化工原理考研试题(中国石油大学)硕士学位研究生入学考试试题B卷及答案

化工原理考研试题(中国石油大学)硕士学位研究生入学考试试题B卷及答案一、考试科目：化工原理二、适用专业：化学工程与技术、化学工艺等三、试卷分值：150分四、考试时间：180分钟硕士学位研究生入学考试试题B卷注意事项：1.答题一律书写在答题纸上，答在试题纸上无效。2.可能用到的数据：标准大气压=水的密度ρ水的粘度μ空气的密度=摩尔气体常数R重力加速度g一、单项选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）1.在化工原理研究中，对于不可压缩流体在水平变径管中流动，当管径减小时，流体的流速将（），压强将（）。A.增大；减小B.减小；增大C.增大；增大D.减小；减小2.某牛顿性流体在圆管内作层流流动，若将流量增加一倍，且保持管长和物性参数不变，则因摩擦阻力产生的压力损失将是原来的（）。A.2倍B.4倍C.8倍D.16倍3.离心泵启动时，如果出口阀门未关闭，将会发生（）。A.电机负荷过大，可能烧毁电机B.泵发生气蚀现象C.流量无法达到最大值D.泵的扬程显著提高4.下列哪种物理量不属于雷诺数（ReA.流体密度B.流体粘度C.管道长度D.流体速度和管径5.关于离心泵的气蚀现象，下列说法正确的是（）。A.气蚀发生时，泵的流量、扬程和效率均会上升B.气蚀是由于泵安装高度过低造成的C.允许吸上真空高度越大，泵的抗气蚀性能越好D.提高被输送液体的温度可以防止气蚀6.旋风分离器的临界粒径是指（）。A.能被100%分离的最小颗粒直径B.分离效率为50%的颗粒直径C.理论上能被完全分离的最小颗粒直径D.沉降速度最小的颗粒直径7.恒压过滤过程中，若过滤介质阻力忽略不计，且滤饼不可压缩，当过滤面积增加一倍时，在获得同样滤液量的条件下，过滤时间为原来的（）。A.1/2B.1/4C.2倍D.不变8.在间壁式换热器中，冷、热流体主要通过（）方式进行热量传递。A.导热和对流B.对流和辐射C.导热和辐射D.对流、导热和辐射9.间壁式换热器中，壁温总是接近（）。A.α（对流传热系数）较大一侧流体的温度B.α较小一侧流体的温度C.热流体的温度D.冷流体的温度10.下列关于努塞尔数（NuA.NuB.NuC.圆管内强制湍流流动时，Nu仅与Re有关，与D.层流情况下，Nu11.在精馏操作中，若进料热状态参数q增大（即进料冷程度增加），而回流比R保持不变，则精馏段操作线斜率（），提馏段操作线斜率（）。A.不变；变大B.不变；变小C.变大；变大D.变小；变小12.某二元混合物，相对挥发度α=A.不能用普通精馏方法分离B.极易分离C.所需理论板数无限多D.只能用萃取精馏分离13.最小回流比与下列因素无关的是（）。A.分离要求（,）B.进料组成（）C.进料热状态（q）D.塔板数（N）14.在吸收操作中，若气液平衡关系符合亨利定律，且吸收因子A=（L为液气比，m为相平衡常数，V为惰性气体流量），当AA.吸收困难，不易达标B.吸收容易，吸收剂用量大C.吸收剂用量最小D.塔高无法确定15.填料塔的等板高度（HETP）是指（）。A.一块理论塔板的当量高度B.填料层的总高度C.一块实际塔板的高度D.液泛时的填料层高度16.萃取操作中，选择萃取剂的主要依据是（）。A.萃取剂与原溶剂完全不互溶B.萃取剂与溶质完全互溶C.萃取剂对溶质具有较大的溶解能力和较好的选择性D.萃取剂的密度必须小于原溶剂17.湿空气的湿度H一定时，其温度越高，则该湿空气的相对湿度φ（），容纳水分的能力（）。A.越大；越弱B.越小；越强C.越大；越强D.越小；越弱18.在干燥过程中，恒速干燥阶段除去的水分是（）。A.结合水分B.非结合水分C.平衡水分D.自由水分和结合水分19.关于雾沫夹带现象，下列说法正确的是（）。A.板式塔中气速过大容易导致雾沫夹带B.雾沫夹带可以提高塔板效率C.减小板间距可以抑制雾沫夹带D.雾沫夹带与液泛无关20.膜分离过程中，推动力主要是（）。A.温度差B.压力差或浓度差C.重力差D.电位差二、填空题（本大题共10小题，每小题3分，共30分）21.根据连续性方程，流体在稳定流动系统中，流经各截面的__________保持不变；对于不可压缩流体，流经各截面的__________保持不变。22.某流体在管内流动，当Re<200023.离心泵的特性曲线通常包括__________曲线、__________曲线和__________曲线。24.在过滤操作中，滤饼的比阻r反映了滤饼的__________，其值越大，过滤阻力越__________。25.对流传热系数α的单位是__________；在确定α的准数关联式中，普朗特数Pr26.在套管换热器中，若用饱和水蒸气加热空气，则壁温接近__________的温度，总传热系数K值接近__________的对流传热系数。27.精馏塔的全回流操作中，操作线方程为__________，此时所需的理论塔板数为__________。28.吸收塔的高度计算公式为Z=·，其中称为__________，其单位为__________；称为__________。29.在常压下，将干球温度为C、露点为C的空气加热至C，则其相对湿度将__________，湿度将__________。30.萃取操作中，三元混合物在三角形相图上可分为两个区：__________区，在此区内混合物分为两相；__________区，在此区内混合物呈均一相。三、简答题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）31.简述边界层分离的条件及其产生的后果。32.什么是离心泵的“气蚀余量”（NPSH）？为了防止气蚀发生，安装离心泵时应采取哪些措施？33.在精馏塔设计中，进料热状态参数q的变化对塔内气液相负荷有何影响？（简要说明q=1和34.简要说明工业生产中选择冷却剂或加热剂时应考虑的因素。四、计算与分析题（本大题共5小题，共60分。要求写出必要的计算过程、公式及数值代入步骤）35.（本题10分）如上图所示（此处文字描述：高位槽A通过一根内径100mm、长度20m（包括所有局部阻力的当量长度）的垂直管向反应釜B放料。高位槽液面维持恒定，距出口垂直高度H=5m。管道绝对粗糙度ε=0.2mm。流体密度ρ试求：(1)管内流体的流速u和体积流量V；(2)若将阀门关小，使流量减少20%，此时阀门的局部阻力系数ζ增加了多少？（假设摩擦系数λ不变）。36.（本题12分）有一单程列管式换热器，由38根ϕ25×2.5mm的钢管组成。长度为2m。拟用C的饱和水蒸气冷凝来加热某液体，液体走管内，流量为15/h，比热容=2.0kJ试求：(1)该换热器的总传热系数K；(2)该换热器能否满足换热要求？（需通过计算验证）(3)若在换热器使用一段时间后，产生了污垢，使得总传热系数下降了20%，为了完成同样的加热任务，流体出口温度将降至多少？37.（本题12分）在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。进料量F=100kmol/h，进料组成=0.4试求：(1)塔顶馏出液量D和塔底釜残液量W；(2)精馏段操作线方程和提馏段操作线方程；(3)若塔顶采用全凝器，求离开塔顶第二块理论板的气液组成和。38.（本题14分）在一填料塔中，用清水逆流吸收空气中的氨气。混合气体流量为2000/h（标准状况），进塔氨浓度为0.05（摩尔比），出塔氨浓度要求降至0.001。吸收剂用量为最小用量的1.5倍。操作条件下的平衡关系为=1.2X（Y,试求：(1)吸收剂用量L和出塔液体的组成；(2)气相总传质单元数；(3)填料层高度Z。39.（本题12分）在常压干燥器中将某种物料从含水量20干燥至2（均为湿基）。湿物料处理量为1000kg/h。新鲜空气的温度为C，湿度为0.01kg/kg干气，经预热器预热至C试求：(1)水分蒸发量W；(2)新鲜空气消耗量L；(3)预热器所需提供的热量。B卷参考答案及详细解析一、单项选择题1.A解析：根据连续性方程=，管径减小，截面积减小，流速增大。根据伯努利方程，水平管位能不变，动能增大，则压强能减小。2.A解析：层流摩擦阻力损失公式为Δ=。流量V=u，故u∝V，Δ∝u3.A解析：离心泵在零流量（阀门关闭）时轴功率最小。若带载启动，电机启动电流最大，容易烧毁。4.C解析：雷诺数Re5.C解析：气蚀时性能下降；气蚀是由于安装高度过高导致泵入口压力过低；允许吸上真空高度越大，意味着泵可以在更高的液面上工作而不气蚀，即抗气蚀性能越好；提高温度会使饱和蒸汽压升高，更容易气蚀。6.C解析：临界粒径是指理论上能被完全分离的最小颗粒直径，通常指分离效率接近100%或99%的界限。7.B解析：恒压过滤方程=Kτ。若A变为2A，获得同样V，则(2A8.A解析：间壁式换热主要涉及热流体到壁面的对流传热、壁面导热、壁面到冷流体的对流传热。辐射在低温下通常忽略。9.A解析：传热过程中Q=(T−)10.C解析：强制湍流Nu=0.023RP11.A解析：精馏段操作线斜率L/V=R/(R+1)，12.A解析：α=13.D解析：由分离要求、进料组成和进料状态决定，与塔板数无关。塔板数是由R决定的。14.B解析：A=L/15.A解析：HETP(HeightEquivalenttoaTheoreticalPlate)等板高度，即一段填料层的作用相当于一块理论板。16.C解析：萃取剂的选择性是首要指标，同时需考虑互溶度等。A和B完全互溶的情况较少，且不是主要依据；密度差影响分层但不是溶解能力依据。17.B解析：湿度H不变，温度t升高，则饱和湿度增大，相对湿度φ=H18.B解析：恒速干燥阶段表面水分充足，主要去除非结合水分。19.A解析：气速过大导致液滴被气流带至上层塔板；雾沫夹带导致板效率下降；减小板间距会更容易夹带；液泛可能与严重夹带有关但不是直接定义。20.B解析：微滤、超滤、反渗透主要靠压力差；透析靠浓度差；电渗析靠电位差。综合来看压力差或浓度差是主要推动力。二、填空题21.质量流量；体积流量（对于不可压缩流体）。22.层流（滞流）；湍流。23.H−Q（扬程-流量）；N−24.结构性质（或孔隙率/压缩性等）；大。25.W/26.饱和水蒸气；空气（冷流体）。27.=；最少。28.气相总传质单元高度；m；气相总传质单元数。29.减小；不变。30.两相（或双液相）；均相（或单相）。三、简答题31.答案要点：条件：流体具有粘性，流经扩大区域或曲面时，边界层内发生逆压梯度（>0后果：边界层分离后，在物体后部形成旋涡（尾流），导致形体阻力（压差阻力）急剧增加，造成较大的机械能损失（阻力损失）。对于换热设备，分离可能引起振动或强化传热（视情况而定）。32.答案要点：定义：气蚀余量是指泵入口处单位重量液体所具有的超过饱和蒸汽压的富余能量，是防止发生气蚀的能量储备。措施：1.降低泵的安装高度（提高倒灌高度）；2.减小吸入管路的阻力（如缩短管长、增大管径、减少弯头阀门）；3.降低被输送液体的温度（降低饱和蒸汽压）；4.在泵入口加装诱导轮或采用双吸式叶轮。33.答案要点：q=1（泡点进料）：进料全部为液相，且温度与塔内液体相近。此时精馏段下降液体量L小于提馏段下降液体量，即=L+F；提馏段上升蒸汽量q<1（气液混合进料或过热蒸汽）：进料中有一部分是气相。此时=L+qF（比34.答案要点：1.温度适应性：载热体的温度应能满足工艺要求的加热或冷却温度，且易于调节控制。2.热稳定性：在高温下不易分解，不易结焦。3.腐蚀性：对设备材料腐蚀性小。4.安全性：无毒、不易燃、不易爆。5.经济性：来源广泛，价格低廉，便于输送和回收。6.传热性能：比热容大，导热系数好，粘度小（以减少动力消耗和传热阻力）。四、计算与分析题35.解：(1)取高位槽液面为1-1截面，管出口内侧为2-2截面。列伯努利方程：g式中：−=≈Σ已知l+方程化简为：549.05由于λ未知且与u有关，需试差。假设流动为湍流或粗糙管流动。设λ=49.05=u验算λ：R相对粗糙度ε/查Moody图或使用Colebrook公式，对于Re=8000,ε重新设λ=49.05=验算：Re此时处于过渡湍流区。λ≈再设λ=49.05uRe=4194故流速u≈体积流量V=(2)若流量减少20%，则新流速=0.8伯努利方程变为：5注：原管路摩擦损失包含了管长，这里我们设原来的总阻力系数为，新阀门增加Δζ。原来：5g=，故新工况：5g98.198.128.23Δ答：(1)流速约为2.33m/s；(2)阀门局部阻力系数增加了10.17。36.解：(1)管内流速u：流量V=管数n=38，单管截面积总流通面积A=u热负荷Q：Q传热面积S：S设总传热系数为K。已知管内热阻占总热阻60%，即/(且忽略污垢和壁阻，则=+所以×0.6又×0.4已知==则==K(2)平均温差Δ：蒸汽C→C，液体Δ=105−Δ=所需面积==实际面积S=故该换热器能满足要求（安全系数较高）。(3)若K下降20%，则=3000新工况下=(=Δ=方程：12000(约去(−12000l=105=答：(1)K=3000W37.解：(1)全塔物料衡算：FF联立解得：400.9W(2)精馏段操作线方程：=R=2.5，故斜率=0.714y提馏段操作线方程：需求和。泡点进料q=LV==方程通过点(,)=yy（也可联立精馏线和q线求解）(3)塔顶采用全凝器，则==离开第一块