1991年浙江大学考研化工原理真题及答案 免费下载.docx

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1991年浙江大学考研化工原理真题及答案免费下载

1991年（共两大题、十一小题）

一、计算题：

1.（10分）如图所示，水自水面为大气压的高位槽经总管道流入分支管道A和B,然后排入大气。

管道的内径均为27mm管内摩擦系数可取为λ=0.04，支管A上的全部管件及阀门（全开）的当量长度∑leA=9.8m，支管B上的全部管件及阀门（全开）的当量长度∑leB=9m,总管的全部管件和入口的当量长度∑leO=1.1m,当支管A上的阀Av全开，而支管B上的阀Bv部分开启到某一定程度时，测得支管A中的水流量为0.5m3/h,试求此时支管B中的水流量为多少m3/h。



（排入大气，d=27mm,λ=0.04,∑LeA=9.8m,∑LeB=9m,∑Leo=1.1m;当A全开,B部分开启，VA=0.5m3/h，求此时VＢ）

SOLU:

doe=deA=deB=27mm,V0=VA+VB

∴u０=uB+uB,uA=4V/πd2=4×0.5/（π×0.0272×3600）m/s=0.243m/s

Eto′=Eta+Wfoe+WfeA=EtB+Wfoe+WfeB

∴Eta+WfeA=EtB+WfeB

16＋{λ（LeA+∑LeA）/deA）}（uA2/2g）={λ（LeB+∑LeB′）/deB）}（uB2/2g）

20={λ（Loe+∑Loe）/doe）}（u02/2g）+16+{λ（LeA+∑LeA）/deA）}（uA2/2g）

得20={0.04（16+50+1.1）/0.027）}（u02/2g）

+16+{0.04（16+5+9.8）/0.027）}（0.2432/2g）

u0=0.873m/s

∴uＢ=u０－uＡ＝0.63m/s

∴ＶＢ＝uＢAＢ＝0.063×πd2/4=1.298m3/h

即此时Ｂ支管流量为1.3m3/h.

2.（15分）如图所示，用离心泵将敞口水池中的水送到反应塔内，出水管口高出水池液面4m，塔顶压力表读数为1.17×105Pa，输送管道为内径50mm的钢管，已知管路调节阀全开喷水量为30m3/h时，管路总阻力为2mH2O柱。

若该离心泵的特性方程为H=20-0.00055Q2，式中：

H为泵的扬程m,Q为泵的流量m3/h,设水的密度为1000kg/m3。

问：

（1）此泵单独使用能否完成0.5m3/min的输送任务?

（2）写出调节阀全开时的管路特性方程，以L=f（Q）函数式表示。

式中:

L为管路所需功头m,Q为管路输送流量m3/h。

（3）若将这种泵两台并联使用于该管路,当管路调节阀全开时,喷水量为多少m3/h

（Ｈ=4m,P=1.17×105Pa,d=50mm,当Q=30m3/h时，Ｈf总＝２mH2O,泵H=20-0.00055Q2（H-m,Q-m3/h）,ρ=1000kg/m3，求：

（１）泵单独用，能否完成Q=0.5m3/min的输送任务？

（２）写出阀全开时，管路特征方程，Ｌ＝f（Q）（３）两台泵并联于管路，阀全开时，Q＝？

4m

第2题

SOLU:

（1）泵单独用时，管路特征曲线L=A+BQ2,A=ΔZ+Δp/ρg

∴Ａ=（4+1.17×105/1000×9.8）m≈15.93m,L=15.93+BQ2

Q=30m3/h,Ｈf总={∑λ（L+∑Le）/d）}（u2/2g）=2mH2O

∴Ｂ=8/∑[λ（L+∑Le）/d5]π2g,Ｈf总=BQ2,B=Ｈf总/Q2

∴管路曲线Ｌ=15.93+（Ｈf总/Q2）′Q2

=15.93+（3/302）Q2=15.93+0.00222Q2=20-0.00055Q2

解出Q＝38.33m3/h=0.639m3/min>0.5m3/min

∴单独用泵时，能完成Q＝0.5m3/min的输送任务。

（２）调节阀全开时，由（１）知管路特性曲线Ｌ＝15.39+0.00222Q2

（3）两台泵并联于管路，泵的特性曲线

Ｈ=20-0.0055（2Q）2=20-0.0022Q2

=15.39+0.00222Q2,解出Q＝30.345m3/h

即两台并联于管路，阀门全开时，喷水量θ为30.345m3/h

3.（15分）有一台管壳间不加折流挡板的列管式换热器,较高压强的气体在管内与管壳间的水成逆流换热,可将流量Gkg/h的气体自80℃冷却到60℃,冷却水的温度自20℃升高到30℃,总传热系数K=40w/m2·K。

现需将气体的出口温度降到50℃以下。

有人建议将水的流量Wkg/h增加一倍,有人建议增加一台规格完全相同的换热器,假设无论采用并联或串联操作,每一台换热器的冷却水都是单独使用,而且流量W相同。

水的初始温度均为20℃,传热温差均可用算术平均值计算。

请以计算结果说明这些建议中那些是可行的。

已知:

流体作强制对流时的对流传热系数关联式为αl/λ=0.023（luρ/μ）0.8·（Cp·μ/λ）0.4式中:

α:

对流传热系数w/m2·k,

水的对流热系数为几千w/m2·k；气体的对流热系数为几十w/m2·k。

λ:

流体的导热系数w/m·k,μ:

流体的流速m/s,

ρ:

流体的密度kg/m3,μ:

流体的粘度N·S/m2,

Cp:

流体的比热kJ/kg·k,l:

定性尺寸m

[逆流换热，ms1=akg/h,T1=80℃,T2=60℃,t1=20℃,t2=30℃,K=40W/m2·K,要求T２小于50℃。

则：

（１）ms２加倍；（２）并联；（３）串联问那种方案可行？

]

SOLU:

原状态下，CR1=（mscp）1/（mscp）2=（t2-t1）/（T1-T2）=0.5

NTU1=KA/（mscp）1=（T1-T2）/Δtm=0.446

ε=（T1-T2）/（T1-t1）=1/3=0.333

（1）ms２加倍，а２′＝２0.8а２,а1不变，ＣR1′=ＣR1/2=0.25

Ｋ=а1/[1+（а1/а2）（d0/di）]（а1<<а2）

∴Ｋ≈а1不变NTU1=KA/（mscp）1不变

∴ε１′＝{１－exp[NTU1（1-CR1′）]}/{CR1′－exp[NTU1（1-CR1′）]}=0.345,

T2′=59.3℃>50℃

（2）并联就某个换热器而言,CR1不变,NTU1′=2NTU1=0.892,

ε１′=0.529,T2=48.25℃<50℃

（3）串联将两个换热器看作一个整体，则

CR1′＝0.5CR1,NTU1′=KA′/（mscp）1=2NTU=0.892

ε１′＝{１－exp[NTU1′（1-CR1′）]}/{CR1′－exp[NTU1′（1-CR1′）]}=0.56,

T2′=46.30℃<50℃

比较上述三个结论可知，方案二、三可行，但方案三更好。

4.（15分）一座装10m高填料的吸收塔，用清水吸收气体中某一组分A，在气液相中的平衡关系为y*=1.5x（y,x均为摩尔分率，以下同）在操作情况下测得A组分在塔顶，底气液中的组成数据如图中的a塔所示。

现要求将排出气流中A组分降低到0.002kmol/kmol,为此再接一座装6m高填料的吸收塔b，其塔顶填料等结构尺寸均与a塔相同，用与a塔等流率的清水吸收，两塔的传质系数可认为相等。

试求排出气体中A组分的y2b能否达到要求?

[ha=10m,y=1.5x,x2a=x2b=0,hb=6m,La=Lb,Kxa=Kxa,则y2b<0.02?

（y1b=0.02y2a=0.02x1a=0.008）]

SOLU:

L/G=（0.02-0.004）/0.008=2=（0.004-2y2b）/x1b,1/A=mG/L=0.75

ha=NOG,a,HOG,a,hb=NOG,bHOG,b,HOG,a=G/Kya=HOG,b=G/Kyb

NOG,a/NOG,b=ha/hb=10/6

NOG,a=[1/（1-1/A）]Ln[（1-1/A）（y1a-mx2a）/（y2a-mx2a）+1/A]

NOG,b=[1/（1-1/A）]Ln[（1-1/A）（y2a-mx2b）/（y2b-mx2b）+1/A]

∴NOG,a/NOG,b＝Ln[（1-0.75）（0.02/0.004）+0.75]/Ln[（1-0.75）（0.004/y2b）+0.75]=10/6

解出y2b=0.00082<0.002

即排出气体中Ａ组分的y2b能满足要求。

5.（10分）有一连续精馏塔，分离A、B双组分理想溶液，料液含易挥发组分A的摩尔分率xA=0.4，泡点进料，测得塔顶压强为760mmHg柱，气相温度为81.5℃，同时测得回流量为0.8kmol/kmol进料液，和产品量为0.4kmol/kmol进料液。

已知A、B组分的饱和蒸汽压与温度的关系为：

log10pOA=6.898-1206.35/（t+220.24）log10pOB=6.953-1343.94/（t+219.58）式中:

t温度℃,pOA,pOB分别为A、B的饱和蒸汽压mmHg柱。

求:

（1）塔顶产品及釜液的组成xD,xW,塔釜的汽化量V’;

（2）写出精馏段及提馏段的操作线方程。

[xF=0.4,顶：

Ｐ0=760mmHg,t0=81.5℃,L/F=0.8,q=1,D/F=0.4,LgPA0=6.898-1206.35/（t+220.24）

LgＰB0=6.953-1342.94/（t+219.58）（t－℃，ＰA,B0－mmHg）,求：

（１）xD,xN及Ｖ′；（２）精馏段及提馏段的操作线。

]

SOLU:

（1）将tD=81.5℃代入公式，得ＰA0＝794.37mmHg,ＰB0＝307.71mmHg

∴x=（ＰD-ＰB0）/（ＰA0-ＰB0）=（760-307.71）/（794.37-307.71）=0.93,

y=（ＰA0x/ＰD）=0.97,xD=0.97,D/F=（xF-xW）/（xD-xW）=0.4,xW=0.067

∴R=L/D=（L/F）/（D/F）=0.8/0.4=2,V′/F=V/F=（R+1）D/F=3×0.4=1.2

即V′为1.2kmoL/kmoL进料液。

（２）精馏线y=Rx/（R+1）+xD/（R+1）=2x/（2+1）+0.97/（2+1）

即y=0.67x+0.3233

（３）提馏线y=L′x/V′-Wxw/V′=（F+RD）x/[（R+1）D]-（F-D）xw/[（R+1）D]

=（1+RD/F）x/[（R+1）D/F]-（1-D/F）xW/[（R+1）D/F]=1.5x-0.5

即精馏段、提馏段的操作线分别为:

y=0.67x+0.3233;y=1.5x-0.5

6.（10分）将状态为:

干球温度tA=25℃,湿含量HA=0.01kg/kg的新鲜空气A,与状态为:

干球温度tB=61℃,湿含量HB=0.046kg/kg循环废气B,以混合比为3kgB/kgA进行混合,试求混合气体的温度,已知:

干空气的比热Ca=1.01kJ/kg℃,水汽的比热Cw=1.88kJ/kg·℃,水在0℃时的汽化潜热r0=2492kJ/kg。

[B:

A=3:

1;A状态:

tA=25℃,HA=0.01kg/kg新鲜空气。

B状态:

tB=61℃,HB=0.046kg/kg循环废气，求：

t（Ca=1.01kJ/kg·℃,Cw=1.88kJ/kg·℃,rD=2492kJ/kg.）]

SOLU:

状态Ａ:

ＩＡ＝（1.01+1.88HA）tA+2492HA

状态Ｂ:

ＩＢ＝（1.01+1.88HＢ）tＢ+2492HＢ

ＩＡ（t-25）=3ＩB（61-t）,解出t=[（3×61ＩB）+25ＩＡ]/（ＩＡ+3ＩB）

ＩＡ＝（1.01+1.88×0.01）×25+2492×0.01=50.64

ＩＡ＝（1.01+1.88×0.046）×61+2492×0.046=181.52

即以Ｂ：

Ａ＝３：

１混合成的混合气体的温度为57.94℃

二、选择题

1.流体以雷诺准数Re=500的流动型态,在一根水平的直管中流动,如果将流体的流量增加一倍,克服摩擦阻力消耗的功率增加为原来的（）

A：

2倍；B：

4倍；C：

21/2倍；D：

22.75倍

分析：

前Re=ρdu/μ=500,u;后Re′=ρd2u/μ=500,2u

λ=64/Re,∑hf′/∑hf=（λ′·u′2）/（λ·u2）=（Re·u′2）/（Re′·u2）

=[（2u）2/（2u）]·（u/u2）=2

即克服摩擦阻力消耗的功率增加为原来的２倍。

2.某板框压滤机作恒压过滤,使滤渣充满滤框需20分钟,现将框数增加一倍,操作压力,物料性质均不变,此时滤渣充满滤框需要时间为:

（）A.20分钟B.40分钟C.80分钟

分析：

恒压过滤V2+2VeV=kA2θF

近似假设Ｖe=0,则V2=kA2θF,k=2Δp1-s/rμc

原来：

θF＝20min,A,V=V饼／υ

现在：

θF′＝？

，２Ａ，Ｖ′=2V饼／υ

即（2V饼／υ）２＝Ｋ（２Ａ）２θF′，其中（V饼／υ）２＝kA2θF

∴θF′＝θF＝20min

即滤渣充满滤框所需时间不变，仍为20min.

3.某流体以流速

u=30m/s,流过1m长的平板,与板面进行对流传热,已知:

流体的粘度μ=0.025Cp,密度ρ=0.12kg/m3,普兰德数Pr=0.70,则其流动边界层δ与热边界厚δc之间的关系应该是:

A:

δ<δc；B：

δ=δc；C：

δ>δc；

分析：

沿平板流动时的边界层厚度

Rex=（xu∞ρ）/μ其中x为版长

δ＝4.96xRex-0.5=1×4.96×[（0.12×1×30）/（0.025×10-3）]-0.5=0.013

与板面进行对流传热Ｎu=L/δc,δc=L/Nu

Ｎu=0.023Re0.8Pr0.4=0.023×[（0.12×1×30）/（0.025×10-3）]0.8×0.700.4

∴δc＝L/Nu=0.003745<δ

即此时的流动边界层大于传热边界层

4.进行萃取操作时,应使:

A分配系数大于1,B选择系数大于1。

分析：

选择恒系数β=（yA/xA）/（yB/xB）=kA/kB是衡量萃取难易程度的物理量；

分配系数k是代表某组分在萃取相与萃余相间的分配比例，即进行萃取操作时，应使选择系数大于１

5.萃取操作中,一般情况下,稀释剂B组分的分配系数KB值应:

A大于1B小于1C等于1

分析：

萃取过程，要求KA>1,但小于１也可；但是KＢ＜＜1。

即稀释剂Ｂ组的分配系数，一般情况下应小于１