化工原理理論知識考核試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.流體在圓形直管中作層流流動時，其管中心最大流速$u_{max}$與平均流速$u$的關系為（）A.$u_{max}=u$B.$u_{max}=2u$C.$u_{max}=3u$D.$u_{max}=4u$2.離心泵的揚程是指（）A.液體的升揚高度B.1kg液體經(jīng)泵后獲得的能量C.1N液體經(jīng)泵后獲得的能量D.泵的吸液高度3.套管換熱器中，內(nèi)管為$\varphi25\times2.5mm$，外管為$\varphi57\times3.5mm$，則環(huán)隙的當量直徑為（）A.25mmB.32mmC.50mmD.57mm4.降塵室的生產(chǎn)能力取決于（）A.沉降面積和沉降速度B.沉降面積和降塵室高度C.降塵室長度和沉降速度D.降塵室高度5.過濾基本方程式是基于（）推導出來的。A.濾液在介質(zhì)中呈湍流流動B.濾液在濾渣中呈層流流動C.濾液在濾渣中呈湍流流動D.濾液在介質(zhì)中呈層流流動6.對流傳熱系數(shù)關聯(lián)式中普朗特數(shù)$Pr$反映的是（）A.流體物性對強制對流傳熱的影響B(tài).自然對流對對流傳熱的影響C.流動狀態(tài)對對流傳熱的影響D.流體的導熱性能對傳熱的影響7.蒸汽冷凝時，（）的傳熱系數(shù)大。A.膜狀冷凝B.滴狀冷凝C.兩種冷凝方式相同D.無法判斷8.精餾操作的依據(jù)是（）A.混合物各組分的揮發(fā)度差異B.混合物各組分的密度差異C.混合物各組分的溶解度差異D.混合物各組分的溫度差異9.在精餾塔中，加料板（）A.是精餾段與提餾段的分界板B.是進料板C.不是進料板D.是精餾段的一塊塔板10.吸收操作的依據(jù)是（）A.氣體混合物中各組分在吸收劑中溶解度的差異B.氣體混合物中各組分揮發(fā)度的差異C.氣體混合物中各組分密度的差異D.氣體混合物中各組分溫度的差異11.對于逆流吸收塔，當吸收因數(shù)$A<1$時，若填料層高度$Z$為無窮大，則氣液兩相將在（）達到平衡。A.塔頂B.塔底C.塔中部D.無法確定12.干燥過程中，當物料表面溫度等于空氣的濕球溫度時，物料處于（）A.預熱階段B.恒速干燥階段C.降速干燥階段D.平衡階段13.恒速干燥階段，物料的表面溫度等于（）A.空氣的干球溫度B.空氣的濕球溫度C.空氣的露點溫度D.無法確定14.萃取操作的依據(jù)是（）A.混合物各組分在萃取劑中溶解度的差異B.混合物各組分揮發(fā)度的差異C.混合物各組分密度的差異D.混合物各組分溫度的差異15.下列不屬于板式塔的塔板類型的是（）A.泡罩塔板B.篩孔塔板C.浮閥塔板D.填料塔板二、填空題（每題2分，共20分）1.流體在圓形直管中作層流流動時，其摩擦系數(shù)$\lambda$與雷諾數(shù)$Re$的關系為______。2.離心泵的主要性能參數(shù)有流量、揚程、功率和______。3.套管換熱器中，內(nèi)管為$\varphi25\times2.5mm$，外管為$\varphi57\times3.5mm$，則內(nèi)管的流通截面積為______$m^2$。4.降塵室的生產(chǎn)能力只與______和______有關，而與降塵室的高度無關。5.過濾操作中，濾液通過濾餅層的流動屬于______流動。6.對流傳熱的熱阻主要集中在______。7.精餾塔中，塔頂采出液中易揮發(fā)組分的含量______塔底采出液中易揮發(fā)組分的含量。8.吸收過程中，溶質(zhì)$A$的分壓$p_A$大于與液相成平衡的溶質(zhì)分壓$p_A^$時，發(fā)生______過程。9.干燥過程中，物料的臨界含水量$X_c$與______和______等因素有關。10.萃取操作中，選擇性系數(shù)$\beta$表示______。三、判斷題（每題1分，共10分）1.流體的黏度隨溫度的升高而減小。（）2.離心泵啟動前必須充滿液體，以防止發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。（）3.層流內(nèi)層越薄，對流傳熱系數(shù)越大。（）4.精餾塔的全回流操作時，塔頂產(chǎn)品量為零，塔底產(chǎn)品量也為零。（）5.吸收過程中，吸收劑的用量越大，吸收效果越好，所以吸收劑用量越大越經(jīng)濟。（）6.干燥過程中，只要空氣的濕球溫度不變，物料表面溫度就不變。（）7.萃取操作中，萃取劑的選擇性系數(shù)$\beta$越大，分離效果越好。（）8.套管換熱器屬于間壁式換熱器。（）9.過濾操作中，過濾阻力主要來自濾餅層。（）10.板式塔的塔板效率總是小于1。（）四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述離心泵的工作原理。2.說明精餾塔中恒摩爾流假定的內(nèi)容及成立的條件。3.簡述吸收過程中選擇吸收劑的主要原則。4.簡述干燥過程中恒速干燥階段和降速干燥階段的特點。五、計算題（每題10分，共20分）1.用離心泵將水從敞口水池輸送到高位槽。已知高位槽液面比水池液面高15m，管路總長度（包括所有局部阻力的當量長度）為100m，管徑為$\varphi57\times3.5mm$，摩擦系數(shù)$\lambda=0.02$。離心泵的特性曲線方程為$H=300.01Q^2$（$H$為揚程，m；$Q$為流量，$m^3/h$）。試求：（1）管路特性曲線方程；（2）泵的工作點流量和揚程。2.在一連續(xù)精餾塔中分離某雙組分混合液，原料液流量為100kmol/h，組成為0.5（摩爾分數(shù)，下同），進料熱狀況參數(shù)$q=1$，塔頂餾出液組成為0.9，塔底釜殘液組成為0.1。試求：（1）塔頂餾出液流量$D$和塔底釜殘液流量$W$；（2）精餾段和提餾段的液氣比。答案一、單項選擇題1.B解析：流體在圓形直管中作層流流動時，管中心最大流速$u_{max}$與平均流速$u$的關系為$u_{max}=2u$。2.C解析：離心泵的揚程是指單位重量（1N）液體經(jīng)泵后獲得的能量。3.B解析：環(huán)隙的當量直徑$d_e=d_2d_1$，$d_2=572\times3.5=50mm$，$d_1=25mm$，所以$d_e=5025=32mm$。4.A解析：降塵室的生產(chǎn)能力$V_s=Au_t$，取決于沉降面積$A$和沉降速度$u_t$。5.B解析：過濾基本方程式是基于濾液在濾渣中呈層流流動推導出來的。6.A解析：普朗特數(shù)$Pr$反映了流體物性對強制對流傳熱的影響。7.B解析：滴狀冷凝的傳熱系數(shù)比膜狀冷凝大。8.A解析：精餾操作的依據(jù)是混合物各組分的揮發(fā)度差異。9.A解析：加料板是精餾段與提餾段的分界板。10.A解析：吸收操作的依據(jù)是氣體混合物中各組分在吸收劑中溶解度的差異。11.B解析：當吸收因數(shù)$A<1$時，若填料層高度$Z$為無窮大，則氣液兩相將在塔底達到平衡。12.B解析：干燥過程中，當物料表面溫度等于空氣的濕球溫度時，物料處于恒速干燥階段。13.B解析：恒速干燥階段，物料的表面溫度等于空氣的濕球溫度。14.A解析：萃取操作的依據(jù)是混合物各組分在萃取劑中溶解度的差異。15.D解析：填料塔板不屬于板式塔的塔板類型。二、填空題1.$\lambda=64/Re$2.效率3.0.000314解析：內(nèi)管內(nèi)徑$d=252\times2.5=20mm=0.02m$，流通截面積$A=\pid^2/4=\pi\times(0.02)^2/4=0.000314m^2$。4.沉降面積；沉降速度5.層流6.層流內(nèi)層7.大于8.吸收9.物料性質(zhì)；干燥介質(zhì)條件10.萃取相中溶質(zhì)與原溶劑的組成比和萃余相中溶質(zhì)與原溶劑的組成比之比三、判斷題1.×解析：液體的黏度隨溫度的升高而減小，氣體的黏度隨溫度的升高而增大。2.×解析：離心泵啟動前必須充滿液體，以防止發(fā)生氣縛現(xiàn)象。3.√解析：層流內(nèi)層越薄，熱阻越小，對流傳熱系數(shù)越大。4.√解析：精餾塔全回流操作時，塔頂產(chǎn)品量為零，塔底產(chǎn)品量也為零。5.×解析：吸收劑用量過大，會增加操作費用，不一定經(jīng)濟。6.√解析：在恒速干燥階段，物料表面溫度等于空氣的濕球溫度，只要濕球溫度不變，物料表面溫度就不變。7.√解析：萃取劑的選擇性系數(shù)$\beta$越大，分離效果越好。8.√解析：套管換熱器屬于間壁式換熱器。9.√解析：過濾操作中，過濾阻力主要來自濾餅層。10.√解析：由于存在各種阻力和非理想情況，板式塔的塔板效率總是小于1。四、簡答題1.離心泵的工作原理：離心泵啟動前，泵殼內(nèi)要充滿被輸送的液體。啟動后，葉輪由電機帶動高速旋轉(zhuǎn)，葉片間的液體也隨之旋轉(zhuǎn)。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向葉輪外緣，以很高的速度流入泵殼，在泵殼中流道逐漸擴大，液體流速減慢，將部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，于是液體以較高的壓力從排出口進入排出管路，輸送到所需的場所。同時，在葉輪中心形成低壓區(qū)，在液面壓力（一般為大氣壓）與泵內(nèi)壓力的壓差作用下，液體不斷地從吸入管進入泵內(nèi)，以補充被排出的液體。2.恒摩爾流假定的內(nèi)容：精餾段內(nèi)，每層塔板上升蒸汽的摩爾流量相等，即$V_1=V_2=\cdots=V_n=V$；精餾段內(nèi)，每層塔板下降液體的摩爾流量相等，即$L_1=L_2=\cdots=L_n=L$；提餾段內(nèi)，每層塔板上升蒸汽的摩爾流量相等，即$V_1'=V_2'=\cdots=V_m'=V'$；提餾段內(nèi)，每層塔板下降液體的摩爾流量相等，即$L_1'=L_2'=\cdots=L_m'=L'$。成立的條件：各組分的摩爾汽化熱相近；氣液接觸時因溫度不同而交換的顯熱可以忽略；設備的熱損失可以忽略。3.吸收過程中選擇吸收劑的主要原則：溶解度大：對溶質(zhì)組分有較大的溶解度，可提高吸收速率，減少吸收劑用量。選擇性好：對溶質(zhì)組分有良好的選擇性，對其他組分溶解度很小或幾乎不溶。揮發(fā)度低：在吸收過程中不易揮發(fā)，可減少吸收劑的損失。黏度低：有利于傳質(zhì)和流體輸送，降低能耗?；瘜W穩(wěn)定性好：不易分解、聚合等，以保證吸收劑的性能穩(wěn)定。腐蝕性小：可降低設備的投資和維護費用。價廉易得、無毒、不易燃等。4.恒速干燥階段的特點：干燥速率恒定，主要受表面汽化控制；物料表面溫度等于空氣的濕球溫度；物料內(nèi)部水分向表面的遷移速率等于表面水分的汽化速率。降速干燥階段的特點：干燥速率逐漸減小，主要受內(nèi)部擴散控制；物料表面溫度逐漸升高；物料內(nèi)部水分向表面的遷移速率小于表面水分的汽化速率。五、計算題1.（1）管路特性曲線方程：根據(jù)柏努利方程，以水池液面為11截面，高位槽液面為22截面，$z_1=0$，$z_2=15m$，$p_1=p_2=0$（表壓），$u_1=u_2=0$。管路阻力$h_f=\lambda\frac{l+\suml_e}z3jilz61osys\frac{u^2}{2}$，流量$Q=Au$，$A=\pid^2/4$，$d=572\times3.5=50mm=0.05m$。$u=\frac{Q}{A}=\frac{Q}{\pi\times(0.05)^2/4}=\frac{4Q}{\pi\times0.0025}$，$h_f=\lambda\frac{l+\suml_e}z3jilz61osys\frac{u^2}{2}=0.02\times\frac{100}{0.05}\times\frac{1}{2}\times(\frac{4Q}{\pi\times0.0025})^2$。將流量$Q$的單位換算為$m^3/s$，$Q_{m^3/s}=\frac{Q}{3600}$，$h_f=0.02\times\frac{100}{0.05}\times\frac{1}{2}\times(\frac{4\times\frac{Q}{3600}}{\pi\times0.0025})^2$。管路特性曲線方程$H_e=\Deltaz+\Deltap/\rhog+h_f=15+0.02\times\frac{100}{0.05}\times\frac{1}{2}\times(\frac{4\times\frac{Q}{3600}}{\pi\times0.0025})^2$，化簡得$H_e=15+0.002Q^2$（$Q$單位為$m^3/h$）。（2）泵的工作點流量和揚程：聯(lián)立泵的特性曲線方程$H=300.01Q^2$和管路特性曲線方程$H_e=15+0.002Q^2$。$300.01Q^2=15+0.002Q^2$，$0.012Q^2=15$，$Q^2=\frac{15}{0.012}=1250$，$Q=35.36m^3/h$。將$Q=35.36m^3/h$代入泵的特性曲線方程$H=300.01\times(35.36)^2=3012.5=17.5m$。2.（1）根據(jù)物料衡算：總物料衡算：$F=D+W$，易揮發(fā)組分物料衡算：$Fx_F=Dx_D+Wx_W$。已知$F=100kmol/h$，$x_F=0.5$，$x_D=0.9$，$x_W=0.1$。由$F=D