化工基础复习题..pdf

项目一流体流动与输送 一、填空 1流体的输送方式有高位槽送料、输送机械送料、压缩气体送料、真空抽料。 2高位槽送料是利用容器、设备之间的位差，将处在高位设备内的液体输送到低位设备内的操作。 3 压缩气体送料一般采用压缩空气或惰性气体代替输送机械来输送物料，是一种由低处向高处送料的情况。 4真空抽料是通过真空系统造成的负压来实现流体输送的操作。 5影响气体密度的因素有温度和压力，气体密度随压力的增大而增大，随温度的减小而减小。 6压力的三种表示方法是绝对压力、表压和真空度。 测量压力的仪表通常有压力表、真空表、 压力真空表。 7流体流量分为体积流量和质量流量，常用来测量流体流量的仪表有转子流量计、孔板流量计、 文丘里流 量计等。其中转子流量计必须垂直安装在管路上，而且流体必须下进上出。 8通常情况下，用雷诺数来Re 来判断流体的流动类型，当Re 2000 时，流体总是做层流流动；当Re 4000 时，流体总是做湍流流动；而当2000Re4000 时，流体可能是层流也可能是湍流。 9流体阻力的产生是因为流体具有黏性（内因）和流体的流动形态（外因）。流体阻力分为直管阻力和局 部阻力两种。 10化工管路主要由管子、管件和阀件构成，也包括一些附属于管路的管架、管卡、管撑等附件。 11化工管路的连接方式主要有螺纹连接、法兰连接、承插式连接和焊接四种。 12化工管路热补偿的主要方法有两种，即利用弯管进行的自然补偿和利用补偿器进行的热补偿。 13离心泵的调节方式有改变阀门开度、改变叶轮的的转速和改变叶轮的直径三种，工业生产中最常用的 是改变阀门开度，原因是简单方便。 14离心泵在开车前要灌泵，目的是为了防止发生气缚现象。操作过程中，无论是开车还是停车，出口阀 门都要先关闭，但其原因不同，开车时是为了保护电动机，停车时是为了防止出口管路上的高压液体倒流 入泵内打坏叶轮。 二、名词解释 高位槽送料、输送机械送料、压缩气体送料、真空抽料 三、简答题 1减小流体阻力的措施有哪些？ 2请解释气蚀现象与气缚现象，如何预防？ 3离心泵操作过程中要注意什么，如何调节流量？ 4什么是离心泵的工作点？ 项目三传热 一、填空 1 传热的方式随热交换的物质及接触状况不同而不同，归结起来有热传导、热对流、热辐射三种。 2 工业上常用的换热器有直接接触式、蓄热式、间壁式、热管式等。 3 在稳定传热过程中，通过平壁的每层导热量都相等。若厚度相同，材料的热导率越小，则在该层的温 度下降越大。 二、名词解释 热传导热对流热辐射 三、简答题 1影响对流传热系数的因素有哪些？ 2强化传热过程的途径有哪些？ 项目 4 蒸发 一、填空 1 蒸发按操作压力分，可分为常压、加压和减压（真空）蒸发操作；按二次蒸汽是否利用分为单效蒸发 和多效蒸发；按蒸发模式，可分为间歇蒸发与连续蒸发。 2 根据原料液加入方式不同，多效蒸发操作流程可分为并流、逆流和平流三种。 3 蒸发器由蒸发室、加热室、辅助装置组成，辅助装置包括除沫器、冷凝器、真空装置。 4 按照溶液在加热室中运动的情况，可将蒸发器分为循环型和单程型两类。 5 常用的循环型蒸发器有中央循环管式蒸发器、悬筐式蒸发器、外加热式蒸发器、强制循环式蒸发器。 常用的单程型蒸发器有升膜式蒸发器、降膜式蒸发器和回转式薄膜蒸发器等。 6 提高蒸发强度的主要途径是提高总传热系数和传热温度差。 7 影响溶液沸点升高的因素有溶液浓度、液柱静压头、管道阻力。 8 降低热能消耗的措施有利用二次蒸汽的潜热、二次蒸汽的再压缩、冷凝水热量的利用。 二、简答 1什么叫蒸发？蒸发操作的目的是什么？ 2影响溶液沸点升高的因素有哪些？ 3降低热能消耗的措施有哪些？ 项目五气体吸收 一、填空 1利用气体混合物中各组分在液体中溶解度的差异来分离气体混合物的操作，称为气体吸收， 其逆过程为 脱吸或解吸。 2气体的溶解度随温度的升高而减小，随压力的增大而增大。因此，提高压力、 降低温度有利于吸收操作。 3在吸收过程中，混合气体中溶解在吸收剂中的组分称为溶质或吸收质，不能溶解的组分称为惰性组分， 吸收剂又称为溶剂，吸收了溶质后的溶液称为吸收液。 4在用洗油吸收焦炉煤气中粗苯的过程中，吸收质为粗苯，吸收剂为洗油，惰性组分为脱苯煤气，吸收液 为富油。 5吸收过程按有无化学反应分为物理吸收和化学吸收；按吸收组分数分为单组分吸收和多组分吸收；按有 无热效应分为非等温吸收和等温吸收。 6易溶气体的亨利系数较小，难溶气体的亨利系数较大；亨利系数随温度的升高而增大，随压力的增大 而减小。 7影响吸收速率的主要因素有吸收系数、吸收推动力、气液接触面积。 二、名词解释 气体吸收 三、简答 1吸收操作的理论依据及操作目的是什么？ 2如何选择吸收剂？ 3影响吸收操作的因素有哪些？ 2011-2012 学年二学期化工基础练习1 一、填空 1 在体积流量相同的条件下，细管和粗管中流动物性相同的流体，先到达湍流型态的是管。 2 流体在25 mm×2.5 mm、 及57 mm×3.5 mm 组成的套管换热器环隙中流动，其当量直径为。 3 当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。 4 在圆形直管中流动的流体，流动型态分为和。其中判断流体流动型态的特征数是。 5 下列各种不同压力计测得的测定值，可按其压强从小到大的顺序排列如下： ( )2000；B、 Re 2300；C、20004000。 12 流体流经离心泵后，被增加的能量主要显示在泵出口处的（） A、静压能增高；B、位能增高； C、热能增加； D、动能增高。 13 流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（） A、流动速度较大；B、流过的距离较长；C、流体具有粘性；D、管子直径较小。 14 水从高位槽中流出时，则（） A、水的静压能转变为动能；B、水的位能转变为动能； C、除水的静压能转变为动能外，由于位能的减少，水的内能略有下降； D、除水的位能转变为动能外，由于静压能的减少，水的内能略有下降； 15 流体在一根水平直管中流动，自 A 截面流至 B 截面后，流体因摩擦阻力而消耗的能量为50 J· kg -1。 这一摩擦损失主要表现为B 截面处的单位质量流体（） A、动能的减少；B、热能的减少；C、压强能的减少；D、上述三者之和。 16当流体在圆管内流动时，使流体的流速在圆管内分布不均匀的原因是由于（） A、管壁存在摩擦力；B、流体的静压力；C、流体存在粘滞力；D、流体所受到的重力。 四、计算问答 1水槽液面至出水口垂直距离保持8.2 m，导管管径为119 mm× 4.5 mm，阻力造成压头损失为7.5 m （水柱），试求管中水的体积流量。 2轻柴油以4000 kg·h -1 的流量在48 mm ×3.5 mm 的钢管内流动，试判断柴油的流动型态。轻柴油 的密度为868 kg· m-3，粘度为3.5 × 10-3 Pa · s。 3用钢管输送质量分数为98%的硫酸，要求输送的体积流量为2.0 m 3· h-1,已查得 98%硫酸的密度为 1.84 × 10 3 kg · m -3，粘度为 2.5 × 10 -2 Pa · s，管道的内径为25 mm。求流动流体的雷诺数。若流量增大一倍时， 而欲使流动过程的雷诺数保持不变，则应使用多大直径的管道进行硫酸的输送？ 4如图，用泵将15 的水从水池送至一敞口储槽中。储槽水面与水池液面相距10 m，水面高度均 保持不变。输水管内径为68 mm，管道阻力造成的总能量损失为20 J· kg-1，试问泵需给每千克的水提供 多少能量？ 520 的水以3.6 m 3· h-1 的流量流经一根长10 m，内径为20 mm 的圆管。求：所产生的压降。（水 的密度可取1000 kg· m-3，粘度 1.0 × 10 -3 Pa · s。当 Re4000 时，摩擦系数=0.184 Re -0.2 ） 6如图所示为A，B，C 三个容器。容器上方分别装有测压管或压力计，试由仪表读数计算出三个容 器中 pA，pB，pC的绝对压强（当时大气压强为0.091 MPa）。 720的水（密度为1000 kg ·m -3，粘度为 1.005× 10-3 Pa · s）流经内径为20 mm 的管子，问当管中流 型为层流时，水的最大流速为多少？若管中流过的是20 的空气（密度为1.205 kg ·m-3，粘度为 18.1× 10-6 Pa· s），则空气的最大流速为多少？ 化工基础练习1 答案 一、填空 1细 225 mm3汽蚀 4层流；湍流；雷诺数Re5A、4000 轻柴油的流动型态为湍流。 3u1=1.132 m ·s -1 Re=2084 如流量增加一倍，则qV,2=2qV,1 Re 数保持不变，则= 由此可得： d1u1= d2u2 即 d1· =d2· d2=2d1=2× 25=50 mm。 4 取水池液面为11 截面，贮槽水面为22 截面，并以截面11 为基准水平面。 在截面 11 和 22 间列伯努利方程： gZ1+e= gZ2+ 式中： Z1=0，Z2=10 m p1= p2=0(表压 ) u1= u20 =20 J ·kg -1 则泵所提供的能量为： e= gZ2+=9.81 × 10+20=98.1+20=1.2×10 2 J ·kg -1 5u=3.18 m ·s -1 Re=6.37 ×10 4 流体流型为湍流 =0.184 × (6.37 ×10 4)-0.2× ×=51.1 J·kg -1 p=51.1 × 1000=51.1 kPa 6P0=0.091 MPa=9.1×10 4 Pa pA=9.1 × 10 4 +6.0 ×10 4=1.5 × 105 Pa(绝压 ) pB=9.1 × 10 4+ × 1.01 ×10 5=1.5 × 105 Pa(绝压 ) pC=9.1 × 10 4+0.600 × 1000× 9.81=9.69×10 4 Pa(绝压 )。 7(1)水： 因为 Re=2000时水的流型为滞流 所以umax= =0.1 m ·s -1 (2)空气： umax=1.5 m ·s -1 化工基础练习3 一、填空 (16 小题 ,共 25 分) 1流体流动的连续性方程u1A1=u2A2是在 条件下得出。它仅适用于的流体，它 是原理在化学工程中的应用。 2某种油和清水在内径相同的管道中定态流动。（假设油和水的密度很接近，但油的粘度比水大）。 当它们的雷诺数相等时，则油的流速应比水的流速。 3液体在圆管内呈层流流动，其流速为0.5 m ·s -1，则其动压头为 m（液柱）。 4当理想流体在水平变径管路中作连续定常态流动时，在管路直径缩小处，其静压强将，而流速 将。 5 流体流动边界层对传热和传质过程有重要影响。流动边界层分为层流边界层和湍流边界层。在完 全发展了的湍流边界层中，除了湍流主体外，还在靠近壁面的一层极薄的流体中，仍然维持层流流动，称 为。 6 离心泵在启动前必须先在吸入管和泵中，否则会发生现象。 7离心泵的特征曲线显示，压头随流量的增大而，轴功率随流量增大而，而泵的效率随流量增 大，存在一个值。 8水由直管流向喷射泵，喷嘴内径为直管内径的1/4，则喷嘴处的流速为直管内流速的倍。喷嘴 处的动能为直管内动能的倍。喷嘴处增大的动能由能转换而来，由此在喷嘴处可形成压。 9 离心泵的主要特征曲线有曲线，曲线和曲线。 10在体积流量相同的条件下，细管和粗管中流动物性相同的流体，先到达湍流型态的是管。 11密度为998 kg ·m -3、粘度为 1.005× 10 -3 Pa · s 的水，以18 m 3· h-1 体积流量流过76 mm ×3 mm 的钢 管，则该流体的流动型态为。 12 下列各种不同压力计测得的测定值，可按其压强从小到大的顺序排列如下：( )2000；B、 Re 2300；C、20004000。 4流体在圆形直管内流动时，判断流体流型的特征数为 （） A、Re；B、Nu；C、Pr；D、Gr 5离心泵的轴功率N 与流量 qV的关系为 （ ） A、qV增大， N 增大； B、qV增大， N 减小； C、qV增大， N 先增大后减小； D、qV增大， N 先减小后增大。 6流体在管内作连续定态流动时，流速u 与管径 d 之间的关系可适用于 （） A、不可压缩流体的等温过程；B、可压缩流体的等温过程； C、不可压缩流体的变温过程；D、可压缩流体的变温过程。 7流体在确定的系统内作连续的定常流动时，通过质量衡算可得到： （） A、流体静力学基本方程；B、连续性方程；C、伯努利方程；D、泊谡叶方程。 8 孔板流量计的主要缺点是（） A、结构复杂，造价高；B、噪音较大； C、维修困难；D、能量损耗大。 9牛顿粘性定律适用于 （） A、层流流动时的牛顿型流体；B、湍流流动时的牛顿型流体； C、过渡流流动时的牛顿型流体； D、静止状态下的牛顿型或非牛顿型流体。 10 实验中用U 形管压差计测得某设备内的压力读数为零，说明该设备的绝对压为 （） A、0 Pa；B、101.3 kPa；C、当时当地大气压强；D、1 MPa。 11 水从高位槽中流出时，则（） A、水的静压能转变为动能；B、水的位能转变为动能； C、除水的静压能转变为动能外，由于位能的减少，水的内能略有下降； D、除水的位能转变为动能外，由于静压能的减少，水的内能略有下降； 12 泵的扬程是指 （） A、泵的总压头；B、泵把流体升扬的高度；C、泵的吸入高度；D、泵将被输送液体的静压头的提高量。 13离心泵的效率与流量 qV的关系为（ ） A、qV增大， 增大； B、qV增大，减小； C、qV增大，先减小后增大；D、qV增大，先增大后减小。 14若将转子流量计中的塑料转子，改用相同尺寸的不锈钢转子，则其测量流量的范围应 （） A、变大； B、变小； C、不变； D、不能使用。 15流体的静力学基本方程：p2=p1+g（Z1-Z2）适用于 （ ） A、任何场合下的同一种流体；B、同一种连续的静止流体； C、连续流动的流体；D、不同种类连续的静止流体。 16离心泵在输送过程中，调节流量通常采用 （） A、调节泵进口阀的开度；B、调节泵出口阀的开度； C、调节安装在支路上的旁路阀；D、调节电机的转速。 四、计算问答 (5 小题 ,共 25 分) 1 轻柴油以 4000 kg ·h -1 的流量在48 mm ×3.5 mm 的钢管内流动，试判断柴油的流动型态。轻柴油 的密度为868 kg· m-3，粘度为3.5 × 10-3 Pa · s。 220的水（密度为1000 kg ·m -3，粘度为 1.005× 10 -3 Pa · s）流经内径为20 mm 的管子，问当管中流 型为层流时，水的最大流速为多少？若管中流过的是20 的空气（密度为1.205 kg ·m-3，粘度为18.1× 10-6 Pa· s），则空气的最大流速为多少？ 3欲用虹吸管从一敞口贮槽内将密度为800 kg ·m -3 的油品取出，虹吸管内径为5 mm，虹吸管出口距 贮槽液面的垂直距离为1 m，如忽略贮槽内液面的变化及虹吸管的阻力，问虹吸30 L 油品所需多少时间。 4某油田用330 mm× 15 mm 的钢管输送原油至炼油厂。原油密度为890 kg ·m -3，粘度为 0.187 Pa ·s， 输油量为300 t ·h-1。试计算在1000 m 长的直管中的压降。 5如图所示为A，B，C 三个容器。容器上方分别装有测压管或压力计，试由仪表读数计算出三个容 器中 pA，pB，pC的绝对压强（当时大气压强为0.091 MPa）。 化工基础练习3 答案 一、填空 (16 小题 ,共 25 分) 1流体充满导管作定态流动；不可压缩；质量守恒2大33.19 ×10 -3 4减小；增大。5层流内层。6灌满被输送的液体；气缚 7减小；增大；先增大后减小；最大816；256；压强；负 9流量 扬程；流量 效率；流量 轴功率 10细 11湍流（ Re=9.04 × 10 4） 12A、4000； 1×10 416 25 mm 二、判断题 (1错 2对 3对 4错 5错 6对 7对 8错9错 三、选择 (1B2C3D4A5 A6A7 B8D9A10 C11B12A13D14A15B 16B 四、计算问答 (5 小题 ,共 25 分) 1钢管的内径d=48-2 × 3.5=41 mm=0.041 m 。 u=0.970 m ·s -1 Re=9864 98644000 轻柴油的流动型态为湍流。 2(1)水： 因为 Re=2000时水的流型为滞流 所以umax= =0.1 m ·s -1 (2)空气： umax=1.5 m ·s -1 3以贮槽内液面11 截面至虹吸管出口22 截面间为衡算体系，并以22 截面为基准面。 已知： Z1=1 m Z2=0 p1= p2= 0(表压 ) u10 由伯努利方程：Z1+ +=Z2+可得 : 1=u=4.43 m ·s -1 由 V=· u· t V=30 L=0.030 m 3 t=345 s=5.75 min 4原油在管道内的流速： u=1.33 m ·s -1 Re=19002000；B、 Re 2300； C、20004000。 13 雷诺数 Re 的数学表达式为 （） A、；B、；C、；D、。 以上各式中u 为流体流速，为流体密度，为流体粘度， d 为管径或定性尺寸。 四、计算问答 1某合成氨厂有一个湿式圆筒气柜（如图所示），其内径为8 m，用以贮存水煤气。它的金属钟罩与 附件的总质量为6000 kg。如果不计算罩浸没在水中的浮力，试问：（1）气柜内气体的压强（表压）为多 大时，可将钟罩顶起？（2）当气柜中的贮气量增加时，气体的压强是否有变化？ 2 如图所示，盛有汞的两根玻璃管与一个封闭的容器连接，器内压差为p0。若开口玻璃管中的高度 h1=0.2 m，求上端封闭且保持真空的玻璃管中水银柱高度h2。（已知：当时大气压强为 101.3 kPa，汞的密 度为 13600 kg· m-3） 3如图所示为A，B，C 三个容器。容器上方分别装有测压管或压力计，试由仪表读数计算出三个容 器中 pA，pB，pC的绝对压强（当时大气压强为0.091 MPa）。 4某油田用330 mm× 15 mm 的钢管输送原油至炼油厂。原油密度为890 kg ·m -3，粘度为 0.187 Pa ·s， 输油量为300 t ·h-1。试计算在1000 m 长的直管中的压降。 5如下图所示的测压装置中被测流体的密度=1000 kg ·m -3，指示液的密度 R=1590 kg ·m -3，图中 R1=100 mm ，R2=100 mm，h1=159 mm ，h2=200 mm。试计算E 点的表压强等于多少帕？ 6如图所示敞口容器中盛有不互溶的油和水。油和水的密度分别为800 kg ·m -3 和 1000 kg· m-3。水层高 度为 0.40 m，油层高度为0.50 m。求细管中的液面与容器的液面哪一个高？高度差为多少？ 720的水（密度为1000 kg ·m -3，粘度为 1.005× 10 -3 Pa · s）流经内径为20 mm 的管子，问当管中流 型为层流时，水的最大流速为多少？若管中流过的是20 的空气（密度为1.205 kg ·m-3，粘度为18.1× 10-6 Pa· s），则空气的最大流速为多少？ 化工基础练习6 答案 一、填空 1A、4000； 1× 10 416减小；增大。 17正比；不变 二、判断题1对 2对 3错 4错 5对 6对 三、选择1B2B3D4C5C6C7A8B9A10B11B12D13D 四、计算问答 1（ 1）已知圆筒气柜的内径d=8 m， m=6000 kg 圆筒钟罩的截面积S=0.785× 82=50.24 m 2 气柜内的压强p=1.17× 103 Pa(表压 ) (2)没有改变 211 平面p1= p= p0+(汞 ) gh1 22 平面p2= p0=(汞) gh2 33 平面p3= p1-(汞) gh1空气密度小，可视为p2= p3，即 p1-(汞) gh1=(汞) gh2 又因为 p1= p，因此可得： h2=- h1 =-0.2=0.56 m。 3P0=0.091 MPa=9.1×10 4 Pa pA=9.1 × 10 4 +6.0 ×10 4=1.5 × 105 Pa(绝压 ) pB=9.1 × 10 4+ × 1.01 ×10 5=1.5 × 105 Pa(绝压 ) pC=9.1 × 10 4+0.600 × 1000× 9.81=9.69×10 4 Pa(绝压 )。 4原油在管道内的流速： u=1.33 m ·s -1 Re=190010000 流型为湍流 (2)已知=0.020， l=100 m， =2× 40d+7d=87 × 0.1=8.7 m =0.020=1.1 m(液柱 )。 4Re=995.7 层流，可用泊谡叶公式计算压降 p=6.63 ×10 5 Pa qV=d 2u=0.785 × 0.207 2× 0.74=0.0249 m3· s-1 N= N=23.6 kW 。 5u=3.54 m ·s -1 (1)对 11 和 BB 截面 (如图 )： gZ1=(1+)+(表压 ) 则pB=1000× 9.81 × 2-(1+0.5+0.03×)=3.96×10 3 Pa(表压 ) (2) 对 C C 和 22 截面： += (+3+)+ gZ2 则pC=1000× (6.4+3 ×0.75+1+0.03×-1)+9.81×2=2.19×10 5 Pa(表压 ) (3)离心泵的扬程 He= =21.9 m(H2O)。 6(1)两槽液面为11 截面，导水管出口为22 截面，列伯努利方程： gZ1+=gZ2+ 因为： Z2=0， p1=p2， u1=0， Z1=h 则 u2=m · s -1 由此证明： A，B 两槽水的流出速度相同。 (2)A 槽水的体积流量qV,A=m 3· s-1 B 槽水的体积流量qV,B= =m 3· s-1 由此证明： A，B 两槽水的体积流量不同。 7以油水分界面11 截面至排水管出口22 截面间为衡算体系，并以11 截面为基准面。 已知： Z1=0 p1=1.45 × 10 5+0.6 × 850× 9.81=1.50 ×10 5 Pa p2=1.01 × 10 5 Pa u1=0 Z2=h+0.6 m u2=1.06 m ·s -1 列伯努利方程式： Z1+=Z2+ =h+0.6+ h=4.3 m 8在槽液面和硫酸流出口两截面间列伯努利方程,可解得 : ua=9.90 m ·s -1 ub=10.8 m ·s -1 uc=9.90 m ·s -1 9取河面为1 1 截面，输水管路出口为22 截面，并以1 1 截面为基准面，列伯努利方程： Z1+ He = Z2+ (12) 式中： Z1=0，Z2=6 m，p1= p2，u10 ，(12)=2.04 m u2=1.15 m ·s -1 He =6+2.04=8.11 m Ne = HeqVg=8.11 ×× 1000× 9.81=1.59×10 3 W=1.59 kW 10单位时间所消耗的能量N=2× 10 5× 1× 10-3=2× 102 J · s -1 水的温升T=0.048 K 。 11p=gR(水)= gR () =15.2 倍 R =R× 15.2=12 ×15.2=182 mm 。 12(1)设水槽中液面为11 截面，导管出口为22 截面，以11 与 22 截面为系统，列伯努利方 程： Z1+=Z2+ u2= 对于 A、槽： ()=h, (u2)a= 对于 B、槽： ()=h, (u2)b= 由此可见， (u2)a=(u2)b,两槽的水由导管流出速度相同。 (2)qV=uS= 对于 A、槽： qV,a = 对于 A、槽： qV,b= 已知： ua= ub , da=2 db 则=4，A、槽流量为B、槽的 4 倍。