2012年化工原理工程硕士复试题目
化工学院王许云
化学工程与工艺董殿权。
答案写在答题纸上，写在试题纸上无效）
一。填空（20分）
1． 气体的粘度随温度的升高而增大，液体的粘度随温度的升高而减小。
2． 层流时，圆管内流体沿管径各点的速度呈抛物线分布，其平均速度等于管中心处最大流速的0.5倍。
3． 对于管内流动，当流动处在层流区时，摩擦系数=64/re；当流动处于完全湍流区时，只与/d有关，与re几乎无关。
4． 离心泵的工作点是离心泵特性曲线和管路特性曲线的交点。
5． 某锅炉炉墙是由耐火砖、保温砖和普通砖构成，在定态传热的情况下，三层的温度降分别为269c、72c和38c，这三层平壁的热阻之比r1:r2:r3=269:72:38。
6． 根据沸腾曲线，大容积内饱和液体沸腾分为_对流沸腾，膜状沸腾，和泡核沸腾区，工业生产中一般控制在_泡核沸腾操作。
7． 用发射率（黑度）为0.07铝箔代替黑度为0.9的材料，来包裹房间内的蒸汽管道，其每米管长的辐射散热损失降低为原来的0.078倍。
8． 精馏操作的依据是液体混合物中各组分挥发度的不同，其差别越大越容易分离。
9． 全回流时，回流比r=，d=0，f=0，所需理想板层数最少。
二。问答题（10分）
1.选择输送管路的管径时，从技术经济角度应考虑那些因素？如何选择？
答：应综合考虑设备投资和输送费用，总费用最低时的管径为最佳管径。
2.当热流体为水，冷流体为空气时，为了提高换热器的总传热系数k，应在空气侧，还是水侧加装翅片？为什么？
答：应安装在空气侧，因为空气侧的小，对总传热系数k影响最大。
3.精馏塔正常操作时，其汽、液流量应在控制在什么范围内？
答：雾沫夹带线、液泛线、液相负荷上限线、漏液线和液相负荷下限线。
三。计算题（50分）
1. （20分）在图示管路中装有离心泵，吸入管直径d1=80mm，长l1=6m,阻力系数1=0.02，压出管直径d2=60mm，长l2=13m，阻力系数 2 =0.
03 。在管路a、b、e、f、g处的局部阻力系数分别为a =0.5, b=0.
75, e=6.4, f=0.75, g=1，管路两端水面高度差h=10m，泵进口高于水面2m，管内流量为1210-3m3/s，试求：
每千克流体需从离心泵获得多少机械能？
解]在1-1 和2-2 之间。
（10分）又。
2.（15分）用一传热面积为3m2（以外表面积为准），由252.5mm管子组成的单程列管式换热器，用初温为10c的水将机油由200c冷却至100c，水走管内，油走管间。
已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h，其比热容分别为4.18kj/(kgk)和2.0kj/(kgk)，水侧和油侧的对流表面传热系数分别为2000w/(m2k)和250w/(m2k)，两侧可视为呈逆流流动，如不计算管壁及污垢热阻：
试计算说明该换热器是否合用？[解]
10分）k = 216.2 w/(m2k)
该换热器合用5分）
3.（15分）用板式精馏塔常压下分离苯甲苯溶液，塔顶为全凝器，塔釜用间接蒸汽加热，相对挥发度=2.50，进料量为140kmol/h，进料组成xf=0.
5（摩尔分数），饱和液体进料，塔顶馏出液中苯的摩尔分数为0.951，塔釜采出液中苯的摩尔分数为0.021，回流比，求：
1)塔顶馏出液组成xd及釜液组成xw；
2)写出提馏段操作线方程；
3)最小回流比；
4)试求出塔底最后一块塔板流出的液体组成。
解] （1）依题意知：
对全塔进行物料衡算有。
联立(1)(2)解得。
5分）2）提馏段操作线方程为。
因为，，，故有。
所以提馏段操作线方程为。
5分）3）由于进料热状况参数q=1，所以q线与平衡线交点的横坐标为，交点的纵坐标为。
于是有。解得 （5分）
4）再沸器相当于一个理论级，即釜内产出的气相组成yw与xw为平衡关系，满足相平衡方程。
进入再沸器的液相组成xn与yn之间应符合提馏段操作线方程，即有。
解得 （5分）
四．（10分）、理想功定义为（）；稳流过程损失功=（）稳流体系熵平衡方程为（）。
稳流体系热力学第一定律为（）；目的火用效率=（）
答：理想功定义为（指体系的状态变化以完全可逆过程进行时，理论上所能产生的最大功或者必须消耗的最小功。）；稳流过程损失功=（wac-wid）；
稳流体系熵平衡方程为（）。
稳流体系热力学第一定律为（δh++g△z = q+ws）；目的火用效率=（）
5．（6分）、热力学第二定律的三种表述。
1）克劳修斯说法：“热不可能自动从低温物体传给高温物体。”
2）开尔文说法：“不可能从单一热源吸热使之完全变为有用的功，而不引起其它变化。”
3）dst=（dssys+dssur）≥0即在实际过程中，体系或环境的熵变可正可负，但体系和环境的总熵变只增不减。上式可作为过程是否能进行的判别式，当总熵变增大到不能再增加时，dst=0是过程进行的终点，即体系达到平衡的条件。因此，熵增原理解决了过程的方向和限度问题。
六．（4分）、如何合理利用水蒸气？
a）压力相同时，过热蒸汽的火用较饱和蒸汽大，故其做功本领也大；
b）温度相同时，高压蒸汽的焓值反较低压蒸汽小，所以通常用低压蒸汽作为工艺加热之用，以减少设备费用；
c）温度相同时，高压蒸汽的火用较低压蒸汽大，而且热转化为功效率也较高。
d）饱和蒸汽所能放出的热量基本相等，但高压蒸汽的火用较低压蒸汽大。
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