化工与环境学院2011-2012年第一学期考试试卷 化工原理(上)试卷A

卷 A

《化工原理》（上）

注意事项：

1. 请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业。 2. 请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写答案。 3. 不要在试卷上乱写乱画，不要在装订线内填写无关的内容。 4. 满分100分，考试时间为120分钟。 题 号 得 分 得 分 评分人

一、填空题（每空1分，共16分）

一 二 三 四 五 六 总 分 统分人

1．（1分）用离心泵在两个敞口容器间输液。若维持两容器的液面高度不变，当关小输送管道的阀门后，管道的总阻力将 。（增大、不变、减小）

2．（1分）边长分别为a、b的长方形载面风道，其当量直径为 。

3．（1分）某精馏塔顶操作绝压须维持在5.3kPa，若当地气压计的读数为775mmHg，塔顶真空表读数应为 kPa。

4．（2分）在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于 侧的对流传热系数，而壁温接近于 侧流体的温度值。

5．（1分）某过滤机的滤布阻力可以忽略不计，在恒压下过滤t 秒，得滤液Vm3；若在同一压强下继续过滤t秒，共得滤液 m3 。

6．（2分）单效蒸发器将F=2000kg/h，ω0=10%(质量分数)的原料液浓缩到35%(质量分数)，料液沸点进料，忽略热损失。蒸发器的传热面积A=20m2，K=1000W/m2·℃，蒸发室压强下水的饱和汽化潜热r=2330kJ/kg，则蒸发水量为 kg·h1，传热有效温差为 ℃。

－

7．（3分）与一般的传热过程相比，蒸发操作具有那三个主要特点： 、 与 。 8．（3分）换热器按其传热特征可分为 、 和 三种

1

类型。

9．（2分）流化床的不正常现象有 和 。 得 分 评分人

二、选择题（每题2分，共10分）

1．当流体通过（ ）时，随着流量的增大，其压差不便。

A．孔板流量计 B．涡轮流量计 C．文丘里流量计 D．转子流量计 2．离心泵的效率随流量的变化情况是（ ）。

A．Q增大，η增大 B．Q增大，η减小 C．Q增大，η先增大后减小 D．Q增大，η先减小后增大

3． 一定流量的液体在25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数=1000W/m2·℃；若流量与物性都不变，改用19×2mm的直管，则其将变为（ ）。 A．1259 B．1496 C．1585 D．1678

4．叶滤机在1.2×105Pa表压下操作时，过滤常数K=2×10-5m2/s；若把操作压力加大到2.4×105Pa表压，此时的过滤常数K为（ ）m2/s。假设滤饼不可压缩。 A．2×10-5 B．4×10-5 C．1.2×10-5 D．2.4×10-5 5．下述措施中对提高换热器壳程对流传热系数有效的是（ ）。 A．增大板间距 B．选用粗管排列 C．设置折流挡板 D．增加管程数 得 分

三、思考题（每题8分，共8分） 评分人

保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？

2

得 分 评分人

四、计算题（24分）

如附图所示，用效率为70%的离心泵将蓄水池中20℃的水送到敞口高位槽中，管路为φ57mm×3.5mm的光滑钢管，直管长度与所有局部阻力（包括孔板）当量长度之和为80m。采用孔板流量计测量水的流量。从水池到孔板前测压点截面A的管长（包含所有局部阻力当量长度）为35m。U管中指示液为汞。20℃水的密度为998kg/m3,黏度为1.010Pas。

3摩擦系数0.02。当水的流量为10m/h时，试求：（1）泵的轴功率；（2）A截面U管

3压差计的读数R。

3

得 分 评分人

五、计算题（20分）

33用降尘室净化烟气，已知烟气流量为3600m/h，密度为0.6kg/m，粘度为0.03mPas，

尘粒密度为4300kg/m。要求除去6m以上的尘粒。试求：

（1） 所需的沉降面积；

（2） 若降尘室底面积为15m，则需多少层。

4

23 得 分 评分人

六、计算题（22分）

质量流量为7000kg·h-1的常压空气，要求将其由20℃加热到85℃，选用108℃的饱和蒸汽作加热介质。若水蒸气的对流传热系数为1×104W·m-2·K-1，空气在平均温度下的物性数据如下：比热容为1kJ·kg-1·K-1，导热系数为2.85×10 -2W·m-1·K-1，黏度为1.98×10-5Pa·s，密度为1.08kg/m3。

现有一单程列管式换热器，装有Ø25mm×2.5mm钢管200根，长2m，此换热器能否完成上述传热任务？（管壁及两侧污垢热阻均可忽略，热损失亦忽略）

北京理工大学化工与环境学院2011-2012年第一学期考试试

卷 A

《化工原理》（上）参考答案

5

一、填空题（每空1分，共16分） 1．（1分）不变 2．（1分）

2ab

(ab)3．（1分）98

4．（2分）（内侧）空气、（外侧）蒸汽 5．（1分）2V

6．（2分）1428.6、 46.2

7．（3分）沸点升高、节约能源、物料的工艺特性 8．（3分）直接接触式、蓄热式、间壁式 9．（2分）腾涌、沟流

二、选择题（每题2分，共10分）

1． D 、2． C 、3． A 、4． B 、5． C

三、思考题（每题8分，共8分）

答：首先，保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构。夹层因空气被抽出接近真空，可防止对流散热损失。（3分）

其次，瓶胆夹层内两表面均镀有银、铝等低黑度涂层，增加了辐射传热热阻大幅度降低了辐射散热量。（举例说，如夹层内壁温度为98C，外壁温度为28C，黑度为0.95的玻璃表面镀上黑度为0.02的银层后,其辐射散热量可由原来的550Wm2降至6.15Wm2）。（3分） 第三，在使用保温瓶时，瓶盖选用导热系数很小的软木制作，而且在灌水时还要在瓶颈处留出一段空气的导热系数比水在小得多，从而有效地降低了瓶口的导热热损失。（2分）

四、计算题（24分）

解：（1）取蓄水池和敞口高位槽分别为上、下游截面，且以蓄水池为基准水平面。列伯努利方程：

2u12p1u2pgz1egz22f （1） （2分）

22z10、u1u20、p1p20(表压)，

3.140.0520.00196m2（2管路内径为d(5723.5)100.05m，则管截面积为A443d2 6

分）

10Vs管内流速为u36001.42m/s、(lle)80m （2分）

A0.00196lleu2801.422f(d)20.02(0.05)232.3J/kg （2分）

整理（1）式得：

egz2f9.811532.3179.5J/kg （2分）

又：NNemseVse998(3600)179.5711W0.711kW （2分）

0.710（2）取蓄水池和A截面分别为上、下游截面且以蓄水池为基准水平面。列伯努利方程：

2u12p1uApgz1egzAAf(1A) (2) （2分）

22z10、u10、uAu1.42m/s、p10(表压)，(lle)'35m

f(1A)＝（lled2uA351.422）0.02()14.1J/kg （2分） 20.052'整理（2）式得：

2uA1.422pA[egzAf(1A)][179.59.811414.1]9982.70104Pa（4分）

22｛另解：取A截面和敞口高位槽分别为上、下游截面且以A截面为基准水平面。列伯努利方程：

22uApAu2pgzAgz22f(A2) (3)

22zA0、uAu1.42m/s、u20、p20、(lle)''45m

f(A2)＝（lled2uA451.422）0.02()18.1J/kg

20.052''整理（3）式得：

pA[gz2f(A2)u21.422][9.81118.1]9982.70104Pa｝ 22在U管压差计两端列流体静力学方程：

7

pAg(1.5R1)HggR1 （2分）

pA1.5g2.701041.59989.81整理得：R10.337m （2分）

g(Hg)9.81(13600998)

五、计算题（20分）

用降尘室净化烟气，已知烟气流量为3600m/h，密度为0.6kg/m3，粘度为0.03mPas，尘粒密度为4300kg/m3。要求除去6m以上的尘粒。试求：

（1） 所需的沉降面积；

（2） 若降尘室底面积为15m，则需多少层。

解：（1）设沉降区为层流

23d6106m、s4300kg/m3、0.6kg/m3、0.03103Pas

d2(s)g(6106)2(43000.6)9.813 ut2.8110m/s 318180.0310（5分）

dut61062.811030.6验算 Ret3.371042；属层流 30.0310（5分）

所需总沉降面积可由生产能力计算公式 得：

VSutA

VS3600/36002 A356mut2.81103（5分）

(2) 所需层数

n（5分）

六、计算题（22分）

已知：ms27000kg/h1.94kg/s、t1=20℃、t2=85℃、T＝108℃、

A35623.7取24层 A底15 8

11104W/m2K、cp21000J/kgK、2.8510-2W/mK

1.98105Pas、1.08kg/m3、d10.02m、d20.025m、n200根、l2m解：现有换热器的传热面积为：

A'200d2l2003.140.025231.4m2 （2分）

由传热速率方程可知，要达到题目工艺要求所需面积为：AQ Ktm其中：Qms2cp2(t2t1)1.941000(8520)1.26105W126kW （2分）

tmtt，其中：t＝T－t2＝108－85＝23℃、t＝T－t1＝108－20＝88℃

tlnt882348.4℃ （4分） 88ln23

故：tmK1d1(2)2d11ms2u4du0.0228.61.08Re131212（2分）51.9810cp10001.98105Pr0.695（2分）2.851020.80.4200d1241.9428.6m/s(4分)2000.0221.08

2.8510220.023RePr()0.023312120.695()112W/m2K（2分）d10.020.80.42.85102或：20.02Re()0.0233709()119W/m2K

d10.020.80.8因此K10.0251(4)100.02119118W/m2K （2分）

12610322.1m29