2011 化工原理试题A
[一]填空题（5分，每空0.5分）
1.离心泵在两容器间输送液体，当被输送的液体的密度增加时，若低位槽敞口，高位槽内为高压，则离心泵的流量（增大），压头（减小），轴功率（增加）。
2.稳态导热时，相互紧贴的厚度相同的两层平壁中温差分布Δt1 <Δt2，则两层平壁的导热系数λ1、λ2的大小关系是（ λ1>λ2 ）。
3.如果YY1和Y2分别为进塔气体和出塔气体的摩尔比，则??1?Y2Y为（溶质的回收1率）
4.只要吸收组分在气相中的分压（大于）液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。
5. 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k2
2
y=2kmol/m·h，气相传质总Ky=1.5kmol/m·h，平衡关系y=0.5x，则该处气液界面上气相浓度yi应为（0.01）。
6.对于一定的分离任务，最小回流比所需理论板为（ 无穷多）。
7.回流的作用：（提供不平衡的气液两相，是构成气液两相传质的必要条件）。 8.用孔板流量计测量流体时，随流量的增加，孔板前后的压差值将（增加）。
[二]单项选择题（5分，每小题1分）
1.在完全湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数λ数值（ B ）。
A)只取决于Re B)只取决于ε/d C)与ε无关 D)只与ε有关
2.某流体在圆形直管内强制对流，给热系数为?，现在任务变更，管内流速是原来的1/2，已知Re>10000，则管内?是原来的( A )倍。 A)0.574 B)1 C)1.741
3.在精馏操作中，若被分离物系的进料状态由气相变为液相，则提馏段操作线斜率( A )。
A)减小 B)增大 C)不变 D)变化不确定
4.在盛有一定量水的鼓泡吸收器中，CO2与水充分接触后，测得CO2在气相中的分压为97.1kPa，CO-4
2在水中的摩尔分数为5.17×10，则享利系数为( B )。 A)0.05mol B)1.878×105
kPa C)1.878×105
kmol/m3
·kPa D)上述全不对 5.用水吸收混合气中的氨，已知气相阻力为2.6×105m2
·s·kPa/kmol,液相阻力为1.3×104m2
·s·kPa/kmol，则有（ C ） 。
A)传质阻力集中在液相 B)液膜控制过程 C)气膜控制过程 D)无法判断 [三] 计算题
1.（20分）用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内（如图1所示），贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×103Pa，蒸发器上部的蒸发室内操作压强
为26670Pa（真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面15m，进料量为20m3/h，溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg（不包括出口），泵吸入管路与压出管路内径均为60mm。设该泵的效率为65%，求泵的轴功率。
1
解：取贮槽液面为1―1截面，管路出口内侧为2―2截面，并以1―1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。
22 gZ1?u1?p1?We?gZ2?u2?p2??Wf
2?2?气比是最小液气比的1.4倍，操作温度293K，汽液平衡关系为Y*=0.75X，气相总体积吸收系数Kya=0.088kmol/(m·s)，试求：（1）最小液气比（L/V）min；（2）塔底流出液浓度X1；（3）气相总传质单元高度HOG；（4）气相总传质单元数NOG；（5）填料3
式中 Z1=0 Z2=15m p1=0（表压） p2=－26670Pa（表压） u1=0
20 u2?36000.785??0.06?2?1.97m/s ?Wf=120J/kg 5分
将上述各项数值代入，则
W?15?9.81??1.97?2e2?120?266701200?246.9J/kg5分
泵的有效功率Ne为： Ne=We·ms 式中
m?1200s?qv???203600?6.67kg/s 4分
Ne=246.9×6.67=1647W=1.65kW 3分 N?Ne?
则泵的轴功率为：
N?1.650.65?2.54kW 3分
2. （20分）填料塔内用清水逆流吸收空气中的氨，已知塔的截面积为0.5m2，要求氨的吸收率为99.5%。已知空气和氨的混合气质量流量为1400kg/h，混合气的平均摩尔质量为29kg/kmol，气体总压力为101.3kPa，其中氨的分压为1.333 kPa。若实际液
层高度Z。 解： （1）ypA1.3331?P=?0.0132 总101.3Yy11=1?y?0.0132?0.0134 11?0.0132Y2?Y1(1??)?0.0134(1?0.995)?0.0000669
X2?0
空气的摩尔流量为V?GM(1?y14001)?29(1?0.0132)?47.7kmol/h (LY?Y2V)0.0134?0.0000669min?1X*?0.0134?0.746 61?X20.75?0（2）LV?1.4(LV)min?1.4?0.746?1.0444
LV?Y1?Y2X?0.0134?0.0000669?0.013333?1.0444 1?X2X1?0X1X0.0133331?1.0444?0.0128 4分
分 2
（3）HOG?VK?47.7/3600?0.30m 2分
ya?0.088?0.5 (4) Y*1?0.75X1?0.75?0.0128?0.00985 Y*2?0
?Y*1?Y1?Y1?0.0134?0.009?850. 00382 ?Y2?Y2?Y*2?0.000066?9?00.00 00669 ?Y?Y1??Y2m?ln?Y?0.00382?0.0000669?0.0000928 1?Yln0.0038220.0000669 N?Y1?Y20.0134?0.0000669OG?Y?0.0000928?14.36 6分 m(5) Z?NOGHOG?14.36?0.30?4.32m 2分
3. （25分）现用一精馏塔分离某二元理想混合物AB，进料量为100kmol/h，进料状态为饱和液体，其中易挥发组分A的摩尔分数为0.4。精馏塔塔顶采用全凝器且为泡点回流，塔釜使用蒸汽加热。已知塔内A、B间的平均相对挥发度为1.8，精馏段操作线方程斜率为0.8，塔顶产品出料量为40kmol/h，其中A的摩尔分数为0.97。试求：（1） 操作回流比和精馏段操作线方程（4分）； （2） 塔釜产品中A的摩尔分数及B的回收率（4分）；
（3） 精馏段气相负荷、提馏段液相负荷和提馏段操作线方程（6分）；
（4） 实际回流比是最小回流比的多少倍（6分）； （5） 离开塔顶第二块理论板的气相组成（5分）。 解：
（1）
RR?1?0.8，R?4（1分） xDR?1?0.974?1?0.19（41分），yn?1?0.8xn?0.194（2分） （2）??F?D?W?Fx???100?40?WF?Dx，?xW?0.02（2分）D?WxW100*0.4?40*0.97?WxW
??1?xW?60*(1?0.W?WF?1?z?0?(10.?20.)4)9（82分）
F?100*（3）V??R?1?D?(4?1)*40?200（1分） L?RD?4*40?16 0 q?1，所以： V'?V?200
L'?L?F?160?100?2（62分）
y60*0.n?1?L'V'x?WxWV'?260n20x0n?200?01.23x?n0.0（036分） （4）q?1?xq?zF?0.4（1分） yq??xq?x?1.8*0.4q?1?xq1.8*0.?4?0.0.6545（42分）
3
RminR?xD?yq?0.97?0.54?50.4744 9min?1xD?xq0.9?70.4 Rmin?2.92（2分）
R4R??1.3（71分） min2.92（5）y1?xD?0.97（1分）
y?x*11.8x*1*1??x*?x*?*?x1?0.947（2分） 1?110.8x1?1 y*2?0.8x1?0.194?0.8*0.947?0.194?0.952（2分）
4.（20分）现有一单管程列管式换热器，管子尺寸Ф25?2.5mm ，管长3.0m，共40根，拟用来将17000kg/h的苯从30℃加热到70℃，壳程为120℃饱和水蒸气冷凝，水蒸气冷凝的表面传热系数为α0=10000W/(m2·℃)，管内苯侧污垢热阻0.000833m2℃/W，壳程污垢热阻及热损失均忽略不计，管材的热导率为45 W/(m·℃)。操作范围内苯的有关物性参数可视为不变，定压比热容为1.80 kJ/(kg·℃)，粘度为0.47?10?3Pa?s，热导率为 0.14W/(m·℃)。试求： (1) 总传热系数K；
(2) 判断该换热器是否合用；
(3) 若使用上述换热器，则实际操作时苯的出口温度；
(4) 在操作过程中，可采取什么措施使苯的出口温度达到原工艺要求？并就一种措施
加以定量说明。 解：（1）总传热系数K
管内表面传热系数αi
1.7?104/3600Re??du0.02?iidiG0.785?0.022?40????0.47?10?3?1.5999?104?104pcp?1.8?0.47r???0.14?6.04
?0.8i?0.023?dRepr0.4?763W/(m2??C)i1K?1d0??Rd0bd01di???2.84?10?3 ididi?dm?0
K?352W/(m2?K)
（2）换热器是否合用 ?t(120?30)?(120?70)m??68ln120?30.1?C
120?70Q?q17000mc?cpc?(t2?t1)?3600?1.8?103?(70?30)?3.4?105W4
AQ3.4?105计算?K?t??68.1?14.18m2
m352A?n?d0l?40?3.14?0.025?3?9.42m2
因A计算?A实际 故该换热器不合用。
（3）若使用上述换热器，则实际操作时苯的出口温度；
Q?qKA(120?30)?(120?t?mc?cpc?(t?2?30)?2)ln120?30120?t?21.7?1043600?1.8?103?(t?2?30)?352?9.42?(120?30)?(120?t?2)ln120?30
120?t?2t2'?59.4?C（4）在操作过程中，可采取什么措施使苯的出口温度达到原工艺要求？并就一种措施加以定量说明。 措施：提高加热蒸汽的压力
Q?q70?30)?KA(T?30)?(T?70)mc?cpc?(lnT?30T?7021.7?1043600?1.8?103?(70?30)?352?9.42?(T?30)?(T?70)lnT?30
T?70T?154?C
2011 化工原理试题B
[一]填空题（5分，每空0.5分）
1.容器间输送液体，当被输送的液体的密度增加时，若两容器均敞口，则离心泵的流量（不变），压头（不变），轴功率（增加）。 2稳态导热时，相互紧贴的两层平壁中，导热系数为λ
1的一侧温度分布较陡，则两
层平壁的导热系数λ1、λ2的大小关系是( λ1>λ2)。
3.当吸收剂量减少到操作线与平衡线相交时，此时（塔底端）的推动力为零，称此时的液气比为最小液气比。
4.在其他条件不变的条件下，温度升高，享利系数（增大），溶解度系数（减小）。 5.当操作线在平衡线上方时，将进行的传质过程为（吸收）过程。 6.于一定的分离任务，全回流时所需理论板（最少）。 7.回流包括：（顶回流液；塔底回流汽）。
[二]单项选择题（5分，每小题1分）
1. 流体在管内层流流动时，粗糙管的摩擦系数λ数值（A）。 A)只取决于Re B)只取决于ε/d C)与ε无关 D)只与ε有关
2. 某流体在圆形直管内强制对流，给热系数为?，现在任务变更，管内流速是原来的2倍，已知Re>10000，则管内?是原来的(C )倍。 A)0.574 B)1 C)1.741
3. 在精馏操作中，若被分离物系的进料状态由液相变为气相，则提馏段操作线斜率
5