天津大学化工原理试题

1、天津大学 2001年化工原理考研试题 17ky天津大学研究生院二 0 0一年招收硕士生入学试题题号:考试科目:化工原理(含化工原理实验 页数:一、选择与填空(20%1、用离心泵将某贮槽 A 内的液体输送到一常压设备 B ,若设备 B 变为高压设备,则泵的输 液量 ,轴功率 。2、 球形颗粒的自由沉降过程包括加速运动和等速运动两个阶段, 沉降速度是指 阶段中的颗 粒相对于流体的运动速度。3、通过三层平壁的定态热传导过程,各层界面接触均匀,第一层两侧面温度分别为 120 和 80,第三层外表面温度为 40, 则第一层热阻 R1与第二、三层热阻 R2、 R3的大小关 系为 。A 、 R1(R2 R3

2、 B、 R1(R2 R3 C、 R1=(R2 R3 D、无法确定4、 某二元物系, 相对挥发度 =2.5, 对 n 、 n-1两层理论板, 在全回流条件下, 已知 xn=0.35, 则 yn-1= 。5、在吸收操作中,若 c*-c ci -c ,则该过程为 。A 、液膜控制 B 、气膜控制 C 、双膜控制 D 、不能确定6、分配系数 kA 增加,则选择性系数 。A 、减小 B 、不变 C 、增加 D 、不确定7、在填料塔的 p/z u 曲线图上,有 和 两个折点,该两个折点将曲线分为三个区,它们 分别是 、 、 。8、采用一定状态的空气干燥某湿物料, 不能通过干燥除去。A 、结合水分 B 、非

3、结合水分 C 、自由水分 D 、平衡水分二、如图所示 (附件 ,用离心泵将储槽 A 中的液体输送到高位槽 B (两个槽位敞开 ,两槽 液面保持恒定, 两液面的高度差为 12m , 管路内径为 38mm , 管路总长度为 50m (包括管件、 阀门、流量计的当量长度 。管路上安装一孔板流量计,孔板的孔径为 20mm ,流量系数 C0为 0.63, U 管压差计读数 R 为 540mm ,指示液为汞(汞的密度为 13600kg/m3 。操作条件 下液体密度为 1260kg/m3, 粘度为 110-3Pa s 。 若泵的效率为 60%, 试求泵的轴功率, kW 。 摩擦系数可按下式计算:滞流时, =

4、 64/Re湍流时, = 0.3164/Re0.25 (13%三、在一定条件下恒压过滤某悬浮液,实际测得 K=510-5m2/s, Ve=0.5m3。先采用滤框尺 寸为 635mm 635mm 25mm 的板框压滤机在同一条件下过过滤某悬浮液,欲在 30min 过 滤时间内获得 5m3滤液,试求所需滤框的个数 n 。 (6%第一页,共二页四、 有一列管换热器, 装有 25mm 2.5mm 钢管 300根, 管长为 2m 。 将管程的空气由 20 加热到 85, 空气流量为 8000kg/h。 用 108的饱和蒸汽在壳程作为介质, 水蒸气的冷凝传 热膜系数为 1104W/(m2K 。管壁及两侧污

5、垢热阻可忽略,热损失可忽略。已知管内空 气的普兰特准数 Pr 为 0.7, 雷诺准数 Re 为 2.383104, 空气导热系数为 2.8510-2W/(mK , 比热容为 1kJ/(kgK 。试求:(1空气在管内的对流传热系数;(2换热器的总传热系数(以管外表面积为基础 ;(3通过计算说明该换热器能够满足要求。 (12%五、 在一连续精馏塔中分离某理想二元混合物。 已知原料液流量为 100kmol/h, 其组成为 0.5 (易挥发组分的摩尔分率, 下同 ; 塔顶馏出液流量为 50kmol/h, 其组成为 0.96; 泡点进料; 塔顶采用全凝器,泡点回流,操作回流比为最小回流比的 1.5倍;操

6、作条件下平均相对挥发 度为 2.1,每层塔板的气相默弗里板效率为 0.5。(1计算釜残液组成;(2求精馏段操作线方程;(3 若经过精馏段第 n 块实际板液相组成降低了 0.01, 求经过该板气相组成的最大变化量。 (13%六、在填料层高度为 8.5m 的吸收塔中,用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。已知进 塔混合气体中溶质的含量为 0.05(摩尔比 ; 单位塔截面上惰性气体流量为 50kmol/(m2h ; 气相总吸收系数为 0.34 kmol/(m2h ;溶质的吸收率为 98%;在操作条件下,该系统的平 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。试计

7、算:(1出塔液相组成;(2所有填料的比表面积。 (11%七、湿度为 0.01kg/kg绝干空气的常压新鲜空气经预热器加热后,在常压下用于干燥某种湿 物料。空气进、出预热器的温度分别为 20、 120,含水量分别为 20%、 5%(均为湿基 。 干燥后产品的流量为 60kg/h,湿物料的平均比热容为 2.134kJ/(kg ,忽略干燥系统的热 损失。试求:(1新鲜空气的流量 V (m3/h ;(2干燥系统所需要的总加热速率 Q 。 (10%八、实验部分(15%/1、在进行间歇精馏操作过程中, 为了保持塔顶温度的恒定,应逐渐 回流比; 同时为了保持 塔顶产品产量的恒定,应逐渐 塔釜加热量。2、在进

8、行圆形直管内空气湍流流动的对流传热系数测定实验中,需要测定哪些物理量?3、在恒压过滤常数测定实验中,已知不同滤液量 V 对应的过滤时间 ,试简要说明利用作 图法求取恒压过滤常数的方法。4、设计一实验流程(画出其实验流程示意图 ,可以完成如下实验内容:(1进行离心泵性能的研究;(2进行水平直管摩擦阻力与流动雷诺数关系的研究。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。流速的一次方 流速的平方 流速的三次方

9、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(颗粒的平均沉降速度 要求被除去的最小颗粒的沉降速度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( 。下移 不变 上移 不确定4、填料因子 值减小,填料塔的液泛速度 uF (增大 不变 不确定 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( 。 不变 减小 增大 不确定6、离心泵的气蚀余量越小,则其抗气蚀能力( 。越强 越弱 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

10、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=0.01721, V 单位为 m3, 单位为 s若过滤面积为 18.55m2,则过滤常数 K=( 、 V e=( 、 e=( 、 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

11、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 =32-7.0104Q2 (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 第一页 共二页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 1

12、3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

13、组分的摩尔流量为 40kmol/h,气相总体 积吸收系数为 62.5kmol/(m3h ;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 A 。 (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

14、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。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

15、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 hf 将 , AB 管段的摩擦阻力损失 hf , 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 : 3 C、 1: 24:39 D、 1:4:9 A、 1:2:3 B、 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

16、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 、 1 B、 0.5 C、 2 D、 46、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

17、、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*-X B、 X -X* C、 Xi -X D、 X -Xi第一页 共三页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 1 B、大于

18、1 C、不确定 D 、等于 112、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 H2 H1、 I2 I1、 tW2 tW1。 (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 =40-7.0104Q2(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

19、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 =?式中 V 过滤体积, m3;过滤时间, s ;A 过滤面积, m2;p 过滤的压差, Pa ;s 滤饼的压缩性指数,无因次;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

20、是列管式换热器, 其管束由 160根管径为 25mm 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第二页 共三页五、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