10專業(yè)課知識(shí)華東理工真題答案2004已

1、2004 年華東理工大學(xué)化工原理一、簡(jiǎn)答題1、答：動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒定律都從第二定律出發(fā)導(dǎo)出，都反映了流體各運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化規(guī)律。流體必應(yīng)同時(shí)遵循這兩個(gè)規(guī)律，但在實(shí)際運(yùn)用場(chǎng)合卻有所不同。當(dāng)機(jī)械能守恒定律應(yīng)用于實(shí)際流體時(shí)，由于流體的粘性導(dǎo)致機(jī)械能的耗損。因此機(jī)械能式中將出現(xiàn)hf 項(xiàng)。但動(dòng)量守恒定律卻不同，它只將力和動(dòng)量變化率練習(xí)起來，并未涉及能量和能耗問題。因此，在實(shí)際流體的過程中，當(dāng)機(jī)械能損耗無法確定，機(jī)械能式不能有效的應(yīng)用時(shí)，可以試用動(dòng)量守恒定律確定各運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系。但必須有一前提：控制體內(nèi)流體所受的作用力能夠正確地確定，或者主要的外力可以確定而次要的外力可以忽略。反之，當(dāng)重要的外力不能確

2、定，而阻力能從其它途徑求得，或阻力可以忽略，則機(jī)械能式可有效地解決問題。但最終均須借助實(shí)驗(yàn)對(duì)所得關(guān)系式進(jìn)行校正。【考點(diǎn)分析】：此題流體中的守恒：質(zhì)量守恒、能量守恒和動(dòng)量守恒，屬于基礎(chǔ)知識(shí)題。2、答：因次分析法的具體步驟：（1）、找出影響過程的獨(dú)立變量；（2）、確定獨(dú)立變量所涉及的基本因次；（3）、構(gòu)造因變量和自變量的函數(shù)式，通常以指數(shù)方程的形式表示；（4）、用基本因次表示所有獨(dú)立變量的因次，并寫出各獨(dú)立變量的因次式；（5）、依據(jù)物理方程的因次一致性原則和定理得到準(zhǔn)數(shù)方程；（6）、通過實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)準(zhǔn)數(shù)方程的具體函數(shù)式；【考點(diǎn)分析】：因次分析法是將多變量函數(shù)整理為簡(jiǎn)單的無因次數(shù)群的函數(shù)，然后通過實(shí)

3、驗(yàn)歸納整理出算圖或準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式，從而大大減少實(shí)驗(yàn)工作量，同時(shí)也容易將實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到工程計(jì)算和設(shè)計(jì)中。3、答：液流中湍動(dòng)的強(qiáng)弱雖難以直接測(cè)量，但可從攪拌器所產(chǎn)生的壓頭大小反映出來。液體在容器內(nèi)作循環(huán)，攪拌器對(duì)質(zhì)量流體所提供的能量必定全部消耗在循環(huán)回路的阻力損失上，增加循環(huán)回路的阻力損失即提高液流的湍動(dòng)程度，可采取的措施有：（1）、提高攪拌器的轉(zhuǎn)速，攪拌器可提供較大的壓頭；（2）、容器內(nèi)液體的圓周運(yùn)動(dòng)，方法如下：1 在攪拌釜內(nèi)裝擋板；2破壞循環(huán)回路的對(duì)稱性。（3）、安裝導(dǎo)流筒來抑制圓周運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)展，嚴(yán)格控制方向，既消除短路現(xiàn)象又有助于消除死區(qū)。【考點(diǎn)分析】：此題攪拌器性能方面的知識(shí)，屬于基礎(chǔ)題。4、答

4、:對(duì)于固定了的流固系統(tǒng)，物性、和r都是定值，單個(gè)球形顆粒的沉降速度直與粒徑有關(guān)，實(shí)際中還需考慮下列：干擾沉降、端效應(yīng)、分子運(yùn)動(dòng)、非球形、液滴或氣泡的運(yùn)動(dòng)等?！究键c(diǎn)分析】：此題顆粒沉降速度方面的知識(shí)。5、答：設(shè)有一正常操作的流化床，由于某種干擾在床內(nèi)某局部區(qū)域出現(xiàn)一個(gè)空穴，該處床層密度即阻力必然減小，附近的氣體便優(yōu)先取道此空穴而通過?？昭ㄌ帤怏w流量的急劇增加，可將空穴頂部的顆粒推開，從而空穴變大?？昭ㄗ兇笥质乖撎幾枇M(jìn)一步減小，氣體流量進(jìn)一步增加，從而產(chǎn)生惡性循環(huán)。這種惡性循環(huán)稱為流化床層的內(nèi)生不穩(wěn)定性。為抑制流化床的這一不利，通常采取以下措施：設(shè)計(jì)適當(dāng)開空率和壓降的分布板來增加分布板的阻力；設(shè)

5、置水平擋板或垂直構(gòu)件的構(gòu)件；采用小直徑、寬分布的顆粒；采用細(xì)顆粒、高氣速流化床。【考點(diǎn)分析】:此題流化床流化質(zhì)量的相關(guān)定義，屬于概念性題。6、答：影響輻射傳熱的主要有：（1）溫度的影響。輻射熱流量正比于溫度四次。（2）、幾何位置的影響。角系數(shù)對(duì)兩物體間的輻射傳熱有重要影響；（3）、表面黑度的影響。通過改變表面黑度的方法可以強(qiáng)化或減弱輻射傳熱。（4）輻射表面之間介質(zhì)的影響?！究键c(diǎn)分析】：此題熱輻射方面的基礎(chǔ)知識(shí)。7、答：化學(xué)吸收與物理吸收相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）、化學(xué)吸收提高了吸收的選擇性；（2）、加快了吸收速率，從而減少了設(shè)備容積；（3）、反應(yīng)增加了溶質(zhì)在液相的溶解度，減少吸收劑用量；（4）

6、、反應(yīng)降低了溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，可較徹底地除去氣相中很少量的有害氣體?！究键c(diǎn)分析】:由于化學(xué)吸收與物理吸收相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此工業(yè)吸收操作多數(shù)是化學(xué)吸收。8、答：恒沸精餾和萃取精餾都是在被分離溶液中加入某種添加劑以改變?cè)芤褐懈鹘M分間的相對(duì)揮發(fā)度而實(shí)現(xiàn)分離的。但其差別在于：（1）、恒沸精餾添加劑必須與被分離組分形成恒沸物；而萃取精餾則無此限制，故萃取精餾添加劑的選擇范圍較廣；（2）、恒沸精餾的添加劑被汽化由塔頂蒸出，此項(xiàng)潛熱消耗較大（尤其當(dāng)餾出液比例較多時(shí)），其經(jīng)濟(jì)性不及萃取精餾；（3）、由于萃取必須不斷由塔頂加入，故萃取精餾不能簡(jiǎn)單地用于間歇操作，而恒沸精餾從大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)至小型間歇精

7、餾均能方便地操作?！究键c(diǎn)分析】：為了將恒沸物中的兩個(gè)組分加以分離，可以采用特殊精餾的方法是恒沸精餾和萃取精餾。9、答:如果板式塔設(shè)計(jì)不當(dāng)或操作不當(dāng)，塔內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生一些使塔根本無法工作的不正?，F(xiàn)象：（1）、夾帶液泛：對(duì)一定的液體流量，當(dāng)氣速增至某一定數(shù)值時(shí)，塔板上必將出現(xiàn)惡性循環(huán)，板上液層不斷增厚而不能達(dá)到平衡；最終液體將充滿全塔，并隨氣體從塔頂溢出；（2）、溢流液泛：因降液管通過能力的限制而引起的液泛；（3）、漏液：液體在板上與垂直向上的氣體進(jìn)行錯(cuò)流接觸由降液管流下，當(dāng)氣速較小時(shí)，部分液體從篩孔直接落下的現(xiàn)象。【考點(diǎn)分析】：此題板式塔的不正常操作現(xiàn)象，屬于基礎(chǔ)知識(shí)題。10、答：載點(diǎn)（L 點(diǎn)）：空

8、塔氣速增大至L以后，氣速使上升氣流與下降液體間摩擦力開始阻礙液體順利，使填料表面持液量，占去空隙，氣體實(shí)際速度與空塔氣速的比值顯著提高，故壓力降比以前增加的快，這種現(xiàn)象稱為載液，L 點(diǎn)稱為載點(diǎn)。泛點(diǎn)（F 點(diǎn)）：空塔氣速增大至F以后，P 與呈垂直關(guān)系，表明上升氣體足以液體，于是液體充滿填料層空隙，氣體只能鼓泡上升，隨之液體被氣流帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn)定，甚至被完全破壞。這種現(xiàn)象稱為液泛，F(xiàn) 點(diǎn)稱為泛點(diǎn)?！究键c(diǎn)分析】：此題屬于填料塔基礎(chǔ)知識(shí)題。二、流體計(jì)算【考點(diǎn)分析】：此題出自分支與匯合管路的計(jì)算，分支管路系統(tǒng)的規(guī)律為：V = V1 + V2；u2u2P0P1z g + 0 = zg + 1 +

9、 h01f,0122u2P2= z g + 2 + h2f,022= 常數(shù)解：（1）根據(jù)分支管路，在截面 1-1、2-2之間分別列柏努利方程u2u2PAPBZAg + A = ZBg + B + hfAO + hfOB22其中，ZA = ZB = 0; uA = uB = 0; PB = 0; PA以表壓計(jì)lA 2lB 20 ; hfOB = 2 hfAO = dA 2dB 2代入上述方程即有：lA u2lB u2PA（a）= 0 + 2dA 2dB 2同理在A 槽和 C 槽間有：u2u2PAPCZAg + A = ZCg + C + hfAO + hfOC22lA u2lC u2u2PA1

10、+ 1(b)ZAg += 0 + dA 2dC 22222l ul uu（b）-（a）得：Z g = C 1B 2 12 + AdC 2dB 22整理得：u = (Z g + )/(+ )l ulC2B 1AdB 22dC2d2已知 q2 = u2 A = u2 24= 4q2= 418/3600 = 2.548m/su2d23.140.522代入上式：u = (10 9.8 + 0.03 2.5482)/(0.03+ 15) = 2.852m/s7575120.052 0.052支管 OC 的體積流量為：d23.140.052q1 = u1 1 3600 = 2.852 3600 = 20.

11、15m3/h44(2) 分管支路中，OA 管段流量1+q2=18+20.15=38.15m3/h= 4q0 = 438.15/3600 = 2.40m/s;其流速u0d23.140.075202022l ul u代入式中得：ABP = + AdA 2dB 2lA u2lB u21002.4022.548275PA = (0 + 2) = 1000 0.03 (+)dA 2dB 20.07520.052= 261.28 103Pa =261.28kPa即A 槽上方壓強(qiáng)表的讀數(shù)PA 為 261.28kPa三、吸收計(jì)算【考點(diǎn)分析】：塔高可根據(jù)公式：H = HOGNOG來計(jì)算，則11 y y1必須先確

12、定傳質(zhì)單元數(shù)N的大小，2 1=ln (1 )+ OG11A y2yA2A當(dāng)液氣比改變時(shí)，而NOG不變，則根據(jù)NOG可求得出塔時(shí)各組分的含量。解：（1）如圖，由已知條件，y1 = 0.06, x2 = 0;由回收率可求出塔氣體組成：y2=y1(1 ) = 0.06 (1 0.95) = 0.003又相平衡關(guān)系為：y = 1.2x則吸收塔最小液氣比：（ L ）= y1y2 = 0.060.003 = 1.14Gx1x20.06/1.2min全塔液氣比：（L ） = 1.4（ L ）= 1.4 1.14 = 1.596GGmin(L) = y1y2 = 0.060.003 = 1.596又物料守恒方

13、程式得：Gx1x2x10塔底出塔氣體組成：x1 = 0.0357因數(shù):1= mG = 1.2= 0.752AL1.5961 x2y11) 2 +NOG =1 ln (1 A x2yA12A10.06=ln (1 0.752)+ 0.752 = 7.02610.7520.003填料版的有效高度：H = HOGNOG = 0.3 7.026 = 2.11mL(2)當(dāng)液氣比（ ） = 1.8 時(shí)，G因數(shù)： 1 = 1.2 = 0.667mLA1.8(G)11 ) y1 +1 = 7.026 求得：由Nln (1 =OG1 1A yA2A= 0.0020, 代入物料守恒方程：y2y1yL0.060.0

14、02（ ）= 2 = 1.8 x = 0.0321x x2xG11即出塔液體濃度為 0.032，氣體濃度為 0.002。四、精餾計(jì)算【考點(diǎn)分析】：對(duì)塔 1、塔 2 分別進(jìn)行物料，即可求得 D、T、B、W 的流率；兩股進(jìn)料時(shí)，對(duì)理想物系操作線與平衡線相交的最大可能處即為兩個(gè)加料口處，可分別求出兩處的最小回流比，取較大值作為塔德最小回流比；泡點(diǎn)進(jìn)料，有了塔 1 的回流比，即可寫出 F 點(diǎn)以下所遵循的提餾線操作線方程。解：（1）分別對(duì)塔 1、塔 2 進(jìn)行物料：F+T=D+BFxF + TxT = DxD + BxBB=T+WBxB = TxT + WxW代入數(shù)據(jù)100+T=D+B40 + 0.7T

15、= 0.99D + 0.2B聯(lián)立上述兩方程組，求得B=T+W0.2B = 0.7T + 0.01WD=39.80kmol/h;T=22.88 kmol/hB=83.08 kmol/h ;W=60.20 kmol/h(2)對(duì)理想混合物，挾點(diǎn)可能出現(xiàn)在 F 或 T 點(diǎn)I、當(dāng) T 為塔 1 的挾點(diǎn)時(shí)泡點(diǎn)進(jìn)料q1 = 1；有xe1 = xT = 0.7,x2x由相平衡方程：y =1+(1)x1+x求得挾點(diǎn)處坐標(biāo)為e1(0.7,0.82)= xDye1 = 0.990.82 = 1.417最小回流比：R1,minye1xe10.820.7、當(dāng) F 為塔 1 的挾點(diǎn)時(shí)泡點(diǎn)進(jìn)料q1 = 1；有xe2 = x

16、F = 0.4x2x由相平衡方程：y =1+(1)x1+x求得挾點(diǎn)處坐標(biāo)為e2(0.4,0.57)設(shè)塔 1 的 F、B 之間即提鎦段上升氣體和下降液體流量分別為V、L則提鎦段操作線的斜率為:L = ye2xB = 0.570.2 = 1.85Vxe2xB0.40.2塔一得塔釜處物料：L = V + B = V + 83.08可求得塔釜上升氣體流率：V = 97.74kmol/h設(shè)兩股進(jìn)料間（F 與T 之間）和精餾段氣體流率為V、VV= V (1 qT)T = V (R2,min + 1)DV = V (1 qF)F = V (R2,min + 1)D= V 1 = 1.456最小回流比R2，m

17、inD因?yàn)镽2，min最小回流比為 1.456。 R1,min，故此提鎦段最小回流比為 1.456，亦即塔 1 的（3）塔 1 的回流比：R = 1.5R2，min = 1.5 1.456 = 2.184則提鎦段的氣體和液體流率分別為：V = V= (R + 1)D = (20184 + 1) 39.80 = 126.72kmol/hL = L + qFF = L + qTT + qFF = DR + F + T= 2.184 39.80 + 100 + 22.80=209.80kmol/hF 與B 之間的操作線方程為：y= L x B x = 209.80 x 83.080.2 = 1.65

18、6x 0.131n+1nBnnVV126.72126.72五、傳熱計(jì)算【考點(diǎn)分析】：本題前一部分為不定態(tài)傳熱部分，可借助熱平衡方程求出瞬間液體、換熱盤管和攪拌釜外表面之間的熱量關(guān)系；根據(jù)換熱時(shí)間可求出冷流體的熱通量。再由傳熱基本方程即出連續(xù)換熱器的換熱面積。解：（1）假設(shè)在溫度 t 時(shí)，經(jīng)過d時(shí)間溫度升高 dt，換熱量：Q=KA(T-t) d=mict + K0A0(t t0)dmicpidt分離變量整理得：d = KA(Tt)K0A0(tt0) dtKA(Tt)K0A0(tt0)對(duì)上式兩邊積分并代入數(shù)據(jù)：377 micpi dtd =0293KA(Tt)K0A0 (tt0) micpi =ln KAT+K0A0t0377(KA+K0A0