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1、A卷亨利系数越大，表明气体越难溶解一、填空题(每空1分，共20分)1、局部阻力损失有两种计算方法，即当量直径法 和局部阻力系数法 。2、温度梯度的正方向为：温度增加的方向。3、传热膜系数a的物理意义为：单位时间，单位面积上，温度差为1K时所传递的热量。4、普朗特数的符号是Pr ;表示的意义是：表示物性影响的特征数 。,21f 115、kG的单位为：mol m s Pa ； kL的单位为： m s 。6、在吸收中对于溶解度较小的气体，吸收速率一般由液相一侧控制。317、气相总体积吸收系数的表达式为：KYa ,单位为：_mol m s 。8、满足恒物质的量溢流假设成立，必须满足以下三个条件：(D
2、混合物中各组分 的物质的量气化潜热相等。(2)精微塔各部分保温性能好，热损失可忽略不计。(3)在各层塔板上液相显热的变化可忽略不计。9、通常以溶质分子量高于500的分离过程为超滤。10、示踪剂的要求：(1) 不与物料发生化学反应 。(2) 便于检测。(3) 所加入的量不影响物料的流动状况。11、停留时间的有两个主要数学特征，一是数学期望(或平均停留时间),另一个是 方差二、简答题(每小题5分，共20分)1、简述精储塔中精储段的作用。答：利用回流液将上升气体中的难挥发组分部分冷凝下来，所产生的冷凝热同时使塔板上液体中的易 挥发组分部分气化，对上升蒸气起到蒸储提纯的作用，从而在塔顶得到较为纯粹的易
3、挥发组分。2、简述对流传热的温度分布情况。答：就热阻而言，层流内层的热阻占对流传热热阻的大部分，故该层 流体虽然很薄，但热阻却很大，因子温度梯度也很大。湍流核心的温度较 为均匀，热阻很小。有流体主体至壁面的温度分布如图所示。3、简述间歇操作搅拌釜式反应器的特点。(1)间歇操作(2)反应物和生成物浓度随时间变化(3)操作时间包括反应时间和辅助时间合(4)釜内各点温度浓度均一致。4、简述离心泵工作原理。离心泵在启动前，用液体先将泵灌满，当叶轮高速旋转时，叶片间的液体也随叶轮旋转而产生离心力， 液体随之甩向叶轮外缘。 在此过程中流体获得动能。 由于叶轮上叶片间的流体通道界面和泵壳的蜗形 流道截面都是
4、逐渐扩大的， 使流体在泵内流动的流速逐渐降低，一部分动能转变为静压能， 而使流体 压强逐渐增高，最后从泵的压出口压出。与此同时，由于离心力作用，叶轮中心的流体被甩到叶轮的边缘，使叶轮中心形成低压，其压强低于被吸入液体液面的压强，故流体从泵的吸入口不断吸入。因此，离心泵是由于吸入口和吸入端液面压差的推动，才得以连续不断地输送流体，维持流体输送的连续性。三、计算题(每小题12分，共60分)1.用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为 101.33 xi03Pa,蒸 发器上部的蒸发室内操作压强为 26670Pa缜空度)，蒸发器 进料口高于贮槽内液面 1
5、5m,进料量为20m3/h,溶液流经全 部管路的能量损失为 120J/kg,求泵的有效功率。(管路直径 为60mm,泵的效率为 0.65)解：取贮槽液面为11截面，管路出口内侧为22截面，并以11截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。22u1P1u2P2gZ1 He gZ222hf式中 Z1=0 Z2=15m p1=0 （表压）p2=26670Pa(表压)U1=0U220360020.785 0.061.97m/shf =120J/kg将上述各项数值代入，则式中泵的有效功率Pe为:Pe qvHeqv20 1200 6.67kg/s3600Pe=246.9 67=1647 W=1.65kW实
6、际上泵所作的功并不是全部有效的，故要考虑泵的效率7,实际上泵所消耗的功率（称轴功率）NPe设本题泵的效率为0.65,则泵的轴功率为:1.650652.54kW2.每小时将15000kg含苯40% （质量,下同）和甲苯60%的溶液，在连续精储塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于2%,塔顶储出液中苯的回收率为 97.1%。试求储出液和釜残液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示。解：苯的分子量为78;甲苯的分子量为92。进料组成Xf40/780.4440/78 60/92釜残液组成Xw2/780.0235 2/78 98/92原料液的平均分子量Mf=0.44 X78+0.56 X 92=85.8原
7、料液流量qn,F=15000/85.8=175.0kmol/h依题意知qn,DXD/q n,FXF=0.971(a)所以qn,DXD=0.971 X175X 0.44(b)全塔物料衡算qn,D+q n,W=qn,F = 175qn,DXD+q n,WXW=q n,FXFqn,DXD+0.0235q n,W=175X0.44(c)联立式a, b, c,解得qn,D=80.0 kmol/hqn,W=95.0 kmol/hxd=0.9353.总压为101.325kPa、温度为20c时，1000kg水中溶解15kg NH3,此时溶液上方气相中 NH3的平衡分压为2.266kPa。试求此时之溶解度系数H
8、、亨利系数E、相平衡常数 m解：首先将此气液相组成换算为 y与xNH3的摩尔质量为 17kg/kmol ,溶液的量为 15kg NH 3与1000kg水之和。故nAnnAnA %15/1715/17 1000/180.0156*PaP*yx2.266101.3250.02240.02240.01561.436E=P m=101.325X1.436=145.5kPa*或者由 E 包 2.266145.3 kPax 0.0156溶剂水的密度 ps=1000kg/m 3,摩尔质量 Ms=18kg/kmol ,由式计算HEM s1000145.3 180.382 kmol/ (m3kPa)溶液中NH3
9、的浓度为nA VmA/ M amAms / s15/1715 1000 /10000.869 kmol/m 3所以 HcA- 0.8690.383 kmol/ (m3kPa)Pa2.2664.压强为5.00 X 10-3m的两截面上，氧气的分压分别为1.013 X105pa、温度为250C的系统中，氮气和氧气的混合气发生定常扩散过程。已知相距1.25 x 104pa、7.5 x 103pa;零度时氧气在氮气中的扩散系数为1.818 x 10-5m2.s-1。求等物质的量反定常态扩散时:(1)氧气的扩散通量;(2)氮气的扩散通量;(3)与分压为1.25 x 104pa的截面相距2.5 x 10-
10、3m处氧气的分压解；25c时D值为:Na1.75D2T0 PTo_51.818 101.75298273522.119 10 m ?sDPa,1Pa,2Rll2.119 10 58.314 298 5.00 10 38.553 10 3mol?m2?s1.25 1047.5 103NB NA 8.553 10 3mol?m2?sNaRTlPa,1PA2RT1N APA2PA,1 D4 8.553 10 3 8.314 298 5.00 10 31.25 104 52.119 10 5_41 10 m5.有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在管程由120 c降至80 C,其对流传热系数a
11、1=50W/(n2 K)o壳程的冷却水从15c升至90 C,其对流传热系数a 2=2000W/(M K),管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时，试求水和空气的出口温度t2和T2,忽略流体物性参数随温度的变化；传热速率Q比原来增加了多少?解：水量增加前T1=120 , T2=80 C, t1=15 , t2=90C,a1=50W/ (m2K), a2=2000W/ (m2K),11r50 2000248.8W/(m K)(T1t2)(T2 4,T1 t2InT2 t1(120 90) (80 15)120 90In 80 1545.3 CQqhCQ T2)qcCpc(t2 t1)KA
12、 Tm40qhCph 75qcCpc48.8 45.3A(a)水量增加后0.8112 22 K 1-1 49.3W/(m2 K)120.8 250 20.8 2000Tm(T1t2) (T2 篦(120 t2) (T2 15),120 t2InT2 15KA TmQqhcph(T1T2)2qccpc(t2 G)qhcph (120 T2) 2qccpc(t2 15)49.3A120 t2 T2 15, 120 t2InT2 1540120 T275 或 t2 15 75(120 T2)2(t2 15)8040120 T248.8 45.3(b)(c)(d)49.3120 T2 (t2 15)1
13、20 t2 InT2 15式（c）代入式（d）,得 ln120 t2 0.0558 ln120 t21.057（e）T2 15T2 15由式（c）与（e）得t2=61.9 T 2=69.9 T1 T2 120 69.9 1 25即传热速率增加了 25% oQT1 T2120 80.B1、液体的粘度随温度的升高而 ,气体的粘度随温度的 而增大。2、孔板流量计又称 流量计；转子流量计又称 流量计。3、传热有效膜的定义：。4、传质通量的定义： 。5、用相平衡可以判断吸收过程进行的方向，那么要发生吸收必须有yA*yA 或 xA*Xa6、对于溶解度大的气体，吸收速率为 所控制。7、蒸储从操作压强看，可以
14、分为 、和。8、对于理想溶液，两组分的相对挥发度等于同温度下两个组分的 之比9、反渗透过程必须满足的两个条件； (1) 。10、多级全混流模型的模型参数为； 。阅卷人 |11、停留时间分布函数的测定方法有： 12、停留时间分布函数的数字特征： 、.二、简答题（每小题5分，共20分）1、简述精储中用逐板计算法计算塔板数。得分阅卷人3、同述二种传热方式。4、超临界流体及其应用。三、计算题（每小题12分，共60分）2、理想混合。1 .如本题附图所示，蒸汽锅炉上装置一复式U形水银测压计，截面2、4间充满水。已知对某基准面而言各点的标高为z0=2.1m, z2=0.9m,z4=2.0m, z6=0.7m
15、 , z7=2.5m。试求锅炉内水面上的蒸汽压强。2 .某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其导热系数分别为0.9W/(mC)及0.7W/ (mC)。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700C ,外表面温度为130C。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、导热系数为0.06W/ (m-)的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740 C,外表面温度为 90 Co设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？3 .含氨极少的空气于101.33kPa, 20c被水吸收。已知气膜传质系数kG=3.15 W-6
16、kmol/(m 2 s kPa),液膜传质系数kL=1.81 X10-4kmol/(m2 s kmol/m 3),溶解度系数 H=1.5kmol/(m 3 kPa)。气液平衡关系服从亨利定 律。求：气相总传质系数 Kg、Ky;液相总传质系数 Kl、Kxo4 .在一填料层高度为5m的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气中溶质组分。当液气比为 1.0时，溶质回收率可达90%。在操作条件下气?平衡关系为Y=0.5X。现改用另一种性能较好的填料，在相同的操作条件下，溶质回收率可提高到 95%,试问此填料的体积吸收总系数为原填料的多少倍？5 .每小时将15000kg含苯40% (质量,下同)和甲苯60%的溶液，
17、在连续精储塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于2%,塔顶储出液中苯的回收率为97.1%。若进料为饱和液体，选用的回流比R=2.0,试求(1)试求储出液和釜残液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示。(2)提储段操作线方程式，并说明操作线的斜率和截距的数值。B答案一填空题1、减小，升高2、压差，截面3、假设有一层厚度为t的静止流体膜所具有的热阻，恰好和拟考查的对流传热过程的热阻相当，则该静止流体膜称之为传热的“有效膜”4、在物质传递过程中，某组分 A在单位时间内通过单位面积传递的物质总量，称为A物质的传质通量。5、大于，小于6、气相一侧7、常压蒸储、减压蒸储和加压蒸储8、饱和蒸汽压9、应有一种高
18、选择性和高透过率的膜；膜两侧的操作压强必须高于溶 液的渗透压10、串联级数N11、脉冲输入法，阶梯输入法12、数学期望，方差二简答题1、答：假设塔顶冷凝器为全凝器，泡点回流，塔釜为间接蒸汽加热， 进料为泡点进料。因塔顶采用全凝器，即y1=XD而离开第1块塔 板的xi与y1满足平衡关 系，因此 xi可由汽液相 平衡方程求得。即X1 y。第2块塔板上升的蒸汽组成 y2与第1块塔板下降的液体组成 X1满足精微段操作( 加R 1 线方程，即y2x xd 。同理，交替使用相平衡方程和精微段操作线方程，直至R 1 R 1计算到XnXq(即精储段与提储段操作线的交点)后，再改用相平衡方程和提储段操作线方程计
19、算提储段塔板 组成，至Xw W为止。2、答：、反应器内的浓度和温度均均一致，并且等于出口处的物料浓度和温度。、物料粒子的停留时间参差不齐，有一个典型分布。3、热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。是依靠分子、原子、离子、自由电子等微观粒子的热运动来实现热量传 递称为热传导。对流传热依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。对流传热是由于流体内部个部分质点发生宏观运动和混合而引起的热量传递，因而对流传热只能发生在流体内部。辐射传热:因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。4、超临界流体（supe
20、rcritical fluid ,简称SCF）可用临界温度和临界压力的形式来定义。气、液两相呈平衡状 态的点叫临界点。在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力。高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。处于超临界状态时，气、液两相性质非常接近。只要应用于萃取方面。三计算题1 .解：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内、同一水平面上的压强相等，故有pi = p2, p3=p4, p5=p6对水平面1-2而言，p2=pi,即p2=pa+ p ig （ Z0 z1）对水平面3-4而言,p3=p4= p2 p g（Z4-Z2）对水平面5-6有p6=p4+ p ig（Z4 Z5）锅炉
21、蒸汽压强p=p6 P g（Z7 Z6）p=pa+ p ig（Z0 Z1） + p ig（Z4Z5） pg（Z4 Z2） pg （Z7Z6）则蒸汽的表压为p pa= p ig （Z0 Z1+ Z4 Z5） p g （ Z4 Z2+Z7 Z6）=13600X 9.81X（2.1 0.9+2.00.7） 1000X 9.81 X（2.00.9+2.5 0.7）=3.05 X 105Pa=305kPa2 .解：加保温层前单位面积炉壁的热损失为QA 1此时为双层平壁的热传导，其导热速率方程为:2244 W/m 2Qt1 t3700 130A 1 ,0.1 0.1二-70.9 0.7加保温层后单位面积炉壁
22、的热损失为740 900.1 0.1 0面0.9 0.7 0.062706W/m此时为三层平壁的热传导，其导热速率方程为:Qt1 t4A 2123123故加保温层后热损失比原来减少的百分数为:100%2244 7062244100%68.5%KgKgkG HkL13.15 10 61.5 1.81 1043.24 105Kg=3.089x 10-6kmol/(m2 s kPa)3 .解：因为物系的气液平衡关系服从亨利定律，故可由式求由计算结果可见KGykG此物系中氨极易溶于水,溶解度甚大，属“气膜控制”系统,吸收总阻力几乎全部集中于气膜，所以吸收总系数与气膜吸收分系数极为接近。依题意此系统为低
23、浓度气体的吸收,Ky可计算。KyPKg 101.33 3.08910 6 3.13104 kmol根据求KlKlkL kG1.8110 41.53.15 10 64.815 105Kl一一 一 62.08 10 kmol/ (mkmol)3m同理，对于低浓度气体的吸收，可用式求KXKx=K l c由于溶液浓度极稀，c可按纯溶剂一一水来计算。c 1000 55.6 kmol/m3Ms 18Kx=K l - c=2.08X10-6 x 55.6=1.16 x10-4kmol/ ( m2 - s)4 .解：本题为操作型计算,Nog宜用脱吸因数法求算。原工况下:其中N OGm%B11na YimX2s
24、Y2mX20.5qn,c因 X2=0则:mX2Y2mX2YiY21 101 0.9Nog，ln1 0.50.510 0.53.41气相总传质单元高度为:qn,B H OGKy3SN OG51.4663.41新工况（即新型填料）下:Nog1ln 0.50.54.703H ogqn,BKyH SNog4.7031.063KYaKYaH OGH OG1.4661.0631.38即新型填料的体积传质系数为原填料的1.38 倍。5.解：（1）苯的分子量为78;甲苯的分子量为92。进料组成Xf40/780.4440/78 60/92釜残液组成xw2/780.02352/78 98/92原料液的平均分子量M
25、f=0.44 X78+0.56 X 92=85.8原料液流量qn,F=15000/85.8=175.0kmol/h依题意知qn,DXD/qn,FXF=0.971(a)所以qn,DXD=0.971 X175X 0.44(b)全塔物料衡算qn,D+qn,W=qn,F = 175qn,DXD+q n,WXW=q n,FXF(c)qn,DXD+0.0235q n,W=175X0.44联立式a, b, c,解得(2)qn,D=80.0 kmol/hqn,W=95.0 kmol/hxd=0.935xw=0.0235qn,W=95kmol/hqn,F=175kmol/hqn,D=80kmol/hqn,L=R
26、q n,D=2.0X 80=160kmol/h因泡点进料，故H 1Hv Hl将以上数值代入提储段操作线方程式160 1 175xm160 175 9595160 175 950.0235ym 11.4xm 0.0093该操作线的斜率为1.4,在y轴上的截距为0.0093。由计算结果可看出,本题提储段操作线的截距值是很小的，一般情况下也是如此。2.（12分） 题号：1339 第1章知识点:340难度:容易用离心泵经小57x 3.5mm的钢管，将敞口贮槽内的有机溶剂（密度800kg.m 中。设贮槽内的液面离反应器内的液面高度保持 20m,见附图。已知钢管总长度 25m,反应器内的压力恒定为 4kg
27、f.cm （表压），有机溶液输送量为 6m .h，粘度为20cp）输送到反应器（包括局部阻力当量长度）为,泵的效率为60%,试确定泵提供的轴功率。* 答案*取敞口贮槽液面为1-1截面，反应器内液面为 2-2截面，在1-1与2-2截面间列柏努利方程，并以 1-1截面为基准面：Z +(u/2g)+(p/pg)+He=Z +(u/2g)(p/pg)+Nhf1-2W=(Z -Z )g+(u -u )/2+(p -p )/ p + N hf1-22 hf=入(l+le )/d(u/2)u=(6/3600)/(无/4) X 0.05=0.8488m.su *u =0 Z =0Re=du p / g =0.
28、05 X 0.8488 X 800/(20 X 10)=1697.6) 3600kg h 1 4.2kJ kg 1 K 1 (373 333)K n2Z Z(2)并流时Tm并Cp(t1 t2)4.2 (323 313)K114472kg h373K333K()313K323KVt1 60K Vt2 10K(3)并流时管长L并Vtm逆Vt1 Vt2lnVt1Vt2(60 10) K 60Kln10K27.9K并流时热水放出的热量qmp(T T2)1-113600kg h 4.2kJ kg K (373 333)K167800W由总传热速率方程K % Vt新，可得：总换热面积% K VU故，并流时
29、管长 L并 2.59m 4.85mdm 3.14 0.170m167800W 2326W m 2 K 1 2.59m227.9K3.(12分)题号:3147第3章 知识点：210难度：中等用水作为吸收剂来吸收某低浓度气体生成稀溶液(服从亨利定律),操作压力为850mmHg,相平衡常数m=0.25,已知其气膜吸收分系数 k =1.25kmol. m .h .atm ,液膜吸收分系数k = 0.85m.h,试分析该气体被水吸收时，是属于气膜控制过程还是液膜控制过程*答案*m=E/P二是稀溶液E=mP=0.25 X 850/760=0.28(大气压)H = p /Ms.E =1000/(0.28 X
30、 18)=198.4(kmol.m .atm ) 根据 1/KG =1/kG +1/(HkL )即 1/KG =1/1.25 + 1/(198.4 X 0.85):KG * kG =1.25 kmol.m .h .atm 因此，是气膜控制过程。4.（12分）题号:3186第3章知识点：541 难度:容易Xi刃,口瓦某厂有一填料层高为 4m的吸收塔，用水洗去尾气中的公害组分 A o测得浓度数据如图，相平衡关系为y=1.15x。试求：该操作条件下，气相总传质单元高度H 为多少m ?* * 答案*L/G=(y -y )/(x -x )=(0.02-0.004)/0.008=2Ay =y -y * =
31、0.02-1.15X0.008=0.0108 y =0.004 Ay =( Ay -Ay )/(L A y /A y )=0.00685 N =(y -y )/A y =2.336 H =h/N =4/2.336=1.712 m。5.（10分） 题号:3188 第3章 知识点：451难度:容易有一逆流填料吸收塔，塔径为0.5m,用纯溶剂吸收混合气中的溶质。入塔气体量为100kmol.h ，溶质 浓度为0.01 （摩尔分率），回收率要求达到90% ,液气比为1.5 ,平衡关 系丫=*。试求：（1）液体出塔浓度;（2）测得气相总体积传质系数k a=0.12kmol.m .s，问该塔填料层高度为多少？（提示：N=1/(1-S)ln(1-S)(y -mx )/(y -mx )+S)* * 答案* y=0.01y =y (1- ri )=0.01(1-0.9)=0.0010L/G=(y -y )/x, x =(y -Y )/(L/G)=(0.01-0.001)/1.5=0.006H =G/K =100/(0.785 X 0.5 X 3600)/0.12=1.179 mN =1/(1-S)L(1-S)Y /Y +SS=m/(L/G)=1/1.5=0.667N =4.16h=H=1.179X4.16=4.91 m