《化工基础知识》综合练习

一、填空题

1. 某设备的真空表读数为 150mmHg ，其绝对压强为 _____________kPa 。当地大气压为 1atm 。

2. 流体在圆形直管内作层流流动时，其平均流速 u 与管中心处最大流速的 ____________ 倍，若流速增加 1 倍，则能量损耗为原来的 _____________ 倍。

3. 流体作完全湍流流动时（即阻力平方区），粗糙管的摩擦系数与 ____________ 有关，与 ________________ 无关。

4. 降尘室长 2m ，宽 1.5m ，高 1m ，需全部除去的最小颗粒沉降速度为 0.02m/s ，则该降尘室的处理能力为 ___________________m 3 /h 。

5. 若离心泵启动时，泵壳内存有空气，则会产生 ____________ 现象；若离心泵的安装高度过高，则会产生 ____________ 现象。

6. 往复泵的冲程是指 ____________________________________________________ 。

7. 用离心泵将水池中水送至常压水塔，若在离心泵正常操作范围内，将出口阀开大，则流量 ________ ，扬程 __________ ，管路总阻力损失 _________ ，轴功率 ____________ 。（填变大、变小、不变、不确定）。

8. 黑体是指 __________________________________________________________ ；黑度是指 __________________________________________________________ 。

9. 在多层平壁稳定导热过程中，温差大的一层其热阻 ____________ （选大、小或不确定）。

10. 红砖平壁墙，厚为 500mm ，平均导热系数为 0.81W/(m.℃) 。若一侧温度为 200℃ ，另一侧为 30℃ ，则单位面积导过的热量为 _________W/m 2 ；距离高温侧 370mm 处温度为 _______ 。

11. 某理想双组分混合液在 20kPa ， 300K 时沸腾，已知该温度下， p 0 A = 28 kPa ， p 0 B = 8kPa ，则平衡时，易挥发组分 A 在气、液两相中的摩尔分数 y A = ____________ ； x A = ____________ 。

12. 饱和蒸汽和饱和液体混合进料 ,汽化率为1/3,则q = ____________。

二、计算题

1. 用离心泵将水从江中送到高位槽中，水的流量为 34m 3 /h ，槽中水面高出江面 50m ，管路长度（包括局部阻力的当量长度）为 100m 。若输水管内径为 100mm ，管路的摩擦系数 λ 为 0.028 ，水的密度为 998kg/m 3 。试求：（ 1 ）离心泵的扬程 H 至少是多少？（ 2 ）离心泵的有效功率为多少？

2. 密度为 2000kg/m 3 的球形颗粒在 50 ℃ 空气中沉降，试求服从斯托克斯定律的最大颗粒直径。已知：空气密度为 1.093kg/m 3 ，粘度为 19.6 × 10 -6 Pa. · s 。

3. 有一蒸汽管外径为 25mm ，管外包以两层保温材料，每层厚度均为 25mm ，外层与内层保温材料的导热系数之比为 λ 2 /λ 1 = 4，此时的热损失为Q。现将内、外两层材料互换位置，且设管外壁与保温层外表面的温度均不变，则热损失为Q ' 。求 Q ' /Q，并说明何种材料放在里层为好。

4. 在一常压、连续操作的精馏塔中，分离甲醇 - 水溶液。原料液量为 650kmol/h ， x F = 0.35 ，塔顶产品量为 200 kmol/h ， x D = 0.92 。饱和液体进料，塔顶采用全凝器冷却回流，物系的平均相对挥发度 a =3 ，操作回流比 R = 1.6R min 。试求：（ 1 ）甲醇回收率，塔底产品流量和组成；（ 2 ）操作回流比；（ 3 ）精馏段与提馏段操作线方程式。

答案

一、填空题

1.     81.3

2.    0.5 ； 2

3.   相对粗糙度； Re

4.   216

5.   气缚； 气蚀

6.   活塞在泵缸内由一端移至另一端的距离

7.   变大； 变小； 变小；变大

8.   吸收率为 1的理想化物体；实际物体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比。

9.   大

10. 275 ； 74.2 ℃

11. 0.84 ； 0.6

12. 2/3

二、 计算题

1.解：(1)以江面为截面1-1`，水槽水面为截面2-2`

因为 p 1 =p 2 =0(表压)，z 1 =0，u 1 » 0，u 2 » 0

所以 H= z 2 + å H f

   u=4Q/( p d 2 )=4 ´ 34/(3.14 ´ 3600 ´ 0.1 2 )=1.20 m/s

   å H f = l (l/d)(u 2 /2)/g=0.028 ´ (100/0.1) ´ (1.20 2 /2)/9.81=2.06   m

   H=50+2.06=52.06 m

(2)W e = r gHQ=998 ´ 9.81 ´ 52.06 ´ 34/3600=4814(W)=4.81kW

2.解：因为Re t =（du t r ） / m =1

   u t = d 2 (ρ s - r )g/(18 m )

   所以（du t ´ 1.093 ） /19.6 ´ 10 -6 =1

   u t = d 2 (2000-1.093) ´ 9.81/(18 ´ 19.6 ´ 10 -6 )

   得d=68 m m

   即服从 斯托克斯定律的最大颗粒直径为 68 m m

3. 解：设 管外壁与保温层外表面的温度分别为 t 1 和t 2

r 1 =0.025m ， r 2 =0.05m ， r 3 =0.075m

Q ' /Q=1.44

因此将保温性好的材料，即导热系数小的材料放在里层为好

4.（1）甲醇回收率 h = Dx D /Fx F =(200 ´ 0.92)/( 650 ´ 0.35) = 0.809

         W = F - D = 650 - 200 =450 kmol/h

        x w = (Fx F - Dx D )/W =( 650 ´ 0.35-200 ´ 0.92)/450=0.097

(2)q = 1,x q =x F =0.35

  R = 1.6 ´ 1.127 = 1.8

(3)精馏段操作线方程

       提馏段操作线方程

L ' =L+qF=RD+qF=1.8 ´ 200+650=1010 (kmol/h)

L ' -W=1010-450=560(kmol/h)

y ' m + 1 = (1010/560)x m -(450/560) ´ 0.097 = 1.8x-0.078