华南理工大学2000-2003年研究生入学(化工原理)考试试卷

华南理工大学2000年攻读硕士学位研究生入学考试题

一、填空选择题

1.流体在半径为R 的圆形之管中作层流流动，则平均速度发生在距管中心 r= R。

2.在长为L(m)，高为H(m)的降尘室中，颗粒的沉降速度为，气体通过降沉室的水平速度为，则颗粒能在降尘是分离的必要条件为。

3.空气在内径一定的圆管中稳定流动，当气体质量流量一定，气体温度升高时，Re值将。

4.流量一定，当吸入管径增加，离心泵的安装高度将。

5.有一板框过滤机，以恒压过滤一种悬浮液，滤饼为不可压缩，过滤介质阻力忽略不计。当其他条件不变时，过滤时间缩短一半，所得的滤液是原来滤液的倍。

6.某水平管式换热器，管间为饱和水蒸气冷凝，若饱和水蒸气与壁温之差增加一倍时，冷凝传热速率将增加为原来的。

A. B. C. D.

7.判断下列命题是否正确，正确的是。

A.上升的气速过大会引起漏液`；

B.上升的气速过小会引起液泛；

C.上升的气速过大会造成过量的液沫夹带；

D.上升的气速过大会造成过量的气泡夹带；

E.上升气速过大会使板效率降低。

8.在以下几个吸收过程中，那个改为化学吸收将会最显著的提高吸收速率。

A. 水吸收氨；

B.水吸收HCl气体；

C. 水吸收SO2；

D. 水吸收CO2

9.在精镏操作中，两组分的相对挥发度越大，则表示分离该体系越。

A. 困难；

B.完全；

C. 容易；

D. 不完全

10.减压（真空）干燥器主要用于的物料，但它的设备费和能量消耗费都。

二、某常压连续干燥器，已知操作条件如下：干燥气的生产能力为200kg/h（按干燥产品计），空气的状况为：进预热器前的温度为20℃，相对湿度为60%，湿含量为0.01kg水/kg干空气，离开干燥气的温度为40℃，相对湿度为60%，湿含量为0.03 kg水/kg干空气，进干燥器前的温度为90℃，物料的状况：进干燥器前的温度为20℃，干基含水量为0.25kg水/kg 干料，出干燥器式的温度为35℃，干基含水量为0.01kg/kg干料。湿物料的平均比热为c m=2.65kJ/(kg湿物料·℃) ；水汽的比热为1.01kJ/(kg水·℃)，绝干空气的比热为1.88kg/（kg 绝干气·℃），0℃水的汽化潜热为2500kJ/kg水。

假设干燥过程中的热损失不计，试求：

（1）新鲜空气的消耗量m3/h；（进预热器前空气的比容为0.842m3/kg绝干气）

（2）预热器的传热Q P，kJ/h；

（3）干燥器需补充的热量Q D，kJ/h。

三﹑常压填料逆流吸收塔，用清水吸收混合气中的氨，混合器入塔流量V为84kmol/h，入塔气体浓度为y1为8%，吸收率η不低于98%，在操作条件下的平衡关系为y=1.5x，总传质系数Ky=0.45kmol/(m2·h)。

（1）用吸收剂用量为最小用量的1.2倍，求溶液出塔浓度；

（2）若塔径为1.2m，填料有效比表面为200m2/m3，求所需填料层高度；

（3）若V，y1，η 及x1不变，而吸收剂改为含氨0.1%的水溶液时，填料层高度有何变化？定量计算分析。（Ky可视为不变，以上浓度均为摩尔浓度）

四﹑水由固定水位的水槽沿直径为(内径)100mm的输水管流入大气中，管路是由L=50m的水平管和倾斜管组成，水平管段在水面下h=2m，斜管段的高度H=25m，为了使得在水平段末段曲折处1-11面的真空度为7mH2O，安装在斜管段的插板节门的阻力系数ξ为多少?此时管中水的流量为多少m3/h?直管的摩擦系数λ=0.035，大气压压强为10mH20，忽略进口和曲折处的局部阻力损失。

五﹑常压板式精馏塔连续分离苯甲苯溶液，塔顶全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47，进料量为150kmol/h，组成为0.4(摩尔分率)，饱和蒸汽进料q=0，操作回流比为4，塔顶苯回收率为97%，塔底甲苯的回收率为95%，求:

(1)塔顶﹑塔底产品的浓度；

(2)精馏段和提馏段操作线方程；

(3)操作回流比与最小回流比的比值。

六﹑有一套管换热器，饱和蒸汽走管外，其冷凝膜系数为10000W/(m2·K)，空气走管内，其传热膜系数为50W/(m2·K)。已测得空气的进出口温度分别为t1=30℃，t2=80℃，蒸汽在饱和温度下120℃冷凝为饱和水并及时排走。忽略管壁和污垢热阻﹑空气温度改变引起的物性变化和热损失(假定空气在管内流动为完全湍流)。为了强化热过程，提出如下两方案:

1.将内管的光滑表面改为强化表面，但传热面积保持相等，经测定，空气传热膜系数

增加一倍(并维持空气进口温度﹑加热蒸汽温度及空气流量不变)。求:

(1)空气的出口温度t21为多少?

(2)蒸汽冷凝量增加多少?

2.空气流量增加一倍，试问:

(1)蒸汽冷凝量和空气出口温度是否变化，变为多少?

(2)两种方案的强化方法有何相同和不同点?

七﹑某厂研制一套填料精馏塔，用于常压连续精馏分离乙醇-水混合物，请拟出一实验方案，测定该塔的理论板当量高度HETP。

(1)试论述实验原理；

(2)画出实验流程简图；包括所需的实验设备，使用的测量仪表及主要的阀门和管线；

(3)列出所需的测量参数。

2001年攻读硕士学位研究生入学考试

一﹑填空选择题

1.当管子由水平放置改为垂直放置时，而流速不变，其能量损失( )。

A.增大；

B.减小；

C.不变；

D.不定

2.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于，前者恒( )，变( )，后者是( )，变( )。

3.当吸入管径增大，其它条件不变，离心泵的允许安装高度将( )；若流速增加，其它条件不变，则离心泵的允许安装高度将( )。

4.用因次分析的目的在于( )。

A.得到各物理变量间的确切定量关系；

B.得到各无因次群(准数)的确切定量关系；

C.用无因次数群代替物理变量，使实验结果更可靠；

D.用无因次数群代替有关物理量，使实验与关联工作简化，减少实验工作量。若物

理变量个数为6，因次数为4，则无因次准数的个数为( )。

5.转桶真空过滤机的转速降为原来的1/2，则生产能力是原来的( )倍；为了提高旋风分离器的效率，应采用( )直径的旋风分离器。

6.在设计列管式换热器时，设置折流板以提高( )的对流传热系数。管程流速的选取，对一般液体取( )，气体取( )，如换热器用水蒸气冷凝来加热原油，则水蒸气应在( )流动。

A.壳程；

B.管程；

C.壳程和管程；

D.u=0.5---3m/s；

E.u=5---30m/s；

F.u=30---100m/s

7.图中所示双层等厚平壁稳态导热，导热系数λ1﹑λ2为定值，试问三条温度分布曲线在什么条件下成立:

(1) ；

(2) ；

(3) 。

8.某低浓度气体吸收过程，已知气膜和液膜体积吸收系数分别为:k y a=0.0002kmol/(m3?s)，k x a=0.4kmol/(m3?s)。则该吸收过程为膜阻力控制；该气体为溶气体。

9.对相对挥发度为α=2.16的理想混合物进行平衡蒸馏(闪蒸)时，已知x F为0.5，汽化率为60%，则得气相组成为，液相组成为；若采用简单蒸馏并蒸至釜液等于闪蒸时温度，则塔顶产品组成为闪蒸时气相组成，汽化率为。

10.一吸湿性物料和一非吸湿性物料，具有相同的干燥面积，在相同干燥条件下进行干燥，

前者的干燥速率为，后者的干燥速率为U B，则在恒速干燥阶段，；降速干

燥阶段；干燥器内部无补充加热的情况下，进干燥器的气体状态一定，干燥任务一定，则气体离开干燥器的湿度H2越，干燥器的热效率越。

对于为水蒸气所饱和的空气，干球温度t，湿球温度t W，绝热饱和温度t as，露点温度t d，它们之间的关系: t t t as t d。

一定湿度H的气体，总压P加大时，露点温度t d。而当气体温度t升高时，则t d。

11.当填料塔操作气速达到泛点气速时，充满全塔空隙，此现象称为，这时

急剧上升。

二、（15分）用离心泵将某溶液由反应槽送往一密闭高位槽，如图示。两槽液面的高度可认为不变，高度差10m，管路总当量长度为200m（包括所有直管和局部阻力的当量长度），管路均为φ89×4.5mm钢管，已知孔板流量计系数为0.61，孔截面积与管道截面积比为0.2，U型压差计读数为R＝600mm，指示液为水银，管路摩擦系数λ取为0.025，反应槽上真空表的读数为200mmHg，高位槽上压强计读数为0.5kg f/cm2(表压)，泵的效率65％，试求泵的轴功率？（溶液密度近似取为1000kg/m3，水银密度为13600kg/m3。）

三、（15分）油以1m/s的流速通过一管壳式换热器的管内，由300K加热到344K。377K 的蒸汽在管外冷凝。管外直径和管内直径分别为48和41mm，但由于污垢，内径现减为38mm，基于此内径的管壁加上垢层热阻为0.0009m2·K/W。在同样条件下（油进出口温度和蒸汽温度不变）测得油的流速为1m/s时，基于38mm内径的油侧传热膜系数αi随油温的变化如下：

油温(K) 300 311 322 333 344

油侧αi

74 80 97 114 120

（W/m2·K）

油的比热和密度分别取为1.9KJ/kg·K和900kg/m3，蒸汽侧的热阻可忽略。

求所需的管长，根据所得的结果（如管子太长或太短），应采取什么措施使工业应用可行。

四、（15分）一填料吸收塔，填料层高度为3m，操作压强为1atm，温度为20℃。用清水吸收空气－氨混和气中的氨，混合气体的质量速度为580kg/m2·h，其中含氨6％（体积％），要求吸收率为99％，水的质量流速为770kg/m2·h。已知该塔在等温下逆流操作，操作条件下的平衡关系为Y*=0.755X。试求：

(1) 出口氨水浓度；

(2) 以气相组成表示的平均推动力；

(3) 气相总传质单元高度H OG；

(4) 如果K Ga与气体质量速度的0.8次方成正比，试估算：当操作压强增大一倍，气体质量速度也增大一倍时，为保持原来的吸收率，在塔径和水的质量速度不变的情况下填料层高度为多少？（空气分子量取29，氨的分子量17，水的分子量18）

五、（15分）有一二元理想溶液，在连续精馏塔中精馏。原料液组成为50％（摩尔％），饱和蒸汽进料，原料处理量为每小时100Kmol，塔顶、塔底产品量各为50Kmol/h，已知精馏段操作线方程为y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸汽加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求：

1）塔顶、塔底产品组成（用摩尔分率表示）；

2）全凝器中每小时冷凝蒸汽量；

3）提馏段操作线方程；

4）若全塔平均相对挥发度＝3.0，塔顶第一块板的液相默弗里板效率E ML=0.6，求离开塔顶第二块的汽相组成。

六、（8分）外半径为r1、长为L的圆管敷设一绝热层，若绝热层（绝热层外半径为r2，导热系数为λ）内壁温度为t W1，温度为t f的流体与温度为t W2的绝热层外壁相接触，绝热层外的对流传热膜系数为α，根据圆管壁的导热和对流传热计算式，试推导出稳态通过绝热层的热损失速率Q（用α、λ、r1、、r2、L、t W1、t f表示Q）。若α、λ、r1、、L、t W1、t f均为定值，试问若绝热层加厚，即r2增加，是否热损失Q总是减少，若不是，求出热损失最大时的绝热层外半径r2？并讨论r2在何范围，Q将增加或减少。

七、（10分）一新孔板流量计拟用于测定水的流量，现需测定其流量系数C0。请说明实验原理，拟定实验流程，说明实验所需的仪表及其功能，写出数据处理的有关步骤。

2002年攻读硕士研究生入学考试

一、概念题

1.用测速管测定的是（）流速，孔板流量计的测定的是（）流速；测流体流量时，随着流体流量增加，孔板流量计两侧压差值将（），若改用转子流量计测量，当流量增大时，转子两端压差值将（）。。

2.某厂水塔液面到水槽液面的垂直距离恒为30m，现需要将水槽水平平移到原来两倍的距离，用圆管子加长，为了维持原供水参数不变，需外加机械能为（）mmH2O。

3.在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的（）次方成正比；在湍流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的（）次方成正比。

4.冷凝现象有（）和（）冷凝，工业冷凝器的设计都按（）冷凝设计；沸腾过程分为（）阶段；（）、（）沸腾和（）沸腾，工业上的沸腾装置一般是按（）沸腾设计的。

5.某离心泵从河中将水送到一敞口高位槽，旱季河水水位下降时，泵的输送流量变（），如何调节到原流量，作图说明。

6.恒摩尔流结果基于的假设是；

和。

7.稳态传质过程，若组分A通过气膜和液膜的推动力为（p-p i）>(c i-c)，则气膜阻力

液膜阻力。

8.在相同温度、压力和混合物组成条件下，等分子反相扩散速率单相扩散速率(一组分通过静止气膜的扩散速率)。其原因是。

9.为保证测定干燥介质湿球温度的正确性，测定时应满足

，；其理由是。

10.对某一板式塔进行改造，若其他条件不变，增大板间距，则该塔的操作弹性；液泛气速。

11.恒沸精馏与萃取精馏的共同点是，主要区别是

和。

12.板式塔在相同的操作条件下，若塔板的开孔率增加，则塔板压降，漏液量。

二、计算题（70分）

1.（15分）图1示，两水池的水位差H=24m，l1=l2=l3=l4=100m，d1=d2=d4=100mm，d3=200mm，沿程阻力系数λ1＝λ2＝λ4＝0.025，λ3＝0.02，除阀门外，其他局部阻力忽略。

（1）当开启阀门时，阀门阻力系数ξ＝30，求流量；

（2）当阀门关闭时，λ保持不变，求流量。

2.锅炉的蒸发量为9080kg/h，要求进入锅炉的水温为65℃，但原水温为21℃，故需要一卧式列管换热器将水加热到所需温度，加热蒸汽为108℃的饱和水蒸气，冷凝传热系数为10400kcal/m2·h·℃.列管采用φ25×1mm的黄铜管（导热系数为85.48w/m·℃），设水在管内流动，流速为0.3m/s。求：

（1）换热器面积；

（2）若因空间限制，管长不能超过25m，换热器如何设置？

3.精馏分离苯－甲苯二元物系，原料液中含苯0.5（摩尔分数，下同），泡点进料，要求塔顶流出液中含苯0.95。塔顶用一部分冷凝器何一全冷凝器，见附图。饱和液体回流，测得塔顶回流中含苯0.88，离开塔顶第一块板液体中含苯0.79，求：

（1）操作条件下平均相对挥发度；

（2）操作回流比；

（3）最小回流比。

4.一逆流操作填料吸收塔，20℃，常压下用清水吸收混合气中的组分A，混合气的体积流量为2000m3/h，操作条件下矮的平衡关系为，混合气含A8％（V%），要求吸收率达

到98％，清水用量为最小用量的1.2倍。设操作条件下气相总传质系数K y=0.45kmol/m2·h·△y，塔径1.2m，填料有效比表面积200m2/m3，可视为低浓度吸收，试计算：

（1）所需填料层高度；

（2）其它条件不变，吸收济改用含组分A0.1％（mol%）的水溶液时，达到上述吸收任务所需填料层的高度为多少？

5.某板状物料的干燥速率与所含水分成比例，可用下式表示:(X为干基含水

量)，设某一干燥条件下，30分钟内此物料从初重60kg降到50kg，需要多长时间？并说明此物料处于何种干燥阶段，为什么？设此物料的绝干重量为40kg.

6.气流干燥器干燥某物料后，用标准旋风分离器分离气固混合物，现发现分离器效率太低，怀疑是混合气体在分离器中的切向速度太小，请提出测定和计算气体在分离器中切向速度原理、需要哪些仪表，画出示意图。

2003年攻读硕士学位研究生入学考试

一、填空

1.流量计安装时，孔板流量计可以在（）方向安装；转子流量计（）方向安装，流体流动方向应取（）。

2.图示，流体在圆管中自上而下流动，通过l段的摩擦阻力损失为h fab，压强差为△p ab，指示液高度为R1；若流量及其他条件都不变，使流体自上而下流动通过该l段，则改变流动方向厚的阻力损失h fba与改变前的h fab的关系为（），改变后的压强差△p ba与改变前的△p ab的关系为（），改变前的R1与改变后的R2（）。

3.当流体的温度升高时，离心泵的安装高度（）；流量不变，当吸入管的管径减少时，离心泵的安装高度（）。

4.固体颗粒在一长方形的沉降室中沉降，沉降过程符合stocks定律；气体的处理量不变，若在降尘室的1/2高度处加一与沉降面积相同的隔板，此时该沉降室能沉降的最小颗粒的直径是原来（）倍。

5.一台转筒真空过滤机，其它条件不变，

提高真空度，不利于提高生产能力（）；

提高悬浮液的温度，有利于提高生产能力（）；

增加浸没度，有利于提高生产能力。

6.为了减少保温瓶的若损失，

在瓶胆的夹层抽真空是为了减少（）形式的热损失；

在瓶胆的夹层镀水银是为了减少（）形式的热损失.

7.在大容器内饱和液体沸腾时，影响沸腾状态的主要因素是（）；工业生产中一般总是设法将液体沸腾控制在（）状态下操作。

8.一理想物系，平衡测得的气相组成是液相组成的两倍，若将含轻组分50％的该物系进行平衡蒸馏分离，控制液化率50％，分离后馏出物轻组分浓度是原料含轻组分浓度的（）倍。

9.蒸馏是利用各组分的（）不同特性实现分离的。精馏是通过多次的（）和（）的过程分离混合物。

10.吸收操作时，吸收塔总压增加一倍，相平衡常数m（）倍，

增加压力对吸收操作（）；吸收塔温度增加，相平衡常数m

（）。增加温度对吸收操作（）。

11.假定吸收系统的相平衡常数m为零，填料高度及其他条件不变，若增加气体流量，吸收率将变（）。

12.影响恒速干燥速率的因素主要是（）；

影响降速干燥速率的因素主要是（）。13.恒速干燥过程中，如果其它条件不变，空气的相对湿度增加，干燥速率将（）；空气的相对湿度达到饱和，干燥速率将为（），写出作为以上依据的表达式。二、有一输水系统如图所示，管子规格为φ48×4，

已知管路阻力（直管和局部阻力）损失为，试求：

（1）该体系的流量；

（2）若欲使流量增大20％，水箱的高度应增加多少米？（设摩擦阻力系数不变）

三、已知泵的特性方程为（其中V---体积流量，m3/min），单泵的流量为1

m3/min，两敞口容器的液面高度差为10m，试问当流量为1.5 m3/min时，采用两泵串联还是并联操作，才能满足输送要求？设阻力系数为常数。

四、有一转筒过滤机，转速为2分钟转一周，生产能力为4m3/h，现将生产能力增大到5m3/h，试问转速应增加到多少？滤饼厚度为原来的多少倍？

五、一列管式换热器，壳程120℃的蒸气冷凝放热，将管中20℃的空气加热到80℃，若将该换热器改为双管程，其它条件不变，设空气作完全湍流，物性随温度的变化可忽略，此时空气的出口温度为多少？

六、一常压操作的精馏塔用来分离苯和甲苯的混合物。已知进料中含苯0.5（摩尔分率，下同），泡点进料，塔顶产品组成为0.9，塔底产品组成为0.03，塔顶为一个分凝器和一全凝器，泡点回流，系统的平均相对挥发度为2，回流比为最小回流比的2倍。试求：

（1）精馏段操作线方程；

（2）离开塔顶第一块理论板的上升蒸汽组成。

七、在逆流操作的吸收塔中，用清水吸收氨－空气混合气中的氨，混合进料时氨的浓度Y1＝0.01（摩尔比），吸收率90％，操作压力760mmHg，溶液为稀溶液，系统的平衡关系符合拉乌尔定律，操作温度下，氨在水溶液的饱和蒸汽压力为684mmHg，传质单元高度为0.5米。试求：

（1）最小单位吸收剂用量；

（2）当吸收剂用量为最小用量的2倍时，填料层的高度为多少米？

（3）出口液体的浓度。

八、已知一个干燥系统的操作示意图如下：

（1）在I-H图中画出过程示意图；

(2)求循环空气量L。

九、料组成x F=0.2，以饱和蒸汽状态自精馏塔底部进料，塔底不再设再沸器，x D=0.95，x W=0.11，平均相对挥发度为0.25。试求：

（1）操作线方程；

（2）若离开第一块板的实际液相组成为0.85，则塔顶第一块板以气相表示的单板效率为多少？