天津大学化工原理考研真题.doc

本文由三水凉贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 天津大学研究生院二 0 0 一年招收硕士生入 学试题 题号： 考试科目：化工原理（含化工原理实验） 页数： 一、选择与填空（20%） 1、 用离心泵将某贮槽 A 内的液体输送到一常压设备 B， 若设备 B 变为高压设备， 则泵的输液量 ， 轴功率 。 2、球形颗粒的自由沉降过程包括加速运动和等速运动两个阶段，沉降速度是指 阶段中的颗粒相对于流体 的运动速度。 3、通过三层平壁的定态热传导过程，各层界面接触均匀，第一层两侧面温度分别为 120和 80，第三层 外表面温度为 40，则第一层热阻 R1 与第二、三层热阻 R2、R3 的大小关系为 。 A、R1(R2+ R3) B、R1(R2+ R3) C、R1(R2+ R3) D、无法确定 4、某二元物系，相对挥发度=2.5，对 n、n-1 两层理论板，在全回流条件下，已知 xn=0.35，则 yn-1= 。 5、在吸收操作中，若 c*c cic，则该过程为 。 A、液膜控制 B、气膜控制 C、双膜控制 D、不能确定 6、分配系数 kA 增加，则选择性系数 。 A、减小 B、不变 C、增加 D、不确定 7、在填料塔的p/zu 曲线图上，有 和 两个折点，该两个折点将曲线分为三个区，它们分别是 、 、 。 8、采用一定状态的空气干燥某湿物料， 不能通过干燥除去。 A、结合水分 B、非结合水分 C、自由水分 D、平衡水分 二、如图所示(附件)，用离心泵将储槽 A 中的液体输送到高位槽 B（两个槽位敞开） ，两槽液面保持恒定， 两液面的高度差为 12m，管路内径为 38mm，管路总长度为 50m（包括管件、阀门、流量计的当量长度） 。 管路上安装一孔板流量计，孔板的孔径为 20mm，流量系数 C0 为 0.63，U 管压差计读数 R 为 540mm，指 示液为汞（汞的密度为 13600kg/m3） 。操作条件下液体密度为 1260kg/m3，粘度为 110-3Pas。若泵的效 率为 60%，试求泵的轴功率，kW。 摩擦系数可按下式计算： 滞流时， = 64/Re 湍流时， = 0.3164/Re0.25 （13） 三、在一定条件下恒压过滤某悬浮液，实际测得 K=510-5m2/s，Ve=0.5m3。先采用滤框尺寸为 635mm 635mm25mm 的板框压滤机在同一条件下过过滤某悬浮液，欲在 30min 过滤时间内获得 5m3 滤液，试求 所需滤框的个数 n。 （6%） 第一页，共二页 四、有一列管换热器，装有25mm2.5mm 钢管 300 根，管长为 2m。将管程的空气由 20加热到 85， 空气流量为 8000kg/h。 108的饱和蒸汽在壳程作为介质， 用 水蒸气的冷凝传热膜系数为 1104W/(m2 K)。 管壁及两侧污垢热阻可忽略，热损失可忽略。已知管内空气的普兰特准数 Pr 为 0.7，雷诺准数 Re 为 2.383 104，空气导热系数为 2.8510-2W/(mK)，比热容为 1kJ/(kgK)。试求： （1）空气在管内的对流传热系数； （2）换热器的总传热系数（以管外表面积为基础） ； （3）通过计算说明该换热器能够满足要求。 （12%） 五、在一连续精馏塔中分离某理想二元混合物。已知原料液流量为 100kmol/h，其组成为 0.5（易挥发组分 的摩尔分率，下同） ；塔顶馏出液流量为 50kmol/h，其组成为 0.96；泡点进料；塔顶采用全凝器，泡点回流， 操作回流比为最小回流比的 1.5 倍； 操作条件下平均相对挥发度为 2.1， 每层塔板的气相默弗里板效率为 0.5。 （1）计算釜残液组成； （2）求精馏段操作线方程； （3）若经过精馏段第 n 块实际板液相组成降低了 0.01，求经过该板气相组成的最大变化量。 （13%） 六、在填料层高度为 8.5m 的吸收塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。已知进塔混合气体中溶 质的含量为 0.05（摩尔比） ；单位塔截面上惰性气体流量为 50kmol/(m2h)；气相总吸收系数为 0.34 kmol/(m2h)；溶质的吸收率为 98%；在操作条件下，该系统的平衡关系为 Y=2.2X（X、Y 均为摩尔比） ； 溶剂用量为最小用量的 1.5 倍。试计算： （1）出塔液相组成； （2）所有填料的比表面积。 （11%） 七、湿度为 0.01kg/kg 绝干空气的常压新鲜空气经预热器加热后，在常压下用于干燥某种湿物料。空气进、 出预热器的温度分别为 20、120，含水量分别为 20%、5%（均为湿基） 。干燥后产品的流量为 60kg/h， 湿物料的平均比热容为 2.134kJ/(kg)，忽略干燥系统的热损失。试求： （1）新鲜空气的流量 V（m3/h） ； （2）干燥系统所需要的总加热速率 Q。 （10%） 八、实验部分（15%/） 1、在进行间歇精馏操作过程中，为了保持塔顶温度的恒定，应逐渐 回流比；同时为了保持塔顶产品产量 的恒定，应逐渐 塔釜加热量。 2、在进行圆形直管内空气湍流流动的对流传热系数测定实验中，需要测定哪些物理量？ 3、在恒压过滤常数测定实验中，已知不同滤液量 V 对应的过滤时间，试简要说明利用作图法求取恒压 过滤常数的方法。 4、设计一实验流程（画出其实验流程示意图） ，可以完成如下实验内容： （1）进行离心泵性能的研究； （2）进行水平直管摩擦阻力与流动雷诺数关系的研究。 天津大学研究生院 2002 年招收硕士生入学试题 题号： 考试科目：化工原理（含实验） 页数： 一、 【基本题】 （选择填空题或直接填空，每空 1 分，共 25 分） 1、在完全湍流区，流动摩擦阻力损失与（ ）成正比；在层流区，流动摩擦阻力损失与（ ）成正比。 流速的一次方 流速的平方 流速的三次方 流速的五次方 2、在设计沉降室时，所依据的基本关系是 Vsblut，其中 ut 是指（ ） 颗粒的平均沉降速度 要求被除去的最小颗粒的沉降速度 平均粒径大小的颗粒的沉降速度 3、在塔板设计中，若加大板间距则漏夜线（ ） ，液泛线（ ） 。 下移 不变 上移 不确定 4、填料因子值减小，填料塔的液泛速度 uF（ ） 增大 不变 不确定 减小 5、对于第 I 类物系，若温度升高，则溶质在溶剂中的溶解度（ ） 、分层区的面积（ ） 。 不变 减小 增大 不确定 6、离心泵的气蚀余量越小，则其抗气蚀能力（ ） 。 越强 越弱 不确定 7、精馏塔有（ ）种进料热状况，其中（ ）进料的 q 值最大，进料温度（ ）泡点温度。 8、在逆流吸收塔中，用清水吸收混合气中的溶质组分。其液气比 L/V 为 2.7，平衡关系为 Y=1.5X。若溶质 的回收率为 90%，则操作液气比与最小液气比之比值（ ） 。 9、离心泵压头的物理意义： ） （ 。 10、选择旋风分离器的依据是 ： ）（ ）和（ ） （ 、 。 11、根据热补偿方式的不同，列管式换热器可分为（ ）换热器、 ）换热器和（ ）换热器。 （ 12、某恒压过滤的方程为 V2+V=0.01721，V 单位为 m3，单位为 s 若过滤面积为 18.55m2，则过滤常数 K=（ ） 、Ve=（ ） 、e=（ ） 、qe=（ ） ；欲得 5m3 的滤液，所需的 过滤时间为（ ） 。 二、 【流体输送】 （共 12 分） 采用如图所示的输送系统，将水池中的清水输送到高位槽中。 （1）试分析当出口阀 C 的开度由 C1 增大到 C2 时，真空表和压力表的读数如何变化； 分） （8 （2）若离心泵的方程为 H327.0104Q2 （m2/s） 试求输水量为 0.01m3/s 时的管路方程。 （4 分） 三、 【传热】 （共 12 分）一定流量的空气用列管式换热器从 20加热到 80，空气在管内呈湍流流动，管 外为饱和蒸汽冷凝加热。现因生产需要，空气流量增加 20%，并要求空气的 第一页 共二页 进出口温度保持不变。现拟采用提高加热蒸汽的温度，从而提高平均传热温差的办法来解决这一问题，试 求：换热器平均温差应提高的百分比。 （12 分） （不考虑管壁及可能的污垢热阻） 四、 【精馏】 （共 13 分）在常压连续精馏塔内分离某理想二元混合物。已知进料量为 100kmol/h，其组成为 0.4（易挥发组分的摩尔分率，下同） ；馏出液流量为 40kmol/h，其组成为 0.95；进料为泡点进料；操作回 流比为最小回流比的 1.6 倍；每层塔板的液相默弗里板效率 EML 为 0.5；在本题范围内气液平衡方程为 y=0.6x+0.35；测得进入该塔某层塔板的液相组成为 0.35。试计算： （1）精馏段操作线方程； （8 分） （2）离开该层塔板的液相组成。 （5 分） 五、 【吸收】 （共 11 分）在一直径为 1.2m、填料层高度为 5m 的吸收塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的 溶质组分。已知入塔混合气中惰性组分的摩尔流量为 40kmol/h，气相总体积吸收系数为 62.5kmol/(m3h)； 在操作条件下，平衡线和操作线均为直线，且平衡线与操作线的斜率之比为 0.7。试计算该吸收塔的吸收率 A。 （11 分） 六、 【干燥】 （共 12 分）在常压下用湿空气干燥某湿物料。已知湿空气的流量为 1000kg/h，进预热器时的温 度为 20，相对湿度为 60%，进干燥器的温度为 107，离开干燥器时的湿度为 0.03kg/kg 绝干气，试求以 下两种情况下空气出干燥器的温度。 （1）理想干燥过程； （6 分） （2）不向干燥器补充热量，加热物料消耗的热量为 15000kJ/h，干燥器的热损失为 3KW。 （6 分） 已知 20时水的饱和蒸汽压为 2.334kPa。 七、 【实验】 （共 15 分） 1、 在进行连续精馏操作过程中， 随着进料中轻组分浓度减小， 塔顶温度 ） 塔底馏出液中轻组分 ） （2 （ ， （ 分） 。 2、在离心泵性能测定实验中，应进行（ ）曲线的测定 （3 分） 。 3、干躁过程中，随着干球温度的升高，干躁速率（ ） ，临界湿含量（ ） （2 分） 。 4、设计一实验流程（画出其实验流程示意图）并写出简要实验步骤，完成如下实验内容： （8 分） （1）进行恒压过滤常数的测定； （2）进行滤饼的压缩性指数 s 和物料常数 k 的测定。 天津大学研究生院 2003 年招收硕士生入 学试题 题号： 考试科目：化工原理（含实验） 页数： 一、选择与填空（共 30 分） 1、如图所示的流动系统，当阀门 C 的开度增大时，流动系统的总摩擦阻力损失hf 将 ，AB 管段的摩擦 阻力损失hf，AB 将 。 分） （2 2、三只长度相等的并联管路，管径的比为 1:2:3，若三只管路的流动摩擦系数均相等，则三只管路的体积 流量之比为 。 分） : 3 C、1: 24:39 D、1:4:9 A、1:2:3 B、1: （2 1 题 附图 3 题 附图 3、如图所示的清水输送系统，两液面均为敞口容器。现用该系统输送密度为 1200kg/m3 的某溶液（溶液的 其他性质与水相同） ，与输送清水相比，离心泵所提供的压头 ，轴功率 。 分） （2 A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定 4、如图所示为某流动系统的竖直圆管段部分，当清水的平均流速为 50mm/s 时（此时管内为层流） ，管轴 心处的某刚性球形固体颗粒由 A 截面到达 B 截面的时间为 20s；当平均流速为 30mm/s 时，该固体颗粒在 管轴心处由 A 截面到达 B 截面的时间为 。 分） （2 5、板框过滤机采用横穿洗涤法洗涤滤饼，其洗涤操作的特征是：洗液流经滤饼的厚度大约是过滤终点滤饼 厚度的 倍；洗液流通面积是过滤面积的 倍。 分） （2 A、1 B、0.5 C、2 D、4 6、一维稳态温度场傅立叶定律的表达式为 。 分） （2 7、在传热计算中，平均温度差法往往用于 计算，传热单元数法往往用于 计算。 分） （2 A、设计型 B、核算型 C、设计型和核算型 8、操作中的精馏塔，若保持 F、xF、q、R 不变，减小 W，则 L/V ，L 。 分） （2 A、减小 B、不变 C、增大 D、不确定 （2 9、在吸收操作中，以液相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为 。 分） A、X*X B、XX* C、XiX D、XXi 第一页 共三页 10、板式塔是 接触式气液传质设备，操作时 为连续相；填料塔是 接触式气液传质设备，操作时 为连续 相。 分） （4 11、若萃取相和萃余相在脱除溶剂后的组成均与原料液的组成相同，则所用萃取剂的选择性系数 。 分） （2 A、小于 1 B、大于 1 C、不确定 D、等于 1 12、多级错流萃取的特点是： 、 和 。 分） （3 13、常压湿空气由 t1 加热到 t2，则空气的性质参数 H2 H1、I2 I1、tW2 tW1。 分） （3 A、大于 B、不确定 C、小于 D、等于 二、采用如图所示的输送系统，将水池中的清水（密度为 1000kg/m3）输送到密闭高位槽中。离心泵的特 性方程为 H407.0104Q2（式中 H 的单位为 m，Q 的单位为 m3/s） ，当压力表的读数为 100kPa 时，输 水量为 10L/s， 此时管内流动已进入阻力平方区。 若管路及阀门开度不变， 当压力表读数为 80kPa 时， 试求： （1）管路的特性方程； （10 分） （2）输水体积流量； 分） （5 （3）离心泵的有效功率。 分） （5 三、过滤基本方程式为：)(dd12esVVvrpAV+=? 式中 V过滤体积，m3； 过滤时间，s； A过滤面积，m2； p过滤的压差，Pa； s滤饼的压缩性指数，无因次； 滤液的粘度，Pas； r单位压差下滤饼的比阻，1/m2； v滤饼体积与相应滤液体积之比，m3 滤饼/m3 滤液； Ve过滤介质的虚拟滤液体积，m3。 试根据该式分析强化过滤操作的途径。 分） （8 四、 某低粘度流体的流量为 10000kg/h， 比热容为 4.18kJ/(kg 生产上要求将该流体由 15加热到 100。 )， 现采用的换热器是列管式换热器，其管束由 160 根管径为25mm2mm 的不锈钢管组成。管外的加热热 源为 110的饱和水蒸气， 其冷凝对流传热系数为 12kW/(m2 )。 欲完成生产任务， 当换热器为单管程时， 换热器的长度为 4.5m；若将单程改为双管程，而管子的总数不变，试求： （1）换热器的总传热系数； （10 分） （2）所需换热管的长度。 分） （6 （不考虑管壁及可能的污垢热阻，忽略换热器的热损失，并假设流体在管内均呈湍流流动，两种情况下蒸 气冷凝对流传热系数相同） 第二页 共三页 五、某制药厂用板式精馏塔回收丙酮含量为 75（摩尔，下同）的废丙酮液媒。该精馏塔共装有 28 层 塔板，塔顶采用全凝器，泡点回流；塔底采用再沸器间接加热。因在常压下操作，该分离物系可视为二元 理想物系，其平均相对挥发度为 1.8。现场测得一组数据如下： 馏出液中丙酮的含量 96 釜残夜中丙酮的含量 5 精馏段液相的负荷 40kmol/h 精馏段气相的负荷 60kmol/h 提馏段液相的负荷 66kmol/h 提馏段气相的负荷 60kmol/h 试根据以上数据核算： （1）丙酮的回收率； 分） （5 （2）操作回流比与最小回流比的比值； 分） （8 （3）该板式塔的总板效率。 分） （7 提示：吉利兰图中的曲线可用下式表示，即： Y0.54580.5914X0.0027X 其中 1min+?=RRRX，2min+?=NNNY 六、 在直径为 1.2m 的填料吸收塔中， 拟装填 3m 高的 DN25 塑料阶梯环填料， 该填料的比表面积为 228m2/m3， 在该填料吸收塔中用纯溶剂吸收某混合气体中的溶质组分。已知入塔混合气体的流量