南京工业大学期末考试卷

南京工业大学期末考试(A)卷
课程：«化工原理»（上册）
班级：姓名：学号：
一、选择填空题：(每题5分，共20分)
1．(1)如图所示，若敞口罐液面恒定，罐上方压强为Pa，忽略流动阻力损失，出水管管径为d，则出水管的出口速度u与有关。

（A）Ｈ（B）Ｈ、ｄ（C）ｄ
（D）Ｐａ（E）Ｈ、ｄ、Ｐａ
水
(2)有一并联管路，两段管路的流量，流速、管径、管长及流动阻力损失分别为V1，ｕ，d1，ｌ1，ｈf1及V2，ｕ2，ｄ2，ｌ2，ｈf2。

若ｄ1＝２ｄ2，ｌ1＝２ｌ2，则：
1
①ｈf1／ｈf2＝（）
（A）２（B）４（C）１／２；（D）１／４（E）１
②当两段管路中流体均作滞流流动时，V1／V2＝（）
（A）２（B）４（C）８（D）１／２（E）１
(3)转子流量计的主要特点是（）
（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
2．⑴已知流体经过泵后，压力增大∆P N/m2，则单位重量流体压能的增加为（）
（A）∆P （B）∆P/ρ （C）∆P/ρg （D）∆P/2g
⑵离心泵的下列部分是用来将动能转变为压能（）
（A）泵壳和叶轮（B）叶轮（C）泵壳（D）叶轮和导轮
3．（1）过滤介质阻力忽略不计,滤饼不可压缩进行恒速过滤时,如滤液量增大一倍,则___（Ａ）操作压差增大至原来的√２倍
（Ｂ）操作压差增大至原来的４倍
（Ｃ）操作压差增大至原来的２倍
（Ｄ）操作压差保持不变
（2）恒压过滤时，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量___ （Ａ）增大至原来的２倍
（Ｂ）增大至原来的４倍
（Ｃ）增大至原来的√２倍
（Ｄ）增大至原来的１．５倍
4．比较下列对流给热系数的大小
空气流速为6m/s的α1，空气流速为25m/s的α2，水流速为1.2m/s的α3，水流速为2.5m/s 的α4，蒸汽膜状冷凝的α5，自大到小的顺序为：>>>>
二、填空题：(每题5分，共20分)
1．①1atm=__________kN/m2 。

②____________________的流体称为理想流体。

③表压与绝对压力的关系是____________________。

2．①离心泵的流量调节阀安装在离心泵的管路上，关小出口阀门后，真空表的读数，压力表的读数。

（填增加、降低或不变）
②管路特性曲线的一般表达式是。

③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。

3. 粒子沉降过程分阶段和阶段。

沉降速度是指时，相对于的速度。

4．冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T1＝400℃，出口温度T2为200℃，冷气体进口温度t1＝50℃，两股气体的质量流量相同，物性数据可视为相同，若不计热损失时，冷气体出口温度为℃；若热损失为5%时，冷气体出口温度为℃。

三、计算题(本题15分)
某液体密度800kg/m3，粘度73cP，在连接两容器间的光滑管中流动，管径300mm，总长50m（包括局部当量长度），两容器液面差3.2m，求（1）管内流量（2）若在连接管口装一阀门，调节此阀的开度使流量碱为原来的一半，阀的局部阻力系数是多少？（设流体流动为湍流，摩擦系数符合柏拉修斯公式λ＝0.3164/Re0.25）
四、计算题(本题10分)
用泵将石油从低位槽输送至高位槽，两槽液位恒定，液面差15m，管子规格Φ89×4.5mm，管路总长度（包括所有局部阻力当量长度）为200m，要求流量21 m3/h，石油的密度ρ＝920kg /m3，，粘度0.5NS/m2，求：
(1) 雷诺数Re，摩擦系数λ，流动阻力∑h f
(2) 泵的有效功率
五、计算题(本题15分)
用板框压滤机过滤悬浮液，已知过滤面积10m2，操作压力2kgf/cm2（表压），过滤15分钟后，得滤液2.91m3，若介质阻力可忽略不计，滤饼不可压缩，
求：（1）已知该板框压滤机的生产能力4.8m3/h，计算洗涤时间和辅助时间之和
（2）若过滤时间和滤液量均不变，操作压力降至1kgf/cm2（表压），需增加多少过滤面积才能维持生产能力不变？
六、计算题(本题20分)
有一套管式换热器，内管Φ54×2mm，外管Φ116×4mm的钢管，内管中苯由50℃加热至80℃，流量4000kg/h，环隙为2kgf/cm2（绝）饱和蒸汽，蒸汽冷凝的传热系数104W/m2K，已知苯的ρ＝880kg /m3，C P=0.1856kj/kg, λ=0.134 W/mK，μ=0.39cP, 管内污垢热阻R si＝0.0004 m2 K / W，管壁热阻和管外污垢热阻可略，求：（1）管内给热系数αi，以管内表面积计的总传热系数K i（2）套管的有效长度（3）若加热蒸汽压力增至3kgf/cm2（绝），问苯的出口温度是多少？（设K i不变）
压强，kgf/cm2（绝） 1.0 2.0 3.0
温度，℃99.1 120 133
汽化潜热，KJ/Kg 2259 2204 2163
选择填空题：
1. A E C C
2. C C
3. C C
4.α5>α4>α3>α2>α1
填空题
1. ①1atm=_101.3___kN/m2 。

②粘度为零，无流动阻力的流体称为理想流体。

③表压与绝对压力的关系是表压＝绝对压力－大气压。

2．①离心泵的流量调节阀安装在离心泵的出口管路上，关小出口阀门后，真空表的读数减小，压力表的读数增大。

（填增大、减小或不变）
t02a05002
②管路特性曲线的一般表达式是He‘＝H0+KV2。

t02a05001
③离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生汽蚀现象。

3.粒子沉降过程分加速阶段和匀速阶段。

沉降速度是指加速终了时时，颗粒相对于流体的速度。

4．冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T1＝400℃，出口温度T2为200℃，冷气体进口温度t1＝50℃，两股气体的质量流量相同，物性数据可视为相同，若不计热损失时，冷气体出口温度为250 ℃；若热损失为5%时，冷气体出口温度为240 ℃。

三．解：p1=-p2u1=u2
gZ1+u12/2+p1/ρ+He=gZ2+u22/2+p2/g+∑h f
gZ1=∑h f= (0.3164/Re0.25)(l/d)(u2/2)
∴u=3.513m/s
(2) gZ1=∑h f= (0.3164/Re0.25+ζ)(l/d)(u2/2)
∴ζ=14.3
四．解：u=21/(3600*0.785*0.082)=1.16m/s
Re= duρ/μ=170.8 层流
λ＝64/Re=0.374
∑h f=λ(l/d)(u2/2)==0.374*(200/0.08)*(1.162/2)=629.9J/Kg
(2) He=g∆z+∑h f=777J/Kg
Ne=HeV g=4.17KW
五．解：(1)Q=V/(τF+τW+τR)
0.00133=2.91/(900+τW+τR)
τW+τR=21.47min
(2) V2=2k∆P A2τ
V2=2k∆P’ A’2τ
A’2=∆P A2/∆P’=200
A’=14.14m2
∆A=14.14-10=4.14 m2
六．解（1）Re=duρ/μ=4W/πdμ=4*4000/(3600*3.14*0.05*0.39*10-3)=7.259*104
Pr=C pμ/λ=0.1856*103*0.39*10-3/0.134=5.4
αi=0.023(λ/d i)Re0.8Pr0.4=936.59W/ m2K
K i=1/(1/αi+d i/α0d0+R si)=641 W/ m2K
(2)t s=120℃△t m=(80-50)/ln70/40=53.6℃
Q=W C C PC(t2-t1)=(4000/3600)*0.1856*103*(80-50)=61864W
Q=K iπd i L△t m L=11.5m
(3) t s=133℃△t m=( t2-50)/ln(133-50)/(133- t2)
Q=K iπd i L△t m= W C C PC(t2-t1)
641π*0.05*11.5*( t2-50)/ln(133-50)/(133- t2)=(4000/3600)*0.1856*103*( t2-50)
t2=84.5℃
南京工业大学期末考试(A)卷
课程：«化工原理»（下册）
班级:姓名:学号:
[一]选择题：
⑴①正常操作下的逆流吸收塔，若因某种原因使液体量减少以致液气比小于原定的最小液气比时，下列哪些情况将发生( )
（Ａ）出塔液体浓度x b增加，回收率增加；
（Ｂ）出塔气体浓度增加，但x b不变；
（Ｃ）出塔气体浓度与出塔液体浓度均增加；
（Ｄ）在塔下部将发生解吸现象。

②在填料塔中用清水吸收混合气中ＮＨ3，当水泵发生故障上水量减少时，气相总传质单元数ＮOG（）
（Ａ）增加；（Ｂ）减少；（Ｃ）不变。

③在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数k y=2kmol/m2h，气相总传质系数K y=1.5kmol/ m2h，则该处气液界面上气相浓度y i应为（），平衡关系y=0.5X。

（Ａ）0.02 （Ｂ）0.01 （Ｃ）0.015 （Ｄ）0.005
⑵①某精馏塔，精馏段理论板数为Ｎ1层，提馏段理论板数为Ｎ2层，现因设备改造，使精馏段理论板数增加，提馏段理论板数不变，且Ｆ，ｘF，ｑ，Ｒ，Ｖ等均不变，则此时：（）（Ａ）ｘD增加，ｘW不变
（Ｂ）ｘD增加，ｘW减小
（Ｃ）ｘD增加，ｘW增加
（Ｄ）ｘD增加，ｘW的变化视具体情况而定。

②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ＮT1。

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ＮT2。

比较：（）
（Ａ）ＮT2＞ＮT1；（Ｂ）ＮT2＝ＮT1；
（Ｃ）ＮT2＜ＮT1；（Ｄ）判断依据不足。

⑶①（1）绝热饱和温度t as是大量的循环水与进入的空气接触时最后达到的稳态温度，它等于循环水的温度。

（2）湿球温度t w是湿球温度计所指示的平衡温度，但它并不等于湿纱布中水分的温度。

对以上两种说法正确的判断是：( )。

(Ａ)．两者都对；(Ｂ)两者都不对；(Ｃ)⑴对⑵不对；(Ｄ)⑵对⑴不对。

②对于一定干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，其湿球温度：( )。

(Ａ)愈高；(Ｂ)愈低；(Ｃ)不变；(Ｄ)不一定，与其它因素有关。

(4)①湿空气在预热过程中不变化的参数是( )
(Ａ)焓；(Ｂ)相对湿度；(Ｃ)露点温度；( D )湿球温度。

②指出“相对湿度，绝热饱和温度、露点温度、湿球温度”中，哪一个参量与空气的温度无关( )。

(Ａ)相对湿度(Ｂ)湿球温度(Ｃ)露点温度(Ｄ)绝热饱和温度
[二] 填空题：
⑴双膜理论的要点是：（１）；
（２）。

⑵①物理吸收操作属于过程，是一组分通过另一静止组分的扩散。

②当平衡线在所涉及的范围内是斜率为ｍ的直线时，则1/K y=1/k y＋×1/k x。

③气体吸收计算中表示设备（填料）效能高低的一个参量是，而表示传质任务难易程度的一个参量是。

⑶①某精馏塔在操作时，加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料，且保持Ｆ，ｘF，Ｒ，Ｄ不变，则此时ｘD，ｘWＶ，Ｌ／Ｖ。

（填写：增加，不变，减少）
②两组份的相对挥发度越小，则表示分离该物系越。

二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起平衡线、操作线与ｑ线中哪几条线的变化？______________
⑷已知在常压及25℃下水份在某湿物料与空气之间的平衡关系为：相对湿度φ=100%时，平衡含水量x*=0.02kg水／kg绝干料；相对湿度φ=40%时, 平衡含水量x*=0.007 kg水／kg 绝干料。

现该物料含水量为0.23kg水／kg绝干料, 令其与25℃, φ=40%的空气接触, 则该物料的自由含水量为kg水／kg绝干料, 结合水含量为kg水／kg绝干料, 非结合水的含量为kg水／kg绝干料。

[三]在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂S 吸收混合气体中的可溶组分B 。

入塔气体中
B 的摩尔分率为0.03，要求吸收率为95% 。

已知操作条件下的解吸因数(1/A)为0.8 ，物系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03 （摩尔分率）。

试计算：①操作液气比为最小液气比的倍数；
②出塔液体的浓度；
③完成上述分离任务所需的气相总传质单元数N OG 。

[四]常压操作连续精馏塔用以分离苯－甲苯溶液，y1=0.72(摩尔分率，下同)的塔顶蒸汽经分凝器冷凝后液相作为塔顶回流液，气相经全冷凝器冷凝成塔顶产品，进料Ｆ为100kmol/h，进料浓度ｘF= 0.44，泡点进料，塔顶与塔底产品D=W=50 kmol/h，塔顶馏出液浓度ｘD= 0.83，取相对挥发度α=2.5，塔釜液平均分子量取M = 91.4kg/kmol，求：
⑴塔釜液浓度X W；
⑵操作回流比R；
⑶塔釜蒸发量Ｖ’ ｋｇ／ｈ；
⑷最小回流比Ｒmin；
D
[五] 在恒定干燥条件下进行干燥实验，已测得当ｔ＝５０℃，φ＝７０％，气体的质量流
速Ｌ＝2.5kg/m 2S ，气体平行流过物料表面，水份只从物料上表面汽化，物料由湿含量Ｘ1变到Ｘ2，干燥处于恒速段，所需干燥的时间为τA ＝１小时。

如果干燥面积A 、汽化水量W 和传热系数α不变，且仍处于恒速段，只是空气改变为ｔ＝８０℃，φ＝２０％（Ｌ不变），求所需干燥时间τB 。

注：水的汽化潜热可由下式计算：
ｒw ＝2491.27 －2.30285t w
ｒw ----汽化潜热，kJ/kg t w ----湿球温度，℃
[六]如图示的精馏塔由一只蒸馏釜及一层实际板所组成，只有提馏段，没有精馏段。

料液由塔顶加入，泡点进料，L ’=F ，V ’=D ，ｘF ＝0.2（摩尔分率，下同），今测得塔顶易挥发组分的回收率为８０％，且ｘD ＝0.3，系统相对挥发度α＝3.0。

设蒸馏釜可视为一个理论板。

试求：
（１）残液组成ｘW ；
（２）该层塔板的液相默夫里板效率ＥML 。

提示：ＥML =(ｘn-1-ｘn )/ (ｘn-1-ｘ*n )=(ｘF -ｘ1)/ (ｘF -ｘ*1)
选择题：
（1）C A B （2）B C （3）C B （4）C C
[二] 填空题：
⑴双膜理论的要点是：（１）界面上汽液平衡；（２）阻力集中于有效膜内。

⑵①物理吸收操作属于传质过程，是一组分通过另一静止组分的单向扩散。

②当平衡线在所涉及的范围内是斜率为ｍ的直线时，则1/K y =1/k y ＋m1/k x 。

③气体吸收计算中表示设备（填料）效能高低的一个量是传质单元高度，而表示传质任务难易程度的一个量是传质单元数。

⑶①某精馏塔在操作时，加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料，且保持Ｆ，ｘF ，Ｒ，Ｄ不变，则此时ｘD 增加，ｘW 减少Ｖ不变，Ｌ／Ｖ不变。

②两组份的相对挥发度越小，则表示分离该物系越困难。

二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起平衡线、操作线与ｑ线中哪几条线的变化操作线与ｑ线。

⑷已知在常压及25℃下水份在某湿物料与空气之间的平衡关系为：相对湿度φ=100%时，
平衡含水量x *=0.02Kg 水／Kg 绝干料；相对湿度φ=40%时, 平衡含水量 x *=0.007 Kg 水／
Kg 绝干料。

现该物料含水量为0.23Kg 水／Kg 绝干料, 令其与25℃, φ=40%的空气接触, 则该物料的自由含水量为 0.233 Kg 水／Kg 绝干料, 结合水含量为 0.02 Kg 水／Kg 绝干料, 非结合水的含量为 0.21 Kg 水／Kg 绝干料。

[三] j06a10106 ∵y 1=0.03 x 1=0.03 ∴m=1
(L/G)min =(y 1-y 2)/(y 1/m)=0.95
L/G=m/S=1/0.8=1.25
蒸馏釜
D,X D W,X W 1
∴(L/G)/( (L/G)min)=1.316
x1=(y1-y2)/( L/G)=0.0228
N OG=1/(1-S)ln[(1-S)y1/y2+S]=7.843
[四] j07d20122
(1)∵FX F=DX D+WX W
∴X W=0.05
(2)y D=x D=0.83
x0=0.83/(2.5-1.5*0.83)=0.66
∵y1=R*x0/(R+1)+ x D/(R+1)
∴R=1.83
(3)V’=V=(R+1)D=12900kg/h
(4)x q=x F=0.44 y q=2.5*0.44/(1+1.5*0.44)=0.663
R min=(x D-y q)/(y q-x q)=0.749
[五] j09b15028
τA＝G C(X1-X0)r w/[αA(t-t w)]= Wr w/[αA(t-t w)]
ｒW＝2491.27 －2.30285t W
τB/τA= [r Bw/ (t-t Bw)]/ [r Aw/ (t-t Aw)]=0.20217
τB =0.20217h
[六] j07d20107
DX D/FX F=0.8
∴D/F=0.533
D/F=(X F-X W)/(X D-X W)=0.533
∴X W=0.0857
L’/V’=F/D=1.876
W/V’=W/D=(F-D)/D=0.876
y m+1= (L’/V’)x m-(W/V’)x w=1.876 x m -0.0751
y w=αx w/[1+(α-1)x w]=0.22
x1=(y w+0.0751)/1.876=0.157
y1=x D=0.3
ｘ*1=y1/[α-(α-1)y1]=0.125
ＥML=(ｘn-1-ｘn)/ (ｘn-1-ｘ*n)=(ｘF-ｘ1)/ (ｘF-ｘ*1)=0.573。