化工原理單元練習(xí)及參考答案

單元測(cè)試一：流體流動(dòng)及輸送機(jī)械

一、填空題

I.流體在圓形直管做層流流動(dòng)，管中心最大流速為平均流速得倍，摩擦系數(shù)九與Re

的關(guān)系為。2,X=64/Re；

2.U型管壓差計(jì)指示液為水，若所測(cè)壓差不變,要使讀數(shù)R增大,應(yīng)更換一種密度比水的

指示液。小，PA-PB=Rg（p、-p）

3.流體輸送機(jī)械向流體提供的能量主要用于提高流體勢(shì)能和克服阻力損失。

4.離心泵前必須先灌泵是因?yàn)閛空氣

密度小，造成的壓差或泵吸入口的真空度小而不能將液體吸入泵內(nèi)；

5.用離心泵將地面敞LJ容器中的減液送至離地面10m高處密閉容器中，容器上方真空表讀數(shù)

為P,現(xiàn)在表的讀數(shù)增大，其他管路條件不變，則管路總阻力損失將o增大,

H=——+KqJ,9一減小，導(dǎo)致離心泵工作點(diǎn)向右下移動(dòng)，流曷增大，根據(jù)阻力損失

PgPg

計(jì)算式可知，hf增大，壓頭降低，

6.已知某泵的特性曲線為He=30-2.4qv2,則將其與另一臺(tái)完全相同的泵串聯(lián)組合后，串聯(lián)泵

的特性曲線為血=60-4&丫2,若并聯(lián)，并聯(lián)泵的特性曲線為He=30-0.6ciY2,

7.啟動(dòng)離心泵前，應(yīng)先和,啟動(dòng)往復(fù)泵前，必須檢查是否打

開。關(guān)閉出口閥，灌泵，出口閥；

8.某空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)最大刻度為30m3/h,若用以測(cè)量氮?dú)饬髁浚≒、T相同），則qv.mk

m3/h,若用以測(cè)P=3aim的空氣，則q、；max=m3/ho30.5>19.32；

火欄啜運(yùn)因?yàn)?，自?所以券=停PM=pRT

9.水由敞口高位槽通過一管路流向壓力恒定的反應(yīng)器，當(dāng)管路上的閥門開度減?。ㄍ牧鲬B(tài)變

為層流態(tài)），水流量將,摩擦系數(shù),管路總阻力損失。（增大，

減小，不變）減小，增大，不變；莫迪圖判斷摩擦系數(shù)，高位槽與反應(yīng)器機(jī)守

方程判斷總阻力損失。

10.用離心泵在兩敞口容器間輸液，同一管路中，用離心泵輸送密度p=1.2p水的液體，與輸水

相比，離心泵的流量,揚(yáng)程,軸功率O（增大,

減小，不變）不變，不變，增大；

HUCcosP=

qv=24為62c2sin%，T=22%/g，aP8QvH<,/rj

11.對(duì)離心泵允許安裝高度沒有影響的是下列情況中的D.

A.安裝處大氣壓；B.輸送液體溫度；C.吸入管道的流動(dòng)阻力；D.排出管道的流動(dòng)阻力

J=一NPSH；NPSH=[NPSH]C+△+。-5=卷+g/7f（1_k）+A+0.5

二、簡(jiǎn)答題

I.離心泵在開車前為何要先關(guān)閉出口閥門？

答：離心泵開動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)啟動(dòng)電流為正常工作電流的5?7倍，為保護(hù)電機(jī)，關(guān)閉

出口閥以減小負(fù)荷，減小電流，防止電極因瞬時(shí)電流過大而燒毀。

2.如圖所示：A、B、C三點(diǎn)在同一水平面上，dA=dc>dB，問：（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)，A、B、

C三點(diǎn)出的壓強(qiáng)哪個(gè)大？那個(gè)?。炕蛳嗟?？（2）當(dāng)閥門打開，高位槽水位不變，A、B、C三

點(diǎn)出的壓強(qiáng)、流量、流速哪個(gè)大？那個(gè)??？或相等？或不能判斷？

提示：（1）根據(jù)靜力學(xué)方程PA二PB=Pc;（2）根據(jù)連續(xù)性方程可知：qvA=qvB=qvc;

UA=UC<UB;根據(jù)能量守恒定律：PA>PC,PA>PB，而Pc與PB大小不能判斷。

ABC

三、計(jì)算題

題1、附圖所示的輸水系統(tǒng)，管路直徑為（p80x2,當(dāng)流量為36m3/h時(shí)，吸入管路的能量損

失為6J/kg,排出管路的壓頭損失為0.8m,壓強(qiáng)表讀數(shù)為246kpa,吸入管軸線到U型管汞

面的垂直距離h=0.5m,當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8.1kpa,試計(jì)算：

（1）泵的升揚(yáng)高度與揚(yáng)程

（2）泵的軸功率（n=70%）

（3）泵吸入口壓差計(jì)讀數(shù)R

分析：壓頭（揚(yáng)程）與升揚(yáng)高度的區(qū)別：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的液體通過泵后所獲得的能量

稱為離心泵的壓頭或揚(yáng)程。它不能等同于升揚(yáng)高度：升揚(yáng)高度是泵將液體從低處

送到高處的垂直距離，是機(jī)械能方程中4Z項(xiàng)。

解：（1）1?2截面列機(jī)械能守恒方程:

H=Z2十/2g十〃2/P8十%|-2；Z?—5iii,%=36/(3600x-^-xO.0762)=2.204〃，/S

3

p2/pg=246xlO/(l()OOx9.81)=25.08m,hfx_2=6/9.81=0.612m

.??揚(yáng)程”=5+2.2042/(2x9.81)+25.08+0.612=30.94加

1-3截面列機(jī)械能守恒方程可得升揚(yáng)高度：方程整理后得：

Z3=H-hfl_3=30.94-(0.612+0.8)=29.5〃z

_EpgqvH,_1000x9.81x36x30.94

（2）泵的軸功率:=4.33攵W

°~~n~~~n~-o.7x36oo

（3）真空表的讀數(shù)：欲求R,先需求出泵入口處壓強(qiáng)戶4,1?4截面列機(jī)守方程,

整理得：

A=Z4+AX+/?/I_4

PSPS2g

22.204

=2-S+hfl_4)pg=98.1x10?一(4.5++0.6118)x1000x9.81=45.54%

2g2x9.81

靜力學(xué)方程對(duì)u型管壓差計(jì)計(jì)算：

P?=pAgR+Pgh+P&=R=(P?-pgh-P4)/pAg=036m

題2、用離心泵向密閉高位槽送料，特定轉(zhuǎn)速下，泵特性方程為H=42-7.56xl04qv2,

（qv單位m3/s）,當(dāng)水在管內(nèi)的流量qv=0.01m3/s時(shí)，流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)。

（1）現(xiàn)改送密度為1260kg/m3的水溶液（其他性質(zhì)和水相近），密閉容器內(nèi)維持

表壓118kpa不變，試求輸送溶液時(shí)的流量和有效功率。

（2）若將高位槽改為常壓，送水量為多少m3/h?

解：分析：本題中，泵的特性方程與特性曲線不變，由于處于阻力平方區(qū)則管路

AQAp8（%---FG

特性曲線方程中的K不變，/7=比+/^2=更+￡[J"夙2,由于密閉高位

PgpgJ冗dg

槽表壓不變，輸送流體密度變大，則aAP二變小，管路特性曲線下移，從圖中可看

PR

出，工作點(diǎn)向右下移動(dòng)，流量增大，壓頭降低。

⑴輸送清水時(shí)，設(shè)管路特性曲線方程為

\P°2S118X10302”"2

H=------+際=12++Kq~=24+Kq

pg1000x9.81vy

聯(lián)立泵特性曲線方程He=42?7.56xl()4qv2,H=He,當(dāng)qv=0.0l時(shí)，得K=1.04x1()3

25

S/mo

當(dāng)輸送溶液時(shí)，K值不變，管路特性曲線方程為

118x1()3

AP23232

H=------+Kqv~=12++1.04x10^v=21.55+1.04x10(qv')

Pg1260x9.81

此方程與泵特性曲線方程聯(lián)立，可求得輸送溶液時(shí)的流量外'

42-7.56x104(qvO2=21.55+1.04xl03(qv')2;得qv'=0.01066n?/s,

He=42-7.60x104x0.010662=33.36m,

泵有效功率pe=pgqvHc=4.39AW

(2)高位槽為常壓時(shí)，管路特性曲線方程發(fā)生變化，aPMO,方程變?yōu)?/p>

AP

323M2

Hc=——+Kq，=12+104x10^v=12+1.04x10(^v)

Pg

3

再與泵的特性曲線方程HeEZISGxlO^qv,T聯(lián)立，得q—0.0129m/so

單元練習(xí)二：過濾

一.填空題，選擇題

I.一個(gè)過濾操作周期中，“過濾時(shí)間越長(zhǎng)生產(chǎn)能力越大''的看法是,“過漉時(shí)間越

短，生產(chǎn)能力越大”的看法是。過濾時(shí)間有一個(gè)值，此時(shí)過濾機(jī)生

產(chǎn)能力為。不正確的，不正確的，最適宜，最大

2.對(duì)恒壓過濾，壓差不變，當(dāng)過濾面積A增大一倍時(shí)，如濾餅不可壓縮，對(duì)相同的q,則濾

液流率dV/dT增大為原來(lái)的倍；如濾餅可壓縮，濾液流率增大為原來(lái)的

__________倍。2,2；V=Aq；V=Aqzn'匕=———,濾餅可壓縮，

eedr2(V+K)

dVAdqAAP(,-S)_,/口〃工才

u=---=-----=----------,Aa增大，但K不變。

drdr彳)〃四

3.在恒壓過濾時(shí)，如過濾介質(zhì)的阻力忽略不計(jì)，且過漉面積恒定，則所得的濾液量與過濾時(shí)

間的次方成正比，而對(duì)一定的濾液量則需要的過濾時(shí)間與過濾面積的一次方成

22

比。依據(jù)式。1/2,2,反，V-￥2We=KATi

4.基本的過濾操作有和兩種。恒壓過濾恒速過濾；

5.板框過濾機(jī)的洗滌液流率dV/dT為最終過濾的濾液流率dV/dT的o(當(dāng)洗滌與

過濾終了時(shí)的操作壓力相同，洗滌液與濾液的黏度相等時(shí))。1/4

6.恒壓過濾時(shí)，濾漿溫度降低，則濾液黏度,過濾速率。增加，減??；

dqA尸

u=—=---------------

drrMq+q)

7.若連續(xù)回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的介質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)且濾餅不可壓縮時(shí),其生產(chǎn)能力

c,式中a=,b=,c=o式中：力為過濾面積；n為轉(zhuǎn)速；

2

AP為壓差。1,0.5,0.5；Ve?0^Q=dKA(pmK=——

3。

8.某板框過濾機(jī)，在恒定的操作壓差下過濾某種水懸浮液，經(jīng)兩小時(shí)后，濾渣剛好充滿濾框

得濾液15n?,則第一小時(shí)可得濾液為：_Co(過濾介質(zhì)阻力略而不計(jì))，

V2+2We=KA1T

A7.5m3B10m3C150/2而D缺條件，無(wú)法計(jì)算

9.對(duì)于可壓縮濾餅如過濾壓差增倍，對(duì)同一q值，則過濾速率A。

dVAdqAbP…

u=—=——-=--------

drdr%〃四

A有所增加但增加不到一倍B增加一半C增加一倍D沒有明顯的增加

10、在恒速過濾過程中，當(dāng)濾液體積增大1倍則操作壓差將增大1倍。設(shè)介質(zhì)阻

力可忽略，濾餅為不可壓縮。V2+V%=^/C42T,恒速則V/t或q/t為常數(shù)。

11.用板框壓濾機(jī)進(jìn)行恒壓過濾，若介質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)，過濾20分鐘可得濾液8m3。若

再過濾20分鐘可再得濾液nA3.31,V2+2m=/C42r

12、助濾劑的作用是Ao

A、形成疏松餅層，使濾液暢流；B、幫助介質(zhì)攔截固體顆粒；

C、降低濾液粘度，減少流動(dòng)阻力；D、使濾餅密實(shí)并具有剛性

13、轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)，轉(zhuǎn)速越大，則生產(chǎn)能力越,每轉(zhuǎn)一周所獲得的濾液量就越_____,

形成的濾餅厚度越,過濾阻力越。-上____女；

K*O=Q=〃qA=/麗，每轉(zhuǎn)一周濾液量、=J，濾液量與濾餅厚度成正

比，_0C整￡_

dt心(4+%)r加%

14.某懸浮液被恒壓過濾，介質(zhì)阻力忽略，則獲得的濾液量與過濾時(shí)間的次方成正比。

0.5,V2+2We=/C42r

簡(jiǎn)答題

1.過濾基本方程式dq/dZ=△〃⑷5)],分析影響過濾速率的因素。

答：絲=—"_8二￡一,影響過濾速率的因素有：過濾阻力：物性參數(shù)，包括懸浮液

dr忖Mq+q)付叫'

的性質(zhì)(0、〃)及濾餅特性(r)；設(shè)備參數(shù)家，濾餅厚度(q+qc):過濾推動(dòng)力：操作

參數(shù)AP

三.計(jì)算題

1.以板框壓濾機(jī)過濾某懸浮液，已知過濾面積8.0m；過濾常數(shù)柞8.50XO%2/s,過濾介質(zhì)阻力

可略，求：

(1)取得濾液匕=5.On?所需過濾時(shí)間右；

(2)若操作條件不變,在上述過濾力時(shí)間基礎(chǔ)上再過濾力時(shí)間,又可得多少濾液？

(3)若過濾終了時(shí)共得濾液3.40m\以0.42m'洗液洗滌濾餅,操作壓力不變,洗液與濾液黏

度相同，洗滌時(shí)間是多少？

解：(1),.?％2二必2八即5.02=8.50xl0-5x82t|,.*./)=4596s=1.28h

223

⑵?.?=KAt2即V2=8.50X0-5X82X4596X2,V2=7.07m

3

則V2-Vi=7.07-5.0=2.07m

(3)過濾終了時(shí),匕=3.40m3

243

(dV/dt)E=KA/(2V^)=8.50x10-5x82/(2x3.40)=8xl0m/s

43

V(dV/dt)w=(dVldt)^=8.0x10^/4=2.0xl0m/s

4

/.tw=VJ{dV/dt)w=0.42/(2.0x0-)=2100s=35min

單元練習(xí)三：顆粒沉降及流態(tài)化

一.填空題，選擇題

1.降塵室與沉降槽均為氣固或液固兩相分離設(shè)備，它們的生產(chǎn)能力與該設(shè)備的

有關(guān)，與無(wú)關(guān)。沉降面積高度

2.旋風(fēng)分離器當(dāng)切向進(jìn)口氣速相同時(shí)，隨著旋風(fēng)分離器的直徑越大，其離心分離因數(shù)越

;轉(zhuǎn)速不變，離心分離機(jī)隨著轉(zhuǎn)鼓直徑的增大其離心分稗因數(shù)越。

u2a）2r

cc=—=-----，小大；

grg

3.顆粒的球形度（形狀系數(shù)）的定義式為：沙=；顆粒的比表面積的定義

式為。=。與非球形顆粒體積相等的球的表面積/非球形顆粒的表面

積，夕匕

4.除去液體中混雜的固體顆粒，在化工生產(chǎn)中可以采用、、

等方法（列舉三種方法）。重力沉降離心沉降過濾；

5.密度為。0的球形顆粒在斯托克斯區(qū)沉降，已知顆粒在水中和空氣中的沉降速度分別為小

和小，則u\/Uz=o[（Pp-PH2o）/uH2o]X[yair/（P

p-Pair）]

6.已知旋風(fēng)分離器的平均旋轉(zhuǎn)半徑為0.5m,氣體的切向進(jìn)口速度為20m/s,那么該分離器

的分離因數(shù)為o81.55

7.分離因數(shù)的定義式為K=ord/g或J/gr

8.含塵氣體通過長(zhǎng)為4m,寬為3m,高為1m的除塵室，已知顆粒的沉降速度為0.03m/s,則

該除塵室的生產(chǎn)能力為mVso0.36m3/s

9.氣體通過顆粒床層時(shí)，隨流速?gòu)男〉酱罂赡艹霈F(xiàn)的三種狀況是:、

、O固定床狀態(tài)，流化床狀態(tài)，顆粒輸送狀

態(tài)；

10.當(dāng)顆粒層處于流化階段，床層的壓降約等于O單位床層面

積上的顆粒群的凈重力

11.選擇（或設(shè)計(jì)）旋風(fēng)分離器時(shí)要依據(jù)、和.

含塵氣體流量要求的分離效率允許的壓強(qiáng)降；

12.流化床中出現(xiàn)的不正?，F(xiàn)象有和o騰涌溝流

13.床層空隙率的定義是：￡=（用文字表達(dá)）。時(shí)所受的阻

力（曳力）由兩部分構(gòu)成，即和?！?（床層體積一顆粒所占

體積）/床層體積，表面阻力（表面曳力），形體阻力（形體曳力）

14.含細(xì)小顆粒的氣流在降塵室內(nèi)除去小粒子（沉降在斯托克斯區(qū)），正常情況下能100%除去

50m的粒子，現(xiàn)氣體處理量增大一倍，原降塵室能100%除去的最小粒徑為_D—。

u=gd；（Pp-p）

118〃

A2X50gmB（1/2）X50刈C50pmD近X50gm

15.氣體通過流化床的壓降，在空塔（空床）速度u增加時(shí)，_D。

JT1

△尸流=G7（Pp_p）g

A與〃成平方關(guān)系增加B與〃成1.75次方關(guān)系增加C與〃成正比D與〃無(wú)關(guān)

二.簡(jiǎn)答題

1.如何控制顆粒床層處于流化狀態(tài)？

答：使流體速度在起始流化速度與帶出速度之間操作。

單元練習(xí)四：傳熱與蒸發(fā)

一.填空題，選擇題

1蒸汽冷凝分滴狀狀冷凝和膜狀狀冷凝,工業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)按膜狀狀冷凝考慮:大容積

飽和沸騰分核狀和膜狀沸騰,操作應(yīng)控制在上『狀沸騰下進(jìn)行。（核狀、膜狀、

滴狀）

2在電氣設(shè)備的表面涂上黑度很大的油漆是為了增大幅肘散熱，若在表面鍍以黑度很小的

銀、鋁等，則可以減小輻射傳熱。黑度有關(guān)的問題

3單殼程無(wú)相變換熱器冷、熱流體的質(zhì)量流量均一定，流動(dòng)均處于高度湍流區(qū)，若只將單管程

改為雙管程，其余不變，則管程給熱系數(shù)生值是原來(lái)的」24_倍；管程阻力損失為原來(lái)的

幺倍。a=0.0233管）。俘產(chǎn)=0.023/耳"?黃，%+3）吠與外

4、下列準(zhǔn)數(shù)中表示流體物性對(duì)對(duì)流傳熱的影響的是，

A、雷諾數(shù)；B、努塞爾數(shù)；C、普蘭特?cái)?shù)；D、格拉斯霍夫數(shù)

5、在列管式換熱器中用蒸汽冷凝加熱空氣，欲提高傳熱速率采取方法最合理。

A、提高蒸汽速率；B、同時(shí)提高蒸汽和空氣流率；

C、提高空氣的流速；D、過熱蒸汽以提高蒸汽的溫度

6、比較下列不同給熱過程的。值大?。核畯?qiáng)制對(duì)流（u=3m/s）外、水蒸氣冷凝/、空氣強(qiáng)

制對(duì)流（u=3m/s）%，最大為___ai，最小為___%—。

7、某換熱器用工業(yè)水冷卻熱油，若熱油?小工、石不變，在夏季因水溫力上升，增大冷卻

水刃,2以保持〃不變，結(jié)果。不變，K增大，減小。

8、換熱器在使用一段時(shí)間后，傳熱速率會(huì)下降很多，其原因是產(chǎn)生污垢，污垢熱阻較大不

可忽略。

9、如圖所示換熱器，飽和蒸汽的

溫度T=120℃,t]=40℃,f2=80℃,

則對(duì)數(shù)平均溫差△口為57.7Co

10、揭示了物體輻射能力與吸收率之間關(guān)系的定律是（A）

A.克希荷夫定律；B.普朗克定律；

C.傅立葉定律；D.斯蒂芬-波爾茲曼定律

］］、某單效蒸發(fā)器進(jìn)料為1200kg/h,進(jìn)料溶液從2%濃縮到4%（質(zhì)量％,下同）需蒸發(fā)的水

量與從20%濃

縮到40%需蒸發(fā)的水量二者比較應(yīng)為（B）

A.W\>W2B.Wi=W2C.Wi<W2D.判據(jù)不足

簡(jiǎn)答題

1、各種與蒸汽冷凝有關(guān)的傳熱過程為什么要定期排放換熱器中不凝性氣體？

答：不凝性氣體的積聚使可凝性蒸汽抵達(dá)液膜表面進(jìn)行冷凝之前，必須以擴(kuò)散方式穿過不

凝性氣體層，這相當(dāng)于附加了一個(gè)額外熱阻，使冷凝給熱系數(shù)大為降低，對(duì)給熱過程帶來(lái)

不利影響，因此要定期排放換熱器中不凝性氣體。

2、蒸發(fā)操作的節(jié)能措施有哪些？

答：多效蒸發(fā)、額外蒸汽引出使用、二次蒸汽再壓縮、冷凝水熱量的利用。

三.計(jì)算題

1、某換熱器由120根625X1.5的管子組成，A=40m2,殼程為135℃蒸汽，管程料液可由20

加熱到100℃,現(xiàn)欲從20℃加熱到115℃,倉(cāng)庫(kù)中有一換熱器，由620X1.0的管子140

根組成，A=5（W,試計(jì)算說明比設(shè)備適用否？（蒸汽給熱熱阻、壁阻、垢阻均不計(jì)，忽略

傳熱面積對(duì)傳熱系數(shù)4的影響）

1、（18分）解：流量相等，則

120x0.022；-28

140x0.0182

0.2

g=二0.022

=1.280*xI=1.27

0.018

2

原1況q,d(r2-r.)=AT,A△，句=K\AJ

In：?

T-G

同理，新工況及，4=QmrUpr11］（一

/~f2

.135—20

In------------------

兩式相除等0135-1151.79

,135-20

K、A1In------------------1.19

一135—1OO

1.791.79

所需面積A>x40x--------=4-72

1.191.271.19

現(xiàn)行面積為50〃產(chǎn)>47,772,適用

2、每小時(shí)15000kg的某種水溶液在一個(gè)蒸汽加熱的換熱器內(nèi)從20℃加熱到50℃,水溶液在

直徑為625mmX2mm的鋼管內(nèi)流動(dòng)，流速為2.5m/s,水溶液的平均比熱為3.35kJ/（kg.℃）,

平均密度為UOOkg/n/,粘度為2Xl（TPa.s,鋼的導(dǎo)熱系數(shù)入為45W/（m.C）。133c的飽

和蒸汽在管外冷凝，換熱器的傳熱面積為5