武汉工程大学化工原理试题

武汉工程大学

20XX年攻读硕士学位研究生试题

化工原理试卷（A卷）

适合专业：化学工艺，化学工程，生物化工，材料学考题编号：

注意事项：

1.答题时可不抄题，但必须写清题号。

2.答题时必须用蓝、黑墨水钢笔或圆珠笔，用红笔或铅笔均不给分。

3.答案必须写在答题纸上。

4.满分150分，考试时诃为3小时。

一、填空题（共26分）

1.（2分）某设备的表压强为100kPa,则它的绝对压强为_________kPa；另一设备的真

空度为400nlmHg,则它的绝对压强为。（当地大气压为101.33kPa）

答案：201.33kPa,360mmHg或48kPa

2.（2分）离心泵安装在一定管路上，其工作点是指：

___________________________________________________________O

答案：泵的特性曲线和管路特性曲线的交点。

3.（2分）对某悬浮液进行恒压过滤。己知过滤面积为Inf,恒压过滤常数长=5'10-3而心

当过滤时间为300s时，所得滤液体积为0.75m3：若要再得0.75n?滤液，则还需过漉时间

答案：525s

2

解：由q+2qeq=KT

2

得2qeq=Kr-q

「iK—q25X10-3X300-0.752八……,

所以ci=--------=--------------------------=0.625m7m

e2q2x0.75

q2+2qq_1.52+2x0.625x1.5

e=825s

~K―5x1（尸

Ar=825-300=525s

4.（2分）蒸汽冷凝有和两种方式。

答案：膜状冷凝，滴状冷凝（每空1分，共2分）

5.（2分）已知旋风分离器的平均旋转半径为0.5m,气体的切向进口速度为20m/s,则该

分离器的分离因数为o

uj/r2。2/（）.5

答案：K=-----=--------=o1.3

g9.81

6.（2分）将固体物料从液体中分离出来的离心分离方法中，最常见的有和

答案：离心过滤，离心沉降

7.（2分）用水吸收氨-空气混合气体中的氨是属于控制的吸收过程，对于该过

程来说，要提高吸收速率，则应该设法减小。

答案：气膜，气膜阻力

8.（2分）当分离沸点较高的热敏性混合液时，精储操作压力应采用措施。

答案：减压

9.（2分）已知汽液混合物进料中，汽相与液相的摩尔数之比为3:2,易挥发组分的摩尔分

数为0.3,则疔。

答案：0.4

10.（3分）若维持不饱和空气的湿度H不变，提高空气的干球温度，则空气的湿球温度

_______，露点________,相对湿度________。（变大，变小，不变，不确定）

答案：变大，不变，变小

11.（3分）操作间接蒸汽加热的连续精循塔时，由于某种原因，再沸器中加热蒸汽压力

下降而使提锚段上升蒸汽流量丫下降，而进料热状况，/、浓度井及进料量尸不变，同时回流量

L恒定，则储出液浓度切及流量。、残液浓度仙，的变化趋势为：XD、D、

网，o（变大，变小，不变，不确定）

答案：初增大、。减小、小，增大

W.：___\=D=F-WF不变nQj

V=L-WV）J

工不变M减小nE/VTL不变。减小nL"=L/（L+£））=l/（l+O/L）T

假设"减小，则x卬减小，此时塔板数将小于实际板数，假设不成立；同理，切不变也不成立,

所以助增大，小，也增大。

12.（2分）水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩短

25%,而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动（即流动在阻力

平方区）不变，则水的流量变为原来的倍。

答案：1.155

解：在高位槽液面与贮水池液面间列伯努利方程

w

gZ°+〃U（）+Uo="34+殳+叫

P2P2,

若记水管总长改变前、改变后的管路的阻力损失分别为£与2,则有

EhJ八•=£hJ-

（/+，）4；?（/+，）”；

所以----------=/V，----------------

d2--d2

因流体在管内完全湍流流动

得

所以（/+/）/：=（/+/）•心

23

而qv=uA=u-d

所以立1="修口ZpZ=i.i55

%/日/+/）V0.75

二、选择题（共24分）

1.（2分）流体在圆形直管内作定态流动，雷诺准数Rc=l500,则其摩擦系数应为（）。

A.0.032B.0.0267C.0.0427D.无法确定

答案：C

人丝二64

解:=0.0427

Re1500

2.（2分）管路由直径为中57mmX3.5mm的细管，逐渐扩大到①108mmX4mm的粗管,

若流体在细管内的流速为4nVs,则在粗管内的流速为（）。

A.2m/sB.1m/sC.0.5m/sD.0.25m/s

答案：B

=事『骂x4=l必

解：〃粗

%I。。？

3.（2分）离心泵的效率n随流量qv的变化情况是（）。

答案：A,C

分析•：第一问因为吸收剂入塔浓度下降，使塔内传质推动力增大，传质效果提高，从而使

气体出塔浓度下降,吸收率增大。

第二问因为Z、HOG不变，可知NOG也不变

由N0G=7Aln[(1-S)--f+S]=工皿二+S)

1-5y2-mx2I-5x-rj

及§=容不变可知"不变。

11.(2分)单向扩散中漂流因子()。

A.大于1B.小于1C.等于ID.不确定

答案：A

12.(2分)在列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热原料油，水蒸汽适宜安排走(io

A.管程B.壳程C.管、壳程均可

答案：B

三、计算题

1.(20分)用泵将20℃的水从敞口贮槽送至表压为1.5X1()5pa的密闭容器，两槽液

面均恒定不变，各部分相对位置如附图1所示。输送管路尺寸为M()8mmX4mm的无缝钢

管，吸入管长度为20m,排出管长度为100m(各段管长均包括所有局部阻力的当量长度)。

当阀门为3/4开度时，真空表读数为42700Pa,两测压口的垂直距禽为0.5m,忽略网测压

口之间的阻力，摩擦系数可取为0.02。试求：

(1)阀门3/4开度时管路的流量(nrVh)；

(2)压力表读数(Pa)；

(3)泵的压头(m)；

(4)若泵的轴功率为10kW,求泵的效率；

(5)若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分析其原因。

计算题第1题附图

解：(1)阀门3/4开度时管路的流量(m3/h)

在贮槽液面0-0'与真空表所在截面IT'间列柏努利方程。以()-0'截面为基准水平面,

有

-^=0.02x—x

其中，=0.204〃；,

2g0.12x9.81

zo=O,u()=0,po=O(表压)，zi=3m,pi=-42700Pa俵压)

2

代入上式，得u)=2.3m/s,qv-^-d~u=—xO.lx2.3x3600=65mVh

44

(2)压力表读数(Pa)

在压力表所在截面2-2'与容器液面3-3'间列柏努利方程。仍以0-0截面为基准水平面,

有

1.5xlQ51002.32

3.5+—+16+0++0.02x---x--------

2g1000g1000xg0.12x9.81

解得，〃2=3.23乂10平2(表压)

(3)泵的压头(m)

在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程，可得

/7=-小匕+/=。.5+3必°+0-427、1。'+0

PS'1000x9.81

=37.8〃?

(4)泵的有效功率

AS

==1(X)()x9.8lx-----x37.8=6.695x1()'W=6.695kW

ve3600

rj=PelP=6.695/10=66.95%

(5)若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄露。

2.(20分)某列管式冷凝器的列管规格为①25mm、2.5mm。有机蒸汽在管外冷凝，管

内通冷却水，冷却水的流量为2.5kg/s。在新使用时，冷却水的进、出口温度分别为20℃和

30℃。使用一段时间后，由于生成垢层，在冷却水进口温度和流量不变的情况卜，冷却水的

出口温度降为26C。已知基于外表面的传热面积为16.50?,有机蒸汽的冷凝温度为8DC,

求水垢层的热阻。

解：(1)换热器新使用时

传热速率Q=qmc-cpc(Z2-r,)=2.5x4.187x(30-20)=104.7kW

30-20

对数平均推动力△1=-80^20=548°C

3In-------

T-K80-30

Q104.7x1()3

总传热系数K。=116W/（疗.。。）

A16.5x54.8

总热阻=8.62xlO'3(m2-℃)/W

Ko116

（2）换热器使用一段时间后

传热速率。=q,nc•c”(《-0=2.5x4.187x(26-20)=62.8kW

—/1_26-20

对数平均推动力2,,\==56.9℃

耳ln^2

T-t\80-26

62.8xlO3

总传热系数K；）=66.9W/(m2.℃)

AM16.5x56.9

总热阻R'=—=—=1.49xlO-2(m2℃)/W

K；)66.9

（3）水垢层热阻凡

魇xa=R'-R=1.49xIO-_8.62xl0-3=6.28x10-3

4

故R.=6.28x10-3x92L=0.00502m2.℃/W

”().025

3.（20分）某填料吸收塔用含溶质摩尔分数々=0・（XX）2的溶剂逆流吸收混合气中的

可溶组分，采用液气比为3,入塔气体中溶质的摩尔分数y=0.01,回收率〃可达90%。

已知物系的平衡关系为广2x。今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至芯=0.00035,试

求：

(1)可溶组分的回收率，7'下降至多少？

⑵出塔液相摩尔分数x；升高至多少？

解:(1)%=乂(l-7)=0.01x(l-0.9)=0.001

1m2八“r

—=-----=—=0.667

AL/G3

71i1\y\一"的11

NQG=-----ln[(l--)---------+—]

]_，Ay2-mx2A

1,-0.01-0.0002x2八…

=--------ln[(l-0.667)------------------+0.6671=5.38

1-0.6670.001-0.0002x2

当々上升时，由于填料层高度”不变，“OG不变，所以

N°G=H/HOG也不变，即

…1,八「、0.01-0.00035X2

5.38=--------Inr(z1l-0.667)------------------+0.667

1-0.667y；-0.00035x2

解得y；=0.0013

所以3二°.。「0.0013=087

y0.01

(2)物料衡算

G(y-%)=〃汇-乂)

G

(=7(y-义)+吊

L-j

=-x(0.01-0.0013)+0.00035=0.00325

4.(20分)在连续精储塔中分离两组分理想溶液。已知原料液组成为0.6(摩尔分数，下

同)，储出液组成为0.9,釜残液组成为0.02,泡点进料，物系的平均相对挥发度为3。试求:

(1)每获得1kmol/h储出液时的原料液用量F；

(2)若回流比为1.5,它相当于最小回流比的多少倍？

(3)假设原料液加到加料板上后，该板的液相组成仍为0.6,求上升到加料板上的气相

组成。

解;(1)求当£>=lkmol/h时的F

已知大尸0.6,切=0.9,xiv=0.02,D=\kmol/h,由全塔物料衡算可得

F=D+W=l+W(a)

F-xF=DxD+W-xw

即0.6(1+W)=lx0.9+0.02W(b)

联立式(a)、(b)得：W=0.52kmol/h,F=1.52kmol/ho

(2)求R/Rmm

因系泡点进料q=l，则与=孙=0.6。

由相平衡方程

a%3x0.6

=0.818

1+(。一1)为l+2x0.6

“紧=总＞76

宠/跖小会:3.99(倍)

0.376

(3)求上升到加料板上的气相组成

因加料板是提储段第一层板，故所求量为

L=7?xZ)=L5xl=1.5kmol/h

泡点进料9=1，已知产=1.52kmol/h,W=0.52kmol/h,xw=0.02,k'=0.6

提馈段操作线方程为心」就告片〃，

L+qF-W

1.5+1.520.52x0.02

代入已知量X—1.5+1.52-0.52.4―1.5+1.52-0.52，

即Xn+I=1.208^,,-0.00416

所以为'=1.208芭'-0.00416=1.208x0.6-0.0(X16=0.721

5.(20分)在常压绝热干燥器内干燥某湿物料。将500kg的湿物料从最初含水量20