化原試卷例與思路

11制藥化工原理考試試題A、B卷題型例及思路試題題型---填空（10分，每小題2分）；為防止汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，必須使泵入口處的壓強(qiáng)_________飽和蒸汽壓。選擇（10分，每小題2分）；為使U形壓差計(jì)的靈敏度較高,選擇指示液時(shí)，應(yīng)使指示液和被測(cè)流體的密度差（ρ指—ρ）的值（）。A.偏大；B.偏??；C.越大越好；D.不確定。判斷（5小題，10分）；齒輪泵啟動(dòng)前應(yīng)先關(guān)閉出口閥，以減少電機(jī)的啟動(dòng)功率。（）問答（2～3小題，10分）；為什么單缸往復(fù)壓縮機(jī)的壓縮比太大，會(huì)使壓縮機(jī)不能正常工作？計(jì)算60%（4小題）。計(jì)算題題型：流體流動(dòng)與輸送1．用離心泵將水從貯槽送至高位槽，已知兩設(shè)備液面間的高度差、離心泵壓頭與流量的關(guān)系（離心泵特性曲線），泵的效率，兩槽均為敞口，且水面維持恒定，管路系統(tǒng)的壓頭損失表達(dá)式hf=f（Qe），管內(nèi)流動(dòng)已進(jìn)入阻力平方區(qū)?，F(xiàn)用此管路輸送另一已知密度的水溶液（其它物性可視為與水相同），管路狀態(tài)及管路兩端條件均維持不變。試分別計(jì)算輸送水與水溶液時(shí)的流量和軸功率。解題思路：計(jì)算輸送水與水溶液時(shí)的流量和軸功率，需要計(jì)算出流速和壓頭。（1）當(dāng)輸送水時(shí)，選擇截面、基準(zhǔn)面，列出機(jī)械能衡算式：，代入已知條件，大截面上速度約為零，整理得到管路特性曲線方程，根據(jù)離心泵工作點(diǎn)定義，H=he，Q=Qe，將管路特性曲線方程與離心泵特性曲線方程聯(lián)立，則可以求出管路流量，泵的壓頭，則軸功率即可求出；（2）當(dāng)輸送另一密度的水溶液時(shí)，因進(jìn)入阻力平方區(qū)，管路狀態(tài)及管路兩端條件均維持不變，所以管路特性曲線方程不變。離心泵的壓頭與流量均與液體的密度無關(guān)，泵的特性方程不變，則泵的工作點(diǎn)仍然維持在原來的點(diǎn)，則流量、壓頭、泵效率保持不變，功率與密度有關(guān)，泵的軸功率即可求出。2．一高位槽下接已知規(guī)格Φ的水管，擬將水引向一樓用戶。已知從水槽到一樓管出口處的總長(zhǎng)度（未包括球心閥及管出口損失的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)）、摩擦系數(shù)、球心閥全開時(shí)的阻力系數(shù)。（1）試求當(dāng)閥全開時(shí)，一樓水的流速為多少？流量又是多少m3/h?(2)今若在一樓管道出口閥門處接一相同直徑的管子，將水引向高于一樓一定高度（已知）的三樓處。試核算當(dāng)一樓閥全開時(shí)，三樓是否有水流出？解題思路：（1）選擇截面（由于當(dāng)量長(zhǎng)度未包括管出口損失，故應(yīng)選管路出口內(nèi)側(cè)為下截面）、基準(zhǔn)面，列出機(jī)械能衡算式：20m，代入已知條件，大截面上速度約為零，下游截面有動(dòng)能項(xiàng)，兩截面壓強(qiáng)為大氣壓，計(jì)算出管路阻力，由于管內(nèi)流速未知，阻力是一速度的表達(dá)式，代入機(jī)械能衡算式，就可以求出管內(nèi)流速，體積流量由公式求出；（2）再以高位水池液面為截面1，閥前接管處為截面3，并以3為基準(zhǔn)面，在1-3間列出機(jī)械能衡算式：，由求出的流速計(jì)算從1到3的流動(dòng)阻力，代入已知條件，就可以求出接管處的壓強(qiáng)（表壓），再求出對(duì)應(yīng)的靜壓頭p/ρg，然后與已知的一樓和三樓間的高度差進(jìn)行比較，如靜壓頭大于高度差，則三樓可以出水，如靜壓頭小于高度差，則不能出水。20m3、已知泵輸送液體系統(tǒng)中管內(nèi)流量，液面高度差，直管管長(zhǎng)，摩擦系數(shù)，各阻力系數(shù)，P1，P2，管內(nèi)流速，密度ρ，求所需管徑，有效功率。解題思路：根據(jù)系統(tǒng)中管內(nèi)流量，管內(nèi)流速，d=（4V/u）0.5，可以計(jì)算出管內(nèi)徑；求有效功率，先求有效功，選截面和基準(zhǔn)面，兩大液面間列機(jī)械能衡算式（含阻力），gZ1+(p1/ρ)+(u12/2)+We=gZ2+(p2/ρ)+(u22/2)+ΣWf1-2，代入已知的壓強(qiáng)，高度差，大截面上的速度約為零，管內(nèi)流速，摩擦損失用計(jì)算公式∑Wf＝（λΣl/d+Σζ)](u2/2)代入，整理得到有效功。再計(jì)算出質(zhì)量流量，質(zhì)量流量等于體積流量乘密度ms=Vsρ，兩者乘積即為有效功率Ne=msWe。注意單位。傳熱1．在一鋼制套管式換熱器中，已知管子規(guī)格Φ、冷流體走管內(nèi)、冷流體進(jìn)出口溫度、熱流體質(zhì)量流量、進(jìn)口出口溫度、兩流體流動(dòng)方式、兩流體的對(duì)流傳熱系數(shù)、比熱、鋼材導(dǎo)熱系數(shù)，兩側(cè)的污垢熱阻可忽略不計(jì)，熱損失為冷流體吸熱量的a%。試求：（1）冷卻水消耗量；（2）所需的總管長(zhǎng)。解題思路：（1）由熱量衡算方程，解得ms2；（2）求所需的總管長(zhǎng)，需要計(jì)算出傳熱面積。計(jì)算出兩流體流動(dòng)方式下的對(duì)數(shù)平均溫度差：，以管外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)，不計(jì)兩側(cè)污垢熱阻，則，由傳熱速率方程可得傳熱面積，也可以用熱流體的全部釋放熱量作為傳熱量計(jì)算，稍微增長(zhǎng)些。2．一臥式鋼質(zhì)換熱管的列管冷凝器，已知管長(zhǎng)、直徑Φ、管內(nèi)冷流體流速、冷流體進(jìn)口溫度、出口溫度、某飽和蒸汽作為熱流體在管外冷凝成同溫度的液體、熱流體質(zhì)量流量、熱流體溫度、蒸汽的冷凝潛熱、蒸汽冷凝傳熱系數(shù)、管內(nèi)側(cè)熱阻為外側(cè)的百分?jǐn)?shù)a%、污垢熱阻又為管內(nèi)側(cè)熱阻的百分?jǐn)?shù)b%、冷流體比熱、冷流體密度、忽略管壁熱阻和熱損失，由于單側(cè)恒溫傳熱，多管程后不需考慮溫度差校正系數(shù)。試計(jì)算換熱器的總根數(shù)及換熱器的管程數(shù)。解題思路：由需要冷卻水的總流量和單管內(nèi)水的流量確定管子的根數(shù)，再根據(jù)所需的傳熱面積確定管程數(shù)。根據(jù)熱量衡算式計(jì)算出傳熱量和冷流體的流量、，由已知的管子規(guī)格和管內(nèi)流速計(jì)算單管內(nèi)水的流量為，再根據(jù)總質(zhì)量流量和每根管子的流量計(jì)算出每程管子根數(shù)：，取整數(shù)，再求出每程所能提供的傳熱面積；由題給數(shù)據(jù)可計(jì)算總傳熱系數(shù)、溫度差、需要的總傳熱面積，則需要的管程數(shù)：N=A1/A1，取整數(shù)，則總管根數(shù)n為單程管子根數(shù)乘管程數(shù)。3．已知一換熱器，列管的規(guī)格φ，長(zhǎng)度，根數(shù)，熱流體蒸汽的溫度，熱流體側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)，冷流體進(jìn)口溫度、出口溫度，冷流體質(zhì)量流量，冷流體的比熱Cp2，導(dǎo)熱系數(shù)，粘度，普蘭特準(zhǔn)數(shù)，熱損失不計(jì)，核算該換熱器可否滿足上述工藝要求。解題思路：核算換熱器是否滿足工藝要求，可以用傳熱面積或傳熱量進(jìn)行比較，現(xiàn)用面積比較，提供的大于需要的，就可以，反之就不行。需要的傳熱面積用總傳熱速率方程求??；首先用熱量計(jì)算方程計(jì)算出冷流體吸收的熱量，其次用公式計(jì)算出對(duì)數(shù)平均溫度差，單側(cè)恒溫，故不分逆并流；再者關(guān)聯(lián)管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)，先計(jì)算體積流量、再流速、再雷諾數(shù)、再用關(guān)聯(lián)式計(jì)算管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)，代入總傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式求出K；最后用總傳熱速率方程求出完成任務(wù)所需的傳熱面積，再計(jì)算出實(shí)際換熱器的面積，進(jìn)行比較判斷，注意單位。三、吸收1．一填料塔在常溫常壓下用吸收劑吸收某氣體組分，已知混合氣入塔濃度（摩爾分率），吸收劑進(jìn)口濃度，要求吸收率，操作條件下的平衡關(guān)系y=mx，求（1）出口溶液能達(dá)到的最大濃度；（2）最小液氣比；（3）當(dāng)已知吸收劑用量為最小用量的倍數(shù)時(shí)的傳質(zhì)單元數(shù)；（4）已知傳質(zhì)單元高度時(shí)的填料層高度。解題思路：該體系可以低濃處理，先由ya=（1－η）yb求出氣體出塔濃度；當(dāng)出塔液體濃度與進(jìn)塔氣體濃度達(dá)到相平衡時(shí)出口溶液濃度為最大，由xb*=yb/m即可求出；最小液氣比可由公式計(jì)算，求出實(shí)際液氣比，計(jì)算出脫吸因數(shù)S=mG/L，由傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算公式計(jì)算NOG，；由公式計(jì)算出填料層高度。2．一填料塔，已知填料層高度、操作溫度與壓強(qiáng)，用吸收劑吸收某氣體組分，已知混合氣入塔質(zhì)量流量，氣體進(jìn)口濃度（體積%）和吸收劑進(jìn)口濃度，要求吸收率，操作條件下的平衡關(guān)系Y=mX，求（1）液相出口濃度；（2）用氣相組成表示的平均推動(dòng)力；（3）傳質(zhì)單元高度。解題思路：先根據(jù)凱規(guī)則求出進(jìn)塔混合氣體的平均分子量，Mm=∑Miyi；根據(jù)混合氣體進(jìn)口濃度（體積百分率等于摩爾分率）計(jì)算出摩爾比Yb，根據(jù)吸收率計(jì)算出出口摩爾比Ya，氣體質(zhì)量流量除于平均分子量求出混合氣體摩爾流量，再根據(jù)求出惰性成分摩爾流量，液體質(zhì)量流量除于分子量求出吸收劑摩爾流量，由物料衡算式求出出口液體的濃度，；根據(jù)公式計(jì)算用氣相組成表示的平均推動(dòng)力，；再由計(jì)算出傳質(zhì)單元高度。3．已知混合氣流量，進(jìn)口濃度yb，回收率，吸收劑進(jìn)口濃度，吸收劑用量為最小用量的倍數(shù)，平衡關(guān)系為Y=aX，氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)，填料層高度，求該塔能否完成吸收任務(wù)?如不能完成，實(shí)際回收率是多少?解題思路：判斷該塔能否完成吸收任務(wù)，可以用已知的填料層高度與所需的高度比較或出塔氣體濃度相比較，現(xiàn)用填料高度相比，小于提供的就可以，大于提供的就不行。先將摩爾分率計(jì)算成摩爾比Yb=yb/(1-yb)，Ya=Yb(1-η)，Xa=xa/(1-xa)，再計(jì)算出最小液氣比(Ls/GB)min=(Yb-Ya)/(Xb*-Xa)，再由倍數(shù)計(jì)算出實(shí)際液氣比，再由物料衡算公式Ls/GB=(Yb-Ya)/(Xb-Xa)計(jì)算出塔液體濃度，然后根據(jù)公式計(jì)算ΔYa=Ya-Ya*=Ya-mXa、ΔYb=Yb-Yb*=Yb-mXb、ΔYm=(ΔYb-ΔYa)/ln(ΔYb/ΔYa)，NOG=(Yb-Ya)/ΔYm，HOG=GB/Kya；也可以用脫吸因數(shù)法S=m/(Ls/GB)，NOG=1/(1-S)ln[(1-S)（Yb-mXa）/（Ya-mXa）+S]；h=HOG×NOG計(jì)算出填料層高度，判斷該塔能否完成吸收任務(wù)；不能，需要計(jì)算出實(shí)際的出塔氣體濃度，HOG不變，m不變，S不變，NOG變少，用提供的填料高度計(jì)算出NOG，代入NOG=1/(1-S)ln[(1-S)(yb-mxa)/(ya-mxa)+S]求出氣體出口濃度，η=(Yb-Ya)/Yb×100%計(jì)算實(shí)際吸收率。四、精餾1．某二元混合物精餾，已知進(jìn)料狀態(tài)、塔頂設(shè)全凝器、泡點(diǎn)回流、進(jìn)料濃度（摩爾分率，下同），要求塔頂產(chǎn)品濃度與塔底殘液濃度、相對(duì)揮發(fā)度、操作回流比是最小回流比的倍數(shù)。試求：（1）提餾段操作線方程；（2）進(jìn)入第一塊理論板（由塔頂往下數(shù)）的汽相濃度。解題思路：設(shè)進(jìn)料量F為一定值，由物料衡算式F=D+W，F(xiàn)xF=DxD+WxW，xD、xF及xW，即可求出D，xD，W；由進(jìn)料狀況與進(jìn)料濃度就可知操作線與相平衡線交點(diǎn)的某一座標(biāo)，即某一相濃度，再由相平衡方程求出另一相組成；由求出最小回流比Rmin進(jìn)而求出實(shí)際回流比R，由V=（R+1）D、V=V+（1-q）F、q，即可求出塔釜上升的蒸汽量V；由L=RD、L=L+qF、q，求出提餾段液相量L，代入方程即可得到提餾段操作線方程；進(jìn)入第一塊理論板的汽相濃度，即y2，先求出精餾段方程，由y1=xD、、可以求出y2。2．某二元混合液體中，重組分為水，塔頂設(shè)全凝器，泡點(diǎn)回流。已知：料液進(jìn)料狀態(tài)，進(jìn)料液流量F，進(jìn)料液組成xF，實(shí)際回流比是最小回流比的倍數(shù)R=aRmin，塔頂產(chǎn)品濃度xD，塔頂易揮發(fā)組分的回收率，操作條件下相對(duì)揮發(fā)度，且滿足恒摩爾流假定。試求：（1）塔底產(chǎn)品組成xW；（2）分別列出該設(shè)計(jì)條件下精餾段和提餾段操作線方程；（3）若采用直接水蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品量W和組成xW有什么變化？解題思路：由物料衡算式F=D+W，F(xiàn)xF=DxD+WxW，DxD/FxF及WxW/FxF，即可求出D，W，xW；由進(jìn)料濃度、進(jìn)料狀態(tài)、平衡關(guān)系推出加料線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)，由計(jì)算出Rmin，再由R=aRmin計(jì)算出回流比R，由V=（R+1）D、L=RD、計(jì)算出V、L，由L=L+qF，V=V+(1-q)F，q計(jì)算出L、V，代入方程精餾線，。(3)采用直接水蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品量W增大，組成xW變小。3、連續(xù)精餾塔分離某二元混合物，已知原料液流量、原料組成（易揮發(fā)組分摩爾分率，下同）、汽液混合進(jìn)料、蒸汽摩爾分?jǐn)?shù)、餾出液組成、回流比、要求易揮發(fā)組分回收率，求：（1）釜底液摩爾流量；（2）提餾段操作線方程。解題思路：根據(jù)已知進(jìn)料量、進(jìn)料濃度、回收率和計(jì)算出塔頂出料量，根據(jù)物料衡算F=D+W，F(xiàn)xF=DxD+WxW；計(jì)算出塔底