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2009年上学期化学专业A卷参考答案

衡阳师范学院2009年上学期2006级化学专业《化工基础》期末考试试题A卷参考答案

一、填空题(每小题2分,共22分)

1、某混合气体中含有体积分数为0.20的CO2,其余为空气。在101.3 kPa及30 ℃下,用清水吸收其中CO2时,已知30 ℃时CO2水溶液的亨利常数E为1.884×105 kPa,则液相中CO2的最大浓度为 1.08×10-4。

2、在《传热综合实验》中,采用用饱和水蒸气加热空气,换热器壁面的温度更接近水蒸汽的温度,总传热系数近似等于空气的传热膜系数。若要提高传热效率,应当改善空气一侧的传热条件。

3、在填料塔中进行逆流接触的吸收操作时,若液气比增大,其它操作条件不变,则溶液出口浓度将减小,气体出口浓度减小,吸收率增大。

4、离心泵在启动前灌泵是为了防止发生气缚现象;离心泵的安装高度应小于允许安装高度,否则会发生气蚀现象。

5、当温差较大的冷、热流体在刚性结构的管壳式换热器中进行热交换时, 从防止由于热应力造成设备损坏的角度考虑, 则其中传热膜系数较大的流体应走壳程。

6、物料衡算和能量衡算是化学工程学中极为重要的方法,例如,精馏过程的操作线方程是通过物料衡算建立起来的。

7、在研究流体流动规律时,要注意区分是定常(或称定态)流动和非定常(或称非定态)流动,稳定态和不稳定态。如果所考察的流

体流动过程或系统中任何一个部位或任何一个点上的流体性质和过程参数都不随时间而改变,则该过程为定态过程,反之,则为非定态过程。

8、停留时间分布的测定方法通常有脉冲输入法和阶跃输入法两种方法。

9、催化重整的目的是获得高辛烷值汽油或芳烃。

10、料吸收塔的流体力学性能实验中,单位高度干填料层压降——空塔气速曲线在双对数坐标中为直线。

11、在恒速干燥阶段,物料表面的温度接近空气的湿球温度。

二、选择题(每小题3分,共30分)

1、实验中用U形管压差计测得某设备内的压力读数为零,说明该设备的绝对压为…………………………………………………………………( C)。

(A)0 Pa;(B)101.3 kPa;(C)当时当地大气压强;(D)1 MPa。

2、精馏塔的设备费用与选择回流比R的大小有关。两者的关系是随着( D )。

A、R增大,设备费用增大;

B、R增大,设备费用减小;

C、R 增大,设备费用先增大后减小;

D、R增大,设备费用先减小后增大。

3、在吸收操作中,填料塔某一截面上的总推动力为……………( A )。

(A) y-y* ; (B) y*-y ; (C) y-y i ; (D) y i -y。

4、氨合成反应常采用的催化剂为………………………………(A )。

A.铁催化剂

B.铜催化剂

C.镍催化剂

D.铂催化剂

5、烃类热裂解的优化工艺条件是( A )。

A.高温、短停留时间

B.高温、长停留时间

B.低温、短停留时间 D.低温、长停留时间

6、在间歇反应器中进行液相一级反应,当c A,0=10 mol·L-1时,反应10 min后,反应物浓度c A=1 mol·L-1,问再反应多长时间后,可使反应物浓度降为0.1 mol·L-1?………( B )

(A)1 min;(B)10 min;(C)15 min;(D)100 min。

7、在间壁式换热器中,若冷、热两种流体均无相变,并进、出口温度一定,在相同的传热速率时,逆流时的传热面积A和并流时的传热面积A′之间的关系为……………( C )。

(A)A =A′;(B)A>A′;(C)A< A′;(D)无法确定。

8、在下列换热器中,单位体积的传热面积最大的通常是………(C)

(A)套管式换热器; (B)夹套式换热器;

(C)板式换热器; (D)管壳式换器。

9、热裂解的主要目的是为了获得……………………………( B) 。

A、高辛烷值汽油

B、乙烯、丙烯等低级烯烃

C 、苯、甲苯、二甲苯等

D 、液化石油气

10、关于转子流量计说法不正确的是…………………………( D) 。

A 、两端的压差恒定;

B 、转子流量计必须竖直安装;

C 、转子流量计读数是以转子的上沿刻度为准;

D 、转子流量计必须水平安装;

三、简答题(每小题5分,共15分)

1、在《流体流动摩擦系数测定试验》中,我们以水为工作流体所测得的λ~Re 曲线能否应用于空气,如何应用?

答:可以应用于空气。层流时,摩擦系数λ仅是雷诺数Re 的函数,因此可以直接应用;湍流时,摩擦系数λ是雷诺数Re 和相对粗糙度ε的函数,因此只要在相对粗糙度相同时,以水为工作流体所测得的λ~Re 曲线能应用于空气。

2、何谓平推流反应器?它有什么特点?

答:平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动,不存在不同停留时间的物料的混合,所有的物料在器内具有相同的停留时间。 特点:

(1)在与流动方向垂直的任意截面上各点,物料的流速、浓度、温度及停留时间等完全一样;

(2)物料的浓度、温度等各参数沿流动方向递变;

(3)在每一截面上物料各参数都不随时间而变化。

3、填料吸收塔操作线推导的依据是什么?试推导逆流操作吸收塔的操作线方程。 答:填料吸收塔操作线推导的依据是物料衡算。

如图所示,对衡算框内(塔底与任一截面间)的吸收质进行物料衡算

1111()Gy Lx Gy Lx

L L y x y x G G +=+=+-得到操作线方程为

四、计算题(共33分)

1、(12分)如图所示,用离心泵将水由水槽送至水洗塔中,塔内的表压为

9.807×104Pa ,水槽液面恒定,其上方通大气,水槽液面与输水管出口端的垂直距离为20m ,在某送液量下,泵对水做功为317.7J/kg ,管内摩擦系数λ为0.018,吸入和压出管路总长为110m (包括管件及入口的当

量长度,但不包括出口的当量长度),输水管尺寸

2009年上学期化学专业A卷参考答案

为φ108×4mm ,水的密度为1000kg/m 3,泵的效率

为70%。试求:

⑴输水量,m 3/h ;

⑵离心泵的轴功率,kW 。

解:⑴列柏努利方程

221

1221222e f p u p u Z g W Z g h ρρ+++=+++∑ ① 由已知条件知

4121210,20,0(),9.807100,110,317.7/e e Z Z m p p Pa

u l l m W J kg

====?=+==表压

22221100.01820.12e f l l u u h d λ+==??∑ 代入①式解得

222321.5/0.1 1.5360042.4/44V u m s

q d u m h π

π

===???= ⑵42.4100011.78/3600m V q q kg s ρ?==

= 317.711.785350 5.350.7e e m

a P W q P W kW ηη

??===== 2、(10分)某有机物液体以0.5m/s 的流速从管内流过列管式热交换器,列管总结面积为0.012m 2,加热面积为5m 2

,管外用常压饱和水蒸气加热,总传热系数为

400W/(m 2·K),有机物的进口温度为20℃。换热过程中有机物的平均物性数据为:导热系数λ=0.2W/(m ·K),比定压热容c P =2 kJ/(kg·K),密度ρ=800kg/m 3,粘度μ=0.001Pa ·s 。试求有机物的出口温度。(注:进口与出口的传热温差相差不到一倍)

解:已知条件

22

1121

113

1,220.5/,'0.012,5400,0.220,2000,800/p v m s A m A m K W m K W m K t c J K kg kg m λρ------====??=??==??=

因为常压下饱和水蒸气加热,所以T 1=T 2=100℃

有机物质量流量' 4.8/m q A v kg s ρ=??= ,2,2212()

4.896m p KA t q c t t t t Φ=?=-?=-

用算术平均值代替对数平均值

212(100)(100)9022

t t t t -+-?==- 解得t 2=35℃

3、(11分)进料为苯-甲苯混合物,其中x f (苯)=0.50,要求馏出液中x d (苯)=0.95,馏残液中x w (苯)=0.05,选用的回流比为2,饱和液体进料,在操作压力下苯-甲苯体系的相对挥发度为2.45,试计算第三块理论板上的气相y 3和液相组成x 3(第三块板属于精馏段)。

解:1)列出计算式

气液平衡关系式

y

y

x x x x x y 45.145.245.1145.2)1(1-=+=-+=

αα 精馏段操作线方程,已知x d =0.95,R=2.0,所以:

110.6670.31711

n n d n R y x x x R R +=+=+++

(2)用逐板法计算理论塔板数

第一块板:因y1=x d=0.95

x1=y1/(2.45-1.45y1)=0.95/(2.45-1.45×0.95) =0.886 第二块板:y2=0.667x1+0.317=0.908

x2=y2/(2.45-1.45y2)=0.908/(2.45-1.45×0.908) =0.801 第三块板:y3=0.667x2+0.317=0.851

x3=y3/(2.45-1.45y3)=0.851/(2.45-1.45×0.851) =0.70