环境工程原理

环境工程原理

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2023年3月1日发(作者：钢结构施工合同范本)

第1页

《环境工程原理》试题库

试题一

一：问答题（36分）

1、一定量的流体在圆形直管内作层流流动，若将其管径增加一倍，问能量损失变为原来的多少

倍？

2、何谓气缚现象？如何防止？

3、何谓沉降？沉降可分为哪几类？何谓重力沉降速度？

4、在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，问：

（1）传热管的壁温接近于哪一种流体的温度？

（2）传热糸数K接近于哪一种流体的对流传热膜糸数？

（3）那一种流体走管程？那一种流体走管外？为什么？

5、换热器的设计中为何常常采用逆流操作？

6、单效减压蒸发操作有何优点？

三：计算题(46分)

1、如图所示，水在管内作稳定流动，设管路中所有直管管路的阻力糸数

为03.0，现发现压力表上的读数为05

2

mH，若管径为100mm,求流体

的流量及阀的局部阻力糸数？

2、在一列管式换热器中，用冷却

将C

0

100的热水冷却到C

0

50，热水

流量为h

m

3

60，冷却水在管内流动，温度从C

0

20升到C

0

45。已知传热糸数K为

Cm

w

.

2000

2

，换热管为mm5.225的钢管，长为3m.。求冷却水量和换热管数（逆

流）。

已知：

3

960

m

K



热水



KKg

Kj

CC

.

187.4

冷水热水

试题一答案：

二：问答题

1、。

12

2dd，，

2、离心泵只能空转而不能输送液体的现象。离心泵启

动前应灌满液体。

3、沉降是指依靠外力的作用，利用分散物质及分散

介质的密度差异，使之发生相对运动而分离的过程。沉

降可分为重力沉降和离心沉降。颗粒以加速运动的末速

度这一不变的速度作匀速沉降运动，这一速度称为重力

沉降速度。

3、传热管的壁温接近于蒸汽的温度；传热糸数K接

近于空气的对流传热膜糸数；空气走管内，饱和

蒸汽走管外。（蒸汽散热快）。

4、因为逆流操作：推动力大，所需的传热面积小；

减少载热体的用量。

5、可以降低溶液的沸点，可以利用低压蒸汽或废气

作为加热剂，可以浓缩不耐高温的溶液，可以减少蒸发器的热损失。

三：计算题

1、图示，在1-1，2-2面间列板努利方程

在2-2，3-3面间列板努利方程

即流体的流量为h

m

s

m

33

9.68,019.0局部阻力糸数为8。

2、（1）、..

22

AKV6030.30.4.2

22

K

10m

50m

25m

图1-1

第2页

（2）、

3

'

7.1mV

（3）、..2

22

''

AKV，

36002.301056.32..2

2622

''





AKV

3''

8.6mV。

3、

21

1

1

TTCG=，

s

Kg

G32

2



.167n即冷却水的流量为s

Kg

32和管子根数为167根。

第3页

试题二

二：问答题（30分）

1、流体的流动形态有哪几种？如何判断？

2、何谓层流内层？其厚度受哪些因素影响？

3、采用多级压缩的优点有哪些？

4、列管式换热器为何要进行热补偿？

5、单层圆筒壁的内、外半径分别为

1

r和

2

r，壁表面温度分别为

'

T和

'

t，若

'

t〈

'

T，试写出圆筒任意半径r处的温度表达式？

三：计算题（50分）

1、流量为5000

h

m

3

的水通过一根20Km长的水平管，总压降为0.5。现在中央接一完全相同的

平行管到中点。问总流量变为多少h

m

3

？（设总压降始终不变，流动始终为高度湍流，局部

阻力忽略）。

2、泵将C

0

20的水由一贮槽打到另一贮槽，其中吸入管和排出管的管径为mmm498的无缝

钢管。吸入管长为50m，排出管长为160m。且泵到

管出口的距离为10m，其中流量为h

m

3

35。（已知：atmp1

0

，

02.00.3

s

H,KwN2

电

,94.0

电

）.(C

0

20时水，，，)

求：忽略动压头，求泵的安装高度？

泵的轴功率和效率？

3、一列式换热器规格如下：管长3m,管数30根，管径为mm5.225，管程为1，现拟选

用此换热器冷凝、冷却

2

CS饱和蒸汽，使之从饱和温度C

0

46降至C

0

10。

2

CS走管外，

其流量为s

Kg

G07.0

1

，其冷凝潜热为

Kg

Kj

356，比热为。水走管内，且及

2

CS成

逆流流动。冷却水的进出口温度分别为C

0

5和C

0

30。已知冷凝和冷却段基于外表面的总传

热糸数分别为

Cm

W

K

02

1

.

2000和

Cm

W

K

02

2

.

100。问此换热器是否造适用？

4、用一传热面积为

2

10m的蒸发器将某溶液由15%浓缩到40%，沸点进料，要求每小时蒸得375Kg

浓缩液，已知加热蒸汽压强为200，蒸发室的操作压强为20,此操作条件下的温度差损失可取

C

0

8，热损失可忽略不计。试求：（１）开始设入使用时，此蒸发器的传热糸数为多少？

（２）操作一段时间后，因物料在传热面上结垢，为完成同样蒸发任务，需将加热蒸汽的压

力提高到350，问此时蒸发器的传热糸数为多少？

查得20水蒸汽的饱和温度为C

0

1.60，汽化潜热为

Kg

Kj

9.2354

查得200水蒸汽的饱和温度为

C

0

2.120

查得350水蒸汽的饱和温度为C

0

8.138

试题二的答案

二：问答题

1、流体的流动形态有两种：层流和湍流；用雷诺准数来判断，当2000

e

R，为层流，当

4000

e

R为湍流。

2、在湍流主体内靠近管壁处始终存在着一层作层流流动的流体薄层，此薄层称为层流内层。受

管径、流速、粘度和密度。

3、避免压缩后气体温度过高，提高气缸容积糸数，减小功率，使压缩机结构更为合理。

第4页

4、列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀

程度也有区别。若两流体的温度差较大（C

0

50以上）时，由于热应力会引起设备的变形，

甚至弯曲和破裂。因此我们要考虑热补偿。

三：计算题

1、设接平行管道后，总流量为。

二平行管流量为和。

板努利方程：

总压降相同得：

。2、

s

m

d

V

u53.1

3600.09.0..

4

1

35

.

4

122

1





。

考虑0.5m的安装安全糸数。则泵的安装高度为1m.

3、换热器已有的传热面积：

2

07.73.025.0.14.3.30..mdlnA。

求所需的传热面积：

冷凝段的热量：

1

Q=Kwrw9.24356.07.0.

冷却段的热量：

KwTTCwQ65.236.05.1.07.0..

2112

。

总热量为：

1

Q

2

Q27.55

冷却水的用量：s

Kg

ttC

Q

G0263

530.187.4

55.27

.

12











水

冷却水离开冷却段的温度：C

CG

Q

tt

0

1

4.7

187.4.263.0

65.2

5

比

水

冷凝段的温度差：



Ct

0

7.25

3046

4.746

ln

30464.746











冷却段的温度差：



Ct

0

4.16

510

4.746

ln

5104.746











冷凝段所需传热面积：

2

1

84.4

7.25.200

1000.9.24

.

m

tK

Q

A





冷却段所需传热面积：

2

2

61.1

4.16.100

1000.65.2

.

m

tK

Q

A





所需的总的传热面积：6.45

2

m.

4、水分蒸发量：F

x

x

FW625.01.

1

0



















，375WF.

1000,625

溶液的沸点为Ct

0

1.6881.60。

传热糸数K为：Cm

w

tA

Q

K

02

.

785

1.682.120.3600.10

1000.9.2354.625











改变压力后的传热糸数：Cm

w

tA

Q

K

02

'

.

578

1.688.138.3600.10

1000.9.2354.625









。

可见结垢以后的传热糸数降低。

1

32

图2-1

22

10m

11

图2-2

第5页

试题三

二：判断题（18分）

1、在并联管路中，它们的阻力相等，同理在串联管路中，它们的流速也是相等的。（稳定流动）。

2、转子流量计可以读出任何流体的流量。

3、用雷诺准数来判断流体的流动形态时，在制中属层流范围，在制中属湍流范围。

4、粘度是流体的物理性质之一，则雷诺准数也是流体的物理性质之一。离心泵铭牌上的性能参数是

指泵扬程最高点下的性能参数。

5、往复式压缩机的工作循环是由吸气、排气、膨胀、压缩四个阶段组成。

6、沉降器的生产能力及沉降速度及沉降面积有关，及沉降高度无关。

7、气相及液相所组成的物糸称为气相非均相物糸。

8、用板框式过滤机进行恒压过滤操作，随着过滤时间的增加，滤液量不断增加，生产能力也不断增

加。

9、多层导热时，其推动力为各层推动力之和，阻力也为各层阻力之和。

10、流体对流传热膜糸数一般来说有相变时的要比无相变时为大。

11、多层平壁稳定导热时，如果某层壁面导热糸数小，则该层的导热热阻大，推动力小。

12、若以饱和蒸汽加热空气，传热的壁面温度一般取空气和蒸汽的平均温度。

13、所谓黑体就是人们所讲的黑颜色的物体。

14、在同一种流体中，不可能同时发生自然对流和强制对流。

15、多效蒸发可以提高蒸汽的利用率，二次蒸汽利用一次称为单效蒸发，利用二次称为双效蒸发，依

次类推。

16、对流传热糸数是物质的一种物理性质。

17、黑体、镜体、和灰体都是理想化的物体，在自然界中并不存在。

18、总传热糸数K可用来表示传热过程的强弱，及冷、热流体的物性无关。

三：计算题（64分）

1、图示，“U”管压差计甲的上部管内充满了水，下部为汞，汞的液面落差为cm3，求

12

P？

若再接一“U”管压差计乙，其上部仍为水，下部放置不知名的液体，且测得cmR5.63

乙

，

求

乙

？

2、一降层室长为5m,宽为3m，高为4m。

内部用隔板分成20层，用来回收含尘

气体中的球形固体颗粒，操作条件下含

尘气体的流量为h

m

3

36000，气体密度

，粘度为smPa.03.0。

尘粒密度。试求理论上能

100%除去的最小颗粒直径？

3、外径为200的蒸汽管道，管外壁温度为C

0

160。管外

包以导热糸数为图

3-1

t

4

101.108.0



的保温材料。要求保温层

外壁面温度不超过C

0

60，

每米管长的热损失不超过m

w

150。问保温层的厚度应为多少？

4、欲将浓度为25%，沸点为C

0

5.131，流量为

h

Kg

3600的水溶液经蒸发浓缩到50%。料液的

进口温度为C

0

20，加热蒸汽的压强为392.4（绝压），冷凝器的压强为53.32.据经验蒸发器

的传热糸数可取

Km

W

.

1100

2

，溶液的密度为。若忽略蒸发器的热损失。求加热蒸汽的消耗

量及蒸发器所需的传热面积？

已知：53.32,

Ct

0

83,

Kg

Kj

r2000

甲

乙

P1

2

P

第6页

392.4,CT

0

9.142

Kg

Kj

R2143

试题三答案

三：计算题

1、Rgp

测

示

Kpap708.310.81.9.03.0.16.13

3

。

2、降沉室的总面积：

2

3003.5.20mA。

沉降速度：s

m

A

V

u033.0

3600.300

36000

。

设沉降区为层流，则有：

验算：166.0

10.03.0

9.0.033.0.1006.2

3

5













du

R

e

。

3、保温材料的导热糸数：

Km

w

.

0921.0。

4、水分蒸发量：

h

Kg

x

x

FW1800

50

25

1.36001.

1

0

































。

加热蒸汽消耗量：





s

Kg

R

ttCF

D

f

736.0

2143

205.131.93.4.3600

..

0









。

所需的传热面积为：

2

9.125

5.1315.142.1100

2143.736.0

.

.

m

tK

RD

A







。

即所需的加热蒸汽消耗量为s

Kg

736.0。所需的传热面积为

2

9.125m

试题四

三：计算题

1、图示为一输油管路，未装流量计，但在A、B分别测得压强为KpaP

A

150，

KpaP

A

140，试估算管道中油的流量？已知：管为mm489，A、B间距为10m,

其中管道的当量长度为9.3m，

2、试证明球形颗粒在重力场中作自由沉降时，层流区域内的沉降速度公式为：。

3、用一板框压滤机在300压强差下过滤图4-2

某悬浮液。已知过滤常数K为，

e

q为。要求每一操作周期得

3

8m滤液，过滤时间为0.5h。设滤

饼不可压缩，且滤饼及滤液体积之比为0.025。试求：过滤时间；若操作压强

差提高至600，现有一台板框过滤机，每框的尺寸为mm25635635，若

要求每个过滤周期仍得

3

8m滤液，则至少需要多少个框能满足要求？过滤时间

又为多少？

4、一卧式列管换热器，钢质换热管长为3m,直径为mm225。水以s

m

7.0的

流速在管内流动，并从C

0

17被加热到C

0

37。流量为

s

Kg

25.1、温度为C

0

72

烃的饱和蒸汽在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸汽的冷凝潜热为Kg

Kj

315。

已测得：蒸汽冷凝传热糸数为

Cm

w

02

.

800，管内侧热阻为个侧热阻的40%，

污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算换热管的总根数及换热器的管程数。

计算时可忽略管壁热阻及热损失。

试题四答案

三：计算题

第7页

1、在两点间列板努利方程：

设流体在管路中作层流流动，则：，。

核算雷诺准数：2000933

..





ud

R

e

。

则：油品的流量为h

m

udV

3

2

52.31...

4

1

。

2、颗粒作自由沉降，受力：，

，层流：

e

R

24

，。

3、过滤面积：.

2

Kqq

e

，3600.05.10.5.7012.0

852



A，

2

5.22mA。

滤饼体积：

3

2.0025.0.8mV，框数20

025.0.635.0.635.0

2.0

n。

过滤总面积：

22

13.1620.2.635.0mA。

5、传热量为：KwQ394。所需水量：

s

Kg

W713.4。Ct

0

25.44。

单管水量：s

Kg

W243.0，每程所需管子数为：20n。

每程传热面积：

2

71.4mA，传热糸数：

Cm

W

K

02

.

2.476

所需传热面积：

2'

7.18mA管程数为：4.总管数为80根。

第8页

试题五

一：简答题（60分）

1、图示管路中，流体作稳定流动。问：

（1）、静压头

g

p



哪个大？为什么？

（2）、体积流量V哪个大？为什么？

（3）、质量流速哪个大？为什么？

（不计阻力）

2、图示，测出A、B两端点的压力差？

3、管子的类型有哪几种？表示方法有哪几种？家里

的自来水管是什么管？

4、何谓离心泵的汽蚀现象？如何防止？

5、何谓过滤介质？对过滤介质有何要求？

6、说明热负荷及传热速率的概念及两者之间的关糸？

7、何谓加热剂和冷却剂？举例说明之？

8、叙述导热糸数、对流传热膜糸数、图

5-2

传热糸数的单位及物理意义？

9、强化传热的途径有哪些？

10、蒸发操作有何特点？

二：计算题

1、容器A、B分别盛有水和密度为

的洒精，中间接一水银压差计。

（1）当容器A中的压强paP

A

4

10943.2

（表压）时，测得mR3.0，mh5.0

1



mh2.0

2

，求容器B内的压强为多少？

（2）当容器A中的压强减小至

paP

A

4

10962.1，容器B内的压强不变，

图5-3

则水银压差计内的读数为多少？

2、用油泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷，贮罐内异丁烷液面恒定，其上方压强为652.365。泵位

于贮罐液面以下1.5m处，吸入管路的全部压头损失为1.6m。异丁烷在输送条件下的密度为，饱

和蒸汽压为637.65。在泵的性能表上查得，输送流量下泵的允许汽蚀余量为3.5m。试问该泵能

否正常操作？

3、在一板框过滤机上过滤某种悬浮液，在0.1（表压）下20分钟可在每平方米过滤面积上得到

0.197

3

m的滤液，再过滤20分钟又得到滤液0.09

3

m,试求共过滤1小时可得总滤液量为多

少？

4、某溶液在单效蒸发器中蒸浓，用饱和蒸汽加热，需加热蒸汽量

h

Kg

2100，加热蒸汽的温度为

C

0

120，其汽化潜热为

Kg

Kj

2205。已知蒸发器内二次蒸汽的冷凝温度为C

0

81，各项温度

差损失共为C

0

9。取饱和蒸汽冷凝的传热膜糸数

2

为

Km

W

.

8000

2

，沸腾溶液的传热膜糸

数

1

为

Km

W

.

3500

2

，求该换热器的传热面积？（管壁热阻、垢层热阻及热损失忽略不计）

试题五答案

一：问答题

1、=，。

2、hRgpp

A

..

测

，RghZgpp

B

....

示

测



AB

图5-1

B

Z

A

测



示



R

A

p

B

p

1



2



1

h

2

h

R

第9页

3、管子的类型有：钢管、铸铁管、有色金属管和非金属管。

表示方法有：英寸表示法、公寸直径表示法、外径乘壁厚。

4、泵内压强最低处的压强等于同温度下输送液体的饱和蒸汽压时，此时液体将急

剧汽化，并产生大量汽泡，使得叶轮表面或泵内壳表面产生裂缝，泵体振动，产生噪声，其流量和扬

程明显下降。这一现象称为汽蚀现象。确定合适的安装高度以确保不发生汽蚀现象。

5、过滤介质：一种多孔性物质。

要求：多孔性、阻力小；有一定的机械强度；有一定的化学稳定性。

6、传热速率：单位时间内通过传热面的传热量。

热负荷：当生产上需要加热（或冷却）某物料时，便要求换热器在单位时间内向该物

料输入或输出一定的热量，这是生产对换热器换热能力的要求，称为该换热器的热负荷。

一个满足生产的换热器应该是：传热速率等于（略大于）热负荷。

7、加热剂：给出热量对物料起加热作用的载热体称为加热剂。例蒸汽。

冷却剂：取走热量对物料起冷却作用的载热体称为冷却剂。例水。

8、导热糸数：在壁厚为1m时，在单位面积单位时间内以热传导的方式所传递热量的多

少。单位是：Km

W

.。

传热糸数：当冷热流体的温度差为1K时，通过单位面积单位时间内所传递热量的

多少。单位是：

Km

W

.

2

。

对流传热膜糸数：当流体及壁面温度差为1K时，通过单位面积单位时间内以对流

传热的方式所传递热量的多少。单位是：

Km

W

.

2

。

9、强化传热的途径有：增加传热面积；（增加有效传热面积）

增加温度差；（采用逆流流动）增加传热糸数K（增加流体的湍流流动，防止垢层热阻的形成及及时

地消除垢层热阻）

10、蒸发操作的特点：溶液沸点的升高；节约能源；物料本身的工艺特性。

二：计算题：

1、

11

..hgpp

A

，Rghgpp

HgB

....

22

。

2、，mZ27.26.15.3

81.9.530

637650652365





。

即泵不能正常工作。

3、.

2

Kqq

e

，60.20.197.0

2

Kq

e

，60.20.2.206.0

2

Kq

e

。

。过滤1小时所得到的总滤液量为0.356.

4、传热量：.12902205

3600

2100

.KwrDQ

溶液的沸点：Ct

0

90981。

温差：Ct

0

3090120。

传热糸数：

Km

Kw

K

.

435.2

8000

1

3500

1

1

11

1

2

21













。

传热面积：

2

66.17

30.435.2

1290

.

m

tK

Q

A



。

故所需的传热面积为

2

66.17m。

第10页

试题六

二：简答题（36分）

1、叙述恒縻尔流假设的内容？

2、板式塔塔板上造成液面落差的原因有哪些？如何防止？

3、试推导并流吸收塔的操作线方程？并在的相图上表示出来？

4、叙述双膜理论的论点？

5、画出单级萃取操作相图？

6、叙述湿空气的性能参数？

三：计算题（44分）

1、双股进料的二元连续进料，

均为泡点液相进料，进料液为

21

,FF,

求第三段的汽相和液相流量？已知

第一段的汽液相流量分别为V和L。

2、某填料吸收塔用纯轻油吸收混

合气中的苯，进料量为1000标准h

m

3

。

图6-1

进料气体中含苯5%（体积百分数），其余为惰性气体。要求回收率95%。操作时轻油含量为最小用量

的1.5倍，平衡关系为1.4X。已知体积吸收总糸数为

hm

Kmol

K

ya

.

125

3

，轻油的平均分子量

为170。求轻油用量和完成该生产任务所需填料层高度？

3、有一干燥糸统如图，

新鲜空气为Ct

0

0

20，

干空气

水

Kg

Kg

H01.0

0

及干

燥器出口温度为Ct

0

2

50，

湿度为

干空气

水

Kg

Kg

H08.0

2



的废气汇合后进入预热器

（废气/新鲜空气=0.08/0.2）,

干燥器中的干物料为h

Kg

G1500

1

，

图6-3

温含量为47.0

1

W，05.0

2

W，求新鲜空气加入量和预热器加入的热量？

试题六答案：

二：问答题

1、恒縻尔溢流：在精馏塔的精馏段内，从每一块塔板上下降的液体的千縻尔流量皆相等，提馏

段内也是如些，但两段不一定相等。

恒縻尔汽化流：在精馏塔的精馏段内，从每一

块塔板上上升的汽体的千縻尔流量皆相等，提馏

段内也是如些，但两段不一定相等。

1、液流量、塔板结构和液流长度；可采取双溢

流或多溢流降液管、结构简单的筛板塔。

2、

11

..XXLYYV

V

1

FL

0.8

'

E

预热器干燥器干燥器

简答题5

EF

第11页

3、相互接触的气、液两流体

间存在着稳定的相界面，界面

两侧各有一个很薄的有效层流

膜层，吸收质是发分子扩散的

方式通过此膜层；在相界面处，气、液

两相达到相平衡；在膜层以外的中心区

域，由于流体

的充分湍动，吸收质的浓度是均匀

的，即两相中心区的浓度梯度为0，

全部浓度变化集中在两个有效层流

膜层内。

6、湿空气的性质参数有：相对湿度、

湿度、焓、比容、比热、干球温度、

湿球温度、露点温度、绝热饱和温度。

三：计算题

1、解：由物料衡算得：VLLFFV

''

21

''

而料液是泡点进料，则：VV

''

，

''

21

LLFF。

2、解：，00263.0%951.0526.01.

12

YY。

即轻油量为h

Kg

15147，所需填料层高度为2.74m。

3、解：由等焓过程找到预热后混合气的状态点

由质量比找到混合气的状态点

干燥水分量：



h

Kg

GGW16.663

05.01

47.01.1500

1500

21







。

新鲜空气量：



h

Kg

H

HH

W

L956801.01.

01.008.0

16.663

1.

0

02









。

即新鲜空气量为h

Kg

9568，预热所提供的热量为42.74。

1

Y

1

X

YX

2

Y

2

X

第12页

试题七

二：问答题（30分）

1、何谓理论板？为什么说一个三角形梯级代表一块理论块？

2、何谓塔的漏液现象？如何防止？

3、填料可分为哪几类？对填料有何要求？

4、写出任意一种求温度的方法？

5、叙述多级逆流萃取操作是如何求理论级数的？

三：计算题（50分）

1、用一精馏塔分离二元理想混合物，已知3，进料浓度为3.0

F

x，进料量为

h

Kmol

2000，泡点进料。要求塔顶浓度为0.9，塔釜浓度为0.1（以上均为縻尔分

率）。求塔顶、塔釜的采出量，若2

min

R，写出精馏段和提馏段的操作线方程？

2、用纯水吸收空气—氨混合气体中的氨，氨的初始浓度为0.05(縻尔浓度)。要求氨的回收率不

低于95%，塔低得到的氨水浓度不低于

0.05．已知操作条件下的气、液相平衡关糸为0.95X。试计算：

（1）、逆流操作，气体流量取

sm

Kmol

.

02.0

2

。且

sm

Kmol

K

ya

.

02.0

3

。

求所需填料层高度？

（2）、采用部分吸收剂再循环流程，新鲜吸收剂及循环量之比为20，气体流量不变，体积吸收

总糸数也不变，求所需填料层高度？

3、在密闭的容器内，盛有温度为c

0

20，总压为101.3，湿度为的湿空气。水蒸汽的饱和蒸汽压

为2.338。试求：

（1）、该空气的相对湿度及容纳水分的最大能力为多少？

（2）、若容器内压入温度为c

0

20的干空气，使总压上升为303.9。

该空气的相对湿度及容纳水分的最大能力为多少？

试题七的答案：

二：问答题

1、理论板：离开这一块板上的气、液相组成满足平衡关糸的板；在绘三角形梯级时，正好使用

了一次平衡关系和一次操作线关系，及逐板法相比，正好跨过了一块板，可认为一个三角形

梯级代表了一块理论板。

2、塔板上的液体直接从塔板上漏下的现象。增加上升蒸汽量。

3、填料主要可分为实体填料和网体填料；要求要有较大的比表面积，较高的空隙率，一定的化

学稳定性和一定的机械强度，重量轻，造价低。

4、，利用露点温度查得p,即可算出湿度。

5、第一，在三角形相图上作出溶解度曲线和辅助曲线；第二，根据生产任务找出原料液组成点

F、末级萃余相组成点

n

R、溶剂点S、利用杠杆规则找到

1

E；第三，联结F

1

E和

n

RS的

延长线交于这一操作点；第四，作

1

R的延长线交于

2

E点，找到

2

R后，作

2

R

的延长线交于

3

E点；以此类推，直至最终萃余相的组成小于

n

R为此。所作的联结线数

目，即为所求的理论级数。

三：计算题

1、WDFWD2000

h

Kmol

D500

即精馏塔的塔顶和塔釜采出量分别为h

Kmol

500和

h

Kmol

1500。两段的操作线方程

为25.0722.0xy和083.083.1xy。

2、0526.0

1

Y，0025.0

2

Y。0526.0

1

X，0

2

X

20

R

L

L

，由质量守恒得：

21

..xLLxL

RR

，00238.0

2

x

即填料层高度分别为19.6m和49.3m。

第13页

3、，Kpa

H

PH

p603.1

01.0622.0

3.101.01.0

622.0

.









。

容纳水分的最大能力即饱和湿度：

同理，0033.0

604.19.303

604.1

.622.0622.0









pP

p

H。

第14页

试题八

三：计算题（50分）

1、图示的精馏塔是由一只蒸馏釜

和一块实际板所组成。料液由塔顶加

入，泡点进料，2.0

F

x，今测得塔

顶易挥发组分的回收率为80%，糸统

的相对挥发度为0.3。且3.0

D

x

求：残液组成

W

x和该块塔板的液相默夫里效率？（蒸馏釜可视为一块理论板）。

2、某生产车间使用一填料塔，用

清水逆流吸收混合气中的有害组分A。已知操作条件下，气相总传质单元

高度为1.5m，进塔混合气中组分A的縻图8-1

尔分率为0.04，出塔尾气组成为0.0053,出塔水溶液浓度为0.0125，操作条件下的平衡关系为

XY5.2。试求：液汽比为最小液汽比的多少倍？，所需的填料层的高度？

3、在常压连续理想干燥器中，用通风机将空气送至预热器，经C

0

120饱和蒸汽加热后进入干燥

器以干燥某种温物料，已知空气的状态为：Ct

0

0

15，水蒸汽分压Kpap175.1

0

，

Ct

0

1

90，Ct

0

2

50。物料的状态为：

绝干料

水

Kg

Kg

X15.0

1

，

绝干料

水

Kg

Kg

X01.0

2

。干燥器的生产能力为

h

Kg

G250

2

。预热器的总传热糸数为

Cm

w

K

02

.

500。试求通风机的送风量和预热器的传热面积？

试题八的答案

三：计算题

1、，3

6.1

3.0

2.0

.8.0.8.0

D

F

x

x

F

D

。

则，。，0857.02.0..

FW

x

W

F

x。

即塔釜浓度为0857.0

W

x，液相组成表示的默夫里效率为65.6%。

液汽比为最小液汽比为1.286倍。所需的填料层高度为7.67m。

即通风机的送风量为h

m

3

1822和所需的传热面积为

2

16m。

第15页

试题九

三：计算题（50分）

1、某二元混合物在连续精馏塔中分离，饱和液体进料，组成为5.0

F

x，塔顶馏出液组成为

0.9，釜液组成为0.05，（以上均为易挥发组分的縻尔分率），相对挥发度为3，回流比为

最小回流比的2倍。塔顶设全凝器，泡点回流，塔釜为间接蒸汽加热。试求：进入第一块理

论板的气相浓度？离开最后一块理论板的液相浓度？

2、有一填料吸收塔，填料层高5m，塔径1m，处理丙酮和空气的混合气体，其中空气的流量为

h

Kmol

V92，入塔气体浓度05.0

1

Y（比縻尔浓度，下同），操作条件为：

KpaP3.101，Ct

0

25，用清水逆流吸收，出塔浓度为0026.0

2

Y，

0194.0

1

X，平衡关糸为XY2。试求：体积吸收总糸数

ya

K？每小时可回收丙酮

量？

3、以三氯乙烷为萃取剂，在C

0

25时从含丙酮33%（质量%）的水溶液中萃取丙酮。丙酮水溶

液的处理量为h

Kg

1000，若用

h

Kg

320三氯乙烷进行连续逆流萃取，允许最终萃余液

中含丙酮8%。试用三角形相图求所需理论级数？（溶解度曲线和辅助曲线见下图）。

试题九答案

三：计算题

1、以

h

Kmol

F1为准，WDF，

WDF

WxDxFx。

得：h

Kmol

D529.0，

h

Kmol

W471.0。

相平衡关糸为：，。

q线为：5.0x，则，5.0

q

x，75.0

q

y。

最小回流比为：6.0

min

R。2.1R。

精馏段操作线方程为：41.0545.0xy。

同理提馏段操作线方程为：0202.0405.1xy。

而塔釜相当于一块理论板。，05.0

w

x，1346.0

w

y。

即：进入第一层理论板的气相浓度为819.0；离开最后一层理论板的液相浓度为

1115.0。

2、，h

Kmol

V92。05.0

1

Y,0026.0

2

Y

回收的丙酮量为：

h

Kmol

YYV361.4.

21

。

即体积吸收总糸数为

hm

Kmol

.

185

3

；回收的丙酮量为h

Kmol

361.4。

第16页

试题十

一：简答题（50分）

1、在精馏操作过程中为什么要有回流及再沸器？

2、何谓干燥速率？干燥过程分为哪几个阶段？各受什么控制？

3、什么位置为适宜的进料位置？为什么？

4、湿物料中的水分按能否用干燥操作分为？按除去的难易程度可分为？

5、用连续精馏塔在常压下分离二元理想混合物。据图回答以下问题？

精馏段操作线方程提馏段操作线方程进料状况为为。进料组成为

F

x,塔顶

D

x,塔

釜

W

x.回流比R为，若塔顶产物30

h

kmol

，则回流量为。全回流时

min

N.最小回流比.总理

论塔板数为,精馏段理论塔板数为。若总板效率为%50

T

E，则所需实际塔板数为。

提馏段第二块板上的气、液相组成为。

图十-1

6、湿空气经预热后进干燥器，干燥过程为等焓干燥过程。其变化如图：

00

Ht

11

Ht验室

22

Ht

ABC

在I—H图上找出A、B、C的状态点？

7、某精馏塔中，操作线方程如下：

精馏段：263.0723.0xy

提馏段：0187.025.1xy

若原料液于泡点下进入精馏塔，试求：

F

x、

D

x、

W

x及R？

图十—6

二：计算题（50分）

1、有某平均相对挥发度为3的理想溶液，其中易挥发组份的组成为60%（縻尔分率，以下相同）的

料液于泡点下送入精馏塔。要求馏出液中易挥发组份的组成不小于90%，残液中易挥发组份的组成不大

于2%。

求：每获1馏出液时原料液用量？

若回流比为1.5，它相当于

min

R的多少倍？

假设料液加到板上后，加料板上的浓度仍为60%，求提馏段第二块理论板上的液相组成？

2、某吸收过程中，平衡关满足亨利定律。已知吸收剂和惰性气体的用量分别为Lh

Kmol

和

Vh

Kmol

，吸收过程中进出塔的气、液相浓度分别为

1

Y、

2

Y、

1

X、

2

X。证明当解吸因素时，传质单元数：

%100

2

t

0

t

0

H

2

HH

预热干燥器

第17页

3、某干燥器将肥料从含水5%干至0.5%（湿基），干燥器的生产能力

c

G为

s

Kg绝干料

5.1。物

料进出干燥器的温度分别为C

0

21及C

0

66。湿空气经预热后的温度为C

0

127，湿度为，出干燥器

的温度为C

0

62。若干燥器内无补充热量，热损失忽略不计。试确定干空气的消耗量及空气离开干燥器

时的湿度？（KKg

Kj

C

s.

88.1）。

试题十答案

一：简答题

1、回流是保证精馏塔正常而稳定操作的必要条件。是补充塔板上的液相组成和数量；使塔板上的液

相组成和数量保持稳定；提高塔顶产品的浓度。再沸器主要是提供一定的上升蒸汽量。

2、干燥速率是单位时间单位干燥面积上所汽化的水分量。干燥分恒速干燥阶段和降速干燥阶段。恒

速干燥阶段受表面汽化速率控制，降速干燥阶段受内部扩散控制。

3、跨过两操作线交点的梯级所对应的加料位置为适宜的加料位置。此时所需的理论塔板数为最少。

4、湿物料中的水分按能否用干燥操作来分：平衡水分和自由水分。按除去的难易程度来分：结合水

分和非结合水分。

7、263.0723.0xy，0178.0125.0xy。

二：计算题

1、已知：3，6.0

F

x，9.0

D

x，02.0

w

x，1q。

相平衡关糸：x

x

x

x

y

21

3

11











，

1，9.0102.006wF。

联立求解得：KmolF52.1。

最小回流比：1q，

qF

xx6.0，

其倍数为：4

376.0

5.1

n。

提馏段操作线方程：，

由6.0

'

1

x，得：72.000416.0208.1

'

2

xy。

即：提馏段第二块板上的气相组成为0.72.

2、











1

2

1

2

Y

Y

Y

Y

G

mXY

dY

YY

dY

N



1

2

22

Y

Y

Y

L

V

XY

L

V

mY

dY

3、干燥水分量：，s

Kg

w238.0。

干燥器热量衡算：



1222210

..19.4249088.1..88.101.1.

sc

CGtWttHL

湿度：，0287.0

2

H。

院、系领导

审批并签名

A卷

广州大学2009-2010学年第二学期考试卷

课程环境工程原理1考试形式（闭卷，考试）

学院环境系环境工程专业环境工程班级081学号姓名

题次一二三四五六七八总分评卷人

分数6681

评分

问答题（40分）

第18页

一．流体中组分A的含量为

,0A

c，及平壁面接触，壁面上组分A的含量为

,Ai

c，且

,0A

c>

,Ai

c。试绘制

当流体分别为静止、沿壁面层流流动和湍流流动时，组分A在壁面法向上的浓度分布示意图。（6分）

a.静止时b.层流流动c.湍流流动

答案：

一.见下图。

a.静止时b.层流流动c.湍流流动

二．设冬天室内的温度为

1

T，室外温度为

2

T，

1

T>

2

T。在两温度保持不变的情况下，试绘制下列三种

情况下从室内空气到室外大气温度分布示意图。（6分）

（1）室外平静无风，不考虑辐射传热；

（2）室外冷空气以一定流速流过砖墙表面；

（3）除了室外刮风外，还考虑砖墙及四周环境的辐射传热。

见下图。

（1）（2）（3）

三．流体沿平壁面流动时，同时发生传质过程。当流速增加致使流动状态由层流变为湍流时，试分析流

动边界层厚度的变化，以及对流动阻力和传质阻力产生的影响。（8分）

边界层厚度及流速有关，流速增加，边界层厚度减少。流动由层流变成湍流，速度梯度变大，摩擦力

增加，流动阻力增加；边界层厚度减少，而传质阻力主要集中在边界层，湍流加大了液体的对流，浓度

梯度增大，传质阻力减少。

四．有一个套管换热器，内管外侧装有翅片，用水冷却空气，空气和水各应走哪里（管内和壳间）？试

解释原因。（10分）

装有翅片的目的一方面是为了加大接触面积；另一方面是为了破坏边界层形成以提高对流传热系数。

要提高传热器的传热效果，应当提高限制步骤的传热效果。因此，在用水冷却空气的换热过程中，

空气对流传热慢，是制约因素。所以，翅片应放在空气一侧，即空气走壳间，水走管内。

五．试比较深层过滤和表面过滤的特点和差异。（10分）

表面过滤发生在过滤介质的表面，待过滤流体中的固体颗粒被过滤介质截留，并在其表面逐渐累积成

滤饼，滤饼亦起过滤作用。表面过滤通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高或过滤速度较慢、滤饼容易

形成的情况下。

深层过滤通常发生在以固体颗粒为过滤介质的过滤操作中，过滤时，颗粒物进入过滤介质层，在拦

截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下颗粒物附着在介质表面而及流体分开。深沉过滤一般适用于过滤流体

中颗粒物浓度较低的场合。

计算题（60分）

六．在两个蒸发器中，每小时将5000的无机盐水溶液从12％（质量％）浓缩到30%。第二蒸发器比第一

蒸发器多蒸出5%的水分。试求：（15分）

（1）各蒸发器每小时蒸出水分的量；

（2）第一蒸发器送出的溶液浓度。

解：

由于连续操作，以1小时为基准。

对盐作物料衡算：

2200

xFxF

对总物料作衡算：

212

5000WWF

代入已知数据，得：

2

3.012.05000F

由题意知：

12

05.1WW

求第一个蒸发器送出的溶液浓度，选择第一个蒸发器为衡算范围。

00

Lc

,Ai

c

Lc

,Ai

c

Lc

,Ai

c

0

室内T1室外T2

室内T1室外T2室内T1室外T2

第19页

对盐作物料衡算：

1100

xFxF

对总物料作衡算：

110

FWF

代入已知数据，得：

解得：

七．如图所示，从城市给水管网中引一支管，并在端点B处分成两路分别向一楼和二楼供水（20℃,

ρ998.23）。已知管网压力为0.8×105（表压），支管管径均为32，摩擦系数λ均为0.03，阀门全开

时的阻力系数为6.4，管段、、的长度各为20m、8m和13m（包括除阀门和管出口损失以外的所有局部损

失的当量长度），假设总管压力恒定。试求：（20分）

（1）当一楼阀门全开时，二楼是否有水？

（2）如果要求二楼管出口流量为0.2L，求增压水泵的扬程。

解：

（1）假设二楼有水，并设流速为u2，此时一楼的流速为u1

以所在平面为基准面，在A、C断面之间建立伯努利方程，有

2/2＋ρ＝u1

2/2＋p1/ρ＋2＋Σ

因为＝u1＝0；p1＝0

则有

ρ＝Σ（1）

在A、D断面之间建立伯努利方程，即

2/2＋ρ＝u2

2/2＋p2/ρ＋2＋Σ

＝u2＝0；p2＝0；z2＝3m

ρ＝Σ＋2（2）

联立两式得

Σ＝Σ＋2（3）

（0.03×8m/0.032m＋6.4＋1）×u1

2/2＝（0.03×13m/0.032m＋6.4＋1）×u2

2/2＋3m×9.8m2

所以有

u1

2/2＝1.97m22

Σ＝（0.03×28m/0.032m＋6.4＋1）×u1

2/2＝67.28m22＜ρ

所以二楼有水。

（2）当二楼出口流量为0.2L时，u2＝0.249m

代入（3）式

（0.03×8m/0.032m＋6.4＋1）×u1

2/2＝（0.03×13m/0.032m＋6.4＋1）×u2

2/2＋3m×9.8m2

可得

u1＝2.02m

此时段流速为u0＝2.259m

Σ＝0.03×20m/0.032m×（2.259m）2/2＋（0.03×8m/0.032m＋6.4＋1）×（2.02m）2/2

＝48.266m22＋30.399m22

＝78.665m22

ρ＝0.8×105（998.23）＝80.144m22

因为Σ<ρ

所以不需要增压水泵。

八．拟采用降尘室除去常压炉气中的球形尘粒。降尘室的宽和长分别为2m和6m,气体处理量为1标m3，

炉气温度为427℃，相应的密度ρ0.53，粘度μ=3.4×10-5，固体密度ρ40003，气体速度不大于0.5m，

试求：（25分）

第20页

（1）降尘室的总高度H；

（2）理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸；

（3）粒径为40μm的颗粒的回收百分率；

（4）欲使粒径为10μm的颗粒完全分离下来，需在降尘室内设置几层水平隔板？

解：（1）降尘室的总高度H

（2）理论上能完全出去的最小颗粒尺寸

用试差法由求。

假设沉降在斯托克斯区

核算沉降流型

∴原假设正确

（3）粒径为40μm的颗粒的回收百分率

粒径为40μm的颗粒定在滞流区，其沉降速度

气体通过降沉室的时间为：

直径为40μm的颗粒在12s内的沉降高度为：

假设颗粒在降尘室入口处的炉气中是均匀分布的，则颗粒在降尘室内的沉降高度及降尘室高度之比约等

于该尺寸颗粒被分离下来的百分率。

直径为40μm的颗粒被回收的百分率为：

（4）水平隔板层数

由规定需要完全除去的最小粒径求沉降速度，

再由生产能力和底面积求得多层降尘室的水平隔板层数。

粒径为10μm的颗粒的沉降必在滞流区，

3.321

104.662

564.2

3









取33层

板间距为

三、简述温室效应产生的机理。（6分）

根据太阳表面和地球表面的温度计算可得太阳辐射为短波，地表辐射为长波。而地球表面的温室气

体对于短波的吸收小，对于长波的吸收大，从而大大削弱了地表的对外辐射，从而导致温室效应。

四、为什么多孔材料具有保温性能？保温材料为什么需要防潮？（6分）

多孔材料的孔隙中保留大量气体，气体的导热系数小，从而起到保温效果。水的导热系数较大，如

果保温材料受潮，将会增大整体的导热系数，从而使得保温性能降低，所以要防潮。

五、某工业废气中含有氨，拟采用吸收法进行预处理。根据你所学的知识，分析提高去除效率的方法。

（8分）

增大推动力：化学吸收，逆流；

增大传质系数：加大流速，增加扰动或加填料；

增大接触面积：液滴。

六、试比较深层过滤和表面过滤的特点和差异。（8分）

表面过滤发生在过滤介质的表面，待过滤流体中的固体颗粒被过滤介质截留，并在其表面逐渐累积

成滤饼，滤饼亦起过滤作用。表面过滤通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高或过滤速度较慢、滤饼容

易形成的情况下。

第21页

深层过滤通常发生在以固体颗粒为过滤介质的过滤操作中，过滤时，颗粒物进入过滤介质层，在拦

截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下颗粒物附着在介质表面而及流体分开。深沉过滤一般适用于过滤流体

中颗粒物浓度较低的场合。

计算题

六、如图所示，从城市给水管网中引一支管，并在端点B处分成两路分别向一楼和二楼供水（20℃,

ρ998.23）。已知管网压力为0.8×105（表压），支管管径均为32，摩擦系数λ均为0.03，阀门全开

时的阻力系数为6.4，管段、、的长度各为20m、8m和13m（包括除阀门和管出口损失以外的所有局部损

失的当量长度），假设总管压力恒定。试求：（20分）

（1）当一楼阀门全开时，二楼是否有水？

（2）如果要求二楼管出口流量为0.2L，求增压水泵的扬程。

解：

（1）假设二楼有水，并设流速为u2，此时一楼的流速为u1

以所在平面为基准面，在A、C断面之间建立伯努利方程，有

2/2＋ρ＝u1

2/2＋p1/ρ＋2＋Σ

因为＝u1＝0；p1＝0

则有

ρ＝Σ（1）

在A、D断面之间建立伯努利方程，即

2/2＋ρ＝u2

2/2＋p2/ρ＋2＋Σ

＝u2＝0；p2＝0；z2＝3m

ρ＝Σ＋2（2）

联立两式得

Σ＝Σ＋2（3）

（0.03×8m/0.032m＋6.4＋1）×u1

2/2＝（0.03×13m/0.032m＋6.4＋1）×u2

2/2＋3m×9.8m2

所以有

u1

2/2＝1.97m22

Σ＝（0.03×28m/0.032m＋6.4＋1）×u1

2/2＝67.28m22＜ρ

所以二楼有水。

（2）当二楼出口流量为0.2L时，u2＝0.249m

代入（3）式

（0.03×8m/0.032m＋6.4＋1）×u1

2/2＝（0.03×13m/0.032m＋6.4＋1）×u2

2/2＋3m×9.8m2

可得

u1＝2.02m

此时段流速为u0＝2.259m

Σ＝0.03×20m/0.032m×（2.259m）2/2＋（0.03×8m/0.032m＋6.4＋1）×（2.02m）2/2

＝48.266m22＋30.399m22

＝78.665m22

ρ＝0.8×105（998.23）＝80.144m22

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因为Σ<ρ所以不需要增压水泵。

第23页

七、在换热器中用冷水冷却煤油。水在直径为φ19×2的钢管内流动，水的对流传热系数为3490

（m2·K），煤油的对流传热系数为458（m2·K）。换热器使用一段时间后，管壁两侧均产生污垢，煤

油侧和水侧的污垢热阻分别为0.000176m2·和0.00026m2·，管壁的导热系数为45（m·K）。若将钢

管视为薄管壁，试求：（16分）

（1）基于管外表面积的总传热系数；

（2）产生污垢后热阻增加的百分数。

解：（1）将钢管视为薄管壁

则有

12

12

22222

32

111

10.0021

mK/WmK/WmK/W0.00026mK/W0.000176mK/W

349045458

2.9510mK/W

ss

b

rr

K









K＝338.9（m2·K）

（2）产生污垢后增加的热阻百分比为

注：视为薄管壁，有5％左右的数值误差。

八、拟采用降尘室除去常压炉气中的球形尘粒。降尘室的宽和长分别为2m和6m,气体处理量为1标m3，

炉气温度为427℃，相应的密度ρ0.53，粘度μ=3.4×10-5，固体密度ρ40003，气体速度不大于0.5m，

试求：（20分）

（1）降尘室的总高度H；

（2）理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸；

（3）粒径为40μm的颗粒的回收百分率；

（4）欲使粒径10μm的颗粒完全分离下来，需在降尘室内设置几层水平隔板？

解：（1）降尘室的总高度H

（2）理论上能完全出去的最小颗粒尺寸

用试差法由求。

假设沉降在斯托克斯区

核算沉降流型

∴原假设正确

（3）粒径为40μm的颗粒的回收百分率

粒径为40μm的颗粒定在滞流区，其沉降速度

气体通过降沉室的时间为：

直径为40μm的颗粒在12s内的沉降高度为：

假设颗粒在降尘室入口处的炉气中是均匀分布的，则颗粒在降尘室内的沉降高度及降尘室高度之比约等

于该尺寸颗粒被分离下来的百分率。

直径为40μm的颗粒被回收的百分率为：

（4）水平隔板层数

由规定需要完全除去的最小粒径求沉降速度，

再由生产能力和底面积求得多层降尘室的水平隔板层数。

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粒径为10μm的颗粒的沉降必在滞流区，

3.321

104.662

564.2

3









取33层

板间距为