第二章化工原理习题
1. 如图2-1用离心泵将20℃的水由敞口水池送到一压力为
2.5atm的塔内，管径为φ108×4mm管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。已知：水的流量为56.5m3·h-1，水的粘度为10-3 Pa·S，密度为1000kg·m-3，管路摩擦系数可取为0.024，计算并回答：
(1)水在管内流动时的流动形态；(2) 管路所需要的压头和功率；
解：已知：d = 108-2×4 = 100mm = 0.1m
A=(π/4)d2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2 m
l+Σl e =100m q v = 56.5m3/h
∴u = q/A = 56.5/(3600×0.785×10-2) = 2m/s
μ = 1cp = 10-3 Pa·S ρ=1000 kg.m-3, λ = 0.024
⑴∵ Re = duρ/μ=0.1×2×1000/10-3 = 2×105 > 4000
∴水在管内流动呈湍流
⑵以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程：
Z1 +(u12/2g)+(p1/ρg)+H
=Z2+(u22/2g)+(p2/ρg)+ΣHf
∵Z1=0, u1=0, p = 0 (表压), Z2=18m, u2=0
p2/ρg=2.5×9.81×104/(1000×9.81)=25m
ΣHf =λ[(l+Σle )/d](u2/2g)
=0.024×(100/0.1)×[22/(2×9.81)] = 4.9m
∴H = 18+25+4.9 = 47.9m
Ne = Hq vρg = 47.9×1000×9.81×56.5/3600 = 7.4kw
2. 采用IS80-65-125水泵从一敞口水槽输送60℃热水。最后槽内液面将降到泵人口以下2.4m。已知该泵在额定流量60m3/h下的(NPSH)r为
3.98m，60℃水的饱和蒸汽压Pv为19.92kp a、ρ为983.2kg/m3，泵吸入管路的阻力损失为
3.0m，问该泵能否正常工作。
解：
∴该泵不能正常工作。
精品资料
说明安装高度偏高。
3.用泵将苯和甲苯的混合物送到精馏塔，精馏塔操作压强为0.5at，原料槽压
强为0.1at。管路总长为20ｍ（包括全部局部阻力的当量长度），管路直径为
50mm，摩擦系数为0.02。密度为800kg／ｍ3。离心泵的特性曲线可表示为Ｈe＝20－1.12×105V 2，式中V以ｍ3/s 表示。试求原料输送量及泵的理论或有效功
率为多少？
答：管路特性曲线:
H
e
=8+(0.5-0.1)×9.81×104/(800×9.81) +8×0.02×20×V 2/(π2×9.81×0.055) =13+1.06×105V 2=20-1.12×105V 2
V=5.67×10-3m3/s
H
e
=20-1.12×105(5.67×10-3)2=16.4m
N
e
=H e Vρg=16.4×5.67×10-3×800×9.81=729.8 w
4以某离心泵自敞口水槽输水至塔内。升扬高度10m，泵的特性:H e=40-7.2×04V2(H e--m , V--m3/s)。塔内的p为1at (表).流量为11 L/s..若用此泵改输ρ=860kg/m3的油品,阀开启度、管路、液位差及P值不变,问:油品流量及离心
[]
m
m
H
NPSH
g
p
g
p
H
f
r
v
g
4
2
46
.1
0.3
98
.3
81
.9
2.
983
10
92
.
19
81
.9
2.
983
10
013
.13
5
1
.
?
=
-
-
?
?
-
?
?
=
-
-
-∑-
ρ
ρ
＝
，允许
泵的有效功率为多少?
答：(1)输水:V = 11L/s时,H e = 40-7.2×104×(11/1000)2 = 31.3 m 管路特性:H e′= (z2-z1)+(p2-p1)/(ρg)+KV 2,又H e′= H e
即 31.3=10+10+K(11/1000)2
K = 9.34×104 m/(m3/s)2
(2)输油品:泵的特性:H e = 40-7.2×104V 2
管路特性:H e′= 10+10/0.86+9.34×104V 2
由H e = H e′ 解得V = 0.0105 m3/s
则H e = 40-7.2×104×0.01052 = 32.1m
∴N e = H e Vρ′g = 32.1×0.0105×860×9.81 = 2.84×103W
5.用离心泵输水在n = 2900 r/min时的特性为H e = 30－0.01V 2，阀全开时管路特性为H e′= 10＋0.04V 2 (二式中H e、H e′--m , V--m3/h)。试求：(1)泵的最大输水量。(2)要求输水量为最大输水量的75%，且采用调速方法，泵的转速为多少？
答：(1) 泵：H e = 30－0.01V 2
管路：H e′=10+0.04V 2
∵H e = H e′，解得V= 20m3/h
(2) V′ =0.75V=15 m3/h
离心泵的比例定律为：V ′/ V=n/2900，H e′/H e=(n/2900)2
令调速后转速为n r/min
H e ’=(
n
2900
)2H e V’=
n
V
2900
∴泵: (29002/n2) H e’=30-0.01?(29002/n2)V’2
又因为管路曲线不变，又知流量可以求出压头：H e′= 10 + 0.04V 2 = 10 + 0.04×152=19 m
∵H e = H e′
变速后的泵的特性方程中压头、流量已知，只有n为未知数。
即可求得：调速后的转速为2441 r/min。
6.有两台型号相同的离心泵，单泵性能：H e=42－8.7×105V2 (H e--m，V--
m3/s)。当此二泵串联操作，可将5.53L/s的水由低位槽输至高位槽。两槽皆敞口，两槽水位高度差12.5m。输水管终端浸没于水槽水中。问：若此二泵改为
并联，水流量为多少？
答：(1) 二泵串联：
泵：H e = 2(42-8.7×105V 2) = 84-17.4×105×0.005532= 30.79m
管路：H e′= H0+K V 2 = 12.5+K×0.005532= 30.79m
∴K = 5.98×105 m/(m3/s)2
(2)二泵并联：
泵：H e = 42-8.7×105(V/2)2
管路：H e′= 12.5+5.98×105V2
∵H e = H e′ 解得V= 6.01×10-3 m3/s = 6.01L/s
7.用离心泵向水洗塔送水,在泵出口阀全开时,管路特性曲线方程为:
H =20+1.1×105V 2
式中:V ----管路中的流量,m3/s
在V =0.013m 3
/s 流量下,泵提供的扬程为45m 。为适应泵的特性,将泵出口阀关小以增加管路阻力。试求:因增加阻力而多消耗的功率,并写出关小阀门后管路的特性曲线方程。
答： H =20+1.1×105V 2=20+1.1×105×0.0132=38.59m ΔH =H e -H =45-38.59=6.41m 增加局部阻力多消耗的功率为:
ΔN e =V ρg ΔH =0.013×1000×9.81×6.41=817.5w
关小阀门后管路特性曲线方程为: 5分 H ′=20+k ′V 2
45=20+k ′×(0.013)2
解 k ′=1.479×105∴ H ′ =20+1.479×105V 2 V -m 3/s
8、用20℃清水测定某台离心泵性能时，在转速为2900r/min 下，得到的试验数据为：流量12.5L/s ，泵出口处压强表读数为255Kpa ，泵入口处真空表读数为26.66Kpa ，两测压点的垂直距离为0.5m ，功率表测得电机所耗功率为6.2Kw ，泵由电机直接带动，传动效率可视为1，电机效率为0.93，泵的吸入管路与排出管路的管径相同。求：(1)该泵的效率；（2）列出泵在该效率下的性能。 答案与评分标准
（1）求η 解：①求泵的压头H 。
以真空表和压强表所在的截面为1-1’和2-2’，列出以1N 为衡算基准的柏努力方程式： （2分）
2122
22121122-+++=+++f H g
p
g u z H g p g u z ρρ （2分）
确定各量：z 2－z 1＝0.5m ，u 1=u 2，p 1=-26.66Kpa （表压），p 2=255Kpa （表压），
因两测压口距离短，故H f1-2≈0。（1分）
各量代入后可求出：H ＝0.5+81
.91000102666.01055.25
5??+?+0＝29.21m （2分）
②求泵的轴功率N ：已知N 电机＝6.2Kw ，η电机＝0.93，η传＝1 N 轴＝Kw Kw 77.5766.5193.02.6≈=?? （1分） ③求泵的效率：η＝％
＝＝轴
1.62621.077
.5100081
.9100021.29105.1210003?????=
-N g QH ρ（2分）
（2）列出该泵的主要性能：n ＝2900r/min ，Q ＝12.5L/s ，H ＝29.21m ，N ＝5.77Kw ，
η＝62.1％。 （1分）
9、某离心泵性能实验中，当泵入口处真空表读数为56KPa 时，恰好出现气蚀现象，求在操作条件下的气蚀余量NPSH 和允许吸上真空度Hs ’。当地大气压为100KPa ，20℃时水的饱和蒸气压为2.238KPa 。动压头可忽略。 答案与评分标准
解：（1）求气蚀余量NPSH 可根据定义式：g u g p p NPSH v 22
11+-=ρ（2分） 其中，p 1＝真空度p p a -＝100－56＝44KPa （2分）
题给：KPa p r 238.2=，动压头可略，则022
1≈g
u
（1分）
则：m NPSH 26.481
.9100010)238.244(3
=??-=
（1分）
（2）求允许吸上真空度Hs ’。
m g p p H a s 71.581
.910001056'3
1=??=-=
ρ （2分） 10、某车间用3B33型离心泵将敞口贮槽中的水送至它处，槽内水位恒定，输送量为45～55m 3/h ，在最大流量下吸入管路的压头损失为1m ，液体在吸入管路中的动压头可略。泵安装地区的大气压为9.81×104Pa 。3B33型离心泵的部分性能数据如下表。求：（1）输送20℃清水时泵的安装高度。（2）若改为输送65℃清水时，泵的安装高度。
答案与评分标准
解：（1）输送20℃清水时，泵的安装高度可由下式计算：
10212---=f s g H g u H H （2分），题给：0212
110==-g
u
m H f ，
且由泵的性能看出Q 升高、Hs 下降，应以最大输送量55m 3/h 所对应的Hs 值（＝3m ）
来确定泵的安装高度。且本题中输送条件与泵出厂时实验条件相符，故
m H H s s 3'==
（2分）代入上式可得：m H g 2103=--=。泵的实际安装高度还应比2m 低（0.5～1m ）。
（2）输送65℃水：应按此式校正：
ρ1000
)].24.010
81.9(
)10('[3
-?--+=v a s s p H H H （2分）。有关量的确定：m H s 3'=，O mH Pa H a 24101081.9=?=，查附录65℃水的Pa p v 4105.2?=，密度3/5.980m Kg =ρ，（2分）代入上式得：
m H s 705.05.9801000
)]24.01081.9105.2(03[3
4=?-??-+= （1分）
而m H g u
H H f s g 295.010705.02102
1-=--=--=-，实际安装高度还应比-0.295m 低（0.5～1m ）。H g 为负值，表示泵应安装在液面下。
11、如图所示，某车间要将地面敞口贮槽内密度为1120Kg/m 3的溶液送至高位槽内，槽内表压强为3.92×104Pa ，需要的送液量为120 m 3/h ，输送管路为φ140×4.5mm 的钢管，其计算总长度为140m （包括直管长度和所有局部阻力的当量长度），两液面高度差Δz ＝11m ，摩擦系数λ为0.03。试问能否送用n ＝2900r/min 、Q ＝132m 3/h 、H ＝30m 的离心水泵？
答案与评分标准
解：（1）必须计算出输送系统所需的流量、压头与离心泵的Q 、H 进行比较后才能确定能否选用该泵。在图（2分）中1-1’与2-2’间列 式：
2122-+?+?+?=f H g
p
g u z He ρ（2分）
（2）各量确定：Δz ＝11m ，Δu ＝0，pa p p p 4121092.3?=-=?(表压)
s m u /474.2)131.0(4
3600
/1202
==
π
（2分）
m g u d l l H e f 97.981
.92)474.2(131.014003.02.222
1=???=?∑+=-λ （2分）
（3） 求He 。
把以上各值代入，可得：m He 54.2497.981
.911201092.3114
=+??+
= （1分） （4） 确定能否选用。
输送系统所需的流量Q e ＝120 m 3/h ，压头H e ＝24.54m ，而离心泵能提供的流量Q ＝132 m 3/h>Q e ，提供的压头30m>H e ；且溶液的性质与水相近，故能选用该水泵。（3分）
12、离心泵在一定输送流量范围和转速下，压头和流量间关系可表示为H ＝25－2.0Q 2（式中H 单位为m ，Q 单位为m 3/min ）。若将该泵安装在特定管路内，该管路特性方程可表示为2
86.120e e Q H +=。（式中H 单位为m ，Qe 为m 3/min ）。试求：（1）输送常温下清水时，该泵的流量、压头和轴功率。 （2）输送密度为1200Kg/m 3的水溶液时，该泵的流量、压头和轴功率。
假设该泵的效率为60％。
答案与评分标准
解：根据离心泵的工作点定义可得：e Q Q =，e H H = （1分） （1） 求输送常温下清水时，该泵的性能。
①由e H H =可得：2286.1200.225Q Q +=-，即586.32=Q ，解出Q ＝1.138m 3/min
=68.3m 3/h=0.019m 3/s 。（2分）
②m Q H 4.22)138.1(2250.22522=?-=-= （2分）
③Kw QHP N 942.66
.01021000
4.2260138
.1102=???==
η （2分） （2）求输送密度为1200Kg/m 3的水溶液时，该泵的性能。 当输送液体的密度改变时，泵的流量和压头不变。故：
s m Q Q /019.0'3==，m H H 4.22'== （2分）
而轴功率发生变化，Kw QH N 345.86
.01021200
4.22019.0102'=???==ηρ
13、用离心泵将敞口水池内的水送到常压高位槽，两槽液面位差为8m ，液面保持恒定。特定管路的压头损失可表示为2
6106.0e f Q H ?=（Q e 的单位是m 3/s ）。在特定转速下泵的特性方程为26104.024Q H ?-=（Q 的单位为m 3/s ）。求该条件下水的流量为多少m 3/h 。 答案与评分标准
解：（1）据离心泵工作点的定义可得：Q ＝Q e ，H ＝H e 。（1分） （2）2
6106.008e f e Q H g
p Z H ?++=+?+
?=ρ （2分） （3）H ＝H e 可得：2626106.08104.024Q Q ?+=?-，即1610)6.04.0(26=?+Q 可解出：h m s m Q /4.14/004.0104333==?=- （3分）
14、在某特定管路系统中，用离心泵输送清水。当泵的出口阀全开时，管路特性方程为
2
5103.118e Q He ?+=（Q e 单位是m 3/s ）。现关小阀门调节流量，当泵的流量为0.012m 3/s
时，对应的压头为44m 。试求： （1）关小阀门后的管路特性方程。
（2）关小阀门造成压头损失占泵提供压头的百分数。
答案与评分标准
解：（1）求关小阀门后的管路特性方程。
本题中，K 不发生变化，而B 值因关小阀门而变大。关小阀门后离心泵特性不变。（1分），K 、Q 、H 值代入管路特性方程，可得：2
1844e BQ +=，即
2)012.0(1844B +=
可解出510806.1?=B （2分），故关小阀门后管路特性方程为：
2
510806.118e e Q H ?+= （1分）
（2） 流量为0.012m 3/s 时，原管路所要求的压头为：
m H e 72.3672.1818)012.0(103.11825=+=??+= （2分）
故关小阀门多耗的压头为：m H H H e 28.772.3644=-=-=? （1分）
关小阀门造成的压头损失占泵提供压头的百分数为：
%55.16%10044
28
.7=?=?H H 15、某造纸厂抄纸车间一台扬克式纸机，原生产邮封纸，所配置得白水泵（离心水泵）其流量为Q ＝20m 3/h ，扬程H 为31m ，轴功率N 为2.6Kw ，配套电机4.5Kw 。现因市场变化，该纸机转产卫生纸，白水泵流量比原来下降10％，扬
程下降20％。若不更换泵，而将原白水泵叶轮外径切割5％，其它尺寸不变，改用3Kw 电机拖动。问此方案是否可行？ 答案与评分标准
解：据离心泵得切割定律，可算出叶轮外径切割5％后，泵的Q ’、H ’和N ’： （1）由
22'
'D D Q Q =得：Q Q Q D D Q D D Q 9.095.095.0''2
222>=?=?= （1.5分）
（2）由222)'('D D H H =得：H H H D D H D D H 8.0903.0)95.0()'('2
2
2222>=?=?=（1.5分） （3）由
322)'('D D N N =得： N N D D N D D N 857.0)95.0()'('3
2
2322=?=?=（1.5分） 又因N ＝2.6Kw ，则Kw N N 23.26.2857.0857.0'=?== （1分） 取安全系数为1.2倍来配套电机，则所需配套电机功率为
Kw Kw 368.223.22.1<=?
（1.5分）
（4）由计算结果知，原水泵叶轮外径切割5％后，流量、扬程、所配电机功率都适用，故此方案可行。（1分）
16、一常压贮槽，内盛有粘度不大的油品，今拟用一离心油泵将其以15m 3/h 的流量送往表压为150KPa 的高位槽内。输送管路为mm 257?Φ的钢管，在输送条件下，该油品的密度为760Kg/m 3，饱和蒸气压为79.8KPa 。升扬高度为5m ，吸入管路和排出管路的压头损失分别为1m 和4m 。求：（1）选择一台合适的离心泵油泵。（2）确定该泵的安装高度。 答案与评分标准 解：（1）选离心油泵
① 题给：Q e =15m 3/h ，
而m H g p g u Z H f e 12.304181.97600
1015005232=++?-?++=+?+?+?=ρ （3分）
② 据Q e ＝15m 3/h ，H e ＝30.12m 查上册教材附录24 （P303）选65Y －60B 型离心油泵合适。其性能为：流量19.8m 3/h ，扬程38m ，转速2950r/min ，轴功率3.75Kw ，电动机功率5.5Kw ，效率55％，气蚀余量2.6m 。（3分） （2）确定安装高度
该油泵的气蚀余量m h 6.2=?，则有：
m H h g p p H f v a g 712.016.281.976010)8.7933.101(3
10-=--??-=-?--=-ρ （3分）
为安全起见，该泵的实际安装高度应比（-0.712m ）要低0.5～1m 。（1分） 17、用离心泵从敞口贮槽向表压为9.81×104Pa 的密闭高位槽输送清水，两槽液面恒定，其间垂直距离为15m 。管径为 ，管长（包括流动系统所有局部阻力的当量长度）为120m ，流动在阻力平方区，摩擦系数为0.015，流量为40m3/h.。求：（1）管路的特性方程式；（2）泵的升扬高度与管路所需的压头。 答案与评分标准
解：（1）管路特性方程： 水的密度取1000Kg/m 3。
① m g p Z K 2581
.910000
1081.9154=?-?+=?+?=ρ （1.5分）
② 5
244242452/10027.281.9)094.0(8094.0120015.08
)())(8(
m
s g
d d L L d d L L g B
e e ?=????=?
∑+∑+?=∑+∑+?
=ππζλζλπ （3分）
③ 可得管路特性方程为：2
4210027.225e e e Q Q B K H ?+=?+=（Q e 单位为m 3/s ）
（2）求泵的升扬高度与所需的压头：
① 泵的升扬高度即为两液面位差：m Z 15=? （1分） ② 管路所需得压头H e ：代入Q e ＝40m 3/h ，可得：
m He 7.27)3600
40(
10027.2252
4=??+= （1.5分）
18、某单动往复压缩机压缩绝热指数为1.4的气体，吸入压强为101.33KPa ，体积为500m 3，初温为10℃；压出气体压强为380KPa 。压缩机得实际排气量为10 m 3/min ，假设气缸的余隙系数为5％，求（1）压缩后气体的稳定T 2和体积V 2。（2）压缩机的容积系数λ0和理论功率N d （此过程假设为绝热压缩）
答案与评分标准 解：（1）求T 2和V 2
对于绝热压缩过程：K p p
T T k
k 413)
33
.101380
(283)
(4
.114.111
212===-- （2分）
求V 2可用理想气体状态方程式：
2
2
2111T V p T V p = 所以31221126.194283
413
38033.101500m T T p p V V =??=??
= （3分） （2）求λ0和N d
①922.0]1)33.101380[(05.01]1)[(14
.11
1120=--=--=k p p ελ （2分）
②求N d
压缩机绝热压缩得理论功率60/]1)
[(111
2min 1--??=-k
k d p p k k
V p N
Kw w N d 2.272720060/]1)
33
.101380
[(14.14.1101033.1014
.114.13
==--???=-（3分）
填空或选择题
1、离心泵的主要性能参数有（1） 、（2） 、（3） 、（4） 、（5） 等。 答案与评分标准
（1）流量 （2）压头 （3）轴功率 （4）效率 离心泵安装在一定管路上，其工作点是指------------ 答案与评分标准
泵的特性曲线和管路特性曲线的交点。（2分）
离心泵的压头（又称扬程）是指 ，它的单位是 。 答案与评分标准
泵对单位重量（1N ）液体所提供的有效能量（3分） m （1分） 若被输送的粘度大于常温下清水的粘度时，则离心泵的压头 、 流量 、效率 、轴功率 。 答案与评分标准
减小，减小，下降，增大 （每个1分，共4分）
离心泵将低位敞口水池的水送到高位敞口水槽中，若改送密度为1200Kg/m 3, 而其他性质与水相同的液体，则泵的流量 、压头 、 轴功率 。 答案与评分标准
不变，不变，增大 （每空1分，共3分）
管路特性曲线的形状由 和 来确定，与离心泵的性能 。 答案与评分标准
管路布置，操作条件，无关 （每空1分，共3分）
离心泵气蚀余量的定为 。
答案与评分标准
g
u g p p h v 22
1
1+
-=?ρ （2分） 当液体的密度改变时，离心泵的压头H 和轴功率N 的变化为（ ） A 、H 、N 均不变 B 、H 不变，N 改变 C 、H 改变，N 不变 D 、H 、N 均改变 答案与评分标准 （B ） （2分）
下列两设备，均须安装旁路调节流量装置（ B ） A 、离心泵与往复泵 B 、往复泵与齿轮泵 C 、离心泵与旋涡泵 D 、离心泵与齿轮泵 离心泵的轴功率是（ ）
A 、在流量为零时最大
B 、在压头最大时最大
C 、在流量为零时最小
D 、在工作点处最小 答案与评分标准
（C ）
离心泵的效率η与流量Q的关系为（）
A、Q增大则η增大
B、Q增大，η先增大后减小
C、Q增大则η减小
D、Q增大，η先减小后增大
答案与评分标准
（B）（2分）
离心泵的必需气蚀余量Δh r与流量Q的关系为（）
A、Q增大，Δh r增大
B、Q增大，Δh r减小
C、Q增大，Δh r不变
D、Q增大，Δh r先增大后减小
答案与评分标准
（A）（2分）
往复泵适用于（）
A、大流量且要求流量均匀的场合
B、介质腐蚀性强的场合
C、流量较小，压头较高的场合
D、投资较小的场合
答案与评分标准
（C）
说明离心泵叶轮的构造和作用。
答案与评分标准
答：叶轮的构造：它是由若干弯曲的叶片构成。（1分）
作用：将原动机的机械能直接传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高。（2分）（共3分）
用简单语言来说明离心泵的工作原理。
答案与评分标准
答：离心泵的工作原理是依靠高速旋转的叶轮，泵内液体在惯性离心力作用下，自叶轮中心被甩向外界并获得能量，最终体现为液体静压能的增加。（4分）
为什么在启动和停止离心泵前，必须先关闭出口阀？
答案与评分标准
答：启动离心泵前应关闭出口阀，以减小启动电流，保护电机。（2分）停泵前先关闭出口阀是为防止高压液体倒流入泵损坏叶轮。（2分）
简述气蚀现象发生的原因及防止气蚀发生的有效措施。
答案与评分标准
答：气蚀现象发生的原因是叶轮入口附近处液体的绝对压强等于或低于该液体在工作温度下的饱和蒸气压。（2分）
有效措施是通常根据泵的抗气蚀性能，合理地确定泵的安装高度。（2分）
简述离心泵有哪些种流量调节方法？常用哪一种？
答案与评分标准
答：离心泵流量调节方法有：（1）改变泵出口阀门开度；（1分）
（2）改变泵的转速；（1分）
5-1、在葡萄糖水溶液浓缩过程中，每小时的加料量为kg 3000，浓度由15%（质量）浓缩到70%（质量）。试求每小时蒸发水量和完成液量。（答：1h kg 2357-?，1h 43kg 6-?） 解：⑴蒸发水量10h kg 2357)70 .015.01(3000)1(-?=-=- =x x F W ； ⑵完成液量1h kg 64323573000-?=-=-W F 。 5-2、固体NaOH 的比热容为11K kg kJ 31.1--??，试分别估算NaOH 水溶液浓度为10%和25%时的比热。 （答：11K kg kJ 77.3--??，11K kg .47kJ 3--??） 解：⑴%10浓度的NaOH 溶液： 11K kg kJ 77.3)1.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ； ⑵%25浓度的NaOH 溶液： 11K kg kJ 47.325.031.1)25.01(183.4)1(--??=?+-=+-='x c x c c w 质。 5-3、已知单效常压蒸发器每小时处理kg 2000 NaOH 水溶液， 溶液浓度由15%（质量）浓缩到25%（质量）。加热蒸汽压力为92kPa 3（绝压），冷凝温度下排出。分别按20℃加料和沸点加料（溶液的沸点为113℃）。求此两种情况下的加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。假设蒸发器的热损失可以忽略不计。（答：1h kg 1160-?、45.1，1h 50.9kg 8-?、06.1） 解：蒸发水量110h kg 800)25 .015.01(2000)1(-?=-=-=x x F W ， 92k P a 3时蒸气的潜热1kg kJ 2132-?=r ， N a O H 溶液的比热11K kg kJ 56.3)15.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ， ⑴原料于C 20?加入 二次蒸气的焓1kg kJ 2670-? 1h kg 11602132 2056.32000267080011356.3)8002000(-?=??-?+??-= D 45.18001160==W D ； ⑵沸点加料 1h kg 9.850213211356.32000267080011356.3)8002000(-?=??-?+??-=D 06.18009.850==W D 。 5-4、传热面积为52m 2的蒸发器，在常压下每小时蒸发2500kg 浓度为7%（质量）的某种水溶液。原料液的温度为95℃，常压下的沸点为103℃。完成液的浓度为45%（质量）。加热蒸汽表压力为96kPa 1。热损失为110000W 。试估算蒸发器的总传热系数。（答：12K m W 936--??） 解：查得96kPa 1时水蒸气饱和温度为C 9.132?， atm 1时水蒸气的潜热为1kg kJ 2258-?， 110h kg 2111)45 .007.01(2500)1(-?=-=-=x x F W ， 11K kg kJ 894.3)07.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ， 由传热方程及热量衡算式得： 损Q W t t Fc t t KA r ++-=-)()(0112
六吸收 浓度换算 甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的: (1)摩尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。 分子扩散 估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在(1)空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。 一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20℃空气以一定速度吹过管口,经5 小时后液面下降到离管口2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为 7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。 浅盘内盛水。水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定传质阻力相当于3mm厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。 一填料塔在常压和295K下操作，用水除去含氨混合气体中的氨。在塔内某处，氨在气相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A = 10 - 4[kmol/m2·S],气相扩散系数D G=[cm2/s],求气膜的当量厚度。 相平衡与亨利定律 温度为10℃的常压空气与水接触，氧在空气中的体积百分率为21%，求达到平衡时氧在水中的最大浓度, （以[g/m3]、摩尔分率表示）及溶解度系数。以[g/m3·atm]及 [kmol/m3·Pa]表示。 当系统服从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，如果总压增大一倍则与之平衡的气相浓度(或分压) (A)Y增大一倍; (B)P增大一倍;(C)Y减小一倍; (D)P减小一倍。 25℃及1atm下,含CO220%,空气80%(体积%)的气体1m3，与1m3的清水在容积2m3的密闭容器中接触进行传质,试问气液达到平衡后, (1)CO2在水中的最终浓度及剩余气体的总压为多少? (2)刚开始接触时的总传质推动力ΔP,Δx各为多少？气液达到平衡时的总传质推动力又为多少？
第二章流体输送机械 1、泵流量泵单位时间输送液体体积量 2、压头流体输送设备为单位重量流体所提供的能量 3、效率有效功率与轴功率的比值 4、轴功率电机为泵轴所提供的功率 5、理论压头具有无限多叶片的离心泵为单位重量理想流体所提供的 能量 6、气缚现象因为泵中存在气体而导致吸不上液体的现象 7、离心泵特性曲线在一定转速下，离心泵主要性能参数与流量关系 的曲线 8、最佳工作点 效率最高时所对应的工作点 9、气蚀现象泵入口的压力低于所输送液体同温度的饱和蒸汽压力， 体 液体汽化，产生对泵损害或吸不上液 10、安装高度泵正常工作时，泵入口到液面的垂直距离 11、允许吸上真空度 泵吸入口允许的最低真空度 12、气蚀余量泵入口的动压头和静压头高于液体饱和蒸汽压头的数值 13、泵的工作点 管路特性曲线与泵的特性曲线的交点 14、风压风机为单位体积的流体所提供的能量 15、风量风机单位时间所输送的气体量，并以进口状态计 、单选择题（每题2 分） 1、用离心泵将水池的水抽吸到水塔中，若离心泵在正常操作范围内工 作，开大出口阀门将导致（） A送水量增加，整个管路阻力损失减少
B 送水量增加，整个管路阻力损失增大 C 送水量增加，泵的轴功率不变 D 送水量增加，泵的轴功率下降 2、 以下不是离心式通风机的性能参数 ( ) A 风量 B 扬程 C 效率 D 静风压 3、 往复泵适用于 ( ) A 大流量且流量要求特别均匀的场合 介质腐蚀性特别强的场合 流量较小，扬程较 高的场合 投资较小的场合 4、离心通风机的全风压等于 ( ) 静风压加通风机出口的动压 离心通风机出口与进 口间的压差 离心通风机出口的压力 动风压加静风压 ( ) B D 型 D sh 型 5、 以下型号的泵不是水泵 A B 型 C F 型 6、 离心泵的调节阀 ( ) 只能安在进口管路上 只能安在出口管路上 安装在进口管路和出口管路上均可 只能安在旁路上 D 7、 离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后以下能量的增加值 A 包括内能在内的总能量 C 压能 8、 流体经过泵后，压力增大 A ? p B ? C ? p / ?g D ? D 2 ?p N/m 2 ， p /? p /2 g 机械能 位能(即实际的升扬高度) 则单位重量流体压能的增加为 9、 离心泵的下列部件是用来将动能转变为压能 A C 10、 11、 A B 泵壳和叶轮 B 泵壳 D 离心泵停车时要 ( ) A 叶轮 叶轮和导轮 先关出口阀后断电 先断电后关出口阀 先关出口阀先断电均可 单级式的先断电，多级式的先关出口阀 lOOmm b O 意思是() 100mmH 2O 100mm 2bO D 离心通风机的铭牌上标明的全风压为 输任何条件的气体介质全风压都达 输送空气时不论流量多少，全风压都可达 输送任何气体介质当效率最高时，全风压为 输送20C, 101325Pa 空气，在效率最高时, C D 1 2 、离心泵的允许吸上真空高度与以下因素无关 A 当 地大气压力 B 输送液体的温度 100mm 2bO 全风压为 100mm 2bO D ( )
第五章蒸馏 一、名词解释： 1、蒸馏： 利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进行质量传递，实现混合物的分离。 2、拉乌尔定律： 当气液平衡时溶液上方组分的蒸汽压与溶液中该组分摩尔分数成正比。 3、挥发度： 组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比。 4、相对挥发度： 混合液中两组分挥发度之比。 5、精馏： 是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。 6、理论板： 气液两相在该板上进行接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。 7、采出率： 产品流量与原料液流量之比。 8、操作关系： 在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层（n+1）板上升蒸汽的组成之间的函数关系。 9、回流比： 精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。 10、最小回流比： 两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。 11、全塔效率： 在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。 12、单板效率： 是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。 二、填空题： 1、在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的气相露点温度的大小相比是_________。相等 2、当塔板上____________________________________________________时，称该塔板为理论塔板。离开的汽相与液相之间达到平衡时 3、直接水蒸汽加热的精馏塔适用于 __________________________________________________的场合。 难挥发组分为水，且要求釜液中易挥发组分浓度很低 4、简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐________，其沸点则逐渐_________。
第五章 吸收 相组成的换算 【5-1】 空气和2的混合气体中，2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？ 解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102 y Y y = ==--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解3, 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？ 解 摩尔分数//117 =0．010*******／18 x = + 浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。 溶液中3的量为 /3 11017n kmol -=? 溶液的体积 /.3 3101109982 V m -=? 溶液中 3的浓度//.333 11017==0．581／101109982 n c kmol m V --?=? 或 . 39982 00105058218 s s c x kmol m M ρ= = ?=．．／ 3 与水的摩尔比的计算 //117 0010610018 X = =． 或 ..00105001061100105 x X x = ==--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。 吸收率的定义为
12 2 11 1Y Y Y Y Y η-= ==-被吸收的溶质量原料气中溶质量 解 原料气中3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11) 101 01111101 y Y y = ==-- 吸收器出口混合气中3的摩尔比为 () (2) 1 1109011100111Y Y η=-=-?=（） 摩尔分数 (22) 200111 =0010981100111 Y y Y = =++ 气液相平衡 【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3 NH 的平衡 分压为798。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3 kmol m kPa ?]和相平衡常数m 。 总压为100kPa 。 解 液相中3 NH 的摩尔分数/.//117 0010511710018 x = =+ 气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P kPa ＝ 亨利系数 *./.0798*******E p x ===／ 液相中3NH 的浓度 /./.333 11017 0581 101109982 n c kmol m V --?===?／ 溶解度系数 /*./../()3 058107980728H c p kmol m kPa ===? 液相中3NH 的摩尔分数 //117 0010511710018 x = =+．／ 气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／ 相平衡常数 * (0798) 07610000105 y m x == =? 或 //.76100076m E p === 【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，3 1m 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的
化工原理(第四版)习题解第二章流体 输送机械
第二章 流体输送机械 离心泵特性 【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验，水的体积流量为540m 3/h ，泵出口压力表读数为350kPa ，泵入口真空表读数为30kPa 。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm ，吸入管与压出管内径分别为350mm 及310 mm ，试求泵的扬程。 解 水在15℃时./39957kg m ρ=，流量/V q m h =3540 压力表350M p kPa =，真空表30V p kPa =-（表压） 压力表与真空表测压点垂直距离00.35h m = 管径..12035031d m d m ==， 流速 / ./(.) 12 2 1 5403600 15603544 V q u m s d π π == =? . ../.2 2 1212035156199031d u u m s d ???? ==?= ? ????? 扬程 2221 02M V p p u u Ηh ρg g --=+ + ()(.)(.)....?--?-=++ ??3322 35010301019915603599579812981 ....m =++=0353890078393 水柱 【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m 3的水溶液，其他性质可视为与水相同。若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明：(1)泵的压头（扬程）有无变化；(2)若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；(3)泵的轴功率有无变化。 解 (1)液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。（见教材） (2)液体密度增大，则出口压力表读数将增大。
第二章流体输送机械 一、名词解释（每题2分） 1、泵流量 泵单位时间输送液体体积量 2、压头 流体输送设备为单位重量流体所提供的能量 3、效率 有效功率与轴功率的比值 4、轴功率 电机为泵轴所提供的功率 5、理论压头 具有无限多叶片的离心泵为单位重量理想流体所提供的能量 6、气缚现象 因为泵中存在气体而导致吸不上液体的现象 7、离心泵特性曲线 在一定转速下，离心泵主要性能参数与流量关系的曲线 8、最佳工作点 效率最高时所对应的工作点 9、气蚀现象 泵入口的压力低于所输送液体同温度的饱和蒸汽压力，液体汽化，产生对泵损害或吸不上液体 10、安装高度 泵正常工作时，泵入口到液面的垂直距离 11、允许吸上真空度 泵吸入口允许的最低真空度 12、气蚀余量 泵入口的动压头和静压头高于液体饱和蒸汽压头的数值 13、泵的工作点 管路特性曲线与泵的特性曲线的交点 14、风压 风机为单位体积的流体所提供的能量 15、风量 风机单位时间所输送的气体量，并以进口状态计 二、单选择题（每题2分） 1、用离心泵将水池的水抽吸到水塔中，若离心泵在正常操作范围内工作，开大出口阀门将导致（） Ａ送水量增加，整个管路阻力损失减少
Ｂ送水量增加，整个管路阻力损失增大 Ｃ送水量增加，泵的轴功率不变 Ｄ送水量增加，泵的轴功率下降A 2、以下不是离心式通风机的性能参数( ) Ａ风量Ｂ扬程Ｃ效率Ｄ静风压B 3、往复泵适用于( ) Ａ大流量且流量要求特别均匀的场合 Ｂ介质腐蚀性特别强的场合 Ｃ流量较小，扬程较高的场合 Ｄ投资较小的场合C 4、离心通风机的全风压等于( ) Ａ静风压加通风机出口的动压 Ｂ离心通风机出口与进口间的压差 Ｃ离心通风机出口的压力 Ｄ动风压加静风压D 5、以下型号的泵不是水泵( ) ＡＢ型ＢＤ型 ＣＦ型Ｄｓｈ型C 6、离心泵的调节阀( ) Ａ只能安在进口管路上 Ｂ只能安在出口管路上 Ｃ安装在进口管路和出口管路上均可 Ｄ只能安在旁路上B 7、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后以下能量的增加值( ) Ａ包括内能在内的总能量Ｂ机械能 Ｃ压能Ｄ位能（即实际的升扬高度）B 8、流体经过泵后，压力增大p N/m2，则单位重量流体压能的增加为( ) A p B p/ C p/g D p/2g C 9、离心泵的下列部件是用来将动能转变为压能( ) A 泵壳和叶轮 B 叶轮 C 泵壳 D 叶轮和导轮C 10、离心泵停车时要( ) Ａ先关出口阀后断电 Ｂ先断电后关出口阀 Ｃ先关出口阀先断电均可 Ｄ单级式的先断电，多级式的先关出口阀A 11、离心通风机的铭牌上标明的全风压为100mmH2O意思是( ) A 输任何条件的气体介质全风压都达100mmH2O B 输送空气时不论流量多少，全风压都可达100mmH2O C 输送任何气体介质当效率最高时，全风压为100mmH2O D 输送20℃，101325Pa空气，在效率最高时，全风压为100mmH2O D 12、离心泵的允许吸上真空高度与以下因素无关( ) Ａ当地大气压力Ｂ输送液体的温度
单项选择题一（摘自百度，含答案） 1、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )。A A. 气缚现象； B. 气蚀现象； C. 汽化现象； D. 气浮现象。 2、离心泵最常用的调节方法是( )。B A. 改变吸入管路中阀门开度； B. 改变压出管路中阀门的开度； C. 安置回流支路，改变循环量的大小； D. 车削离心泵的叶轮。 3、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的( )。B A. 包括内能在内的总能量； B. 机械能； C. 压能； D. 位能（即实际的升扬高度）。 4、离心泵的扬程是( )。D A. 实际的升扬高度； B. 泵的吸液高度； C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度 D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。 5、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管水量很小，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因( )。C A. 水温太高； B. 真空计坏了； C. 吸入管路堵塞； D. 排出管路堵塞。 6、为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（）输送温度下液体的饱和蒸气压。A A. 大于； B. 小于； C. 等于。 7、流量调节，离心泵常用（），往复泵常用（）。A；C A. 出口阀 B. 进口阀 C. 旁路阀 8、欲送润滑油到高压压缩机的气缸中，应采用（）。输送大流量，低粘度的液体应采用（）。C；A A. 离心泵； B. 往复泵； C. 齿轮泵。 *9、1m3 气体经风机所获得的能量，称为（）。A A. 全风压； B. 静风压； C. 扬程。 10、往复泵在启动之前，必须将出口阀（）。A A. 打开； B. 关闭； C. 半开。 11、用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（）。C A. 发生了气缚现象； B. 泵特性曲线变了； C. 管路特性曲线变了。 12、离心泵启动前_____，是为了防止气缚现象发生。D A 灌水； B 放气； C 灌油； D 灌泵。 13、离心泵装置中_____的滤网可以阻拦液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵壳。A A. 吸入管路； B. 排出管路； C. 调节管路； D. 分支管路。 14、为提高离心泵的经济指标，宜采用_____ 叶片。B A 前弯； B 后弯； C 垂直； D 水平。 选择题二（摘自化工管理学习指南，题号和指南同，答案见指南） 2.试选择适宜的输送机械完成如下输送任务： ⑴含有纯碱颗粒的水悬浮液（）；
五蒸馏习题解答 1解: (1)作x-y图及t-x(y)图,作图依据如下: ∵x A=(p-p B0)/(p A0-p B0); y A=p A0×x A/p 以t=90℃为例,x A=(760-208.4)/(1008-208.4)=0.6898 y A=1008×0.6898/760=0.9150 计算结果汇总: t℃80.0290100110120130131.8 x10.68980.4483 0.2672 0.12870.01950 y10.91500.7875 0.61180.37770.07240 4.612x/(1 10.91120.7894 0.6271 0.4052 0.08400 +3.612x) (2)用相对挥发度计算x-y值: y=αx/[1+(α-1)x] 式中α=αM=1/2(α1+α2) ∵α=p A0/p B0 α1=760/144.8=5.249 ;α2=3020/760=3.974 ∴αM=1/2(α1+α2)=1/2(5.249+3.974)=4.612 y=4.612x/(1+3.612x) 由此计算x-y值亦列于计算表中,y-x图,t-x(y) 图如下: 1 题附图 2解: (1)求泡点: 在泡点下两组分的蒸汽分压之和等于总压P,即:p A+p B=p A0x A+x B0x B=p求泡点要用试差法,先设泡点为87℃ lgp A0=6.89740-1206.350/(87+220.237)=2.971
p A0=102.971=935.41[mmHg] lgp B0=6.95334-1343.943/(87+219.337)=2.566 p B0=102.566=368.13[mmHg] 935.41×0.4+368.13×0.6=595≈600mmHg ∴泡点为87℃,气相平衡组成为 y=p A/p=p A0x A/P=935.41×0.4/600=0.624 (2)求露点: 露点时,液滴中参与甲苯组成应符合下列关系: x A+x B=1或p A/p A0+p B/p B0=1式中 p A=0.4×760=304[mmHg]; p B=0.6×760=456[mmHg] 求露点亦要用试差法,先设露点为103℃,则:lgp A0=6.8974-120.635/ (103+220.237)=3.165 ∴p A0=1462.2[mmHg] lgp B0=6.95334-1343.943/(103+219.337)=2.784 ∴p B0=608.14[mmHg] 于是 : 304/1462.2+456/608.14=0.96<1 再设露点为102℃,同时求得p A0=1380.4; p B0=588.84 304/1380.4+456/588.84=0.995≈1 故露点为102℃,平衡液相组成为 x A=p A/p A0=304/1380.4=0.22 3解: (1)x A=(p总-p B0)/(p A0-p B0) 0.4=(p总-40)/(106.7-40) ∴p总=66.7KPa y A=x A·p A0/p=0.4×106.7/66.7=0.64 (2)α=p A0/p B0=106.7/40=2.67 4解: (1) y D=? αD =(y/x)A/(y/x)B =(y D /0.95)/((1-y D )/0.05)=2 y D =0.974 (2) L/V D =? ∵V=V D +L (V/V D )=1+(L/V D ) V0.96=V D 0.974+L0.95 (V/V D )0.96=0.974+(L/V D )0.95 (1+L/V D )0.96=0.974+(L/V D )0.95 (L/V D )=1.4 5解:
第五章 吸收 相组成的换算 【5-1】 空气和CO 2的混合气体中，CO 2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？ 解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..02 0251102 y Y y = ==--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解lgNH 3, NH 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？ 解 摩尔分数//117 =0．010*******／18 x = + 浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。 溶液中NH 3的量为 /3 11017n k m o l -=? 溶液的体积 /.33101109982 V m -=? 溶液中NH 3的浓度//.333 11017==0．581／101109982 n c kmol m V --?=? 或 . 39982 00105058218 s s c x kmol m M ρ= = ?=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 或 ..00105001061100105 x X x = ==--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH 3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH 3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。 吸收率的定义为 解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101) 01111101 y Y y = ==-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 (22200111) =0010981100111 Y y Y = =++ 气液相平衡 【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798Pa 。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ?]和相平衡常数m 。总压为100kPa 。 解 液相中3NH 的摩尔分数/.//117 0010511710018 x = =+ 气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P k P a ＝
一、名词解释： 1、蒸馏： 利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进行质量传递，实现混合物的分离。 2、拉乌尔定律： 当气液平衡时溶液上方组分的蒸汽压与溶液中该组分摩尔分数成正比。 3、挥发度： 组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比。 4、相对挥发度： 混合液中两组分挥发度之比。 5、精馏： 是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。 6、理论板： 气液两相在该板上进行接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。 7、采出率： 产品流量与原料液流量之比。 8、操作关系： 在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层（n+1）板上升蒸汽的组成之间的函数关系。 9、回流比： 精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。 10、最小回流比： 两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。 11、全塔效率： 在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。
12、单板效率： 是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。 二、填空题： 1、在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的气相露点温度的大小相比是_________。 相等 2、当塔板上____________________________________________________时，称该塔板为理论塔板。 离开的汽相与液相之间达到平衡时 3、直接水蒸汽加热的精馏塔适用于 __________________________________________________的场合。 难挥发组分为水，且要求釜液中易挥发组分浓度很低 4、简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐________，其沸点则逐渐_________。 降低，升高 5、间歇精馏操作中，若欲保持馏出液组成不变，必须不断______________，若保持回流比不变，则馏出液组成________________。 增加回流比，不断下降 6、在精馏塔设计中，若F D x x R q 、、、，D/F 相同时，直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相比，T ，间N T ，直N ，W x ，间W x ，直。 < , > 7、总压、95℃温度下苯与甲苯的饱和蒸汽压分别为与，则平衡时汽相中苯的摩尔分率为_______，液相中苯的摩尔分率为_________，苯与甲苯的相对挥发度=_______。 、、 8、精馏操作的依据是__________________________________________________。实现精馏操作的必要条件包括____________________________________________和___________________________________________。 混合液中各组分挥发度的差异由塔板或填料层所构成的若干个接触级、塔顶有液相回流、塔底有上升气流。 9、精馏塔操作时，保持F 、x F 、q 、R 不变，增加塔底排液量W ，试定性画出变化前、后塔的操作线。
流体输送设备一章习题及答案 一、选择题 1、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )。A A. 气缚现象； B. 汽蚀现象； C. 汽化现象； D. 气浮现象。 2、离心泵最常用的调节方法是( )。B A. 改变吸入管路中阀门开度； B. 改变压出管路中阀门的开度； C. 安置回流支路，改变循环量的大小； D. 车削离心泵的叶轮。 3、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的( )。B A. 包括内能在内的总能量； B. 机械能； C. 压能； D. 位能（即实际的升扬高度）。 4、离心泵的扬程是( )。D A. 实际的升扬高度； B. 泵的吸液高度； C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度 D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。 5、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因( )。C A. 水温太高； B. 真空计坏了； C. 吸入管路堵塞； D. 排出管路堵塞。 6、为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（）输送温度下液体的饱和蒸汽压。A A. 大于； B. 小于； C. 等于。 7、流量调节，离心泵常用（），往复泵常用（）。A；C A. 出口阀 B. 进口阀 C. 旁路阀 8、欲送润滑油到高压压缩机的气缸中，应采用（）。输送大流量，低粘度的液体应采用（）。C；A A. 离心泵； B. 往复泵； C. 齿轮泵。 9、1m3 气体经风机所获得能量，称为（）。A A. 全风压； B. 静风压； C. 扬程。 10、往复泵在启动之前，必须将出口阀（）。A A. 打开； B. 关闭； C. 半开。 11、用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（）。C A. 发生了气缚现象； B. 泵特性曲线变了； C. 管路特性曲线变了。 12、离心泵启动前_____，是为了防止气缚现象发生。D A 灌水； B 放气； C 灌油； D 灌泵。 13、离心泵装置中_____的滤网可以阻拦液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵壳。A A. 吸入管路； B. 排出管路； C. 调节管路； D. 分支管路。 14、为提高离心泵的经济指标，宜采用_____ 叶片。B A 前弯； B 后弯； C 垂直； D 水平。 15、离心泵最常用的调节方法是（）。B A. 改变吸入管路中阀门开度； B. 改变排出管路中阀门开度； C. 安置回流支路，改变循环量的大小； D. 车削离心泵的叶轮。 16、往复泵的_____ 调节是采用回路调节装置。C A. 容积； B. 体积； C. 流量； D. 流速。 二、填空题
第五章 吸收 相组成的换算 【5-1】 空气和 CO 2 的混合气体中， CO 2的体积分数为 20%，求其摩尔分数 y 和摩尔比 Y 各为多少？ 解 因摩尔分数 =体积分数， y 0.2 摩尔分数 y 0 2 摩尔比 Y . 025． 1 y 1 0 2 . 【5-2】 20℃的 l00g 水中溶解 lgNH 3, NH 3 在溶液中的组成用摩尔分数 x 、浓度 c 及摩尔 比 X 表示时，各为多少？ 解 摩尔分数 x 1 / 17 =0．0105 1 / 17 100／18 浓度 c 的计算 20℃，溶液的密度用水的密度 s 998 .2kg / m 3 代替。 3 n 1 10 3 / 17kmol 溶液中 NH 的量为 溶液的体积 V 101 10 3 / 998.2 m 3 溶液中 NH 3 的浓度 n 1 10 3 /17 3 c = =0．581 ／ m V 101 10 3 998 2 kmol /. s 998 2 3 或 c x . 0 0105 0 582 M s 18 ． ． kmol ／m NH 3 与水的摩尔比的计算 1 /17 X 0．0106 100 / 18 x 0 0105 或 X . 0．0106 1 x 1 0 0105 . 【 5-3 】进入吸收器的混合气体中， NH 3 的体积分数为 10%，吸收率为 90%，求离开吸收器 时 NH 3 的组成，以摩尔比 Y 和摩尔分数 y 表示。 吸收率的定义为 被吸收的溶质量 Y 1 Y 2 1 Y 2 原料气中溶质量 1 1 Y Y 解 原料气中 NH 3 的摩尔分数 y 0.1 1 0 1 摩尔比 1 y . 0 111 1 1 0 1 Y 1 y . 吸收器出口混合气中 NH 3 的摩尔比为 Y 1 Y （1 09）0111 0 0111 2 ( ) 1 .. . 摩尔分数 Y 2 = 0 0111 0 01098 y 2 1 1 . Y 2 0 0111 . . 气液相平衡 【 5-4 】 l00g 水中溶解 lg NH 3 ，查得 20℃时溶液上方 NH 3 的平衡分压为 798Pa 。此稀
浓度换算 2.1 甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m 3, 试计算该溶液中甲醇的 (1) 摩尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。 分子扩散 2.2估算1atm及293K下氯化氢气体(HCI)在⑴空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。 2.3 一小管充以丙酮，液面距管口1.1cm,20 C空气以一定速度吹过管口，经5小时后液面下降到离管口 2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg],丙酮液密度为7900[kg/m 3], 计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。 2.4浅盘内盛水。水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定传质阻力相当于3mm 厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。 2.5 一填料塔在常压和295K 下操作，用水除去含氨混合气体中的氨。在塔内某处，氨在气相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A = 10 - 4[kmol/m 2 S],气相扩散系数D G=0.24[cm2/s],求气膜的当量厚度。 相平衡与亨利定律 2.6温度为10C的常压空气与水接触，氧在空气中的体积百分率为21%,求达到平衡时氧在 水中的最大浓度，(以[g/m3]、摩尔分率表示)及溶解度系数。以[g/m3atm]及[kmol/m 3 Pa]表示。 2.7 当系统服从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，如果总压增大一倍则与之平衡的气相浓度(或分压) (A)Y 增大一倍; (B)P 增大一倍;(C)Y 减小一倍; (D)P 减小一倍。 2.8 25 C及1atm下,含CO220%,空气80%(体积%)的气体1m3,与1m3的清水在容积2m3的密闭容器中接触进行传质,试问气液达到平衡后, (1) CO2在水中的最终浓度及剩余气体的总压为多少？ ⑵刚开始接触时的总传质推动力△ P, △各为多
第二章流体输送机械 一、名词解释(每题2分) 1、泵流量 泵单位时间输送液体体积量 ２、压头 流体输送设备为单位重量流体所提供的能量 3、效率 有效功率与轴功率的比值 ４、轴功率 电机为泵轴所提供的功率 5、理论压头 具有无限多叶片的离心泵为单位重量理想流体所提供的能量 6、气缚现象 因为泵中存在气体而导致吸不上液体的现象 7、离心泵特性曲线 在一定转速下，离心泵主要性能参数与流量关系的曲线 8、最佳工作点 效率最高时所对应的工作点 9、气蚀现象 泵入口的压力低于所输送液体同温度的饱和蒸汽压力，液体汽化，产生对泵损害或吸不上液体 １0、安装高度 泵正常工作时,泵入口到液面的垂直距离 1１、允许吸上真空度 泵吸入口允许的最低真空度 12、气蚀余量 泵入口的动压头和静压头高于液体饱和蒸汽压头的数值 13、泵的工作点 管路特性曲线与泵的特性曲线的交点 1４、风压 风机为单位体积的流体所提供的能量 15、风量 风机单位时间所输送的气体量，并以进口状态计 二、单选择题(每题2分) 1、用离心泵将水池的水抽吸到水塔中,若离心泵在正常操作范围内工作，开大出口阀门将导致（） Ａ送水量增加，整个管路阻力损失减少
Ｂ送水量增加,整个管路阻力损失增大 C送水量增加，泵的轴功率不变 D 送水量增加,泵的轴功率下降 A 2、以下不是离心式通风机的性能参数( ) A 风量 B 扬程 C 效率Ｄ静风压 B ３、往复泵适用于( ) Ａ大流量且流量要求特别均匀的场合 Ｂ介质腐蚀性特别强的场合 C 流量较小,扬程较高的场合 Ｄ投资较小的场合C ４、离心通风机的全风压等于( ） Ａ静风压加通风机出口的动压 B 离心通风机出口与进口间的压差 C离心通风机出口的压力 D 动风压加静风压 D 5、以下型号的泵不是水泵( ） ＡB型ＢD型 C F型 D sh型Ｃ 6、离心泵的调节阀( ) Ａ只能安在进口管路上 Ｂ只能安在出口管路上 Ｃ安装在进口管路和出口管路上均可 Ｄ只能安在旁路上 B 7、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后以下能量的增加值(） Ａ包括内能在内的总能量 B 机械能 Ｃ压能 D 位能(即实际的升扬高度) B ８、流体经过泵后,压力增大?p N/ｍ2，则单位重量流体压能的增加为( ) A?p B?p／ρ C ?p/ρg D?p/2g C 9、离心泵的下列部件是用来将动能转变为压能( ) A 泵壳和叶轮Ｂ叶轮 C 泵壳Ｄ叶轮和导轮Ｃ １0、离心泵停车时要（) A 先关出口阀后断电 Ｂ先断电后关出口阀 Ｃ先关出口阀先断电均可 Ｄ单级式的先断电,多级式的先关出口阀Ａ １1、离心通风机的铭牌上标明的全风压为100mmH2Ｏ意思是（) Ａ输任何条件的气体介质全风压都达100mmH２O B输送空气时不论流量多少,全风压都可达100mｍH２O C 输送任何气体介质当效率最高时，全风压为100mｍＨ２O Ｄ输送20℃，10１3２５Pａ空气,在效率最高时，全风压为100mmH2O D
第五章 吸收 相组成的换算 【5-1】 空气和CO 2的混合气体中，CO 2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？ 解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102 y Y y = ==--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解lgNH 3, NH 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？ 解 摩尔分数//117 =0．010*******／18 x = + 浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。 溶液中NH 3的量为 /311017n kmol -=? 溶液的体积 /.33101109982 V m -=? 溶液中NH 3的浓度//.333 11017 ==0．581／101109982 n c kmol m V --?=? 或 . 39982 00105058218 s s c x kmol m M ρ= = ?=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 //117 0010610018 X = =． 或 ..00105001061100105 x X x = ==--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH 3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH 3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。 吸收率的定义为 12 211 1Y Y Y Y Y η-= ==-被吸收的溶质量原料气中溶质量 解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101) 01111101 y Y y = ==-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 ()...211109011100111Y Y η=-=-?=（） 摩尔分数 (22200111) =0010981100111 Y y Y = =++ 气液相平衡
*3、流体在垂直管内自上而下流动同时被加热时，其对流传热系数比用普通准数关联式计算 的结果要 。 4、金属的导热系数大都随其纯度的增加而 ，随其温度的升高而 。 6、对流传热的热阻主要集中在 ，因此， 是强化对 流传热的重要途径。 7、在λ、μ、 ρ、 p c 这4个物性参数中，若 值大，对流传热系数α就增大； 若 值大，对流传热系数α就减小。 8、黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的 倍. 9、流体在圆形直管内作强制湍流流动，若传热推动力增大1倍，则对流传热速率增大 倍。 10、大容积沸腾时，由核状沸腾转变为膜状沸腾时的温度差称为 。这时单位时间、 单位面积所传递的热量称为 。 11、处理量为440kg/h 的有机溶液在某换热器中预热。运转一周期后，该溶液在管内生成积 垢，使换热器总热阻增加了10%。若维持冷、热介质出口温度不变，则该溶剂的处理量变 为 。 12、苯在内径为20mm 的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数为1270W/（2 m ·℃）。如果 流量和物性不变，改用内径为30mm 的圆管，其对流传热系数将变为 Ｗ／（2m ·℃）。 *13、热油和水在一套管换热器中换热，水由20℃升至75℃。若冷流体为最小值流体，传热 效率0.65，则油的入口温度为 。 14、在计算换热器的平均传热推动力时，若两端的推动力相差不大于2倍，则其算术平均值 与对数平均值相差不大于 。 15、换热器在使用一段时间后，传热速率会下降很多，这往往是由于 的缘故。 答案：传热管表面有污垢积存 *16、流体横向流过管束作湍流流动时，在管外加有折流板的情况下,14.03/155.0)(36.0W P R N r e u μμ??=。可见对流传热系数与当量直径的__________成反比。 *17、对大空间的自然对流，通常取加热（或冷却）表面的 为特征尺寸。 *19、柴油在圆形直管内作强制滞流流动，给热系数可用下式计算： 14.03/13/13/1)()(86.1W L d P R N i r e u μμ=。若流量和物性不变，将管内径减半后仍为滞流，则 管内对流传热系数变为原来的 倍。 1.传热的三种基本方式为： ， ， 。 2.液体沸腾两种基本形式为： ， 。 3.当外界有辐射能投射到物体表面时，将会发生 ， ， 现 象。 5.对流传热可分为 ， 。 6.在蒸气冷凝传热过程中，若蒸气冷凝为膜状冷凝，则 成为膜状冷凝的主要热 阻。 7.套管换热器中，热流体温度由90℃降到70℃，冷流体温度由20℃上升到40℃，则两流 体作并流时平均温差为 ℃。