化工原理试卷（计算题）
班级 姓名 分数
一、计算题 ( 共43题 320分 )
1. 5 分 (2823)
如图，用泵将15 ℃的水从水池送至一敞口储槽中。储槽水面与水池液面相距10 m，水面高度均保持不变。输水管内径为68 mm，管道阻力造成的总能量损失为20 J·kg-1，试问泵需给每千克的水提供多少能量？
2. 10 分 (3758)
一单程列管换热器, 平均传热面积A为200 m2。310 ℃的某气体流过壳程，被加热到445
℃, 另一种580 ℃的气体作为加热介质流过管程, 冷热气体呈逆流流动。冷热气体质量流量分别为8000 kg·h-1和5000 kg·h-1, 平均比定压热容均为1.05 kJ·kg-1·K-1。如果换热器的热损失按壳程实际获得热量的10%计算, 试求该换热器的总传热系数。 3. 5 分 (2466)
已知20℃水在109 mm×4.5 mm的导管中作连续定态流动（如图所示）,流速为3.0 m·s-1。液面上方的压强p=100 kPa。液面至导管中心的距离为4 m，求A点的表压强为多少千帕？（20℃水的密度=1000 kg·m-3）。 4. 10 分 (3711)
在一列管式换热器中进行冷、热流体的热交换, 并采用逆流操作。热流体的进、出口温度分别为120 ℃和70 ℃,冷流体的进、出口温度分别为20 ℃和60 ℃。该换热器使用一段时 间后,由于污垢热阻的影响,热流体的出口温度上升至80 ℃。设冷、热流体的流量、进出口温度及物性均保持不变,试求:污垢层热阻占原总热阻的百分比?
5. 10 分 (4951)
某连续精馏塔在常压下分离甲醇水溶液。原料以泡点温度进塔，已知操作线方程如下：
精馏段：yn +1=0.630 xn+0.361
提馏段：ym +1盈成双低菜籽油=1.805 xm-0.00966
试求该塔的回流比及进料液、馏出液与残液的组成。
6. 5 分 (2190)
精馏塔底部用蛇管加热液体的饱和水蒸气压强为1.093×105 Pa，液体的密度为950 kg·m-3，如图采用型管出料，塔底液面高度H保持1 m。形管顶部与塔内水蒸气空间有一根细管连通。为防止塔内水蒸气由连通管逸出，问形管出口处液封高度h至少应为多少米？（外界大气压强为1.013×105 Pa）。
7. 10 分 (3708)
在某套管式换热器中用水冷却热油, 并采用逆流方式。水的进出口温度分别为20 ℃和60 ℃;油的进出口温度分别为120 ℃和70℃。如果用该换热器进行并流方式操作,并设油和水的流量、进口温度和物性均不变,问传热速率比原来降低百分之几?
8. 10 分 (4547)
由矿石焙烧炉送出来的气体冷却到20 ℃后,再送入逆流操作的填料吸收塔中,用清水洗涤以除去其中的SO2。已知,在平均操作压强为101.3 kPa下,气、液两相的平衡关系式为Y*=30 X。在操作条件下,每小时进塔的炉气体积为1000 m3,其中含SO2的体积分数为0.090,其余为惰性气体。若要求SO2的回收率为90%,吸收剂用量为最小用量的1.2倍,试计
算:
(1) 吸收剂的质量流量;
(2) 溶液出口浓度;
(3) 实际操作液气比。
9. 5 分 (2465)
如图所示，用串联两支水银压差计测蒸气锅炉上方的蒸气压。压力计与锅炉连接管内充满水，两U形管间是空气。已知：R1=1.10 m，R2=1.20 m，h1=3.0 m，h2=1.20 m，h3=1.10 m，试求锅炉内的蒸气表压强。
*. 5 分 (3733)
钢骨架塑料复合管
设有一个热交换器, 利用热的重油预热石油。已知: 重油的流量为每小时4吨, 进、出口温度分别为300 ℃与180 ℃, 重油在300 ℃及180 ℃时的焓分别为6.9 ×105 J· kg-1及3.8 ×105 J· kg-1。石油的流量为每小时6吨, 进、出口温度分别为80 ℃与170 ℃。逆流操作, 其传热系数为150 W·m-2·K-1。试求:
(1)逆流操作时的平均温度差;
(2)逆流操作时所需的传热面积。
11. 5 分 (4530)
用洗油吸收混合气体中的苯,已知混合气体中苯的摩尔分数为0.04,吸收率为80%,平衡关系式为Y*=0.126X,混合气中惰性组分的摩尔流量为1000 kmol·h-1,若喷入吸收塔的洗油中不含苯,洗油用量为最小用量的1.5倍,问洗油用量为多少?
12. 5 分 (4935)
今有苯-甲苯的混合液，已知总压强为101.33 kPa，温度为100 ℃时，苯和甲苯的饱和蒸气
压分别为176.7 kPa和74.4 kPa。若该混合液可视为理想溶液，试求此条件下该溶液的相对挥发度及气、液相的平衡组成。
13. 5 分 (4973)
对苯-甲苯溶液进行连续精馏操作，要求将混合物分离成含苯的质量分数为0.97的馏出液和含苯的质量分数不高于0.02的釜残液。所采用的回流比为3.5,试求精馏段操作线方程式，并说明该操作线的斜率和截距的数值。
14. 5 分 (4526)
已知在1.013×105 Pa(绝压)下,100 g水中含氨1.0 g的溶液上方的平衡分压为9.87×102 Pa,试求:
(1) 溶解度常数H;
(2) 亨利常数E;
(3) 相平衡常数m。
(设稀氨水的密度近于水,即为1000 kg·m-3)
15. 5 分 (3732)
在某热裂化石油装置中, 所产生的热裂物的温度为300 ℃。今拟设计一个热交换器, 利用此热裂物的热量来预热进入的待热裂化的石油。石油的温度为20 ℃, 需预热至180 ℃, 热裂物的最终温度不得低于200 ℃。试计算热裂物与石油在并流及逆流时的平均温度差。
若需将石油预热到出口温度为250 ℃, 问应采用并流还是逆流? 此种情况下的平均温差为多少?
16. 5 分 (3763)
在列管换热器中用水冷却油。冷却水在19 mm×2 mm的列管内流动 , 并已知列管内冷却水一侧传热膜系数1=3.50×103 W·m-2·K-1。热油在列管外壳程流动, 列管外热油一侧传热膜系数2= 2.60×102 W·m变频模块-2音调控制电路·K-1。列管内外壁都有污垢, 水侧污垢层的热阻Rs,1=3.2×10-4 m2·K·W-1, 油侧污垢层的热阻Rs,2=1.08×10-4 m2尼龙包胶线·K·W-1。管壁的导热系数=45.0 W·m-1·K-1。试求:
(1)总传热系数;
(2)污垢层热阻占总热阻的百分率。
17. 10 分 (4972)
在一连续精馏塔内分离某双组分混合液，其相对挥发度为2.40。进料中含轻组分的摩尔分数为0.50,泡点进料，操作回流比取最小回流比的1.5倍，塔顶产品中轻组分含量的摩尔分数为0.90,若设想保持操作回流比不变，而只增多塔板数，试问塔顶产品中轻组分的摩尔分数最大可能的极限值为多大？这时塔板数需增大到多大？
18. 10 分 (2152)
如图所示，贮槽内水位恒定，距液面6 m深处用一内径为80 mm的钢质水管与水槽相连，管路上装有一阀门，距管路入口端3 m处有一压力表，当阀门全开时，压力表的读数为2.6×104 Pa（表压）。直管的摩擦系数=0.03。管路入口处的局部阻力系数=0.5。试求：阀门阻力引起的能量损失。
19. 5 分 (4968)
有一常压操作的苯-甲苯精馏塔，塔顶为全凝器，在全回流下测得馏出液组成xd=0.95,第二块塔板上升蒸气组成y2=0.916,物系的相对挥发度为2.47,求第一块塔板的塔板效率。
20. 5 分 (4538)
在某填料吸收塔中,在常温常压下用清水对含SO2的混合气体进行逆流吸收操作。混合气中含SO2的摩尔分数为0.08,其余为惰性气体。已知水的用量比最小用量大65%,若要求每小时从混合气中吸收2.0×103 kg的SO2,问每小时的用水量为多少立方米?直流调压器
已知在该操作条件下，气相平衡关系式为Y*=26.7X，二氧化硫的摩尔质量为64 kg·kmol-1。
21. 5 分 (2803)
温度为20 ℃的水（密度为1000 kg·m-3，粘度为1.0×10-3 Pa·s）流过长10.0 m，内径10.0 mm的导管。已知管中心水的流速为umax=0.09 m·s-1，试求：水通过上述导管引起的压降。
22. 5 分 (4546)
已知20 ℃时,SO2水溶液的亨利常数E=3.55×103 kPa,试求20 ℃时,与二氧化硫质量分数为0.030的水溶液成平衡的气相中SO2的分压。
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