1999年-208研究生考试化工原理试题10套文档格式.docx

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现将该套管换热器的内管内径缩至原来的1/2，假设热流体的流量及物性不发生变化，则热流体侧的对流传热膜系数变为原

来的 倍。

12.如图，１表面为平面，２表面为半球面，二者构成一封闭表面，则角系数

ψ１２＝ ，ψ２１＝ 。

13.在萃取操作中，分配系数是指

选择性系数是指 。

14.直接水蒸汽加热的精馏塔适用于 的

情况。

直接水蒸汽加热与间接水蒸汽加热相比，当xD、xF、R、q、α及回收率相同时，其所需

第１２题图

理论板数要 （多、少或相等）。

15.雾沫夹带是指 的现象。

正常操作的板式塔，雾沫夹带量应控制为

kg液/kg气。

影响雾沫夹带的主要因素是 。

二、计算题（共６０分）

１．（１５分）如图所示为一供水系统，水池及两分支管出口均通大气，两分

支管路在同一水平面上，距水池液面１０m。

总3页 第3页

管路中装有两台规格相同的离心泵，单台泵的特性曲线可表示为：

Ｈ＝４０-４×

１０５Ｑ２ （Ｈ—扬程，m；

Ｑ—流量，m3/s）

适当地关闭、开启阀门，两台泵既可单独工作，又可串联或并联工作。

假设管

内流动均处于阻力平方区，管路中各管段的有关数据为：

管段

总管长∑（l+le）

m

管径d，mm

摩擦系数λ

ＡＢ

５０

１００

0.015

ＢＣ

８０

0.02

ＢＤ

６０

水池至Ａ之间的连接管路的阻力损失可忽略。

试确定：

①采用单台泵供水时ＢＣ、ＢＤ段的流量，m3/h；

②关闭ＢＣ段的阀门，采用两台泵串联组合进行供水时水的流量为多少？

２．（１０分） 通过一列管换热器，１１０℃的饱和蒸汽在壳程被冷凝为

１１０℃的水，一定流量的空气以湍流状态流过管程由３０℃被加热至

５０℃。

现因空气的流量增加，致使其出口温度降低了３℃。

换热器的管壁及污垢热阻可忽略，不计热损失。

试求：

①空气流量为原来的多少倍？

②冷凝水的产生量为原来的多少倍？

（提示：

可以运用控制热阻的概念。

）

３．（１５分） 某生产过程中产生两股含有HCl的混合气体，一股流量

Ｇ１＝0.015kmol/s，HCl的浓度yG1＝０.０４（摩尔分率），另一股流量

Ｇ２＝0.015kmol/s，HCl的浓度yG２＝０.０２（摩尔分率）。

今拟用一个吸收塔回收两股气体中的HCl，总回收率不低于８５％，所用吸收剂为

２０℃的纯水，亨利系数Ｅ＝2.786×

105Pa，操作压强为常压，则：

①将两股物料混合后由吸收塔塔底入塔，最少吸收剂用量为多少？

②若空塔气速取０.５m/s，此气速下Kya＝8×

10-3kmol/（s.m3），实际液气比取最小液气比的1.2倍，混合进料时所需塔高为多少？

③若将第一股物料由吸收塔塔底入塔，第二股物料在最佳位置加入塔内，最少吸收剂用量变为多少？

４．（１０分）用连续精馏塔分离某二元混合物，塔顶采用全凝器，要求塔顶产品组成xD＝0.94（摩尔分率，下同），塔底产品组成xW＝0.04，q线方程为y＝6x-3，操作回流比为最小回流比的1.2倍，操作条件下的相对挥发度α＝1.2，试求：

①进料的组成；

②塔顶产品采出率Ｄ/Ｆ；

③通过实验测得该塔精馏段中相邻两层塔板上上升蒸汽的组成分别为

0.85、0.858，试计算其中一层塔板的Murphree板效率。

５．（１０分） 实验室中在100kPa的压差下对某种悬浮液进行过滤实验，测得qe＝0.01m3/m2,K＝1.936×

10-4m2/s,滤饼不可压缩。

今采用一台直径

1.5m、长10m的转筒真空过滤机处理此种料浆，所用滤布与实验时的相同，转筒的浸没角为120度,转速为0.5转/分，操作真空度为80kPa。

试求该过

滤机的生产能力为多少？

以（m3滤液/h）表示。

一九九九年硕士研究生入学考试《化工原理》试题答案

一、填空及选择题（共４０分，选择题每题２分，填空题每题３分）：

１．Ｃ、Ａ、Ｂ

２．Ｃ、Ｃ、Ａ

３．Ａ

４．Ａ、Ｂ

５．Ａ、Ａ、Ｂ

６．２３０.４

７．单位接触面积、单位速度梯度时内摩擦力大小；

１０００μ/ρ

８．床层存在沟流；

床层发生节涌。

９．１３

１０．过滤、洗涤及洗干、卸渣、滤布再生；

分配头。

１１．３.４８

１２．１，０.５

１３．溶质在互成平衡的萃取相和萃余相中的组成比；

萃取相中溶质与稀释剂

的组成之比同萃余相中溶质与稀释剂的组成之比的比值。

１４．所处理的物料为水溶液，水为重组分，塔底产品近于纯水；

多。

１５．气体通过塔板上的液层后，将部分较小的液滴夹带至上层塔板的现象；

板间距、空塔气速、气液相的物性等（答出两个因素即可）。

１．（１５分）

解：

①（10分）下面分别以u、u１、u２表示ＡＢ段、ＢＣ段、ＢＤ段的流速。

由水池液面至Ｂ面、再至Ｄ或Ｃ面列柏氏方程，有：

He=10+u21/2g+HfAB+HfBC=10+u22/2g+HfAB+HfBD （a）

其中：

HfAB=0.015×

（50/0.1）×

（u2/2g）=7.5（u2/2g）

HfBC=0.02×

（80/0.05）×

（u21/2g）=32（u21/2g）HfBD=0.02×

（60/0.05）×

（u22/2g）=24（u22/2g）

由Ｂ面至Ｃ面、Ｂ面至Ｄ面列柏氏方程得：

u22/2g＋HfBD＝u21/2g＋HfBC 即：

33（u21/2g）=25（u22/2g）

或u２＝1.149u１ （b）

同时：

ＶＡＢ＝ＶＢＣ＋ＶＢＤ 即：

0.12u=0.052（u1+u2） （c）

由b、c两式：

u1=1.861u

从而：

He=10+u21/2g+HfAB+HfBC=10+7.5（u2/2g）+33（u21/2g）

=10+6.207u2 （e）

（e）式即为管路的特性曲线方程。

泵的特性曲线方程：

Ｈ＝４０-４×

１０５Ｑ２=４０-４×

１０５（0.785×

0.12u）

2

=40-24.65u2 （f）

联解（e）、（f）得：

u=0.986m/s,u1=1.835m/s,u2=2.108m/sVBC=0.785×

0.052×

1.835=0.00360m3/s=13.0m3/hVBD=0.785×

2.108=0.00414m3/s=14.9m3/h

BD

②（５分）管路的特性曲线：

He=10+HfAB+HfBD+u2/2g=10+7.5（u2/2g）+25{（4u）

2/2g}

=10+20.77u2

串联时泵的特性曲线：

H=2（40-4×

105Q2）=80-49.30u2

Ｈ＝Ｈe解得：

u=1.00m/sV=0.785×

0.12×

1.123=0.00785m/s=28.3m3/h

２．（１０分）

一侧有相变化，αo>

>

αi，管壁及污垢热阻可忽略，不计热损失，故：

Ｋ≈αi

空气流量增加前：

Q=mCp（50-30）=KAΔtm空气流量增加后：

Q=mCp（47-30）=K’AΔtm’Δtm=（80+60）/2=70℃

Δtm’=（80+63）/2=71.5℃

Q/Q’=20m/（17m’）=70K/（71.5K’）

湍流状态：

αi∝m0.8即Ｋ∝m0.8，所以：

Q/Q’=20m/（17m’）=70K0.8/（71.5K’0.8）m’/m=2.505,Q/Q’=2.130

（m’/m）water=Q/Q’=2.130

３．（１５分）

①（５分）m=E/P=2.786/1.103=2.75

混合气体的组成y1=（yG1+yG2）/2=（0.04+0.02）/2=0.03

混合气体的流量G=G1+G2=0.03kmol/s

气体出口浓度y2=（1-η）y1=（1-0.85）×

0.03=0.0045（L/G）min=（y1-y2）/（y1/m）=（0.03-0.0045）/（0.03/2.75）=2.3375Lmin=2.3375G=2.3375×

0.03=0.0701kmol/s

②（６分）

混合气Ｖ=22.4×

0.03×

293/273=0.721m3/s

塔径Ｄ＝（4V/πu）0.5=[4×

0.721/（3.14×

0.5）]0.5=1.335m（L/G）=1.2（L/G）min=1.2×

2.3375=2.805

x1=（y1-y2）G/L+x2=（0.03-0.0045）/2.805=0.00909

Δy1=y1-mx1=0.03-2.75×

0.00909=0.005

Δy2=y2-mx2=0.0045

Δym=（0.005-0.0045）/2=0.00475

Z= 0.03

8´

10-3´

0.785´

1.3352

´

0.03-0.0045

0.00475

=14.4m

③（４分）两股气体分别进塔时，塔下半部液气比大于上半部，操作线首先在中间加料处与平衡线相交。

（L/G）min=（0.02-0.0045）/（0.02/2.75）=2.1312Lmin=2.1312G=2.1312×

0.03=0.0639kmol/s

４．（１０分）

①（３分）q/（q-1）=6q=1.2

xF/（q-1）=xF/0.2=3 xF=0.6

②（２分）0.6F=0.04（F-D）+0.94DD/F=0.622

③（５分）由y=6x-3及y=1.2x/（1+0.2x）得：

x=0.6085 y=0.6510

Rmin=（0.94-0.6510）/（0.6510-0.6085）=6.8Yn+1=0.8718xn+0.1205０.85=0.8718xn+0.1205

n

xn=0.8368 y*=0.8602

EMV=（0.858-0.85）/（0.8602-0.85）=0.784

５．（１０分）

恒压过滤，s=0,K∝ΔＰ

Ｋ＝1.936×

10-4×

8/10=1.5488×

10-4 m2/s

e

τe=q2/K=0.012/1.5488×

10-4=0.65s

τ=φ/n=40s（q+qe）2=K（τ+τe）

∴q=[1.5488×

10-4（40+0.65）]0.5-0.01=0.0693m3/m2V=Aq=πDlq=3.14×

1.5×

10×

0.0693=3.264m3T=120s

Q=V/T=3.264/120=0.0272m3/s=97.9m3/h

二○○○年硕士研究生入学考试试题

科目名称：

化工原理 共4页

一、填空及选择题（共25分）：

1.当管路的特性曲线写为H=A+BQ2时， 。

A.A只包括单位重量流体增加的位能。

B.A只包括单位重量流体增加的位能与静压能之和。

C.BQ2代表管路系统的阻力损失。

D.BQ2代表单位重量流体增加的动能。

2.如图所示，两个相互连通的密闭容器中装有处于静止状态、密度为ρ的液体，对于图中A、B两点，PA PB,

æ

PA ö

æ

PB ö

ç

+ZA÷

ç

+ZB÷

。

è

ρg ø

è

A.>

B..<

C.＝ 第2题图

3.从地槽向常压吸收塔送液，采用一台离心泵时恰好在其高效区工作。

若管路不变，再并联一台相同型号的泵，则 。

A.两台泵均在高效区工作。

B.两台泵均不在高效区工作。

C.仅原泵在高效区工作。

D.仅新装的泵在高效区工作。

4.在重力场中，微小颗粒的沉降速度与 无关。

A.粒子的几何形状 B.粒子的几何尺寸

C.流体与粒子的密度 D.流体的流速

5.用转筒真空过滤机处理某悬浮液，若保持其他条件不变，提高转筒转速，则滤饼厚度，生产能力 。

（增大、不变或减小）

6.为减少室外设备的热损失，拟在保温层外再包一层金属皮，则选择金属皮时，应优先考虑的因素是选用 的材料。

A.颜色较深 B.表面粗糙 C.颜色较浅 D.表面光滑

7.试指出下列传质过程中的扩散类型：

①恒摩尔流假定成立的蒸馏过程：

②惰性组分不溶于液相的吸收过程：

③稀释剂与萃取剂互不相溶的萃取过程：

8.实验室用水吸收NH3的过程基本上属于（A.气膜控制；

B.液膜控制；

C.双膜控制）过程；

其中气相中的浓度梯度 液相中的浓度梯度（均已换算为相应的液相组成；

；

B.<

C.＝）；

气膜阻力 液膜阻力

（A.>

C.＝）。

9.离开精馏塔提馏段某理论板气相露点温度为t1，液相泡点温度为t2，气相在该板上的浓度改变量为Δy，液相在该板上的浓度改变量为Δx，则t1 t2，ΔxΔy。

A.≥ B.＝ C.≤

10.A-B-S物系的溶解度曲线如图所示。

P、Q代表互

呈平衡的两相，则该两相中A、B的质量比æ

Aö

、

÷

Bø

P

间关系为 。

Q

A.æ

>

æ

B.æ

=æ

ç

Pè

C.æ

<



è

第10题图

11.利用LoBo-Evans方法进行辐射室传热计算时，冷平面面积是指

当量冷平面面积是指 。

二、简答题（15分）

试用最简洁的语言描述《化工原理》课程所涉及到的各种单元操作的核心

内容。

要求：

至少需描述5种单元操作，每种单元操作的叙述限于1～2句话。

三、计算题（共60分）

６．（10分）某化工厂吸收塔的操作压力

P=60kPa（绝）,由水泵或高位槽向塔顶输入作为吸收剂的20℃的清水，流程如图所示（高位槽水位恒定）。

已知：

∑lAB=100m，∑lAC=200m（均包括局部阻力当量长度）,管线内径均为0.1m，摩擦系数均为0.03,当地大气压力为100kPa，AD间距H=10m。

①未启动泵时，高位槽向吸收塔的供水量

Q1，m3/h；

②启动泵后，AC管路中水量Q2为多大时，高位槽将停止供水？

第1题图

７．（10分） 1.75米长的套管换热器，内管为Φ25×

2.5mm的钢管，外管为

Φ60×

3.5mm的钢管。

管间为蒸汽冷凝，内管中空气流量为12.751kg/h,进、出口温度分别为20℃和60℃。

①空气侧对流传热系数，W/m2K；

②已测出蒸汽侧的对流传热系数为104W/m2K,传热的平均温差多大？

注：

①计算过程中不计热损失，忽略管壁及污垢热阻；

②空气的物性参数可视为常数：

ρ＝1.128kg/m3,Cp=1.005kJ/kg•K，λ＝0.0276W/m•K,μ＝0.0196cP

。

８．（15分）在一吸收塔内用纯水吸收某气体混合物，混合物的初始浓度为

0.06（摩尔分率，下同），在操作条件下，相平衡关系为ye=1.2x，液气比为1.2,两相逆流操作，气体出口浓度为0.01,吸收过程为气膜阻力控制，Kya∝V0.7（其中V为入塔气体流率，kmol/（m2s））。

现另有一完全相同的吸

收塔，在两流体入口浓度、流量及操作条件皆不变的前提下，两塔可以串连或并联组合操作，如图所示。

请问：

①单塔操作时，传质单元数为多少？

②两塔串联组合逆流操作时（图a），气体残余浓度为多少？

③两塔并联组合逆流操作、气液两相皆均匀分配时（图b），气体残余浓度为多少？

第3题图

９．（15分）在连续操作的精馏塔中分离苯—甲苯溶液。

塔釜采用间接蒸汽加热，塔顶为全凝器，泡点回流。

饱和蒸汽进料，其中含苯0.35（摩尔分率，下同），流量为100kmol/h。

塔顶馏出液量为40kmol/h.系统的相对挥发度为2.5,且知精馏段操作线方程为y=0.8x+0.16。

①提馏段操作线方程；

②若塔顶第一块板下降的液体中含苯0.70,求该板以气相组成表示的板效率EMV；

③若塔釜停止供应蒸汽，保持回流比不变，当塔板数无限多时，塔底残液的浓度为多少？

１０．（10分）某混合液含溶质A30%，稀释剂B70%（均为质量分率），拟采用多级逆流萃取加以分离，已知萃取剂S与稀释剂B完全不相溶，溶质A在B与S之间的分配曲线如图所示，所用萃取剂为纯溶剂，要求溶质萃余率不超过10%，试求：

①最小萃取剂比（S/F）min；

②若所采用萃取剂比（S/F）为

（S/F）min的1.2倍，则所需理论级数为多少？

第5题图

二○○○年硕士研究生入学考试《化工原理》试题答案

１６．Ｂ

１７．Ａ、Ｃ

１８．B

１９．D

２０．减小、增大

２１．D

２２．等分子反向扩散；

单向扩散；

单向扩散

２３．A、A、A

２４．B、C

２５．C

２６．管排占据的全部面积；

烟气对管排的有效辐射面积

二、简答题（共15分）：

本题为主观创新型题目，无标准答案。

三、计算题（共６０分）

１．（10分）

①（5分）以O-O’为基准，1～2面间列柏努利方程：

P1=100kPa,P2=60kPaZ1=10m, Z2=0

u1=0, u2未知

0+10+

100000

1000´

9.81

u2

=2+0+

2g

60000

+å

Hf

300u2 u2

å

H =0.03´

2=902

所以：

f 0.12g 2g

u2

912=14.08

u2=1.742m/s

Q1=pd2u

4 2

=0.785´

0.12´

1.742=0.01367m3/s

=49.2m3/h

②（5分）高位槽停止供水时：

P3=P1

+DPAD

= 100000

+10=20.19mH2O

P2=

=6.12mH2O

3～2面间列柏努利方程：

u2 u2

200 u2

0+20.19+

=0+6.12+

+0.03´

0.1 2g

u=2.145m/s

Q=0.01684m3/s=60.6m3/h

①（6分）此为低粘度流体在圆直管内强制对流的情况。

G=12.751

3600´

0.022

=11.279kg/m2s

Re=dG/m=0.02´

11.279=1.15´

104

0.0196´

10-3

Pr=Cpm/l=1005´

0.0196´

10-3/0.0276=0.714

L/di=87.5

故：

i

a=0.023lRe0.8Pr0.4

di

=0.023·

0.0276（1.15´

104）0.8´

0.7140.4=49.16w/m2K

②（4分）Q=m2Cp2

（t2

-t1

）=12.751´

1005´

（60-20）=142.W

3600

Ao=pdoL=3.14´

0.025´

1.75=0.1374m2

Ko=

1 =

1do+1

1

1 25+1

=39.17W/m2K

aidi ao

Dt = Q =

49.1620

142.4

104

=26.5℃

m KoAo 39.17´

0.1374

①（4分）因L/V=m，故：

Dym=Dy1=Dy