0301年化工原理.docx

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0301年化工原理

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Σhf将，AB管段的摩擦阻力损失Σhf，AB将。

（2分）

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。

（2分）:

3C、1:

24:

39D、1:

4:

9A、1:

2:

3B、1:

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。

（2分）

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。

（2分）

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。

（2分）

A、1B、0.5C、2D、4

6、一维稳态温度场傅立叶定律的表达式为。

（2分）

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。

（2分）

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’。

（2分）

A、减小B、不变C、增大D、不确定

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。

（2分）

A、X*－XB、X－X*C、Xi－XD、X－Xi

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。

（4分）

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。

（2分）

A、小于1B、大于1C、不确定D、等于1

12、多级错流萃取的特点是：

、和。

（3分）

13、常压湿空气由t1加热到t2，则空气的性质参数H2H1、I2I1、tW2tW1。

（3分）

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H＝40－7.0×104Q2（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；（5分）

（3）离心泵的有效功率。

（5分）

三、过滤基本方程式为：

）（'dd12esVVvrpAV+Δ=?

μθ

式中V——过滤体积，m3；

θ——过滤时间，s；

A——过滤面积，m2；

Δp——过滤的压差，Pa；

s——滤饼的压缩性指数，无因次；

μ——滤液的粘度，Pa·s；

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。

（8分）

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φ25mm×2mm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。

（6分）

（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）

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；（5分）

（2）操作回流比与最小回流比的比值；（8分）

（3）该板式塔的总板效率。

（7分）

提示：

吉利兰图中的曲线可用下式表示，即：

Y＝0.5458－0.5914X＋0.0027／X

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为40kmol/h，溶质的含量为0.06（摩尔分数）；溶质的吸收率为95％；操作条件下的气液平衡关系为Y＝2.2X（X、Y均为摩尔比）；溶剂用量为最小用量的1.5倍；气相总吸收系数为0.35kmol/（m3·h）。

试通过计算判断拟装填的填料高度能否达到分离要求。

（注：

填料的有效比表面积可近似取为填料比表面积的90％）（15分）

七、在一常压逆流干燥器中，用热空气将某湿物料的含水量由8％干燥至0.5％（均为湿基）；干燥介质为20℃的湿空气，经预热器后被加热到90℃，其中所含水汽的分压为0.98kPa，离开干燥器废气的温度为45℃。

假设本干燥过程为理想干燥过程。

（1）计算空气经过干燥器的湿度变化量；（8分）

（2）若向干燥系统提供的热量为500kW，计算湿物料的处理量。

（8分）（大气压取为101.3kPa）

八、实验部分（共25分）

1、在标绘孔板流量计流量系数与雷诺数关系曲线应选用坐标系。

（2分）

2、常用的实验数据处理方法有、、。

（2分）

3、干燥过程中，随着干燥空气流速的增加，干燥速率，临界湿含量。

（2分）

4、在恒压过滤实验中，提高过滤温度，过滤常数K；增加料浆浓度，过滤常数K。

（2分）

5、画出间歇精馏开车过程中，塔顶温度与时间变化关系示意图。

（2分）

6、在冷模塔实验中，在风机出口连接一根π形管的目的是。

（2分）

7、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：

（13分）

（1）进行光滑管内传热系数的测定（包括空气—水蒸气和水—水蒸气系统）；

（2）精确测定努塞尔数与雷诺数和普兰特数的变化关系。

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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。

①流速的一次方②流速的平方③流速的三次方④流速的五次方

2、在设计沉降室时，所依据的基本关系是Vs≤blut，其中ut是指（）

①颗粒的平均沉降速度②要求被除去的最小颗粒的沉降速度

③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（）。

①下移②不变③上移④不确定

4、填料因子Φ值减小，填料塔的液泛速度uF（）

①增大②不变③不确定④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（）。

①不变②减小③增大④不确定

6、离心泵的气蚀余量越小，则其抗气蚀能力（）。

①越强②越弱③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=0.01721θ，V单位为m3，θ单位为s

若过滤面积为18.55m2，则过滤常数K=（）、Ve=（）、θe=（）、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；（8分）

（2）若离心泵的方程为H＝32－7.0×104Q2（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

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/（m3·h）；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φA。

（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。

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天津大学研究生院二00一年招收硕士生入学试题

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