化工原理试卷及资料打印

2015-2016 学年 2 学期 化 化工原理（C）A卷 课程考试试题

拟题学院（系） : 化工学院 李红海: 张俊梅 拟题人 适 用 专 业:

化学、材化、制剂、应化、 海洋、环工、安全、测控等

（答案写在答题纸上，写在试题纸上无效）

校对人:

一、 填空题（每题1分，共20分）

1．当地大气压为735mmHg，现测得一容器内的绝对压力为350mmHg，则其真空度为 mmHg， Pa。

2．套 管 换 热 器，内管外径为25 mm，外管内径为50 mm，则环隙的当量直径是 mm。

3. 某液体在一段水平圆形直观内流动，已知Re值为1800，若平均流速为0.5m/s，则管中心点处速度为 m/s。

4. 用出口阀调节离心泵流量，实质是改变_______曲线，用改变转速来改变流量，实质是改变_________曲线。

5. 流体在圆形直管内作强制湍流，若将流量增加一倍，其它条件不变，则传热分系数将增为原来的_________倍。

6. 采用蒸汽加热时，若蒸汽中含有空气，则蒸汽的冷凝的过程中将逐渐在加热壁面附近形成一层_________膜，使热阻迅速增大，α值急剧_________。 7. 在传质过程中，通常把 和 同时发生的过程称为对流传质，双膜模型是对流传质理论之一，双膜模型的基本论点包括，相互接触的气液两相流体间存在着稳定的相界面，在界面两侧有很薄的________和液膜；界面处气液两相处于 。

8．板式塔的塔板效率反映了_________塔板上气液两相间传质与理论板对比的完善程度，塔板的效率可用_________和_________表示。

9.板式塔和填料塔是重要的汽液传质设备，常见的板式塔有泡罩塔、 、 ，填料塔中的填料有多种形式，一般分为两大类，一类是 ，另一类是 。

1

二、 选择题（每题1分，20分）

1．当不可压缩流体在水平放置的变径管路中做稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力 。

A．不变 B．增大 C．减小 D．不确定 2．水在一条等直径的垂直管内作定态连续流动时，其流速 。 A．会越来越快 B．会越来越慢 C．不变 D．不确定 3．流体流动产生摩擦阻力的根本原因是 。 A．流动速度大于零 B．管边不够光滑 C．流体具有黏度 D．流体密度大于零

4．水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量保持恒定，当水温度升高时，Re值将 。

A．变大 B．变小 C．不变 D．不确定 5．在下面几种叶轮中， 的效率最高。 A．开式叶轮 B．半开式叶轮 C．闭式叶轮

6．当离心泵内充满空气时，将发生气缚现象，这是因为 。 A．气体的粘度太小 B．气体的密度太小 C．气体比液体更容易起漩涡 D．气体破坏了液体的连续性

7．用离心泵将水池的水抽吸到水塔中，设水池和水塔水面维持恒定，若离心泵在正常操作范围内工作，开大出口阀门将导致 。

A．送水量增加，泵的压头下降 B．送水量增加，泵的压头增大 C．送水量增加，泵的轴功率不变 D．送水量增加，泵的轴功率下降 8．改变离心泵的转速时，则 。

A．不会改变管路特性曲线 B．不会改变工作点

C．不会改变泵的特性曲线 D．不会改变管路所需的压头

9．物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为 。

A．热传导 B．热对流 C．热放射 D．热传递 10．物质导热系数的顺序是 。

A．金属>一般固体>液体>气体 B．金属>液体>一般固体>气体 C．金属>气体>液体>一般固体 D．金属>液体>气体>一般固体

11．在间壁式传热中，热量从热流体传到冷流体的过程，热阻主要集中在 。 A．金属壁 B．冷、热流体的主体 C．冷、热流体的层流底层内 D．平均分配在各层

2

12．换热器中冷热流体一般为逆流流动，这主要是为了 。 A．提高传热系数 B．减少冷却剂用量 C．提高对数平均温度差 D．减少流动阻力 13．在房间中利用火炉取暖时，其传热方式为 。 A．传导和对流 B．传导和辐射 C．对流和辐射 D．传导、对流和辐射

14．工业上采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是 。 A．增加热阻 B．节约钢材，增强美观 C．增加传热面积，提高传热效果 D．减小热量损失 15．描述分子扩散的实验定律是 。

A．亨利定律 B．费克定律 C．拉乌尔定律 D．傅里叶定律 16．精馏中引入回流，下降的液相与上升的气相发生传质使上升的气相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是 。

A．液相中易挥发组分进入气相 B．气相中难挥发组分进入液相 C．液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入气相，但其中易挥发组分较多 D．液相中易挥发组分进入气相和气相中难挥发组分进入液相必定同时发生 17．精馏过程的操作线为直线，主要基于 。

A．塔顶泡点回流 B．理想物系 C．恒摩尔流假定 D．理论板假设

18．精馏分离相对挥发度为2.5的理想混合液，已知回流比为3，塔顶xD=0.96，测得精馏段第三层塔板的下降液体浓度为0.4，第二层板下降液体浓度为0.45，则第三层塔板的气相单板效率为 。

A． 22.2% B．32.68% C．44.1% D．107.5% 19．精馏操作的依据是组分间的 差异。

A．溶解度 B．沸点 C．挥发度 D．蒸汽压 20．非球形颗粒的球形度 。

A．大于1 B．等于1 C．小于1 D．不确定

三、流体流动计算题（15分）

如图所示的输送管路将高位储槽中液体（密度为1200kg/m3，粘度为30cP）以层流流动方式输送到低位储槽中，两槽液面垂直距离为1m，管内直径均为53mm，已测得OC段直管长为20m，且知此管段上有一个90°弯头（ζ弯=0.75），DE段直管长度为10m。CD段上有一个球心阀，在C、D处接一倒U型压差计，U形管上部为空气，现测得压差计读数R为20cm。试求：管内流速为多少？

3

Pa A R 1m Pa O C D E B

流体流动计算题附图

四、传热分析计算题。（15分）

在一台管壳式换热器中，壳方120℃的水蒸汽冷凝将一定流量的空气由20℃加热到80℃，空气的对流传热系数αi=110W/（m2·℃）。换热器由252.5mm，L=6m的100根钢管组成。现因为工艺需要，空气流量增加40%，要维持对空气的加热要求，有人建议采用如下措施：（1）增加管长到8m，（2）将管方改为双管程。请问上述措施能否满足需要？试通过定量计算说明（忽略壁阻、污垢热阻和水蒸汽侧的对流传热热阻）。

五、精馏计算题。（15分）

用一连续精馏塔分离A、B两组分混合物，相对挥发度α=2.0，进料量F=100kmol/h，组成xF=0.5（摩尔分数，下同），饱和蒸汽进料，塔顶组成xD=0.95，塔底组成xW=0.05，若A、B组分摩尔汽化潜热相等，忽略热损失，塔顶为全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热，试求：（1）塔顶易挥发组分A的回收率，塔底难挥发组分B的回收率；（2）最小回流比；（3）若操作回流比取最小回流比的1.5倍，求塔底再沸器汽化量。

六、沉降计算题。（15分）

某降尘室高2 m，宽2 m，长6 m，用于炉气除尘。球形矿尘颗粒的密度为4500 kg/m3，操作条件下气体流量为25000 m3/h，气体的密度为0.6 kg/m3，粘度为0.03mPa·s。试求理论上能完全捕集下来的最小矿粒直径。现由于生产工艺改进，需要完全除去粒径大于20μm的颗粒，如果采用将降尘室改为多层结构的方法，试计算在原降尘室内需设置多少层水平隔板？

4

2015/2016 学年 2 学期 化工原理（C）A 标准答案 拟题学院（系）： 化工学院 拟 题 人： 张俊梅 适用专业： 化学、材化、制剂、应化等 书写标准答案人： 张俊梅 海洋、环工、安全、测控等

（答案要注明各个要点的评分标准） 三、 填空题（每空1分，共20分） 1、385 mmHg, 5.132×104 Pa 2、25 mm 3、1 m/s

4、管路特性曲线，泵特性曲线 5、20.8或1.741 6、气膜，减小

7、分子扩散，涡流扩散，气膜，相平衡 8、实际，单板效率，全塔效率

9、筛板塔，浮阀塔（其它正确的也行），个体填料，规整填料 四、 选择题（每题1分，共20分）

1-5、C、C、C、A、C； 6-10、B、A、A、A、A； 11-15、C、C、D、C、B 16-20、D、C、C、C、C 三、流体流动计算题（15分） 解：在两贮槽液面之间列柏努利方程：

22upu112 gZ1WegZ2p2hf （5分） 22式中 Z1=1m Z2=0 p1=0（表压） p2=0（表压） u1= u2=0

由于弯头的阻力系数ζ弯=0.75，进口阻力系数ζc=0.5，出口阻力系数ζe=1，直管长度OC段为20 m，DE段长度为10m，所以管路的阻力损失分别为：

hf1c2lleu220uce0.750.52d20.053

377.361.25u22 5

hfD22lleu210u出0.053122d

188.681hfCDu22pCpDRg0.29.811.962 J/kg 将上述各项数值代入，则

283.02u21.125u27.848 （5分）

层流流动，

0.0403Reu

2 11.406u1.125u7.848 （5分）

u0.7m/s两式联立求得：

四、传热分析计算题。（15分）

22解：原工况下：Sondol1003.1420.0256m47.12m

Koidi20110W/m2℃88W/m2℃ do25ΔtmΔt1Δt2Tt1Tt21202012080℃65.48℃ Δt1Tt112020lnlnlnΔt2Tt212080QKoSotm8847.1265.48W271.5kW

流量增加40%后：Q'Q1.4271.51.4kW380.1kW （8分） 措施之一：将管方改为双程：

'Ko20.81.40.88820.81.40.8W/m2℃200.5W/m2℃ 传热系数：Ko换热面积与传热温差不变，所以热负荷：

Q'KoSotm200.547.1265.48W618.8kW380.1kW，故满足要求。（3分）

措施之二：增加换热管长：

'Ko1.40.8881.40.8W/m2℃115.2W/m2℃ 传热系数：Kol'8'So47.12m262.83m2 换热面积Sol6传热温差不变，所以热负荷：

Q'KoSotm115.262.8365.48W473.9kW380.1kW，故满足要求。（2分）

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五、精馏计算题。（15分）

解：

FDW 解得：D=50(kmol/h)，W=50(kmol/h) FxDxWxDWFDDxDW(1xW)100%0.9595% W100%0.9595% （5分） FxFF(1xF)(2) 饱和蒸汽进料q=0，yqxF0.5 xqyq(1)yq0.333 解得：RminxDyqyqxq0.950.5 2.69 （5分）

0.50.333（3）LRD1.52.6950201.75 kmol/h

V(R1)D251.75 kmol/h

L'LqF201.750201.75 kmol/h

V'V(q1)F251.75100151.75 kmol/h （5分）

六、重力沉降计算题。（15分） 解: 根据沉降条件：utVS250000.58m/s （5分） A3600262d（s）g假设该沉降处于层流区，则ut

1818ut180.031030.58d8.42105m84.2m （5分）

（s）g（45000.6）9.81校核流型：Retdut0.8421050.0580.60.098＜1，故d计算30.0310有效，由VSnAut可知，n的沉降也处于层流。

VS由于84.2m的颗粒沉降处于层流区，故20mAut，262（45000.6）9.81，d（s）g（2010）0.033m/s 所以ut318180.0310n2500017.18层(5分)

3600260.033 7

8

2015-2016 学年 2 学期 化工原理C （B卷） 课程考试试题

拟题学院（系） : 化工学院 _______ 拟题人: 化学、材化、应化、制剂、海洋 适 用 专 业: 环工、安全、测控等 校对人:

（答案写在答题纸上，写在试题纸上无效）

一、填空题（20分，每空1分）

1.20C，1atm的空气在圆形直管内流动，管内径为0.1m，空气平均流速为10m/s，若空气的温度升高至60C，压强不变，质量流量不变，管内流体流动的Re_____（增大，减小，不变）。

2.若某容器上真空表读数为kPa，当地大气压为100kPa，则其绝对压强为 kPa。 3.水平等径直管中，流动流体处于完全湍流区，若流体的体积流量增加30%，其他条件不变，则直管阻力变为原来的________倍。

4.若离心泵启动前，没有灌满待输送液体，离心泵启动后会发生______现象；若离心泵实际安装高度高于允许安装高度，离心泵运转过程中可能会发生______现象。

5.燃烧平壁炉的炉壁由耐火砖、保温砖和普通砖构成，各层的热阻分别为0.1429、1.933、0.2815m2C/W，单位面积的热损失为416.5W/m2，各层的温度差分别为_____、_____、_____。 6.相同温度下，_____的辐射能力最强，灰体的吸收率与______在数值上相等。

7.在套管换热器中，用热流体加热冷流体，操作条件不变，经过一段时间后管壁结垢，则Q_______，K________，tm________（增大，减小，不变，不确定）。

8.精馏的核心是回流，当回流比R增大时，操作线_______平衡线，所需理论板数减少，但同时塔顶和塔底的热负荷_______。

9.精馏塔板上的汽液接触状态有三种，分别是______接触状态、______接触状态和______接触状态。

10.任何非球形颗粒的形状系数s均______1，颗粒形状与球形差别越大，s _______。

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二、简答题（20分，每题5分）

1.两个相互不连通的容器内盛有同一种静止液体，问两个容器内同一水平面上各点的静压强

是否相同？为什么？

2.毕托管是用来测定点速度的，如何用它来测定管路中的体积流量？ 3.“工业生产中大容积沸腾一般控制在膜状沸腾区操作。”是否正确？为什么？ 4.“用普通精馏方法分离乙醇-水体系不能制取无水乙醇。”是否正确？为什么？ 三、计算题（15分）

在图示管路中装有离心泵，吸入管内径d1=80mm，长L1=6m,阻力系数1=0.02，压出管内径d2=60mm，长L2=13m，阻力系数 2 =0.03 。在管路A、B、E、F、G处的局部阻力系数分别为A =0.5, B=0.75, E=6.4, F=0.75, G=1，管路两端水面高度差H=10m，泵进口高于水面2m，管内流量为1210m/s，试求：每千克流体需从离心泵获得多少机械能？

-33

paGHBCDEFpaA2m四、计算题（15分）

现有一传热面积为0.7m2的套管式换热器，欲用初温为10C的水将机油由200C冷却至100C，内管为252.5mm的不锈钢管，水走管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为200kg/h和240kg/h，其比热容分别为4.18kJ/(kgK)和2.0kJ/(kgK)，水侧和油侧的对流表面传热系数分别为2000W/(m2K)和250W/(m2K)，两侧呈逆流流动，如不计算管壁及污垢热阻，试计算说明该换热器是否合用？

五、计算题（15分）

用板式精馏塔常压下分离苯甲苯溶液，塔顶为全凝器，塔釜用间接蒸汽加热，相对挥发度=2.50，进料量为140kmol/h，进料组成xF=0.5（摩尔分数），饱和液体进料，塔顶馏出液中苯的摩尔分数为0.951，塔釜采出液中苯的摩尔分数为0.021，回流比R2.77，求：

(1)塔顶及塔底产品流量； (2)提馏段操作线方程； (3)最小回流比。

六、计算题（15分）

欲用降尘室净化温度为20C，流量为2500m/h的常压空气，空气中灰尘颗粒的密度为1800kg/m，要求净化后的空气不含有直径大于10m的尘粒。已知空气的密度为1.2kg/m，黏度为1.8110Pas,试求所需沉降面积为多大？若降尘室底面的宽为2m，长为5m，降尘室需要几层？

10

-5

3

3

3

2015-2016 学年 2 学期 化工原理C（B卷）试题标准答案 拟题学院（系）： 化工学院 化学、材化、应化、制剂、海洋、 适用专业： 环工、安全、测控等 拟 题 人： 王立新 书写标准答案人： 王立新

（答案要注明各个要点的评分标准）

一、填空题（每空1分，共20分） 1. 减小 2. 46 3. 1.69 4. 气缚，汽蚀

5. 59.5C，805.1C，117.2C 6. 黑体，黑度 7. 减小，减小，增大 8. 远离，增加 9. 鼓泡，泡沫、喷射 10. 小于，越小

二、简答题（每题5分，共20分）

1.不确定，根据流体静力学方程，可以明确地断定在同一容器内的连续流体中，处于同一水平面上各点的静压强相同，但对于相互不连通的两个容器，因其不能连续积分，流体静力学方程不再适用，需要分别计算以确定是否相同。

2.先用毕托管测定管路中心流速，根据流动型态，得到流体的平均流速，然后乘以管道截面积即可得到体积流量。

3.不正确，膜状沸腾由于汽膜对流传热系数较小，导致传热状况恶化，加热壁面温度快速升高，会危及设备安全，故为了保障安全和较大的，工业生产中通常控制在泡状沸腾区操作。 4.正确，因为乙醇-水体系在乙醇摩尔分数为0.4时，会形成最低恒沸点，此时汽、液两相浓度相同，即两组分的相对挥发度=1，精馏塔对其不再具有分离能力，所以精馏塔顶产品中乙醇的浓度不会高于此恒沸组成。

11

三、计算题（15分） [解]

4Q412103u吸22.39m/s 2d10.08d120.0822.39u压2u吸4.24m/s （2分） 2d20.06在1-1 和2-2 之间

we又

p2p122u2u12hf,12g(z2z1) （5分）

p2p122u2u10 , 0,

2g(z2z1)gH9.811098.1J/kg

hf,1222l1u吸l2u压 1dAB22dEFG21262.392134.242(0.020.50.75)(0.036.40.751)0.0820.062139.5J/kg （5分）

we98.1139.5237.6J/kg （3分）

12

四、计算题（15分）

[解] Q1m1Cp1(T1T2)2402(200100)48000kJ/h

Q2Q1m2Cp2(t2t1) （3分）

tQ22mt4800012004.181067.4C （3分）

2Cp2 t(20067.4)(10010)mln20067.4110C 10010

1dK1o11251 idio200020250  K = 216.2 W/(m2K) AQ48000Kt103211036000.56m20.7m2

m216.  该换热器合用 五、计算题（15分）

[解] （1）依题意知：xD0.951， xW0.021 对全塔进行物料衡算有 FDW140

FxFDxDWxW1400.5

联立解得 D72.1kmol/h，W67.9kmol/h （2）提馏段操作线方程为

yn1LVxWLqFWnVxWVxnVxW 因为LLqF，q1，VV(R1)D，R2.77

故有

LqFRDF2.7772.1140339.7kmol/hVV(R1)D3.7772.1271.8kmol/h

所以提馏段操作线方程为

y.7n1339.8x67.9n271.820.0211.25xn0.00525 271 13

3分）

3分）3分）（5分）（5分） （ （

（

（3）由于进料热状况参数q=1，所以q线与平衡线交点的横坐标为xx0.5，交点的qF纵坐标为

yxqq1(1)x2.50.5.50.714

q11.50于是有

RminDyq0.9510.714R0.5255

min1xxDxq0.9510.5解得 Rmin1.107

六、计算题（15分）

解：设直径为10m的尘粒沉降于斯托克斯定律区，则颗粒的沉降速度为

ud2tp(p)g(10106)2(18001.2)9.818181.811055.42103m/s Redput101065.421031.2p1.811053.61031.0 故以上计算有效 所需沉降面积为 AVsu2500128.6m2 t36000.00因降尘室底面积为A125m2已定，故所需降尘室的层数为

NA128.A612.913层 110

14

5分）5分）4分）3分）3分）（ （ （ （ （

2014-2015 学年 1 学期 化工原理C （B卷） 课程考试试题

拟题学院（系） : 化工学院 拟题人: 王立新 适 用 专 业: 高材、橡胶、塑料、复合13级 校对人:

（答案写在答题纸上，写在试题纸上无效）

五、填空题（30分，每题2分）

1. U管压差计中指示液的密度A必须_________（大于、小于、等于）工作流体的密度，对应一定的压差p，A-越小，U管两臂指示液液位差R_________（越小、越大、不变）。 2. 液态苯在57mm3.5mm的圆形直管中呈层流流动，测得管中心流速为0.05m/s，苯的体积流量为______m3/h。

3.流体在管道中的流动型态为完全湍流时，随着雷诺准数Re的的增大，摩擦系数________，随着管壁相对粗糙度/d的增大，摩擦系数________。

4.清水泵通常采用_________叶轮，它的效率比其它两种叶轮_________（高、低、相同）。 5.灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比定义为该物体的___________，它在数值上与相同温度下该物体的___________相等。

6. 蒸汽在固体表面呈膜状冷凝，若某种原因使液膜增厚，冷凝对流传热系数将________（增大、减小、不变）。

7. 热水与冷空气在套管换热器中逆流换热，总传热系数K随_______流量增大变化较大，K值总是接近_______的对流传热系数值。

8. 实验测得苯-甲苯二元体系在101.3kPa、92.1℃达到汽液平衡时，苯在液相中的摩尔分数xA=0.4，苯在汽相中的摩尔分数yA=0.710，苯对甲苯的相对挥发度=__________。 9.全回流是回流的上限，生产能力等于________，利用全回流可以给出完成一定分离任务所需的________理论塔板数。

六、选择题（10分，每题2分）

1．当被测流体的密度与标定条件不相符时，应对读数加以校正的是_________。 A. 毕托管 B. 孔板流量计 C. 文丘里流量计 D. 转子流量计 2．对于管路特性曲线He-Qe，随着Qe的增大，He________。

A. 减小 B. 增大 C. 不变 D. 先增大后减小

15

3. 傅立叶定律的一维稳态表达式为_________。

dCAdudtTA.  B. QS C. JADAB D. E0C0

dydZdx1004. 某精馏塔，实际塔板数一定，在正常操作状况下，增大回流比R，塔顶产品浓度xD将___。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D.不确定 5. 降低精馏塔再沸器的加热量，筛板塔板可能发生________现象。

A. 液泛 B. 雾沫夹带 C. 漏液 D. 吹干

4七、计算题（20分）

利用离心泵将溶液从反应器输送到高位槽，如附图所示，管路出口在液面之上，流量为2104kg/h。反应器液面上方保持27.2103Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压强，溶液的密度为1073kg/m3。管道为764mm的钢管，总长为50m，摩擦系数为0.029。管路中所有管件、阀门的当量长度之和为le=22m（不包括出口）。反应器内液面与管路出口的高度差为20m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。

20 m八、计算题（20分）

某厂需要将质量流量为6696kg/h的空气用饱和水蒸汽由20C加热到90C，水蒸汽冷凝温度为134C。工厂仓库有一换热器，其主要尺寸如下：钢管直径38mm3mm，管数152根，管长4米。如果利用此换热器，使空气在管内流动，蒸汽在管外冷凝，此换热器是否够用？水蒸气冷凝的对流传热系数可取11600W/(m2K)，空气的对流传热系数可取58.7 W/(m2K)，55C时空气的比热容Cp=1.02kJ/(kgK)，忽略管壁和污垢热阻。

九、计算题（20分）

由苯和甲苯组成的原料液中苯的浓度为0.5（摩尔分数，下同），利用精馏塔分离，进料量为1000kg/h，泡点进料，要求塔顶产品的浓度为0.99，塔底产品的浓度为0.03，回流比为最小回流比的1.7倍，苯对甲苯的平均相对挥发度为2.46，苯的分子量为78，甲苯为92，试求：

（1）塔顶和塔底产品的流量kmol/h； （2）塔顶第二块板的蒸汽相浓度y2； （3）提馏段操作线方程。

16

2014-2015 学年 1 学期 化工原理C（B卷）试题标准答案 拟题学院（系）： 化工学院 适用专业： 高材、橡胶、塑料、复合13级

拟 题 人： 王立新 书写标准答案人： 王立新 （答案要注明各个要点的评分标准）

一、填空题（每空1分，共30分）

11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19.

大于 越大 0.1767

基本不变 增大 闭式 高 黑度 吸收率 减小

空气 空气 2.56

零 最少

二、单项选择题（每题2分，共10分）

1、 D 2、B 3、B 4、A 5、C

三、计算题（20分）

解：以反应器液面为1-1截面，管路出口内为2-2截面，且以反应器内液面为基准面列伯努利方程

2u12p1u2pgz1Wegz22hf （5

22分）

z10,z220,u10,p127.2103Pa(表压),p20(表压)

222u2p2p1u227.2103u2We20ghf209.81hf221.5hf2210732

17

u21073已知

210441.43m/s （2分）

0.06823600le22m，摩擦系数=0.029

lleu250221.432 hfd20.0290.068231.4J/kg （3分）

1.432We221.531.4253.9J/kg （5分）

22104ms5.56kg/s

3600NeWems253.95.561.41kW （3分）

NNe/1.41/0.72.01kW （2分）

四、计算题（20分） 解：空气的定性温度tm209055C，空气物性在题中已给出，于是有 266961.02103(9020)1.328105W （5分） 3600QcWcCpc(t2t1)1d10.0381o0.020238.6211050.02032 Kdiio0.03258.711600K49.2W/(m2K) （3分）

T:134134 t:2090

_______________ t:11444

tm1144473.5C （3分） 114ln44Qc1.328105S需36.7m2 （5分）

Ktm49.273.5S实doLn0.038415272.6m2 （2分）

18

因为S实S需，此换热器够用。 （2分）

五、计算题（20分）

解：（1）Mm0.5780.59285kg/kmol

F10008511.76kmol/h

DFxFxwx11.760.50.030.990.035.76kmol/h

Dxw WFxDxFx11.760.990.56.00kmol/h Dxw0.990.03（5分）

（2）泡点进料，q1，xqxF0.5

yxq2.460.5q1(1)x0.71

q11.460.5 RxDyq0.990.71minyqxq0.710.51.33

R1.7Rmin1.71.332.26 yRR1xxD2.260.99R12.261x2.261 y0.693x0.304 y1xD0.99

xy11(1)y0.990.976

12.461.460.99y20.693x10.3040.6930.9760.3040.980 （3）LRD2.265.7613.02kmol/h

19

5分）

（5分）

（ VLD13.025.7618.78kmol/h LLqF13.01111.7624.78kmol/h

VV(1q)FV18.78kmol/h

yLqFW24.786xxwx0.03

LqFWLqFW18.7818.78y1.32x0.0096 （5分）

计算题1

用离心泵将20℃的水从敞口贮槽送至表压强为150kPa的密闭容器，贮槽和容器的水位恒定。

各部分相对位置如右图所示。管道均为φ108×4mm的无缝钢管，泵吸入管长为20m，排出管长为100m（各管段均包括所有局部阻力的当量长度）。离心泵前后装有真空表和压力表，真空表读数为42.7kPa，两测压口的垂直距离为0.5m，忽略两测压口间的阻力，摩擦系数取为0.02，水的密度取为1000kg/m3。 试求：（1）管路中水的流量（m3/h）；（2）压强表的读数（kPa，表压）；（3）泵的有效功率（kW）

20

解：（1）以敞开贮槽水面为截面0，以泵入口真空表所在水平面为截面1，在0-1截面间列伯努利方程：

u0P0u1PgZ0gZ11hf,0122

其中，Z1-Z0=3m，u0=0，u1=u，P0=0kPa（表压），P1=-42.7kPa（表压）

22lu220u2hf,01d20.020.12

将以上数据代入公式得到：

u=2.31m/s，Vs=2.31*3.14*0.12/4*3600=65.28m3/h (1分)

（2）以泵出口压力表所在水平面为截面2，以高位密闭容器中水面为截面3，在2-3截面间列伯努利方程：

u3Pu2P2gZ2gZ33hf,2322

其中，Z3-Z2=16-3-0.5=12.5m，u2=2.31m/s，u3=0m/s，P3=150kPa（表压），

22

uPuP2gZWegZhf,1222

将以上数据代入公式得到：

将以上数据代入公式得到： P2=323kPa（表压）

22

112

12

We=370.6J/kg，

Ne=We*Vs*ρ=370.6*65.28/3600*1000/1000=6.72kW

21

计算题2

用连续精馏塔分离双组分混合液，混合液中含易挥发组分xF=0.4（摩尔分数，下同），原料以饱和液体状态加入塔中部，塔顶全凝，泡点回流。操作条件下物系的相对挥发度α=2.5，要求塔顶产品浓度xD=0.8。塔釜间接蒸汽加热。试求： （1）完成上述分离任务的最小回流比；

（2）若操作回流比取最小回流比的1.5倍，计算进入塔顶第一块理论塔板的气相组成。

解：

（1）求q线与平衡线的交点

qxFyxq1q1 （2分） xy11x其中，q=1，α=2.5，则上式变为

x0.42.5x （2分） y11.5x得到：xq=0.4，yq=0.625 （2分） 由此可以得到最小回流比：

RminxDyqyqxq0.80.6250.78 （4分）

0.6250.4（10分）（2）得到回流比为：

R1.5Rmin1.50.781.17 （2分）

精馏段操作线方程为：

y1.170.8x0.x0.37 （3分）

1.1711.171根据逐板计算法，由塔顶组成可计算得到y1=xD=0.8。 （1分） 由平衡线方程得到：

x1y10.80.61 （2分）

1y2.51.50.8由操作线方程得到：

y20.x10.370.0.610.370.70 （2分）

即进入第一块理论板的气组成为0.70。

22

计算题3

在一钢制套管换热器中，用冷却水将3600kg/h的饱和苯蒸气在80℃下冷凝。冷却水在φ25mm×2.5mm的内管中逆流流动，其进出口温度分别为10℃和45℃。已知苯和水侧的对流传热系数分别为1.50kW/(m2•K)和0.87kW/(m2•K)，在定性温度下水的比热容为4.18kJ/(kg•K)，苯蒸气的冷凝潜热为395kJ/kg，钢材导热系数为45W/(m•K)，两侧的污垢热阻忽略不计。试求：（1）冷却水消耗量（kg/h）；（2）所需的总管长。

解：（1）列热量衡算方程

WhrWcCpct2t1

其中，Wh=3600kg/h=1kg/s，r=395kJ/kg，Cpc=4.18kJ/(kg•K)，t1=10℃，t2=45℃。 将以上数据代入方程得： Wc=2.70kg/s=9719.8kg/h （2）传热量为

QWhr1*395395kW K1/(1dobdo1) ididmo

11/( 30.8710

1m 因此

250.0025251)3204522.51.5010＝461.86 W/(m2.K)

对数平均传热温度差为

tTtTt28010804550.49Tt1lnTt28010ln8045Q395103Sm2Ktm461.8650.49S16.94L215.80md3.140.025

23

计算题4

用常压精馏塔分离某双组分混合液，进料流量为70kmol/h，其热状况参数q=1.5，该塔的精馏段和提馏段方程分别为y=0.75x+0.24和y=1.2x-0.01。 试求：（1）塔顶和塔釜产品组成；（2）若将提馏段气相流量变为130kmol/h，并保持F、q、xF、R不变，试求新的提馏段操作线的斜率。 解：

24

计算题5

某理想溶液，进料组成为xF=0.6（摩尔分率，下同），于泡点下进入精馏塔，要求塔顶馏出液组成xD=0.9，塔底残液组成xW=0.02，已知：物系的相对挥发度α=3，塔顶采用全凝器，泡点回流，恒摩尔流假定成立。 试求：①每获得1kmol馏出液时的原料液用量F，kmol； ②若回流比R=1.5，塔相当于最小回流比的多少倍； ③R=1.5时，精馏段需要的理论板数；

④假设料液加到板上后，进料板上溶液的组成不变，仍为0.6，求上升到进料板上的蒸汽组成。

25

计算题6

用离心泵将水从地下贮罐输送到高位槽，水的流量为20m3/h，密度为1000kg/m3。高位槽液面比贮罐内液面高17m，两液面上方均为大气压，管路的出口在液面之下。泵吸入管用88mm4mm的无缝钢管，直管长度为12m，摩擦系数=0.028，吸入管路的总局部阻力系数为3.72。泵排出管用57mm3.5mm的无缝钢管，直管长度为45m，=0.031，排出管路的总局部阻力系数为14.7。若离心泵的效率为66%，计算所需泵的轴功率。 解：（1）吸入管路内的平均流速

u1阻力损失

Q4360020d12i41.105m/s （2分）

0.082hu2f12l1u12121.10510.0283.724.835J/kg （3分）

0.082d1i2（2）排出管路内的平均流速

Q43600202d2i42.829m/s （2分）

0.052阻力损失

hf222l2u2452.82920.03114.7170.5J/kg （3分）

0.052d2i2（3）在贮罐液面和高位槽液面之间列柏努利方程，得

2u2u12p2p1Weg(z2z1)hf

2g(z2z1)hf1hf2

9.81174.835170.5 （5分）

342.1J/kg

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苯的质量流量

msVs所需泵的轴功率

20 10005.56kg/s （2分）

36005.56342.12882W2.88kW （3分）

0.66NNemsWe计算题7

某低粘度流体的流量为10000 kg/h，比热容为4.18 kJ/(kg•℃)，生产上要求将该流体由15℃加热至100℃。现采用的换热器是列管式换热器，其管束是由160根管径为252mm的钢管组成，管外的加热源为110℃的饱和水蒸汽，其冷凝对流传热系数为120 kW/(m2•℃)。欲完成生产任务，当换热器为单管程时，换热管的长度为4.5 m，若将单管程改为双管程，而管子的总数不变，试求：（1）换热器的总传热系数；

（2）所需换热管的长度。（不考虑管壁及可能的污垢热阻，忽略热损失，并假设流体在管内均呈湍流流动）

解：（1）单管程时有关参数的计算 QWcCpc(t2-t1)100004.18(10015)986.9kW （2分） 3600tmt2t11001537.76C （2分） t211015lnln110100t1Sndl1600.0254.53.1456.55m2 （2分）

Q986.9103K462.2Wm2C （3分）

Stm37.7656.55K1d(0)0idi1 （2分）

带入数值计算得：i572.3W/m2℃ （2分） （2）双管程时的总传热系数

i20.8i996.4 W/m2℃ （2分）

K1(1d0)idi1125()1200021996.4782.4 W/m2℃ （3分）

0lKl2.66m （2分） K27

1、何谓绝对压力、表压和真空度？表压和绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？

\"<1>由空气质量产生的压力称为大气压力，简称大气压。 <2>以绝对真空为基准度量得到得到的压力，称为绝对压力。

<3>以大气压为基准度量得到的压力，称为相对压力。通常用压力表测得液压系统中的压力数值是相对压力，所以又将相对压力称为表压力。

<4>当液体中某点的绝对压力低于大气压时，绝对压力比大气压力小的那部分压力数值，称为该处的真空度。

<5>大气压力、绝对压力、相对压力和真空度之间的关系是

绝对压力=大气压力+相对压力；相以压力=绝对压力-大气压力；真空度=大气压力-绝对压力。 <6>在液压系统中所提到的压力，一般均指相对压力（表压力）。

流体

2-2 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？ 泵入口的压力处于什么状体？

答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小，所产生的离心 力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能 输送液体（气缚）；

启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体 沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流 到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。 泵入口处于一定的真空状态（或负压）

2-3 离心泵的主要特性参数有哪些？其定义与单位是什么？

1、流量qv: 单位时间内泵所输送到液体体积，m3/s, m3/min, m3/h.。 2、扬程H：单位重量液体流经泵所获得的能量，J/N，m 3、功率与效率：

轴功率P：泵轴所需的功率。或电动机传给泵轴的功率。 有效功率Pe： 效率：

2-6 在测定离心泵的扬程与流量的关系时，当离心泵出口管路上的阀门开度增大后，泵出口 压力及进口处的液体压力将如何变化？ 答：泵出口压力变小，进口处真空度增加

2-10 何谓离心泵的气蚀现象？如何防止发生气蚀？

答：1、当叶片入口附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体将 在此处汽化或者是溶解在液体中的气体析出并形成气泡。含气泡的液体进入叶轮高压区后， 气泡在高压作用下急剧地缩小而破灭，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极高的速度 冲向原气泡所占据的空间，造成冲击和振动。金属表面受到压力大，频率高的冲击而剥蚀以 及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等，使叶轮表面呈现海绵状、

28

鱼鳞状破坏。这种现象称为汽蚀。

2、为了避免气蚀的发生，泵的安装高度不能太高，可用泵规格表中给出的气蚀余量对泵 的安装高度加以。

2-11 影响离心泵最大允许安装高度的因素有哪些？

答：最大允许安装高度；环境大气压，工作温度下的液体饱和蒸气压，允许气蚀余量，吸入 管路的压头损失。 沉降与分离

3-3 固体颗粒在流体中沉降，其雷诺数越大，流体粘度对沉降速度的影响如何？ 答：粘度越大沉降速度越小。

3-7 利用重力降尘室分离含尘气体中的颗粒，其分离条件是什么？ 答：

3-8 何谓临界粒径？何谓临界沉降速度？

答：临界粒径：能100%除去的最小粒径；临界沉降速度。 3-13 离心沉降与重力沉降有何不同？

答：在一定的条件下，重力沉降速度是一定的，而离心沉降速度随着颗粒在半径方向上的位 置不同而变化。

3-15 要提高过滤速率，可以采取哪些措施？ 答：过滤速率方程 第四章 传热

4-2 傅立叶定律中的负号表示什么意思？

答：热量传递的方向沿着温度梯度下降的方向。

4-8 输送水蒸气的圆管外包覆两层厚度相同、热导率不同的保温材料。若改变两层保温材料 的先后次序，其保温效果是否改变？若被保温的不是圆管而是平壁，保温材料的先后顺序对 保温效果是否有影响？ 答：圆筒壁： 有影响 平壁 没有影响

4-9 对流传热速率方程 中的对流传热系数α与哪些因素有关 答：流动状态（气、液、蒸汽）、流体的性质（热导率、热容、粘度、密度）、壁面形状 等

[流体有无相变化、流体流动的原因、流动状态、流动物性和壁面情况（换热器结构）等都影 响对流传热系数。]

答：取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等；

K 值总是接近于α小的流体的对流传热系数值，关键在于提高α小一侧的对流传热系数； 减慢污垢形成速率或及时清除污垢。

4-28 下列流体在列管换热器中宜走管程还是壳程？ 答：（1）腐蚀性流体宜走管程，避免同时腐蚀管程和壳程 （2）高压流体宜走管程，避免制造较厚的壳体

（3）饱和水蒸气冷凝放热宜走壳程，以利于排出冷凝液 (4) 温度不太高，需要冷却的流体宜走壳程，有利于散热 （5）需要提高流速的无相变流体宜走管程

蒸馏

6-1 何谓拉乌尔定律？

答：溶液中溶剂A 的蒸汽分压等于纯溶剂的蒸气压与其液相组成的乘积。

29

6-2 何谓理想溶液？

答：在全部范围内符合拉乌尔定律的溶液

6-4 何为泡点、露点？对于一定的压力与组成，二者大小关系如何？

答：冷液恒压加热，溶液开始沸腾起泡的温度称为泡点；过热蒸汽恒压冷却，开始冷凝 而析出像露珠似的液滴对应的温度称为露点。露点高于泡点。 6-9 相对挥发度=1 时，用普通精馏是否能分离混合物？ 答：不能

6-11 平衡蒸馏与简单蒸馏有何不同？

答：简单蒸馏过程为不稳定过程。平衡蒸馏为稳定连续过程，生产能力大。 6-16 上下相邻两层塔板的温度、液相组成与气相组成有何不同？ 答：上板的温度低于下面板；液相和气相组成高于下面板。

6-19 当进料流量F 及组成一定时，若馏出液流量D 增多而釜液流量W 减少时，馏出液的 组成及釜液的组成将如何变化？ 答：由可知，增加，减少。

6-20 当一定时，若增大，将如何变化？及将如何变化？ 答：由可知，增加，增加。

6-21 何谓恒摩尔流量的假设？其成立的条件是什么？在精馏塔计算中有何意义？ 答：（1）恒摩尔汽流恒摩尔汽流是指在精馏塔内，从精馏段或提馏段每层塔板上升的汽相摩 尔流量各自相等，但两段上升的汽相摩尔流量不一定相等。 即精馏段 提馏段

（2）恒摩尔液流恒摩尔液流是指在精馏塔内，从精馏段或提馏段每层塔板下降的液相摩尔流 量分别相等，但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。 即精馏段 提馏段

6-22 精馏塔的进料状态有几种？他们对精馏段及提馏段的下降液体流量及上升蒸汽流 量有什么影响？

答：有五种：冷液进料；饱和液体（泡点）进料；汽液混合物进料；饱和蒸汽（露点） 进料；过热蒸汽进料。

6-37 在、、一定的条件下，进料热状态参数q 值一定时，若塔顶液相回流比R 增大，对 一定分离要求所需理论板数将如何变化？对一定理论板数的精馏塔，若R 增大，对馏出液的 组成和釜液的组成有何影响？

答： ，馏出液组成增加，釜液组成减少。

6-40 何谓全回流？在什么情况下应用全回流操作？

答：若上升至塔顶的蒸汽经全凝器冷凝后，冷凝液全部回流到塔内，该回流方式称为全 回流；开工、实验研究、设备异常或调试时，便于控制。 6-41 何谓最小理论板数？如何计算？有何应用？

答：回流比愈大，完成一定的分离任务所需的理论板层数愈少。当回流比为无限大，两 操作线与对角线重合，此时，操作线距平衡线最远，汽液两相间的传质推动力最大，因此所 需的理论板层数最少，以N min 表示。 6-42 什么是最小回流比？如何计算？

答：对于某一物系，在一定的分离任务下，所需理论板为无穷多时所对应的回流比。

化工原理思考题答案

流体 1、压力与剪应力的方向及作用面有何不同

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答：压力垂直作用于流体表面，方向指向流体的作用面，剪应力平行作用于流体表面，方向与法向速度梯度成正比。

2、试说明粘度的单位、物理意义及影响因素

答:单位是N·S/m2即Pa·s，也用cp，1cp=1mPa·s，物理意义为：分子间的引力和分子的运动和碰撞，与流体的种类、温度及压力有关

3、采用U型压差计测某阀门前后的压力差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？

答：无关，对于均匀管路，无论如何放置，在流量及管路其他条件一定时，流体流动阻力均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截面的压力差却不相同。 4、流体流动有几种类型？判断依据是什么？

答：流型有两种，层流和湍流，依据是：Re≤2000时，流动为层流；Re≥4000时，为湍流， 2000≤Re≤4000时，可能为层流，也可能为湍流 5、雷诺数的物理意义是什么？

答：雷诺数表示流体流动中惯性力与黏性力的对比关系，反映流体流动的湍动状态 6、层流与湍流的本质区别是什么？

答：层流与湍流的本质区别是层流没有径向脉动，湍流有径向脉动

7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中心可分为哪几个区域？ 答：层流内层、过渡层和湍流气体三个区域。

8、流体在圆形直管中流动，若管径一定而流量增大一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？

答：层流时Wf∝u，流量增大一倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf∝u2 ，流量增大一倍能量损失是原来的4倍。

11、用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？若改用转子流量计，转子上下压差值又将如何变化？

答：孔板前后压力差Δp=p1-p2，流量越大，压差越大，转子流量计属于截面式流量计，恒压差，压差不变。

12、区分留心泵的气缚与气蚀现象、扬程与升扬高度、工作点与设计点等概念

答：气缚：离心泵启动前未充液，泵壳内存有空气，由于空气密度远小于液体的密度，产生离心力很小，因而叶轮叶心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，此时启动离心泵也不能输送液体。 气蚀：贮槽液面一定，离心泵安装位置离液面越高，贮槽液面与泵入口处的压差越大，当安装高度达到一定值时，泵内最低压力降至输送温度下液体的饱和蒸汽压，液体在该处形成气泡，进入叶轮真空高压

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区后气泡破裂，形成局部真空，周围液体以高速涌向气泡中心产生压力极大的冲击。运转一定时间后，叶轮表面出现斑痕及裂缝，使叶轮损伤。

扬程：单位重量的液体经离心泵后所获得的有效能量

升扬高度：指离心泵将流体从低位送至高位时两液面的高度差。 工作点：管路特性曲线与泵特性曲线的交点 设计点：离心泵在一定转速下的最高效率点

13、离心泵调节流量有哪些方法？各种方法的实质及优缺点是什么？

答:1.改变管路特性曲线，最简单的方法是在离心泵压出管线上安装调节阀，通过出口阀门调节流量，实质是改变工作点。优点：操作简便、灵活，流量可连续变化，应用较广。 缺点:当阀门关小时，不仅增加了管路的阻力，使增大的压头用于消耗阀门的附加阻力上，且使泵在低效率下工作，经济上不合理。 2.改变泵特性曲线，通常通过改变泵的转速来实现流量调节，实质是改变工作点。优点：不额外增加阻力且在一定范围内可保证泵在高效率下工作，能量利用率高，经济性好。缺点：需配备可调速的原动机或增加调速器，通常在调节幅度大、时间又长的季节性调节中使用。

14、比较正位移泵与离心泵在开车步骤、流量调节方法及泵的特性等方面的差异 答：正位移泵即容积式泵 泵型 开车步骤 流量调节 1、旁路调节，通过改变旁路阀的开度泵的特性曲线为Q为正位移泵 启动前不需灌泵 调节流量2、改变活塞冲程或往复次常数的一条直线 数调节流量 1.改变管路特性曲线，通过出口阀门H-Q、N-Q、η-Q三离心泵 启动前需灌泵 调节流量2.改变泵特性曲线改变泵的条特性曲线 转速来实现流量调节 15、离心通风机的特性参数有哪些？若输送空气的温度增加，其性能如何变化 答：a、流量b、风压c、轴功率与效率。空气温度增加，流体密度减小，风压减小；流量、轴功率效率均与风机相关，风机型号不变，参数不变。

传热

1、简述热传导、对流传热，辐射传热的基本原理

答：热传导：热传导起因于物体内部分子、原子和电子的微观运动的一种传热方式。温度不同时，这些微观粒子热运动激烈程度不同。因此，在不同物体之间或同一物体内部存在温差时，就会通过这些微观

泵特性 32

粒子的振动、位移和相互碰撞而发生能量的传递，称之为热传导。

对流传导：流体通过固体壁面时与该表面发生的传热过程称为对流传热，对流传热是依靠流体微团的宏观运动而进行的热量传递。实际上是对流传热和热传导两种基本传热方式共同作用的传热过程。 辐射传热：任何物体在发出辐射能的同时，也不断吸收周围物体发来的辐射能。一物体辐射出的能量与吸收的能量不等时，该物体就与外界产生热量传递，这种传热方式称为辐射传热。 2、热传导、对流传热，辐射传热在传热速率影响因素方面各有什么特点？ 答：热传导：热导率与物质的结构、组成、温度、压强等许多因素有关

3、气体、液体和固体（包括金属和非金属）在热导率数值上有什么差异？认识这些差异在工程上有什么意义？

答：固体：金属的热导率与材料的纯度有关，合金材料热导率小于纯金属，各种固体材料的热导率均与温度有关，对绝大数均质固体而言，热导率与温度近似成线性关系。在工程计算中常遇到固体壁面两侧温度不同的情况，此时可按平均温度确定温度场中材料的热导率。

液体：金属液体的热导率较大，非金属液体的热导率较小，但比固体绝热材料大，除水和甘油外，大多数液体随温度升高热导率减小。纯液体的热导率比其溶液的大。

气体：气体的热导率随温度升高而增大。当压力很大或很小时，热导率随压力增大而增大，反之则反。气体的热导率很小，不利于导热但有利于保温。 4、什么是传导过程中推动力和阻力的加和性？

答：在多层壁的定态热传导中，每层壁都有推动力和阻力，通过各层的导热速率相等，既等于某层的推动力和阻力之比，也等于各层推动力之和和阻力之和的比值。（公式自己写） 6、对流传热的主要影响因素有哪些？ 答：1、引起流动的原因：α强制＞α自然

2、流动状况：α湍流＞α层流

3、流体的性质：μ增大α增大；比热容增大，α增大；ρ增大，α增大；α气体＜α液体 4、传热面的情况：α波纹状、翅面＞α平滑面；A增大，湍流程度减小 5、是否相变：α相变＞α无相变

8、在对流传热系数的关联式中有哪些无量纲数？它们的物理意义各是什么？ 答：Nu努塞尔数，待定数群

Re雷诺数，代表流体的流动形态与湍流程度对对流传热的影响 Pr普朗特数，代表流体的物理性质对对流传热的影响 Gr格拉晓夫数，代表自然对流对对流传热的影响

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10、用饱和水蒸气作为加热介质时，其中混有的不凝气是如何影响传热效果的？

答：蒸汽冷凝与壁面时，如果蒸汽中含有微量的不凝气，如空气等，则它会在液膜表面浓集形成气膜，这相当于额外附加了一层热阻，而且由于气体的热导率小，该阻值往往很大，其外在表现是蒸汽冷凝的对流系数大大减小。

11、液体沸腾的两个必要条件是什么？为什么其对流传热系数往往很高？

答：一是液体过热，二是有汽化核心。在沸腾过程中，小气泡首先在汽化核心处生成并长大，在浮力作用下脱离壁面，气泡让出的空间被周围的液体取代，如此冲刷壁面，引起贴壁液体层的剧烈扰动，从而使液体沸腾时的对流传热系数比无相变时大很多。

13、自然对流中的加热面与冷却面应如何放置才有利于充分传热？

答：自然对流是由于流体内各部分密度不同而引起的流动(如散热器旁热空气的向上流动。自然对流的关键是使流体循环畅通，因此加热面应放置在被加热面的下层，冷却面应放置在冷却面的上层。 14、什么是传热速率？什么是热负荷？二者之间有何联系？

答：传热速率是指设备在一定条件下的换热能力，热负荷是对设备换热能力的要求。传热速率≥热负荷。 15、在两流体通过间壁的换热过程中，一般来说总热阻包括哪些项？什么是控制热阻？

答：总热阻包括管外流体的对流传热热阻、管壁热阻、管内流体的对流传热热阻、管内表面的污垢热阻、管外表面的污垢热阻五项。如果某项的值远大于其他项，总热阻值就接近该项，该项就是控制热阻。 17、间壁两侧的对流传热系数是如何影响总传热系数的？认识到这一点有什么工程意义？

答：换热器的总传热系数接近于较小的对流传热系数，强化传热时提高较小的对流传热系数较有效。 18、在间壁式换热器中采用逆流和对流各有什么优点？有时为什么又要采用折流或错流？

答：1、就提高推动力而言，逆流优于其他流型。传热系数一定时，采用逆流可以用较小的传热面积完成相同的换热任务，同时节约加热剂或冷却剂的用量，多回收热量。2、当工艺上要求流体被加热时不得超过某一温度或热流体被冷却时不得低于某一温度，宜采用并流。3、采用折流的目的是为了提高对流传热系数，以此达到提高传热速率。

19、传热过程设计型计算和操作型计算的内容分别是什么？解决这些问题需要那两个方程的联立求解？ 答：设计型计算的基本要求是确定换热任务的传热面积，在此基础上选择换热器的型号或判断某台换热器是否合用。操作性计算的主要任务是在换热设备已存在时预测换热设备的操作结果，如计算两流体的出口温度。解决此类问题需联立热量平衡方程和总传热速率方程。

24、为提高列管式换热器的总传热系数，在其结构方面可采取什么改进措施？

答：1、管程数增多有利于提高列管式换热器的总传热系数，但机械能损失过大，传热温差也减小，因此不宜过多。2、壳程内安装一定数目的与管束垂直的折流挡板。

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25、强化传热过程可以哪几方面入手？每一方面又包括哪些具体措施？

答：1、增大传热面积2、提高总传热系数：可定时清理污垢，提高流速或湍流程度3、提高温差：采用温位更高的加热剂或温位更低的冷却剂，提高加热剂或冷却剂的流量。

蒸馏

1、压力对相平衡关系有何影响？精馏塔的操作压力增大，其他条件不变，塔顶温度、塔底温度和浓度如何变化？

答：相平衡方程：,总压p增加，泡点线和露点线上移，同时向对角线靠近，分离变得困难，反之总压减小，分离变得容易。压力增大，塔顶温度升高，塔底温度也升高，塔顶浓度变大，塔底浓度减小。 2、精馏过程的原理是什么？为什么精馏塔必须有回流？为什么回流液必须用最高浓度的液体作回流？用原料液做回流行否？

答：精馏：在一定压力下，各组分挥发度不同，两种混合均匀的液相混合物其在蒸发时蒸汽得组分和蒸汽冷凝的组分是不同的，多次而且同时运用部分气化和部分冷凝的方法，使混合液得到较完全分离，在塔顶得到较纯轻组分，在塔釜得到较纯重组分的。为了将双组分充分分离，必须引入回流液，形成两相系统。回流必须用最高浓度的回流，有利于提高塔顶产品的纯度。

4、进料状况参数q的物理意义是什么，对气液混合物进料q值表示的是进料中的液体分率，对过冷液体和过热蒸汽进料，q值是否也表示进料中的液体分率？写出5中进料状况下的q值范围

答：q表示精馏段和提馏段操作线的交点，过冷液体q＞1，过热蒸汽q＜0，q不表示液体分率。冷液进料q＞1；饱和液体，q=1；气液混合体，0＜q＜1；饱和液体，q=1；过热液体，q＜0。

5、在图解法求理论板数的y-x图上，直角梯级与平衡线的交点, 直角梯级与操作线的交点个表示什么意思？直角梯级的水平线与垂直线各表示什么意思？对于一块实际塔板，气相增浓程度和液相减浓程度如何表示？

答：直角梯级与平衡线的交点表示此点的气相和液相满足相平衡关系，直角梯级与操作线的交点表示上升的蒸汽和下降的液体组成满足操作线方程。梯级的水平线表示液相经过塔板后减浓的程度，垂直线表示气相经过塔板后增浓的程度，对于第n块塔板，液相减浓程度为xn+1-xn，气相增浓程度为yn-yn+1 6、什么叫全回流和最小理论塔板数？全回流时回流比和操作线方程式怎样的？全回流应用于什么场合？如何计算全回流时的最小理论塔板数？某塔全回流时，xn=0.3，若α=3，则yn+1为何值？

答：塔顶上升蒸汽经冷凝器全部引流回到塔顶称为全回流。全回流时的理论塔板数为最小塔板数。R=∞，操作线方程yn+1 =xn，全回流对精馏塔的开工阶段、调试和实验研究具有实际意义。利用芬斯克公式计算最小塔板数Nmin+1= xn=0.3，yn+1=0.3

7、选择适宜回流比的依据是什么？设备费和操作费分别包括哪些费用？经验上如何选择适宜回流比？

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答:依据是相平衡方程和q线方程。设备费包括精馏塔、再沸器、冷凝器等设备的折旧费，操作费用主要是再沸器中加热剂用量、冷凝器中冷却剂用量和动力消耗。通常操作回流比为最小回流比的1.1~2.0倍。 12、对于精馏塔的设计问题，在进料热状况和分离要求一定的条件下，回流比增大啊或减小，所需理论板数如何变化？对于一现场运行的精馏塔，在保证D/F不变的条件下回流比增大或减小，塔顶馏出液和釜液的量及组成有何变化？

答：R增大，精馏提馏操作线原理平衡线，理论塔板数减小。对于操作型计算，R增大，塔顶和塔釜冷凝量均增加，xD增大，xW减小。

29、有一正在操作的精馏塔分离某混合液。若下列条件改变，问馏出液及釜液组成有何改变？ 假设其他条件不变，塔板效率不变。 （1）回流比下降；

（2）原料中易挥发组分浓度上升； （3）进料口上移。

解：（1）回流比下降，馏出液组成减小，釜液组成增大。 (2) xF上升，馏出液组成增大，釜液组成增大。 （3）馏出液组成减小，釜液组成增加。

30、在精馏塔操作中，若F、V维持不变，而xF由于某种原因降低，问可用哪些措施使xD维持不变？并比较这些方法的优缺点。 解：可以采用以下措施：

（1）增大回流比R，但会减少塔顶产品产量

（2）降低进料管位置，缺点是釜液组成增大，使塔底产品纯度下降

（3）减少进料的焓（如有可能，即原来的料液通过预热的，降低其预热程度），即相当于增大提馏段回流比，但以减小塔顶产品产量为代价。

可根据允许付出的代价，选择其中一法，或同时用多于一法的组合。

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