

若水流经A 、B 两截面间的能量损失为1.5 J/kg ，求A 、B 截面间的压力差（Pa ）。

1 解：（在A （1-1）、B （2-2）两截面之间列机械能衡算方程 2
2
1
2
1122f 112
2
p p gz u gz u h ρ
ρ
+
+
=+
+
+∑-------2分
式中 z 1=z 2=0，
得 分
三、简答题（每小题5分，共10分）
阅卷人
得 分
四、计算题（共50分）
阅卷人
…
………………………………………装…………………………订…………………………线…………………………………………
…
…………试……………题……………不……………要……………超……………过……………此……………线………………
251m s u .=2
2112220038000252251232005300032211m s m s
A d ..u u u ..A d ..⎛⎫⎛⎫-⨯⎛⎫
==== ⎪ ⎪ ⎪-⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭
------3分
∑h f =1.5 J/kg
22
2212
1232251508662
221
f J k
g J kg
p p u u ..h ..ρ
⎛⎫---=
+=+=- ⎪⎝⎭
∑---------------3分
故 12086699828864Pa p p ...-=-⨯=--------2分
2.（10分）在一传热面积为25 m 2
的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。

冷却水
的流量为28000kg/h ，其温度由25 ℃升至38 ℃，平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。

有机溶液的温度由110 ℃降至65 ℃，平均比热容为1.72 kJ/(kg·℃)。

两流体在换热器中呈逆流流动。

设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的流量（kg/h ）。

2 解： C p2=4.17kJ/(kg·℃)
m 2p 221
()Q q C t t =-()W 1022.4W 25381017.43600
2800053⨯=-⨯⨯⨯=--------2分 m t ∆ 有机物 110 → 65
水 38 ← 25
———————————————— t ∆ 72 40 C 4.54C 40
72ln 4072m ︒=︒-=∆t --------2分
()()5
42210
310325544
2
2
m
W
m
C W m
C Q .K .A t .⨯=
=
⋅︒=⋅︒∆⨯ -------4分
()(
)5
4
3
11
242210
54521963101721011065
m1kg s kg s kg h p Q .q ..c T T .⨯====⨯-⨯⨯----2分
3.（15分）在一直径为0.8 m 的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。

已知混合气的流量为45 kmol/h ，二氧化硫的摩尔分数为0.032。

操作条件下气液平衡关系为
34.5Y X =，气相总体积吸收系数Y K a 为0.0562 kmol/(m 3·s)。

离塔吸收液中二氧化硫的摩
尔比7.291×10-4，要求二氧化硫的回收率为98%求水的用量（kg/h ）及所需的填料层高度。

3解：
111
0.0320.0331
110.032
y Y y =
=
=------------1分
()()2110.033110.980.000662
Y Y η=-=⨯-=---------1分
4
17.291
10X -=⨯----------1分
2
0X =----------1分
惰性气体的流量为：45(10.032)kmol/h 43.56kmol/h G =⨯-=-----------1分
水的用量为：
()
3
124
12
43.560.03310.000662()km ol/h 1.93810km ol/h 7.29110
G Y Y L X X -⨯--=
=
=⨯-⨯--------2分
3
4
m ,L 1.9381018kg/h 3.48810kg/h q =⨯⨯=⨯--------1分
求填料层高度：2
43563600m 0429m
00562078508
OG Y G ./H .K a ...=
=
=Ω
⨯⨯----------2分
4
111*0.033134.57.291100.00795
Y Y Y -∆=-=-⨯⨯=-------1分
222*0.00066234.500.000662Y Y Y ∆=-=-⨯=---------1分
12m 12
0.007950.000662
0.002930.00795ln
ln 0.000662
Y Y Y Y Y ∆-∆-∆=
=
=∆∆
07
.1100293
.0000662
.00331.0m
21OG =-=
∆-=
Y Y Y N -------------2分
m
749.4m 429.007.11OG OG =⨯==H N Z -------------1分
4.（15分）某连续精馏塔在常压下分离甲醇水溶液，塔釜间接加热，其精馏段和提馏段操作线方程分别为：
361.063.0+=x y 00966.0805.1-=x y
试求：
（1） 此塔的操作回流比和塔顶镏出液的组成； （2） q 值；
（3） 料液量为100kmol/h ，组成时，04F x .=塔顶馏出液摩尔流量。

4 解：（1）将精馏段操作线方程：D x R x R R y 1
11
++
+=，与361.063.0+=x y 比较得：
63.01
=+R R 所以 R =1.703--------2分
0361
1
D x .R =+，所以036110361170310976D x .(R ).(.).=+=⨯+=--------2分
（2）由361.063.0+=x y ，00966.0805.1-=x y 得两操作线交点：
x =0.315，y =0.559----------2分
q 线 F x q x q q y 1
1
1---=也过此点，所以：
4.01
1315.01
559.0⨯--
⨯-=
q q q ；-----------2分
所以：q =0.652-----------1分 （3）将提镏段操作性方程，所以 w L 'W y x x V '
V '
=-
与00966.0805.1-=x y 比较得：
805.1'
'
=V L ，
00966.0'
=w x V W
-------2分 所以：'805.0''805.1''V V V V L W =-=-=，000966w W x .V '= 012.0'
805.0'00966.0==
=
V V W
Wx x w
w -----------2分
对全塔有： F D w
Fx D x W x F D W
=+=+
代入数据得： W D ⨯+⨯=⨯012.0976.04.0100 W D +=100
解得： D =40.25 kmol/h -----------2分。