化工原理试卷1

化工原理试卷

班级____________ 姓名______________ 学号____________ 成绩___________

一. 计算（69分）：

1（20分）. 每小时将2×104kg、45℃氯苯用泵从反应器A输送到高位槽B（如图所示）， 管出口处距反应器液面的垂直高度为15m，反应器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为Ø76mm×4mm、长26.6m的不锈钢管，管壁绝对粗糙度为0.3mm。管线上有两个全开的闸阀、5个90°标准弯头。45℃氯苯的密度为1075 kgm-3，粘度为6.5×10-4 Pa·s。泵的效率为70%，求泵的轴功率。附：各局部阻力系数

全开闸阀 ζ1 = 0.17

90℃标准弯头 ζ2 = 0.75

ε68

摩擦系数计算式 λ = 0.1( d + Re)0.23

2（16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1×10 4W·(m2·K)-1，空气在平均温度下的物性数据如下：

比热容为1kJ·(kg·K)-1，导热系数为2.85×10 -2W(m·K)-1 粘度为1.98×10-5Pa·s，普兰特准数为0.7 。

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？

3（14分）. 某厂填料吸收塔，填料高10m，用清水洗去尾气中有害组分。在正常情况下，测得原料气中含有害组分0.02(比摩尔分数，下同)，尾气中含有害组分0.004，吸收液含有害组分0.008。在工作范围内相平衡关系为



YA1.5XA。问：

⑴ 该工况下气相总传质单元高度HOG为多少？

⑵ 因法定排放浓度YA,2=0.002，计划将塔加高，若液气比不变，填料层需加高多少？

4（19分）.某一常压连续精馏塔内对苯-甲苯的混合液进行分离。原料液组成为0.35（mol%,下同），该物系的平均相对挥发度为2.5,饱和蒸汽进料。塔顶采出率为

qn,Dqn,F

40%，精馏段操作线方程为yn10.75xn0.20，

qn,F100kmolh1求： ⑴ 提馏段操作线方程式；

⑵ 若塔顶第一块板下降的液相组成为0.7，该板的气相默夫里效率EmV,1

二. 选择题（11分）：

1. 水以2m·s-1的流速在Ø35mm×2.5mm钢管中流动，水的粘度为1×10-3Pa·s，密度为1000kg·m-3,其流动类型为（ ）。 A. 层流 B. 湍流 C. 无法确定

2. 离心泵原来输送水时的流量为qV，现改用输送密度为水的1.2倍的水溶液，其它物理性质可视为与水相同，管路状况不变，流量（ ）。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定

3. 装在某设备进口处的真空表读数为-50kPa,出口压力表的读数为100kPa,

此设备进出口之间的绝对压强差为( )kPa。 A. 150 B. 50 C. 75 4. 在精馏塔中每一块塔板上（ ）。

A. 只进行传质作用 B. 只进行传热作用 C. 同时进行传热传质作用 5. 某套管换热器由Ø108×4mm和Ø55×2.5mm钢管组成，流体在环隙间流动，

其当量直径为（ ）mm。

A. 53 B. 45 C. 50 D. 58

6. 如左图安装的压差计，当拷克缓慢打开时，压差

计中的汞面将（ ）。

A. 左低右高 B. 等高 C. 左高右低 D. 无法确定

7. 饱和空气在恒压下冷却，温度由t1降至t2，其相对湿度（ ），绝对湿度H（ ），露点td（ ）。

A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定

8. 已知物料的临界含水量为0.2kg水/kg绝干物料，空气的干球温度为t，湿球温度为tw，露点为td 。现将该物料自含水量X1=0.45 kg水/kg

绝干物料，干

燥至X2= 0.1kg水/kg绝干物料,，则干燥物料表面温度（ ） 。 A. ﹥tw B.  = t C.  = td D.  = tw

9. 设颗粒在stokes区沉降，当含尘气体温度升高后，降尘室的生产能力（ ）。

A. 增大 B. 减小 C. 不变

三. 填空题（20分）：

1. 某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A和B，温度分布线如右上图（b）中所示，则λA______λ

“﹥”B (填

或 “﹤”)，将______层材料放在里层时保温效果更好。

2. 化工生产中最常用的载热体（加热剂）为 ，常用的冷却剂为 ____ 。

3. 采用饱和蒸汽加热某一种冷流体，若保持冷流体的进口温度T1/、加热蒸汽压力P不变，现冷体流量增加，则冷流体出口温度T2/_______，传热速率

______，总传热系数K_______ ,传热平均温度差△Tm________。

4. 用纯水逆流吸收有害气体，平衡关系为YA*=1.5XA，若进塔气体浓度为YA,1=0.1，要求尾气浓度为YA,2=0.01，拟用液气比qn,c/qn,B = 2，则出塔溶液浓度为XA,1。若改变液气比，溶液可能达到的最高浓度为 5. 在96 ℃时,苯-甲苯的相对挥发度为2.44。在此温度下,纯苯的饱和蒸气压为160.5 kPa,则纯甲苯饱和蒸气压为 Pa。

6. 某一全回流操作的精馏塔，已知相对挥发度为2.45，若x2 = 0.35(mol%)，y3 = _________ 。

7. 将含3（mol,下同）CO2的空气与浓度为3.1210-5 CO2 的水溶液接触， 操作条件下的平衡关系为y*=1200x，那么将发生_______过程。

8. 已知某物料在25℃的平衡曲线。设含水量X=0.4kg水/(kg绝干) 的该物料与φ = 65% 的空气接触，其X* = 0.07kg水（/kg绝干）。当空气的φ = 100%时，X* = 0.27 kg水/（kg绝干）。则物料自由水分量为_______________， 结合水分量为_______________，非结合水分量为___________________。

9. 某过滤机的滤布阻力可以忽略不计，在恒压下过滤τ 秒，得滤液Vm3；若在同一压强下继续过滤τ 秒，共得滤液________m3 。

10. 从某矿石焙烧炉出口的含尘气体，依次经过一个降尘室和一个旋风分离器进行除尘，气体流量为1000m3·h-1，含尘量为10g·m-3，此时总除尘效率为90%，其中50%由降尘室除去。现气体流量增加为1100 m3·h-1，降尘室除尘量_______ 。

(增加、减小、不变、不定)。

11. 如图为一干燥速率曲线。在其它条件 不变情况下，试在图中作出增大空气 相对湿度后的干燥速率曲线。

化工原理试卷答案

一、(20分)计算题：

1. 解：如图，取1-1、2-2界面，以1-1截面为基准面

2

p1u12p2u2

z1Hez2g2gg2g

h

f,12

（2分）

p1 = 26.7kPa（绝压），z1 = 0, u1  0 （1分） p2 = 101.3kPa（绝压）z2 = 15m （1分）

2104qV5.168103m3s1 （1分）

10753600

u2

5.168103

4

1.42ms1 （1分）

0.0682

Re

0.0681.4210755

1.610 （1分） 4

6.510

2

p2p1u2

 Hez2

g2g

h

f,12

（1分）

h

f,12

hf,直hf,直hf,进2hf,闸5hf,弯 （2分）

0.1(hf,直

0.3680.23

)0.0293 （1分） 5681.610

26.61.422lu2

0.0293=1.178m （1分） 

0.06829.81d2g1.422

(0.520.1750.75)=0.4717m （2分）

29.81

hf,局

(101.326.7)1031.422

He151.1780.4717=23.83m （1分）

10759.8129.81

Ne = HeqVg = 23.83  5.168  10-3  1075  9.81 = 1.30  103W （2分）

1.30103

Na = 1.86103W1.86kW （2分）

0.7

Ne

2. （16分）解： 70001000(8520)126389W （2分）

3600

Tm

(10820)(10885)

= 48.44ºC （2分）

ln

1082010885

u

7000

s1 3600

30.95kgm24

0.022200

R0.0230.95

e

du





1.9810

5

31263 空0.023



0.84d

Rep0.r 0.023

2.851020.02

31260.8

30.70.4 112.1Wm2K1 1d2d21d21

Kd

1d1m21d12 

25112.1201

1104

0.0113

K = 88.5Wm-2K-1 A需

KT126398

88.548.44

29.48m2 mA实 = nd外l = 200    0.025  2 = 31.42m2 A实A1.066 1.1 能完成上述传热任务。 需

3. （14分）解：（1）

qn,c,1YA,2q

YA

0.020.004

n,B

XA,1XA,2

0.0080

2 1分）

（1分） （1分）

（1分） （1分）

（1分） （1分）

（1分） （2分）

（2分）

（2分）

（

NOG

mqn,BYA,1mXA,2mqn,B1

ln(1) （2分） mqn,Bqn,CYA,2mXA,2qn,C1

qn,C



11.50.0201.5

ln(1)2.77 （2分） 1.520.004021

2

或 YA,1 = YA,1 – mXA,1 = 0.02 – 1.5  0.008 = 810-3 （1分） YA,2 = YA,2 – mXA,2 = 0.004 YYA，1YA,2

0.020.0043A,m

5.7710lnYA,1mXA,18103

YlnA,2mXA,20.0040

NYA,1YA,2

OG

Y

0.020.004

5.7710

3

2.77 A,m

H10

OG

2.77

3.61

(2) 其他条件不变，YA,2变，则NOG不变 N1

mqn,BYA,1mXA,2mqOG

1

mqln(1)n,B/X n,Bqn,CYA,2mA,2qn,Cqn,C 

1ln

(11.5)0.0201.54.66 1

1.520.00202 2

H/ = HOG NOG = 3.61 4.66 = 16.82m H = 16.82 – 10 = 6.82 m

4. （19分）解：（1）0.75R

R1

R = 3 0.2

xdR1x

d31

xd = 0.8

qn,Dxw.35xw

q

xfn,F

xdx

0w

0.8x0.4 xw = 0.05 w

（1分） （2分） （2分） （2分） （2分） （2分） （1分） （1分） 2分） 2分） 2分）

（ （ （



qn,Dqn,F

40%  qn,D = 0.4  100 = 40kmolh-1 （1分）

qn,W = qn,F - qn,D = 100 – 40 = 60 kmolh-1 （1分） qn,V = ( R + 1) qn,D = (3 + 1 )  40 = 160 kmolh-1 （1分）  = 0

qn,V/ = qn,V - qn,F = 160 – 100 = 60 kmolh-1 （1分） qn,L/ = qn,L = qn,V - qn,D = 160 – 40 = 120 kmolh-1 （1分） 提馏段操作线方程： ym1

qn,Lqn,V

//

xm

qn,Wqn,V

/

xW = 2xm – 0.05 （2分）

*

(2) y1

2.5x12.50.7

0.8573 （2分） 

1(2.51)0.71(2.51)x1

y2 = 0.75  0.7 + 0.2 = 0.725 （1分） y1 = 0.8 （1分） Em,V,1

二、（11分）选择题（每小题各一分）

1. (B) 2. (C) 3.(A) 4.(C) 5.(B) 6.(B) 7.(C) (B) (C) 8.(A) 9.(B)

三、（20分）填空题（每个空各一分）

1. 2. 3. ， ； 7. 9.

y1y20.80.725

（2分） 0.566 9*

0.85730.725y1y2

2V ； 10. 11.

化工原理试卷

班级____________ 姓名______________ 学号____________ 成绩___________

一. 计算（69分）：

1（20分）. 每小时将2×104kg、45℃氯苯用泵从反应器A输送到高位槽B（如图所示）， 管出口处距反应器液面的垂直高度为15m，反应器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为Ø76mm×4mm、长26.6m的不锈钢管，管壁绝对粗糙度为0.3mm。管线上有两个全开的闸阀、5个90°标准弯头。45℃氯苯的密度为1075 kgm-3，粘度为6.5×10-4 Pa·s。泵的效率为70%，求泵的轴功率。附：各局部阻力系数

全开闸阀 ζ1 = 0.17

90℃标准弯头 ζ2 = 0.75

ε68

摩擦系数计算式 λ = 0.1( d + Re)0.23

2（16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1×10 4W·(m2·K)-1，空气在平均温度下的物性数据如下：

比热容为1kJ·(kg·K)-1，导热系数为2.85×10 -2W(m·K)-1 粘度为1.98×10-5Pa·s，普兰特准数为0.7 。

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？

3（14分）. 某厂填料吸收塔，填料高10m，用清水洗去尾气中有害组分。在正常情况下，测得原料气中含有害组分0.02(比摩尔分数，下同)，尾气中含有害组分0.004，吸收液含有害组分0.008。在工作范围内相平衡关系为



YA1.5XA。问：

⑴ 该工况下气相总传质单元高度HOG为多少？

⑵ 因法定排放浓度YA,2=0.002，计划将塔加高，若液气比不变，填料层需加高多少？

4（19分）.某一常压连续精馏塔内对苯-甲苯的混合液进行分离。原料液组成为0.35（mol%,下同），该物系的平均相对挥发度为2.5,饱和蒸汽进料。塔顶采出率为

qn,Dqn,F

40%，精馏段操作线方程为yn10.75xn0.20，

qn,F100kmolh1求： ⑴ 提馏段操作线方程式；

⑵ 若塔顶第一块板下降的液相组成为0.7，该板的气相默夫里效率EmV,1

二. 选择题（11分）：

1. 水以2m·s-1的流速在Ø35mm×2.5mm钢管中流动，水的粘度为1×10-3Pa·s，密度为1000kg·m-3,其流动类型为（ ）。 A. 层流 B. 湍流 C. 无法确定

2. 离心泵原来输送水时的流量为qV，现改用输送密度为水的1.2倍的水溶液，其它物理性质可视为与水相同，管路状况不变，流量（ ）。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定

3. 装在某设备进口处的真空表读数为-50kPa,出口压力表的读数为100kPa,

此设备进出口之间的绝对压强差为( )kPa。 A. 150 B. 50 C. 75 4. 在精馏塔中每一块塔板上（ ）。

A. 只进行传质作用 B. 只进行传热作用 C. 同时进行传热传质作用 5. 某套管换热器由Ø108×4mm和Ø55×2.5mm钢管组成，流体在环隙间流动，

其当量直径为（ ）mm。

A. 53 B. 45 C. 50 D. 58

6. 如左图安装的压差计，当拷克缓慢打开时，压差

计中的汞面将（ ）。

A. 左低右高 B. 等高 C. 左高右低 D. 无法确定

7. 饱和空气在恒压下冷却，温度由t1降至t2，其相对湿度（ ），绝对湿度H（ ），露点td（ ）。

A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定

8. 已知物料的临界含水量为0.2kg水/kg绝干物料，空气的干球温度为t，湿球温度为tw，露点为td 。现将该物料自含水量X1=0.45 kg水/kg

绝干物料，干

燥至X2= 0.1kg水/kg绝干物料,，则干燥物料表面温度（ ） 。 A. ﹥tw B.  = t C.  = td D.  = tw

9. 设颗粒在stokes区沉降，当含尘气体温度升高后，降尘室的生产能力（ ）。

A. 增大 B. 减小 C. 不变

三. 填空题（20分）：

1. 某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A和B，温度分布线如右上图（b）中所示，则λA______λ

“﹥”B (填

或 “﹤”)，将______层材料放在里层时保温效果更好。

2. 化工生产中最常用的载热体（加热剂）为 ，常用的冷却剂为 ____ 。

3. 采用饱和蒸汽加热某一种冷流体，若保持冷流体的进口温度T1/、加热蒸汽压力P不变，现冷体流量增加，则冷流体出口温度T2/_______，传热速率

______，总传热系数K_______ ,传热平均温度差△Tm________。

4. 用纯水逆流吸收有害气体，平衡关系为YA*=1.5XA，若进塔气体浓度为YA,1=0.1，要求尾气浓度为YA,2=0.01，拟用液气比qn,c/qn,B = 2，则出塔溶液浓度为XA,1。若改变液气比，溶液可能达到的最高浓度为 5. 在96 ℃时,苯-甲苯的相对挥发度为2.44。在此温度下,纯苯的饱和蒸气压为160.5 kPa,则纯甲苯饱和蒸气压为 Pa。

6. 某一全回流操作的精馏塔，已知相对挥发度为2.45，若x2 = 0.35(mol%)，y3 = _________ 。

7. 将含3（mol,下同）CO2的空气与浓度为3.1210-5 CO2 的水溶液接触， 操作条件下的平衡关系为y*=1200x，那么将发生_______过程。

8. 已知某物料在25℃的平衡曲线。设含水量X=0.4kg水/(kg绝干) 的该物料与φ = 65% 的空气接触，其X* = 0.07kg水（/kg绝干）。当空气的φ = 100%时，X* = 0.27 kg水/（kg绝干）。则物料自由水分量为_______________， 结合水分量为_______________，非结合水分量为___________________。

9. 某过滤机的滤布阻力可以忽略不计，在恒压下过滤τ 秒，得滤液Vm3；若在同一压强下继续过滤τ 秒，共得滤液________m3 。

10. 从某矿石焙烧炉出口的含尘气体，依次经过一个降尘室和一个旋风分离器进行除尘，气体流量为1000m3·h-1，含尘量为10g·m-3，此时总除尘效率为90%，其中50%由降尘室除去。现气体流量增加为1100 m3·h-1，降尘室除尘量_______ 。

(增加、减小、不变、不定)。

11. 如图为一干燥速率曲线。在其它条件 不变情况下，试在图中作出增大空气 相对湿度后的干燥速率曲线。

化工原理试卷答案

一、(20分)计算题：

1. 解：如图，取1-1、2-2界面，以1-1截面为基准面

2

p1u12p2u2

z1Hez2g2gg2g

h

f,12

（2分）

p1 = 26.7kPa（绝压），z1 = 0, u1  0 （1分） p2 = 101.3kPa（绝压）z2 = 15m （1分）

2104qV5.168103m3s1 （1分）

10753600

u2

5.168103

4

1.42ms1 （1分）

0.0682

Re

0.0681.4210755

1.610 （1分） 4

6.510

2

p2p1u2

 Hez2

g2g

h

f,12

（1分）

h

f,12

hf,直hf,直hf,进2hf,闸5hf,弯 （2分）

0.1(hf,直

0.3680.23

)0.0293 （1分） 5681.610

26.61.422lu2

0.0293=1.178m （1分） 

0.06829.81d2g1.422

(0.520.1750.75)=0.4717m （2分）

29.81

hf,局

(101.326.7)1031.422

He151.1780.4717=23.83m （1分）

10759.8129.81

Ne = HeqVg = 23.83  5.168  10-3  1075  9.81 = 1.30  103W （2分）

1.30103

Na = 1.86103W1.86kW （2分）

0.7

Ne

2. （16分）解： 70001000(8520)126389W （2分）

3600

Tm

(10820)(10885)

= 48.44ºC （2分）

ln

1082010885

u

7000

s1 3600

30.95kgm24

0.022200

R0.0230.95

e

du





1.9810

5

31263 空0.023



0.84d

Rep0.r 0.023

2.851020.02

31260.8

30.70.4 112.1Wm2K1 1d2d21d21

Kd

1d1m21d12 

25112.1201

1104

0.0113

K = 88.5Wm-2K-1 A需

KT126398

88.548.44

29.48m2 mA实 = nd外l = 200    0.025  2 = 31.42m2 A实A1.066 1.1 能完成上述传热任务。 需

3. （14分）解：（1）

qn,c,1YA,2q

YA

0.020.004

n,B

XA,1XA,2

0.0080

2 1分）

（1分） （1分）

（1分） （1分）

（1分） （1分）

（1分） （2分）

（2分）

（2分）

（

NOG

mqn,BYA,1mXA,2mqn,B1

ln(1) （2分） mqn,Bqn,CYA,2mXA,2qn,C1

qn,C



11.50.0201.5

ln(1)2.77 （2分） 1.520.004021

2

或 YA,1 = YA,1 – mXA,1 = 0.02 – 1.5  0.008 = 810-3 （1分） YA,2 = YA,2 – mXA,2 = 0.004 YYA，1YA,2

0.020.0043A,m

5.7710lnYA,1mXA,18103

YlnA,2mXA,20.0040

NYA,1YA,2

OG

Y

0.020.004

5.7710

3

2.77 A,m

H10

OG

2.77

3.61

(2) 其他条件不变，YA,2变，则NOG不变 N1

mqn,BYA,1mXA,2mqOG

1

mqln(1)n,B/X n,Bqn,CYA,2mA,2qn,Cqn,C 

1ln

(11.5)0.0201.54.66 1

1.520.00202 2

H/ = HOG NOG = 3.61 4.66 = 16.82m H = 16.82 – 10 = 6.82 m

4. （19分）解：（1）0.75R

R1

R = 3 0.2

xdR1x

d31

xd = 0.8

qn,Dxw.35xw

q

xfn,F

xdx

0w

0.8x0.4 xw = 0.05 w

（1分） （2分） （2分） （2分） （2分） （2分） （1分） （1分） 2分） 2分） 2分）

（ （ （



qn,Dqn,F

40%  qn,D = 0.4  100 = 40kmolh-1 （1分）

qn,W = qn,F - qn,D = 100 – 40 = 60 kmolh-1 （1分） qn,V = ( R + 1) qn,D = (3 + 1 )  40 = 160 kmolh-1 （1分）  = 0

qn,V/ = qn,V - qn,F = 160 – 100 = 60 kmolh-1 （1分） qn,L/ = qn,L = qn,V - qn,D = 160 – 40 = 120 kmolh-1 （1分） 提馏段操作线方程： ym1

qn,Lqn,V

//

xm

qn,Wqn,V

/

xW = 2xm – 0.05 （2分）

*

(2) y1

2.5x12.50.7

0.8573 （2分） 

1(2.51)0.71(2.51)x1

y2 = 0.75  0.7 + 0.2 = 0.725 （1分） y1 = 0.8 （1分） Em,V,1

二、（11分）选择题（每小题各一分）

1. (B) 2. (C) 3.(A) 4.(C) 5.(B) 6.(B) 7.(C) (B) (C) 8.(A) 9.(B)

三、（20分）填空题（每个空各一分）

1. 2. 3. ， ； 7. 9.

y1y20.80.725

（2分） 0.566 9*

0.85730.725y1y2

2V ； 10. 11.