中國石油大學（華東）2005年化工原理（含答案）考研真題

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石油大學(華東)

2005年碩士研究生入學考試試題A

考試科目：化工原理第1頁

一、填空題（30分）

1.某流體在圓形光滑管內作湍流流動，若管長和管徑不變，流量增加為原來的2倍，則摩擦阻力增

加為原來的3.36倍，若管長和流量不變，管徑減小為原來的2倍，則摩擦阻力增加為原來的26.9

倍。

2.如在測定離心泵的性能曲線時，錯誤地將壓力表安裝在泵出口調節(jié)閥以后，則操作時壓力表

讀數(shù)（表壓）將隨真空表讀數(shù)的增大而增大。

3.離心式水泵吸入管路漏入過量的空氣后，將發(fā)生氣縛現(xiàn)象，當離心式水泵入口壓力低于被輸

送液體的飽和蒸汽壓時，將發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。

4.萃取操作選擇萃取劑的原則為（寫出三條）：萃取劑的選擇性好、

化學穩(wěn)定性好、價廉易得等。

5.逆流吸收塔用純溶劑吸收混合氣中易溶組分，設備高為無窮大，入塔Yb3%(摩爾比濃度)，

平衡關系Y1.5X，問：當液氣比為1時，氣、液兩相在吸收塔的塔底位置達到相平衡，吸收率

為66.7%；當液氣比為2時，吸收率為100%。

6.在板框壓濾機的操作中，若分別采用置換洗滌和橫穿洗滌的方式，用與濾液體積相同的洗液

在相同的壓力下對濾餅進行洗滌，已知洗液的粘度與濾液相同，過濾介質阻力可忽略，則洗滌時間

分別為過濾時間的8和2倍。

7.在固體流態(tài)化操作中，增大流體的流速，則單位高度流化床層的壓降降低，膨脹比增加。

二、簡答題（20分，各4分）

1.已知欲全部除去的塵粒在降塵室內的沉降速度為ut，試從理論上推導降塵室的處理能力和降塵

室結構尺寸（降塵式的長、寬、高分別為L、W、H）間的關系。

答：當欲除去的塵粒直徑為d時，塵粒的沉降速度ut一定，則沉降時間tH/ut，設處理量為

Vs，塵粒在降塵室內的停留時間為LHW/VS，∵T，∴VSLWut。

2.舉例說明什么是單向擴散，什么是等分子反向擴散？

答：在吸收過程中，溶質分子從氣相擴散至液相可以看作為氣體的單向擴散；在恒摩爾假定成立的

蒸餾過程中，氣相中的分子通過擴散的方式進入液相，同時有相同數(shù)量的液相分子通過擴散的方式

進入氣相，該過程為等分子反向擴散。

3.精餾塔板設計過程中，發(fā)現(xiàn)設計好的塔板在操作條件下易出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，應考慮更改塔板的那

些設計參數(shù)？

答：出現(xiàn)漏液現(xiàn)象說明塔板的閥孔動能因數(shù)太低，應考慮增大氣相流速，可采用減小開孔

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第2頁

率、減小塔徑或減小塔板鼓泡區(qū)的面積等方法。

4．萃取中分配系數(shù)K及選擇性系數(shù)β的定義是什么？K=1及β=1兩種情況下萃取操作能否進行？

答：分配系數(shù)K：是指溶質在互成平衡的萃取相和萃余相中的質量分率之比。

選擇性系數(shù)β：是指萃取相中溶質與稀釋劑的組成之比和萃余相中溶質與稀釋劑的組成之比的

比值。K=1時，萃取操作可以進行，β=1時萃取操作不能進行。

5.簡述黑體輻射的Stefan-Boltzmann定律，并解釋為何低溫下的輻射熱量可以忽略。

4

答：單位面積的黑表面的輻射能力與絕對溫度的4次方成正比：E00T，其中

5.67108W/(m2K4)

0

低溫下因為0很小，輻射能力很小，故輻射熱量可以忽略。

三、計算題（100分）

1.（20分）如圖所示，貯槽內水位不變，槽底與內徑為100mm的鋼質放水管相連，管路上裝一閘

閥和U型管壓差計，其內指示液為水銀。壓差計一端與管道相連，連接管內

充滿了水，另一端通大氣。（1）當閘閥關閉時，測得R=600mm，h=1500mm；當閘閥部分開啟時，

測得R=400mm，h=1400mm。摩擦系數(shù)λ可取為0.025，問每小時管中流量為若干m3/h？（2）當閘

閥全開時，其當量長度與管內徑之比為15，管路的摩擦系數(shù)λ仍可取為0.025，求U型管壓差計測

壓點處的壓力為若干Pa（表壓）？

解：（1）當閘閥關閉時，Pa(hABh)gPaR0g

Rh

h06.66m

AB

當閘閥部分開啟時，在A、B間列能平：

Pu2lu2

ghB()，PRghg，代入數(shù)據(jù)，

AB2id2B0

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第3頁

3

i0.5,0.025，解得：u=3.129m/s，V=88.47m/h

（2）當閘閥部分開啟時，在A、C間列能平：

llu2

gh(e)

ABidd02

0.02535u2

6.669.81(0.50.025151)

0.12

解得：u=3.506m/s。

22

PBulel2u

在B、C間列能平：(0)

2dd2

解得：PB=33.05kPa

2.（15分）用壓濾機在1.5atm（表壓）下恒壓過濾某種懸浮液，1.6h后得濾液25m3，介質阻力可

以忽略不計。（1）如果壓力提高一倍（指表壓的數(shù)值），濾餅的壓縮系數(shù)s為0.3，則過濾1.6h后可

得多少濾液？（2）設其他情況不變，將操作時間縮短一半，所得濾液為多少？（3）若在原表壓下

進行過濾1.6h后，以橫穿洗滌方式用3m3的水（水的粘度與濾液相同）來洗滌濾餅，求所需的洗

滌時間。

1s

10.3

P2

解：（1）如果壓力提高一倍，因為V22kP1sA2，VV252231.86m3

P

（2）將操作時間縮短一半，V2KA2

VV/225/217.68m3

（3）橫穿洗滌時，粘度不變，則

V8V

W，KA28VV，所以，W1.536小時

W1KA2WWWV

（）

42V

2

3.（20分）現(xiàn)有兩臺單殼程單管程的傳熱面積均為Ai=20m的列管式空氣加熱器，每臺加熱器均由

64根φ57×3.5mm鋼管組成，殼程為170℃的飽和水蒸氣冷凝（冷凝潛熱為2054kJ/kg），空氣入口

溫度t1=30℃，流量為2.5kg/s，以湍流方式通過管內。（該傳熱過程的控制熱阻在空氣側）。

（1）若兩臺換熱器并聯(lián)使用，通過每臺換熱器的空氣流量均等，此時空氣的對流傳熱系數(shù)為

2

38W/(m·K)，求空氣的出口溫度t2及水蒸氣的總冷凝量為多少？

(2)若兩臺換熱器串聯(lián)使用，問此時空氣的出口溫度t2′及水蒸氣的總冷凝量為多少？

假設空氣的物性不隨溫度及壓力而變化，視為常數(shù)，cp=1kJ/(kg·K)。忽略熱損失。

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第3頁

解：（1）并聯(lián)使用，因該傳熱過程的控制熱阻在空氣側，所以Kii

(tt)

QKA21mc(tt)，代入數(shù)據(jù)，解得：t93.8℃

iiTt2p2212

ln1

Tt2

m2cp2(t2t1)

水蒸氣的總冷凝量mr0.0776kg/s279.46kg/h

（2）串聯(lián)使用，

0.82

Kii2i66.16W/(mK)

(tt)'

QKA21mc(tt)，代入數(shù)據(jù)，解得t121.4℃

iiTt2p2212

ln1

Tt

2

m2cp2(t2t1)

m'0.111kg/s400.6kg/h

r

4．（20分）一吸收塔，用清水吸收某易溶氣體，已知其填料層高度為6m，平衡關系Y*=0.75X，

22

氣體流率G=50kmol/（m·h），清水流率L=40kmol/（m·h），Yb=0.10（摩爾比組成，下同），吸

2

收率為98%。求（1）傳質單元高度HOG；（2）若生產情況有變化，新的氣體流率為60kmol/（m·h），

2

新的清水流率為58.6kmol/（m·h），塔仍能維持正常操作。欲使其他參數(shù)Yb，Ya，Xa保持不變，

0.70.8

試求新情況下填料層高度應為多少？假設KYa=AGL。

解：（1）Ya=Yb(1-φ)=0.1×(1-0.98)=0.002

G(Yb-Ya)=L(Xb-Xa)即：50(0.1-0.002)=40(Xb-0)

解得：Xb=0.1225

ΔYb=Yb-mXb=0.1-0.75×0.1225=0.008125

ΔYa=Ya-mXa=0.002-0.75×0=0.002

YY

Yba0.004369

mY

lnb

Ya

YY0.10.002

Nba22.43

OGY0.0.004369

m

h6

HOG0.2675(m)

NOG22.43

解得：Xbˊ=0.15．（25分）用一連續(xù)精餾塔分離某二元混合物。進料組成xF=0.5000(輕組分的摩爾

分數(shù)，下同)，進料為飽和液體。塔頂產品的組成為xD=0.9500，塔頂產品量為D=50kmol/h，要求

塔頂產品量中輕組分的回收率為Φ=96%。塔頂采用一分凝器和一全凝器，分凝器中的飽和液體作

回流用。已知回流液體的組成為x0=0.88，離開第一塊塔板向下流動液體組成為x1=0.79，。塔底采

用間接加熱方式，塔內皆為理論板。全塔相對揮發(fā)度為常數(shù)。試求：

(1)進料量F、塔底產品量W和塔底產品組成xW各為多少？

（2）操作回流比是最小回流比的多少倍?

(3)精餾段和提餾段的氣相流量各是多少？

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即：

(2)G'(YbYa)L'(Xb'Xa)60(0.10.002)58.6(Xb'0)

解得：Xbˊ=0.1

Yb'YbmXb0.10.750.10.025

Ya'0.002

Y'Y'

ba0.0250.002

Ym'0.0091

Yb'0.025

lnln

Ya'0.002

YY0.10.002

N'ba10.77

OG

Ym'0.0091

0.70.8G

KYaAGLHOG

KYa

0.70.80.30.80.30.8

HOG'G'GLG'L6040

0.70.80.82

HOGG'L'GGL'5058.6

H'0.82H0.820.26750.2194(m)

OGOG

h'H'N'0.219410.772.363(m)

OGOG

5．（25分）用一連續(xù)精餾塔分離某二元混合物。進料組成x=0.5000(輕組分的摩爾分數(shù)，下同)，

F

進料為飽和液體。塔頂產品的組成為xD=0.9500，塔頂產品量為D=50kmol/h，要求塔頂產品量中輕

組分的回收率為Φ=96%。塔頂采用一分凝器和一全凝器，分凝器中的飽和液體作回流用。已知回

流液體的組成為x=0.88，離開第一塊塔板向下流動液體組成為x=0.79，。塔底采用間接加熱方式，

01

塔內皆為理論板。全塔相對揮發(fā)度為常數(shù)。試求：

(1)進料量F、塔底產品量W和塔底產品組成xW各為多少？

(2)操作回流比是最小回流比的多少倍?

(3)精餾段和提餾段的氣相流量各是多少？

Dx500.95

解：(1)D0.96

FxFF0.5

解得：F=98.96kmol/h

W=F-D=98.96-50=48.96(kmol/h)

Fx=Dx+Wx

FDW

即：98.96×0.5=50×0.95+48.96xW

解得：xW=0.04

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x

(2)根據(jù)相平衡關系：y

11x

0.88

有：0.95

110.88

解得：2.59

飽和液體進料：

xqxF.05

xq2.590.5

yq0.7217

11xq12.5910.5

xDyq0.950.7217

Rmin1.03

yqxq0.72170.5

x2.590.79

由相平衡關系：1

y10.9069

11x112.5910.79

R1

代入操作線方程：yxx

n1R1nR1D

R1

yxx

1R10R1D

R1

0.90690.880.95

R1R1

解得：R=1.6

R1.6

所以：1.55

Rmin1.03

(3)飽和液體進料：

精餾段氣相流量為：VR1D1.6150130(kmol/h)

提餾段氣相流量為：V'V130(kmol/h)

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石油大學(華東)

2005年碩士研究生入學考試試題B

考試科目：化工原理總7頁第1頁

一、填空題（30分）

1.某設備上，真空表的讀數(shù)為80mmHg，其絕壓＝0.87kgf/cm2＝85305Pa，該地區(qū)大氣壓強

為720mmHg。

2.某流體在圓形光滑管內作湍流流動，若管長和管徑不變，流量增加為原來的2倍，則摩擦

阻力增加為原來的3.36倍，若管長和流量不變，管徑減小為原來的2倍，則摩擦阻力增加為原

來的26.9倍。

3.在固體流態(tài)化操作中，增大流體的流速，則單位高度流化床層的壓降降低，膨脹比增

大，床層高度增大。

4.壓縮比增大，往復式壓縮機的容積系數(shù)減小，氣體的出口溫度升高。

5.常見的萃取操作有：單級萃取、多級錯流萃取、多級逆流萃取。

7.逆流吸收塔用純溶劑吸收混合氣中易溶組分，設備高為無窮大，入塔Yb3%(摩爾比濃

度)，平衡關系Y1.5X，問：液氣比為1時，吸收率為66.7%。

8.轉筒真空過濾機，轉速越大則生產能力越大，形成的濾餅厚度越薄。

二、簡答題（20分，各4分）

1.畫出塔板負荷性能示意圖并說明操作彈性如何確定。

2.簡述雙膜模型的基本假設？

答：（1）在相界面的兩側存在一層穩(wěn)定的層流膜層，溶質以分子擴散方式通過此兩膜層；

（2）相界面上氣液兩相呈平衡；

（3）傳質阻力集中在層流膜層內，兩相主體中無傳質阻力。

3.簡述板式塔和填料塔的優(yōu)缺點？

答：同填料塔相比，板式塔當塔徑較大時造價較低，易于取熱和側線抽出等；當塔徑較小時，填

料塔造價較低，分離效率高，壓降較小，適用于小流量、腐蝕性、易發(fā)泡的物系。

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總7頁第2頁

4．萃取劑量一定，采用單級萃取和三級錯流萃取結果有何不同，為什么？

答：萃取劑一定，采用三級錯流萃取時的萃取效果要比單級萃取的效果好。因為三級錯流萃取要經

過三次相平衡，而單級萃取只經歷一次相平衡，三級錯流萃取的平均傳質推動力比單級萃取的推動

力大。

5.造成離心泵汽蝕的原因有哪些？應采取何種解決方法？

答：（1）離心泵的安裝高度過高，應降低泵的安裝高度；

（2）被輸送液體的溫度太高，可考慮降低液體溫度或降低泵的安裝高度；

（3）被輸送液體上方的壓力太低，可加大液體上方壓力或降低泵的安裝高度；

（4）被輸送液體的飽和蒸汽壓太大，上述解決方案均可。

三、計算題（100分）

1.（20分）如圖一冷凍鹽水的循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的循環(huán)量為45m3/h，流體流經管路的壓頭損失，自A

至B的一段為9m，自B至A的一段為12m。鹽水的密度為1100kg/m3，求：（1）泵的功率為若干

kw?設其效率為0.65。（2）若A處的壓力表讀數(shù)為1.5kgf/m2，則B處的壓力表讀數(shù)應為多少Pa（表

壓）？

解：（）整個管路的壓頭損失為：

1Hf12921m

NeHQg4511009.8121

N4358W4.358kW

36000.65

（2）從A至B截面列柏努利方程，

22

PuPu總7頁第3頁

AABBzh

g2gg2gBfAB

PP(hz)1.5104(97)11002600kgf/m225497Pa（表）2.（15

BAfABB

分）擬用一板框壓濾機在恒壓下過濾某一懸浮液，要求經過3個小時能獲得4m3濾液，若已知過濾

常數(shù)K=1.48×10-3m2/h，濾布阻力可以忽略不計，試求：（1）若濾框尺寸為1000mm×1000mm×30mm，

則需要濾框幾塊？（2）過濾終了用水進行橫穿洗滌，洗滌水粘度與濾液相同，洗滌壓力與過濾壓

力相同，若洗滌水量為0.4m3，試求洗滌時間。（3）若輔助時間為1小時，試求該壓濾機的生產能

力。

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總7頁第4頁

Qm(tt)Kdltlm/m

由21m，得20.21.15

Qm(tt）KdltlK/K

21m

即管長只需增加15%便可完成任務，這一方案是較為可行的。

②管徑減小一倍，由

V0.8

2.6

i1.8,K2K6.06K

di

而傳熱面積：

1A

Adldl

22

QKAt

m3.03

QKAtm

即傳熱速率提高了203%，能完成任務，但由于阻力增加，能耗也隨之增加。

4．（25分）用板式精餾塔分離苯-甲苯二元混合物，進料流量為15000kg/h，其中苯的含量為40.0%

（質量百分數(shù)，下同）。要求塔頂餾出液中苯的回收率達到97.1%，塔釜液體中苯的含量不超過

2.0%。進料為飽和液體，塔頂采用全凝器，飽和液體回流。操作條件下的相對揮發(fā)度可取為2.47，

苯的相對分子質量為78，甲苯的相對分子質量為92。

（1）試求塔頂餾出液和塔底釜液的摩爾流量及摩爾組成各為多少？

（2）試計算最小回流比？

（3）如回流比為最小回流比的1.2倍，試求精餾段操作線方程，并指出斜率和截距各為多少？

（4）如果塔內各層塔板認為是理論板，計算由塔頂數(shù)起第二塊塔板流下的液體組成為多少？

解：(1)將質量分率換算為摩爾分率：

40/782/78

x0.44,x0.0235

F40/7860/92w2/7898/92

總7頁第5頁

150000.4150000.6

F174.75(kmo/h)

7892

由：

FDW

FxFDxDWxW

Dx

D0.971

FxF

60

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