清华大学1998年化工原理试题

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一、填空题(12分)

  1、如图1所示,液体在等径倾斜管中稳定流动,则阀的局部阻力系数ξ与压差计读数R的关系式为_______。

  2、评价塔板性能的标准是:
   ________________________,
   ________________________,
   ________________________,
   ________________________,
   ________________________。

  3、在低浓度难溶气体的逆流吸收塔中,若其他条件不变而入塔液体量增加,则此塔的液相传质单元数N(l)将_______,而气相总传质单元数NOG将_______,气体出口浓度y(a)将_______。

  4、某精馏塔设计时,若将塔釜由原来间接蒸汽加热改为直接蒸汽加热,而保持x(F),D/F,q,Rx(D)不变,则W/F将_______,x(w)将_______,提馏段操作线斜率将_______,理论板数将_______。

  5、湿空气经预热后相对湿度φ将_______。对易龟裂的物料,常采用_______的方法来控制进干燥器的φ值。干燥操作的必要条件是_______,干燥过程是_______相结合的过程。

  6、某降尘室高2m,宽2m,长5m,用于矿石焙烧炉的炉气除尘。矿尘密度为4500千克每立方米,其形状近于圆球,操作条件下气体流量为25000立方米每小时,气体密度为0.6千克每立方米,粘度为3×10e-5Pas。则理论上能除去矿尘颗粒的最小直径为_______μm。

  二、选择题(10分)

  1、有一并联管路如图2所示,两段管路的流量、流速、管经、管长及流动阻力损失分别为V(1)、u(1)、d(1)、L(1)、h(f1)及V(2)、u(2)、d(2)、L(2)、h(f2)。若d(1)=2d(2),L(1)=2L(2),则

  (1)h(f1)/h(f2)=( )
   A、2;  B、4;  C、1/2;  D、1/4;  E、1

  (2)当管路中流体均作层流流动时,V(1)/V(2)=( )
   A、2;  B、4;  C、8;   D、1/2;  E、1

  (3)当两段管路中流体均作湍流流动时,并取λ(1)=λ(2),则V(1)/V(2)=( )。
   A、2;  B、4;  C、8;   D、1/2;  E、1/4

  2、计算下列四种“数”时,其数值大小与单位制造选择有关的是_______。
   A、普兰德准数; B、传热单元数NTU; C、离心分离因数K;  D、过滤常数K

  3、(1)板框压滤机洗涤速率为恒压过滤最终速率的1/4,这一规律只有在_______时才成立。
   A、过滤时的压差与洗涤时的压差相同;
   B、滤液的粘度与洗涤液的粘度相同;
   C、过滤压差与洗涤压差相同且滤液的粘度与洗涤液的粘度相同;
   D、过滤压差与洗涤压差相同,滤液的粘度与洗涤液的粘度相同,且过滤面积与洗涤面积相同。

    (2)恒压过滤且介质阻力忽略不计时,如粘度降低20%,则在同一时刻滤液增加_______。
   A、11.8%;  B、9.54%;  C、20%;  D、44%

  4、有两台同样的管壳式换热器,拟作气体冷却器用。在气、液流量及进口温度一定时,为使气体温度降到最底应采用的流程为_______。
   A、气体走管外,气体并联逆流操作;
   B、气体走管内,气体并联逆流操作;
   C、气体走管内,气体串联逆流操作;
   D、气体走管外,气体串联逆流操作。

  5、请将你认为最恰当的答案填在( )内。

  (1)与单级萃取相比,如溶剂比、萃取比、萃取相浓度相同,则多级逆流萃取可使萃余分率( )。
   A、增大;  B、减小;  C、基本不变;  D、增大、减小均有可能。

  (2)在B-S部分互溶的萃取过程中,若加入的纯溶剂量增加而其他操作条件不变,则萃取液浓度y(A)( )。
   A、增大;  B、减小;  C、不变;    D、变化趋势不确定。

  三、计算题

  1、将20℃的水(粘度μ=0.001Pas)以30立方米每小时的流量从水池送至塔顶。已知塔顶压强为0.05MPa(表),与水池水面高差为 10m,输水管φ89×4mm,长18m,管线局部阻力系数∑ξ=13(阀全开时),摩擦系数λ=0.01227+0.7543/(Re(0.38次方))。
   (1)求所需的理论功率(kw);
   (2)一泵的特性可近似用下式表达:
      扬程:H=22.4+5Q-20Q·Q  m
      效率:η=2.5Q-2.1Q·Q
   式中Q的单位为立方米每分钟。求最高效率点的效率,并评价此泵的适用性。如适用,求因调节阀门使功率消耗增加多少。(15分)

  2、在一新的套管换热器中,冷却水在φ25×2.5mm的内管中流动以冷凝环隙间的某蒸汽。当冷却水的流速为0.4m/s和0.8m/s时,测得基于内管外表面的总传热系数分别为1200瓦每平方米开尔文和1700瓦每平方米开尔文。水在管内为湍流,管壁的导热系数为45w/m·K。水流速改变后可认为环隙间冷凝的传热膜系数不变,试求:
   (1)当水的流速为0.4m/s时,管壁对水的对流传热系数为多少?
   (2)管外蒸汽冷凝的对流传热系数为多少?
   (3)若操作一段时间后,水流速仍维持0.4m/s,但测得的总传热系数比操作初期下降10%,试分析可能的原因,并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降10%。(13分)

  3、进料量为9000kg/h,浓度为1%(质量分率)的盐溶液在40℃下进入单效蒸发器并被浓缩到1.5%。蒸发器传热面积为39.1平方米,蒸发室绝对压强为0.04MPa(该压力下水的蒸发潜热r`=2318.6kJ/kg),加热蒸汽温度为110℃(该饱和温度下水的蒸发潜热r= 2232k J/kg)。由于溶液很稀,假设溶液的沸点和水的沸点相同,0.04MPa下水的沸点为75.4℃,料液的比热近似于水的比热,Cp= 4.174kJ/kg·K。
   (1)求蒸发量、浓缩液量、加热蒸汽量和加热室的传热系数K。
   (2)如进料量增加为12000kg/h,传热系数、加热蒸汽压强、蒸发室压强、进料温度和浓度均不变的情况下,蒸发量、浓缩液量和浓缩液浓度又为多少?均不考虑热损失。(10分)

  4、某吸收塔填料层高4m,用水吸收尾气中的有害成分A。在此情况下,测得的浓度如图所示。已知平衡关系为Y=1.5X。求
   (1)气相总传质单元高度;
   (2)操作液气比为最小液气比的多少倍?
   (3)由于法定排放浓度规定y(2)必须小于0.002,所以拟将填料层加高。若液气比不变,问填料层应加高多少?
   (4)画出填料加高前后吸收操作线的示意图。(15分)

  5、苯、甲苯两组分混合物进行常压蒸馏,原料组成X(苯)=0.7,要求得到组成为0.8的塔顶产品(以上均为摩尔分率),现用以下三种方法操作:
   (1)连续平衡蒸馏;
   (2)简单蒸馏(微分蒸馏);
   (3)连续蒸馏。

  在(3)情况下,塔顶用一分凝器,其中50%的蒸汽冷凝返回塔顶。出冷凝器的蒸汽与冷凝液体呈平衡。对每种方法进料量均为100kmol/h,问塔顶、塔釜产量各为多少?汽化量为多少?已知α=2.46。(15分)

  6、在常压连续干燥器中将处理量为0.417kg/s的湿物料自含水量为47%干燥到5%(均为湿基),采用废气循环操作,新鲜空气与废气混合后经预热器加热,再送入干燥器。循环比(废气中绝干空气质量与混合气中绝干空气质量之比)为0.8。新鲜空气的湿度Ho为0.0116kg/kg绝干气,温度为 22℃,废气的湿度H2为0.0789kg/kg绝干气,温度为52℃。假设干燥过程为绝热过程,预热气的热损失可忽略不计。试计算干燥过程的耗热量,并在H-I图上定性画出湿空气的状态变化情况。(10分)
已知:绝干空气比热为1.01kJ/kg·K
    水蒸气的比热为1.88kJ/kg·K
    0℃时水蒸汽潜热为2490kJ/kg


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