化工单元操作技术知识点习题解答

化工单元操作技术知识
点习题解答
GE GROUP system office room 【GEIHUA16H-GEIHUA GEIHUA8Q8-
《化工单元操作技术》知识点、习题解答
一、填空题
1. 粘度的物理意义是促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。

解答：该题目主要考核流体粘度的物理意义。

液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子。

粘度的物理意义是促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。

2．在完全湍流区，摩擦系数λ与 Re 无关，与ε/d 有关。

在完全湍流区则λ与雷诺系数的关系线趋近于水平线。

解答：该题目主要考核对莫狄图的理解。

其中在此图中完全湍流区的特点为：摩擦系数λ与 Re 无关，与ε/d 有关，且λ与雷诺系数的关系线趋近于水平线。

3．在间壁式换热器中，间壁两边流体都变温时，两流体的流动方向有并流、逆流、错流、和折流四种。

解答：该题目主要考核间壁式换热器中两流体流动的四种方式：并流、逆流、错流、和折流。

4．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，分析主要原因是传热壁面上形成污垢，产生附加热阻，使K 值下降。

解答：该题目主要考核影响热量传递的因素，主要为污垢热阻的增大使得K 值下降。

5．离心泵启动前应关闭出口阀；旋涡泵启动前应打开出口阀。

解答：该题目主要考核离心泵及旋涡泵的正确开启方法。

6．离心泵通常采用出口阀门调节流量；往复泵采用旁路调节流量。

解答：该题目主要考核离心泵和往复泵常用的流量调节方法。

7．降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是气体在室内的停留时间θ应≥颗
粒的沉降时间t θ。

解答：该题目主要考核降尘室中颗粒可被分离的必要条件。

8．过滤操作有恒压过滤和恒速过滤两种典型方式。

解答：该题目主要考核过滤操作的两种方式：恒压过滤和恒速过滤。

9．精馏塔的作用是提供气液接触进行传热和传质的场所。

解答：该题目主要考核精馏塔的作用：提供气液接触进行传热和传质的场所。

10．空气进入干燥器之前一般都要进行了预热，其目的是提高空气干球温度，而降低空气的相对湿度。

解答：该题目主要考核空气进入干燥器之前一般都要进行了预热目的：提高空气干球温度，而降低空气的相对湿度。

二、选择题
1．单位体积的流体所具有的质量称为（ B ）。

A ．比容
B ．密度
C ．压强
D ．相对密度
解答：该题主要考核密度的基本概念，即为单位体积的流体所具有的质量。

2．密度为1000kg/m 3的流体，在Φ108×4的管内流动，流速为2m/s ，流体的粘度为1cp ，其Re 为（ D ）。

A ．105
B ．2×107
C ．2×106
D ．2×105 解答：该题主要考核流体流动中雷诺准数的计算方法，即
530.121000Re 210110du ρμ
-⨯⨯===⨯⨯。

3．某设备进、出口测压仪表中的读数分别为p1（表压）=1200mmHg 和p2（真空度）=700mmHg ，当地大气压为750 mmHg ，则两处的绝对压强差为（ D ）。

A．500 B．1250
C．1150 D．1900
解答：该题目主要考核真空度及表压的计算方法。

表压=绝对压力-大气压，真空度=大气压-绝对压力，根据上两式所示可知，表压+真空度=两处的绝对压强差=1900 mmHg。

4．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
C．由管路特性曲线所决定的点 D．泵的特性曲线与管路特性曲线的交点
解答：该题目主要考核对于离心泵工作点的理解。

在一定的管路系统中（指进出口压力、输液高度、管路及管件的尺寸及件数、阀门的开启度等一定），当泵的转速一定时，它只有一个稳定的工作点。

该点由泵的Q-H曲线与该管路的Q-He曲线的交点决定。

5．离心泵的扬程随着流量的增加而（ B ）。

A．增加 B．减小
C．不变 D．无规律性
解答：该题目主要考核离心泵特性曲线。

离心泵的特性曲线是将由实验测定的Q、H、N、η等数据标绘而成的一组曲线。

其中扬程H-流量Q曲线为扬程随流量的增大而减小。

6．下列用来分离气—固非均相物系的是（ C ）。

A．板框压滤机 B．转筒真空过滤机
C．袋滤器 D．三足式离心机
解答：该题目主要考核单元操作分离设备所处理的分离物系。

板框式压滤机分离液-固物系，转筒真空过滤机为液-固物系，袋滤器分离气-固物系，三足式离心机分离固-液物系。

7．下列哪一种不属于列管式换热器（ C ）。

A．U型管式 B．浮头式
C ．螺旋板式
D ．固定管板式
解答：该题目主要考核换热器的类型，其中列管式换热器包括固定管板式、浮头式和U 型管式，然而螺旋板式换热器为板面式换热器的一种。

8．双层平壁定态热传导，两层壁厚相同，各层的导热系数分别为λ1和λ2，其对应的温度差为Δt 1和Δt 2，若Δt 1>Δt 2，则λ1和λ2的关系为（ A ）。

A ．λ1 <λ2
B ．λ1>λ2
C ．λ1=λ2
D ．无法确定 解答：该题目主要考核傅里叶定律的应用。

其中单层平壁定态热传导的计算公式：t
q b λ∆=，其中每层的热通量相等q1=q2，且壁厚b1=b2，Δt1>Δt2，则λ1 <λ2。

9．下述分离过程中不属于传质分离过程的是（ D ）。

A ．萃取分离
B ．吸收分离
C ．精馏分离
D ．离心分离
解答：该题目主要考核哪些单元操作过程涉及到质量传递。

其中萃取、吸收和精馏分离中都涉及到质量传递，然而离心分离是借助于离心力，使比重不同的物质进行分离的方法。

10．某精馏塔的馏出液量是50kmol/h ，回流比是2，则精馏段的回流量是（ A ）。

A ．100 kmol/h
B ．50 kmol/h
C ．25 kmol/h
D ．125 kmol/h 解答：该题目主要考核精馏过程中回流比的概念。

回流比
L R D =，根据题目可
知R=2，D=50 kmol/h ，则L=100 kmol/h 。

11．某精馏塔的理论板数为17块（包括塔釜），全塔效率为0.5，则实际塔板数为（ D ）块。

A．34 B．31 C．33 D．32
解答：该题目主要考核精馏塔的全塔效率的计算。

100%
T
P
N
E
N
=⨯
，根据题目中已知条
件，N T=16（排除塔釜），E=0.5，则N P=32。

12．选择吸收剂时不需要考虑的是（ D ）。

A．对溶质的溶解度 B．对溶质的选择性
C．操作条件下的挥发度 D．操作温度下的密度
解答：该题目主要考核选择合适吸收剂的相关要求，其中吸收剂的密度对于吸收过程影响不大。

13．在进行吸收操作时，吸收操作线总是位于平衡线的（ A ）
A．上方 B．下方
C．重合 D．不一定
解答：该题目主要考核吸收过程的操作线方程。

根据吸收过程的操作线曲线可知，吸收操作线是位于平衡线的上方。

14．下列叙述正确的是（ D ）。

A．空气的相对湿度越大，吸湿能力越强 B．湿空气的比体积为1kg湿空气的体积C．湿球温度与绝热饱和温度必相等 D．对流干燥中，空气是最常用的干燥介质
解答：该题目主要考核干燥过程相关基础知识。

空气的吸湿能力在一定温度时1千克空气的湿含量与在此温度时的饱和状态空气的湿含量之差，为该空气的吸湿能力。

而相对湿度，指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比。

在湿空气中，1kg绝干空气的体积和相应Hkg 水汽的体积之和称为湿空气的比体积或湿容积。

湿球温度是标定空气相对湿度的一种手段，其涵义是，某一状态下的空气，同湿球温度表的湿润温包接触，发生绝热热湿交换，使其达到饱和状态时的温度。

该温度是用温包上裹着湿纱布的温度表，在流速大于2.5m/s 且不受直接辐射的空气中，所测得的纱布表面温度，以此作为空气接近饱和程度的一种度
量。

周围空气的饱和差愈大，湿球温度表上发生的蒸发愈强，而其湿度也就愈低。

15．影响干燥速率的主要因素除了湿物料、干燥设备外，还有一个重要因素是（ C ）。

A．绝干物料 B．平衡水分
C．干燥介质 D．湿球温度
解答：该题目主要考核影响干燥速率的主要因素有哪些。

主要有湿物料、干燥设备和干燥介质。

三、判断题
1. 设备内的真空度愈高，即说明设备内的绝对压强愈小。

（√）
解答：该题目主要考核真空度的概念。

真空度=大气压-绝对压力。

2．过滤速率与滤液粘度和滤渣厚度成反比。

（√）
解答：该题目主要考核影响过滤速率的影响因素。

其中过滤介质性质中的粘度越大则过滤速率越小，然而滤饼性质中的滤饼厚度越厚则过滤阻力越大，即过滤速率越小。

3．离心泵送液体的粘度越大，则流量越大。

（Х）
解答：该题目主要考核离心泵性能参数的影响因素。

若流体粘度大于常温下的清水的粘度，则泵的流量、压头、效率都会下降，但轴功率上升。

4．降尘室的长与降尘室的生产能力无关。

（Х）
解答：该题目主要考核影响降尘室生产能力的因素。

理论上降尘室的生产能力只与其沉降面积b.l及颗粒的沉降速度u t有关，而与降尘室的高度H无关。

5．工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是增加传热面积，提高传热效果。

（√）
解答：该题目主要考核影响传热效果因素。

当采用翅片管代替圆管时，管内流体流动的形态发生改变，有利于湍流，增大K值。

6．在化工生产中应用最广泛的蒸馏方式为简单蒸馏。

（Х）
解答：该题目主要考核不同蒸馏方式的特点。

简单蒸馏是将原料液一次加入蒸馏釜中，在一定压强下加热至沸，使液体不断汽化。

适合于混合物的粗分离，
特别适合于沸点相差较大而分离要求不高的场合。

而精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。

四、计算题
1．如附图所示，用泵将出水池中常温的水送至吸收塔顶部，水面维持恒定，各部分相对位置如图所示。

输水管为φ76×3mm钢管，排水管出口与喷头连接处的压强为6.15×104Pa（表压），送水量为34.5m3/h，水流经全部管道（不包括喷头）的能量损失为160J/kg。

水的密度取1000kg/m3。

求：（1）水在管内的流速（2）泵的有效功率（kw）
1．解：（1）求u：
u2=Ws/A2ρ=Vs／(d2π／4)=(34.5/3600)/[π／4(0.070)2]=2.49m/s
（2）求N e。

①取水池液面为1-1’截面，且定为基准水平面，取排水管出口与喷头连接处为2-2’截面，如图所示。

②在两截面间列出柏努利方程：
z1g+u12/2+P1/ρ+W e= z2g+u22/2+P2/ρ+∑hf1-2
各量确定如下：z1=0，z2=26m，u1≈0，u2=u=2.49m/s，P1表=0，P2表
=6.
15×
104
Pa
，
Σhf
1-
2=1
60J
/kg
③将已知量代入伯努利方程，可求出W e
W e = z 2g+u 22/2+P 2/ρ+∑hf 1-2
=26×9.81+(2.49)2/2+6.15×104/1000+160=479.66 J/kg
④求N e 。

W s =V s ρ=(34.5/3600)×1000=9.853kg/s
而N e =W e W s =479.6×9.583=4596.7≈4.597kw
2．在板式精馏塔内分离某二元理想溶液。

原料液流量为100kmol/h ，饱和蒸气进料，进料组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率）。

塔顶馏出液量和塔釜液量相同。

塔顶为全凝器。

塔釜用间接蒸汽加热。

精馏段操作线方程为：y=0.8x+0.18 试求：（1）塔顶和塔底产品的组成；（2）提馏段操作线方程式；
解：
（1）物料衡算：W D F += w D F Wx Dx Fx +=
即：D W D 2100=+= kmol D 50=∴ h W /lmol 50=
先求D x : 根据精馏段方程：18.08.0+=x y 8.01
=+R R 4=R 18.01=+R x D 即：()9.0518.0118.0=⨯=+=R x D W x 509.0505.0100+⨯=⨯∴ 1.0509.0505.0100=⨯-⨯=w x
（2）用饱和蒸汽进料： h kmol RD L L /200504=⨯===∴ ()()()()h kmol D R F q V V /15010050141000111=-⨯+=⨯--+=--=
∴提馏段操作方程：
V Wx x V L y w -= 033.0333.1150
1.050150200-=⨯-x x 2．采用常压的干燥装置干燥某种湿物料，已知操作条件如下：
空气的状况：进预热器前t 0=20℃，H 0=0.01kg 水/kg 绝干气；
进干燥器前t 1=120℃；
出干燥器时t 2=70℃，H 2=0.05 kg 水/kg 绝干气；
物料的状况：进干燥器前θ1=30℃，w 1=20%（湿基）；
出干燥器时θ2=50℃，w 2=5%（湿基）；
绝干物料比热：C s =1.5kJ/kg ·℃。

干燥器的生产能力为53.5kg/h （按干燥产品计）。

求：绝干空气流量L （kg 绝干气/h ）
3．解：
1110.251w X w ==- 2220.05261w X w =
=- 22(1)53.5(10.05)50.825/G G w kg h
=-=-= 2012()()W L H H G X X =-=- 则：1220()50.825(0.250.0526)250.82/h 0.050.01G X X L kg H H --=
==--绝干气
4．在内管为φ180×10mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热Cp=2.38kJ/(kg·℃)，环隙走冷却水,其进出口温度分别为40℃和50℃，平均比热Cp=4.174kJ/(kg·℃)。

基于传热外表面积的总传热系数K=2000W/(m2·℃)，且保持不变。

设热损失可以忽略。

试求：（1）冷却水用量；（2）计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。

解：（1）冷却水用量：W1C p1(T1-T2)= W2C p2(t2-t1)
代入数据得：3500×2.38×(100-60)=W2×4.174×(50-40)
∴W2=7982kg/h（8分）
（2）Δtm逆=(50-20)/Ln(50/20)=32.74℃
Δtm并=(60-10)/Ln(60/10)=27.91℃
Q=KAΔtm
Q=W1C p1(T1-T2)=3500⨯2.38⨯(100-60)=3.332⨯105kJ/h A逆=3.332×108/(2000×32.74×3600)=1.41m2
3.14×0.18×L=1.41
∴L逆=2.5 m
A并=3.332×108/(2000×27.91×3600)=1.66m2
3.14×0.18×L=1.66
∴L并=2.94m。