化工原理考研試題（中國(guó)石油大學(xué)） 2002年研究生入學(xué)考試試題及答案

1、.石油大學(xué)（華東）2002年研究生入學(xué)考試試題答案考試科目：化工原理 總 8 頁(yè) 注意：請(qǐng)將所有答案填寫在答題紙上，否則無(wú)效。一、填空題（共20分）1 如圖1-1所示，高位槽的液面恒定，液體經(jīng)B、C兩管路排出，兩管口均通大氣，高度位置相同。各管段所用管子的直徑及粗糙度相同，當(dāng)兩個(gè)閥門全開時(shí)，C管路的總長(zhǎng)度是B管路總長(zhǎng)度（均包括局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）的兩倍，液體在各管段的流動(dòng)狀態(tài)均為完全湍流。流量VB是VC的倍，摩擦阻力損失hfB = hfC；當(dāng)C管路閥門全關(guān)時(shí)，B管路的流量VB 增大 ，A管路的摩擦阻力損失hfA 減小 ，B管路的摩擦阻力損失hfB 增大 ，整個(gè)管路的摩擦阻力損失hf 不變 ，A管

2、路上的壓力表讀數(shù)PA 增大 。2 某牛頓型粘性流體在圓直管中作穩(wěn)態(tài)層流流動(dòng)，則流體在徑向的速度分布呈拋物線 形，徑向各點(diǎn)速度ur與中心點(diǎn)處的速度umax之間的關(guān)系為ur=umax，平均速度u= 0.5umax。摩擦阻力損失的計(jì)算式為，摩擦阻力系數(shù)的計(jì)算式為。3 如圖1-2所示，某管路中的離心泵在額定點(diǎn)處運(yùn)轉(zhuǎn)，兩水池的液位恒定。現(xiàn)關(guān)小泵的出口閥門開度，則離心泵的流量Q減小，軸功率N減小，揚(yáng)程H增大，真空壓力表的讀數(shù)PA減小，壓力表的讀數(shù)PB增大，PC減小，整個(gè)管路的總摩擦阻力損失hf1-2 增大。 圖1-1 圖1-24 一球形石英顆粒，分別在空氣和水中按斯托克斯定律沉降。若系統(tǒng)溫度升高，則其在水

3、中的沉降速度增大，在空氣中的沉降速度減小。 管箱 封頭圖1-35 在某些情況下，流體與固體壁面間的對(duì)流傳熱過(guò)程的傳熱系數(shù)與壁溫有關(guān)，試寫出其中的三個(gè)例子：流體在管內(nèi)強(qiáng)制層流、自然對(duì)流、蒸汽冷凝過(guò)程等。6. 某固定管板式換熱器的管程隔板布置如圖1-3所示，試寫出管程流體的走向：BDAEC或CEADB。 7. 在大容積液體飽和沸騰中，有核狀沸騰和膜狀沸騰兩種方式，其中核狀 方式傳熱系數(shù)較大。8漂流因子可表示為，它反映總體流動(dòng)對(duì)擴(kuò)散的影響。9. 有一多元溶液，組成為(摩爾分率)，在一定溫度和壓力下，使其發(fā)生部分汽化，達(dá)到汽液兩相平衡，該條件下，各組分的相平衡常數(shù)為Ki，則有1，1。10. 在萃取過(guò)程

4、中，分配系數(shù)是指，選擇性系數(shù)是指。為了實(shí)現(xiàn)萃取分離過(guò)程，對(duì)以上兩個(gè)系數(shù)的要求是。二、分析簡(jiǎn)答題（共12分）1 在液固流態(tài)化實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得床層壓降與空床氣速的關(guān)系曲線如圖2-1所示。請(qǐng)對(duì)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。 答：該圖反映了床層所經(jīng)歷的三個(gè)階段：（1） 固定床階段（AB段）：床層壓降隨流速增大而增大；（2） 流化床階段（BC段）：床層壓降基本保持恒定；BC段略向上傾斜是流體與器壁及分布板間的摩擦阻力增大造成的；AB、BC段之間的小凸起是由于顆粒間黏附作用引起的。（3） 顆粒輸送階段（CD段）：流體實(shí)際流速接近顆粒的沉降速度，部分顆粒被帶走，床層壓降隨流速增大而減小。2 圖2-2為一塔板的負(fù)荷性能圖，

5、請(qǐng)說(shuō)明圖中各條線的名稱。如果設(shè)計(jì)的操作點(diǎn)位于圖中的P點(diǎn)，試說(shuō)明產(chǎn)生這種情況的原因及改進(jìn)此設(shè)計(jì)的方法。 答：圖中各線為：1-液相負(fù)荷下限線；2-泄漏線；3-液相負(fù)荷上限線；4-液泛（淹塔）線；5-過(guò)量霧沫夾帶線；6-操作線。 操作點(diǎn)P不在適宜操作區(qū)內(nèi)，主要原因是存在過(guò)量霧沫夾帶及降液管中清液層高度過(guò)高。可通過(guò)適當(dāng)增大板間距、增大塔徑、增大塔板開孔率等方法加以改進(jìn)。 圖2-1 圖2-2三、計(jì)算題（共68分）1 （15分）如圖3-1a所示，用離心泵將水自貯水池A（水的液面恒定）輸送到自來(lái)水塔的貯水罐B其內(nèi)徑為5m，罐底至上水位線（即進(jìn)水管的管口）的垂直距離為5m，A與B均通大氣。管路所用管子的內(nèi)徑為

6、40mm，總長(zhǎng)度為100（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。在管路1、2兩點(diǎn)間裝有一水銀U形管壓差計(jì)，1、2兩點(diǎn)間管長(zhǎng)10，在工作時(shí)壓差計(jì)的讀數(shù)為R76mm。該離心泵的性能曲線方程為H600.3268Q1.75（式中H為離心泵的揚(yáng)程，；Q為離心泵的流量，m/h），其余條件見圖。(1) 試求貯水罐中水面自罐底升高至5處時(shí)，離心泵所提供的有效功為多少kJ？(2) 如改為3-1b所示的管路安裝方式，管路的管子規(guī)格及長(zhǎng)度、所用的離心泵均與圖3-1a所示的相同。試求貯水罐中水面自罐底升高至5處時(shí)，離心泵所提供的有效功為多少kJ？已知：水的密度為1000kg/m，粘度為cP；水銀的密度為13600 kg/m；

7、當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?60mmHg；管子可視為光滑管。圖3-1a 圖3-1b解：（1） =93.94 (J/kg) = (J/kg) 有效功 （2）微分式 此時(shí)管路特性方程：其中：代入數(shù)據(jù)整理得：此時(shí)泵的特性方程為：兩方程聯(lián)解得：有效功為： 2 （15分）在一管殼式換熱器中，冷、熱流體逆流操作。熱流體走殼程，對(duì)流傳熱系數(shù)為10000 W/(m2·K)；冷流體走管程，對(duì)流傳熱系數(shù)為400 W/(m2·K)?，F(xiàn)有另一臺(tái)完全相同的換熱器，按圖3-2所示方式組合操作（m1、m2分別為熱、冷流體的質(zhì)量流量）。已知冷、熱流體的熱容量相等，物性參數(shù)可視為常數(shù)，流體的流動(dòng)均處于強(qiáng)制湍流狀態(tài)，換熱器

8、管壁及污垢熱阻可以忽略。 圖3-2(1) 試求該組合方式下?lián)Q熱器a、b的總傳熱系數(shù)；(2) 在T- t坐標(biāo)系中繪出換熱器a、b中的溫度變化曲線；(3) 試分析該組合方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出兩條（或以上）改進(jìn)意見。解：（1），并聯(lián)后流速減半，故 （2） （3）此流程安排管程流體并聯(lián)，流動(dòng)阻力較小，但不利于傳熱；換熱器b中兩流體為并流操作，不利于傳熱。可將換熱器b中兩流體改為逆流操作，或可將兩換熱器均改為逆流操作（管程流體流動(dòng)阻力會(huì)增大）。3 （12分）用一過(guò)濾面積為25m2的板框壓濾機(jī)在2kgf/cm2的表壓下對(duì)某懸浮液進(jìn)行恒壓過(guò)濾。在該操作壓力下，過(guò)濾常數(shù)為K=1.5×10-5 m2/s

9、，濾餅與濾液的體積比為0.12m3/m3，整理、裝卸等輔助時(shí)間為30min。濾餅不可壓縮，過(guò)濾介質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)。請(qǐng)計(jì)算：(1) 過(guò)濾30min時(shí)所得濾液體積；(2) 若用濾液體積20%的洗液在相同的壓力下對(duì)濾餅進(jìn)行橫穿洗滌，洗液與濾液粘度相同，求在一個(gè)最佳操作周期中所獲得的濾餅體積；(3) 將過(guò)濾和洗滌的操作表壓力降到1kgf/cm2，其它條件不變，最大生產(chǎn)能力為原來(lái)的多少倍？解：（1） （2） 最佳操作周期： （3）減半，K減半，操作周期不便，故有4 （15分）用一連續(xù)精餾塔分離苯甲苯混合液。進(jìn)料為含苯0.4(質(zhì)量分率，下同)的飽和液體，質(zhì)量流率為1000kg/h。要求苯在塔頂產(chǎn)品中的回

10、收率為98%，塔底產(chǎn)品中含苯不超過(guò)0.014。若塔頂采用全凝器，飽和液體回流，回流比取為最小回流比的1.25倍，塔底采用再沸器。全塔操作條件下，苯對(duì)甲苯的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.46，塔板的液相莫弗里(Murphree)板效率為70%,并假設(shè)塔內(nèi)恒摩爾溢流和恒摩爾汽化成立。試求：(1) 從塔頂數(shù)起第二塊板上汽、液相的摩爾流率各為多少？(2) 從塔頂數(shù)起第二塊實(shí)際板上升氣相的組成為多少？解：(1)、 題中的濃度均以苯的摩爾分率表示，流量以mol/h表示R=1.25×1.2=1.5（2） 5 （11分）在直徑為0.8m的逆流操作填料吸收塔內(nèi)，在常壓、常溫下用清水吸收氨空氣混合物中的氨，已知入塔混合氣體中氨的體積分率為0.01，要求