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2023年研究生类研究生入学考试专业课化工原理历年高频考题带答案难题附详解(图片大小可自由调整)第1卷一.历年考点试题黑钻版(共50题)1.常压下气温30℃、湿球温度28℃的湿空气在淋水室中与大量冷水充分接触后,被冷却成10℃的饱和空气,如图所示。试求:(1)每千克干气中的水分减少了多少?(2)若将离开淋水室的气体再加热至30℃,此时空气的湿球温度是多少?

2.如图所示为某工业燃烧炉产生的烟气由烟囱排入大气。烟囱的直径为2m,ε/d=0.0004。烟气在烟囱内的平均温度为200℃,在此温度下烟气的密度为0.67kg/m3,黏度为0.026mPa·s,烟气流量为80000m3/h。在烟囱高度范围内,外界大气的平均密度为1.15kg/m3,设烟囱内底部的压强低于地面大气压20mmH2O,求此烟囱应有多少高度?

试讨论用烟囱排气的必要条件是什么?增高烟囱对烟囱内底部压强有何影响?

3.大小不一的搅拌器能否使用同一条功率曲线?为什么?4.结合水与非结合水有什么区别?5.总压力为320kPa的含水湿氢气干球温度t=30℃,湿球温度为tw=24℃。求湿氢气的湿度H(kg水/kg干氢气)。已知氢-水系统的α/kH≈17.4kJ,/(kg·℃)。6.为什么高烟囱比低烟囱排烟效果好?7.流体在管内作层流流动,如流量不变,若仅增大管径,则摩擦系数变______,直管阻力变______。8.湿球温度tw受哪些因素影晌?绝热饱和温度tas与tw在物理含义上有何差别?9.浓度较高的溶液进入如图所示解吸塔塔顶,塔底吹气解吸,塔中部某处抽出一半液体,另一半液体由塔底排出,试在y-x图上画出平衡线与操作线,并标出各股流体的浓度坐标。

10.流动对传热的贡献主要表现在哪?11.气体分子扩散系数与温度、压力有何关系?液体分子扩散系数与温度、黏度有何关系?12.结晶有哪几种基本方法?溶液结晶操作的基本原理是什么?13.如图所示,理想液体从高位槽经过等直径管流出。考虑A点与B点压强的关系,在下列三个关系中选择出正确的。(1)pB<pA;(2)pB=pA+ρgH;(3)pB>pA。

14.甲醇-水精馏塔在设计时规定原料组成xF=0.40,塔顶产品组成0.90,塔釜残液组成0.05(均为甲醇的摩尔分数),常压操作。试用O’connell关联图估计精馏塔的总塔效率。15.蒸发操作不同于一般换热过程的主要特点有哪些?16.多级逆流萃取中(S/F)min如何确定?17.某板框压滤机共有20只滤框,框的尺寸为0.45m×0.45m×0.025m,用以过滤某种水悬浮液。每1m3悬浮液中带有固体0.016m3,滤饼中含水50%(质量分数)。试求滤框被滤饼完全充满时,过滤所得的滤液量(m3)。

已知固体颗粒的密度ρp=1500kg/m3,ρ水=1000kg/m3。18.如图所示为钢板表面涂塑过程,钢板宽度为1m,以0.5m/s的速度移动。板与模口的间隙为0.001m。在加工温度下,塑料糊的流动特性服从幂律式。求模口中塑料糊的剪切率、拉动该板所需的力和功率。

19.如图所示,某水槽的液位维持恒定,水由总管A流出,然后由B、C两支管流入大气。已知B、C两支管的内径均为20mm,管长lB=2m,lC=4m。阀门以外的局部阻力可以略去。

(1)B、C两阀门全开(ζ=0.17)时,求两支管流量之比;

(2)提高位差H,同时关小两阀门至1/4开(ζ=24),使总流量保持不变,求B、C两支管流量之比;

(3)说明流量均布的条件是什么?

设流动已进入阻力平方区,两种情况下的λ=0.028,交点O的阻力可忽略。20.在t1=60℃,H1=0.02kg水/kg干气的常压空气中喷水增湿,每千克干空气的喷水量为0.006kg,这些水在气流中全部汽化。若不计喷入的水本身所具有的热焓,求增湿后的气体状态(温度t2和湿度H2)。21.连续干燥过程的热效率是如何定义的?22.何谓负荷曲线、透过曲线?什么是透过点、饱和点?23.热、质同时传递的过程极限有什么新特点?24.某填料吸收塔用过热水蒸气吹出洗油中的苯,入塔液体中苯的摩尔分率为0.05,要求解吸率97%,该物系相平衡关系为y=2.8x,采用的过热蒸汽用量为最小气体用量的1.3倍,该填料的传质单元高度HOG=0.3m,试求该塔的填料层高度。25.在换热器设计计算时,为什么要限制ψ大于0.8?26.在多级往复式压缩机中的某一级,将氨自表压为0.15MPa(表压)压缩到为1.1MPa(表压)。若生产能力为460m3/h(标准状况),总效率为0.7,气体进口温度为-10℃,试计算该级压缩机所需功率及氨出口时的温度。

设压缩机内进行的是绝热过程,氨的绝热指数为1.29。27.在小规模生产时搅拌某液体所用的搅拌釜容积为10L,采用直径为75mm开启平直叶涡轮搅拌器,在转速为1500r/min时获得良好的搅拌效果。试以单位体积搅拌功率相等为准则,计算1m3搅拌釜中搅拌器的直径、转速与功率的放大比值。

设两种情况下均在充分湍流区操作。28.HOG的物理含义是什么?常用吸收设备的HOG约为多少?29.已知混合液体的组成为:乙烷(A)0.08(摩尔分数,下同),丙烷(B)0.22,正丁烷(C)0.53,正戊烷(D)0.17,试计算在1.36MPa总压下,汽化率为0.44时的汽液平衡组成。30.传热基本方程中。推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些?31.非理想物系何时出现最低恒沸点,何时出现最高恒沸点?32.某种圆柱形颗粒催化剂其直径为dp,高为h,试求等体积的当量直径de及球形度ψ。

现有h=dp=4mm的颗粒,填充在内径为1m的圆筒形容器内,填充高度为1.5m,床层空隙率为0.43。若在20℃、1atm下使360m3/h的空气通过床层。试估算床层压降为多少?33.芬斯克-恩德伍德-吉利兰捷算法的主要步骤有哪些?34.100kg含37.7%(质量分数)KNO3的水溶液在真空结晶器中绝热自蒸发3.5kg水蒸气,溶液温度降低到20℃,析出结晶,结晶盐不含结晶水。已知20℃下KNO3的溶解度为23.3%(质量分数)。试求,加料的温度应为多少。

已知该物系的溶液结晶热为68kJ/kg晶体,溶液的平均比热容为2.9kJ/(kg·K),水的汽化潜热为2446kJ/kg。35.为什么即使塔内各板效率相等,全塔效率在数值上也不等于板效率?36.如图所示为活塞在汽缸中以0.8m/s的速度运动,活塞与汽缸间的缝隙中充满润滑油。已知汽缸内径D=100mm,活塞外径d=99.96mm,宽度L=120mm,润滑油黏度为100mPa·s。油在汽缸壁与活塞侧面之间的流动为层流,求作用于活塞侧面的黏性力。

37.τopt对什么而言?38.某降尘室长2m、宽1.5m,在常压、100℃下处理2700m3/h的含尘气。设尘粒为球形,ρp=2400kg/m3,气体的物性与空气相同。求:(1)可被100%除下的最小颗粒直径;(2)直径0.05mm的颗粒有百分之几能被除去?39.如图所示的精馏塔具有一块实际板及一只蒸馏釜,原料预热至泡点,由塔顶连续加入,xF=0.20(摩尔分数,下同),测得塔顶产品能回收原料液中易挥发组分的80%,且xD=0.28,系统的相对挥发度α=2.5。

试求残液组成xw及该块塔板的板效率。设蒸馏釜可视为一个理论板。

40.在一卧式列管换热器中,利用水蒸气冷凝加热某种液体,应安排水蒸气走______程,换热器顶部设置排气阀是为了______。41.有哪几种常用的吸附脱附循环操作?42.传热过程有哪三种基本方式?43.吸收塔高度计算中,将NOG与HOG分开,有什么优点?44.拟用一板框压滤机在恒压下过滤某悬浮液,已知过滤常数K=7.5×10-5m2/s。现要求每一操作周期得到10m3滤液,过滤时间为0.5h。悬浮液含固量Φ=0.015(m3固体/m3悬浮液),滤饼空隙率ε=0.5,过滤介质阻力可忽略不计。试求:(1)需要多大的过滤面积?(2)现有一板框压滤机,框的尺寸为0.65m×0.65m×0.02m,若要求仍为每过滤周期得到滤液量10m3,分别按过滤时间和滤饼体积计算需要多少框?(3)安装所需板框数量后,过滤时间为0.5h时实际获得滤液量为多少?45.反渗透的基本原理是什么?46.什么是晶格、晶系、晶习?47.通风机的全压、动风压各有什么含义?为什么离心泵的H与ρ无关,而风机的全压pT与ρ有关?48.强化过滤速率的措施有哪些?49.试证明在定态传热过程中,两高、低温(TA>TB)的固体平行平面间装置n片很薄的平行遮热板时(如图所示),传热量减少到原来不安装遮热板时的1/(n+1)倍。设所有平面的表面积、黑度均相等,平板之间的距离很小。

50.湍流时圆管的速度分布经验式为试计算(1)之值;(2)动能校正系数α之值。第1卷参考答案一.历年考点试题黑钻版1.参考答案:解:已知:p=101.3kPa,t1=30℃,tw1=28℃,t2=10℃。求:(1)w;(2)tw。

(1)查水的饱和蒸汽压:28℃,Pw=3.82kPa;r=2434.8kJ/kg;10%,Pθ=1.23kPa,故

W=H1-H2=0.0232-0.0076=0.0156kg水/kg干气

(2)

H3=H2=0.0076kg水/kg干气

设tw3=18℃,查得pw3=2.08kPa,rw3=2451kJ/kg,故

与所设基本相符,所以tw=18.1℃。2.参考答案:[解]已知:d=2m,ε/d=0.0004,ρ烟气=0.67kg/m3,μ=0.026mPa·s,qV=80000m3/h,ρair=1.15kg/m3,p1(真)=20mmH2O=0.2kPa。求:H。

(1)列烟囱底部(1截面)与顶部(2截面)伯努利方程

由题可知烟囱d1=d2,所以u1=u2,z1=0,z2=H,故

由于ε/d=0.0004,查表得λ=0.017,所以1-2截面间伯努利方程为

(2)烟囱得以排气的必要条件是ρ烟气<ρ外,若ρ烟≥ρ外时,p1≥0,则无法起到抽吸作用。

(3)H增加,p1降低(即真空度增加),抽吸量增加。3.参考答案:(1)只要是搅拌器的形式相同、各尺寸比例相同,大小不一的搅拌器就可以使用同一条功率曲线。

(2)因为功率的无量纲形式推导中使用了这一条件。4.参考答案:结合水与非结合水的区别是其表现的平衡蒸气压不同。非结合水表现的平衡蒸气压即为同温度下纯水的饱和蒸气压,结合水所表现的蒸气压低于同温度下的纯水的饱和蒸气压。5.参考答案:解:已知:p=320kPa,t=30℃,tw=24℃,氢-水系统,α/KH=17.4kJ/(kg·℃)。求:H(kg水/kg干氢气)。

查得24℃=下,pw=3.0kPa,rw=2436.4kJ/kg,则

6.参考答案:高烟囱比低烟囱排烟效果好的原因为:由静力学方程可以导出Δp=H(ρ冷-ρ热)g,所以H增加,压差增加,拔风量增大。7.参考答案:大;小[解析]若流量不变,管径增大,则流速减小,因为流速的变化较管径大得多,则雷诺数变小,在层流时λ=64/Re变大。直管阻力,管径增大,流速变小,所以hf变小。8.参考答案:(1)湿球温度tw受三方面因素的影响:①物系性质;②气相状态;③流动条件。

(2)绝热饱和温度与湿球温度在物理含义上的差别在于:

①绝热饱和温度完全没有速率方面的含义,它是由热量衡算和物料衡算导出的,属于静力学范围。

②湿球温度是传热和传质速率均衡的结果,属于动力学范围。9.参考答案:解:对于该流程画操作线与平衡线如图所示。

10.参考答案:流动对传热的贡献主要表现在:传热是流体流动载热与热传导的联合作用的结果,其中流动增大了壁面处的温度梯度,使壁面热流密度较流体静止时大,加快了传热速率。11.参考答案:(1)气体分子扩散系数与温度、压力的关系为:D气∝T1.18/p。

(2)液体分子扩散系数与温度、黏度的关系为:D液∝T/μ。12.参考答案:(1)结晶的基本方法有溶液结晶、熔融结晶、升华结晶、加压结晶、反应沉淀、萃取结晶等。

(2)溶液结晶操作的基本原理是采用降温或浓缩的方法使溶液达到过饱和状态。13.参考答案:选(1)pB<pA。因为管道出口通大气,出口压力等于pA,而B处的位置比出口高,所以压力较低。14.参考答案:解:已知:常压,甲醇-水系统,xF=0.4,xD=0.9,xW=0.05。求:用O’connell关联图估计ET。

由教材附录相平衡数据查得t底=93℃,t顶=67.8℃,则

tm=(t底+t顶)/2=(93+67.8)/2=80.4℃

再查t=80℃时,汽液共存,y=0.650,x=0.241,故

t=80.4℃时,μ水=0.356mPa·s,μ甲=0.275mPa·s,则

αμL=5.85×0.324=1.90

查O’connell关联图得ET=41%。15.参考答案:蒸发操作不同于一般换热过程的主要特点有:

(1)溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形成垢层,使传热过程恶化;

(2)溶液的物性对蒸发器的设计和操作有重要影响;

(3)溶剂汽化需吸收大量汽化热。16.参考答案:(S/F)min是指达到指定浓度所需理论级数为无穷多时相对应的溶剂比,表示达到指定分离要求时溶剂的最小用量,可通过逐次逼近求出。17.参考答案:[解]已知:板框20只,尺寸0.45×0.45×0.025m,=0.016m3固体/m3悬浮液,滤饼中含水50%(质量),ρp=1500kg/m3,ρ=1000kg/m3。求:滤饼充满滤框所得滤液V。

由题意

故所得的滤液量为

18.参考答案:[解]已知:B=1m,l=0.01m,u=0.5m/s,δ=0.001m,τ=2500(du/dy)0.4。求:剪切率du/dy,拉力F,功率P。

已知δ=0.001m,近似认为模口中速度分布为线性,则:

剪切率;

剪应力;

拉力F=τA=3.0×104×1×0.01=3×102N;

功率P=Fu=300×0.5=150W。19.参考答案:[解]已知:dB=dC=20mm,lB=2m,lC=4m,λ=0.028。求:(1)ζB=ζC=0.17时,qVB/qVC;(2)H增加,ζB=ζC=24时,g'VB/g'VC;(3)均布条件。

(1)由交点O至两管口截面列伯努利方程

所以

由于dB=dC,故

(2)ζ=24时,则

qVB与qVC的比值与H的变化无关。

(3)以上计算说明流量均布是以能量损失为条件的。20.参考答案:解:已知:t1=60℃,H1=0.02kg水/kg干气,喷水量W=0.006kg水/kg干气,等焓过程。求:t2,H2。

增湿后的湿度为

H2=H1+W=0.02+0.006=0.026kg水/kg干气

因为等焓过程,所以

I1=I1

21.参考答案:热效率η定义为汽化水分、物料升温所需热与供热之比,即。22.参考答案:(1)负荷曲线是指床层中吸附相浓度沿流体流动方向的变化曲线。透过曲线是指出口处流体浓度随时间的变化曲线。

(2)透过点是指透过曲线上流体的浓度开始明显升高时的点,一般规定出口流体浓度为进口流体浓度的5%时为透过点。饱和点是指出口流体浓度接近进口浓度时的点,一般取出口流体浓度为进口流体浓度的95%时为饱和点。23.参考答案:热、质同时传递的过程极限的新特点为:当气体状态固定不变时,液相温度将无限趋近某一极限温度,该极限温度与气体的状态(温度t、水汽分压p水汽)有关,而与液相的初态无关。24.参考答案:解:变量如图所示。

根据物料衡算G(y1-y2)=L(x1-x2)得

H=HOGNOG=0.3×7.83=2.35m

25.参考答案:限制ψ大于0.8的原因为当ψ≤0.8时,温差推动力损失太大,Δtm所需传热面积A变大,设备费用增加。26.参考答案:[解]已知:p1(表)=0.15MPa,p2(表)=1.1MPa,qV0=460m3/h,η=0.7,t=-10℃,k=1.29。求:P,T2。

由题意

故所需功率为

氨出口时的温度为

27.参考答案:[解]已知:V1=10L,V2=1m3,d1=75mm,r=1500r/min。求:。

因为大型装置与小型装置几何相似,所以大型搅拌釜的直径

搅拌器直径放大比值

又单位体积搅拌功率相等即,故

28.参考答案:(1)HOG的物理含义是气体流经过这一单元高度塔段的浓度变化等于该单元内的平均推动力。

(2)常用吸收设备的HOG约为0.15~1.5m。29.参考答案:解:已知:P=1.36MPa,汽化率为0.44,xA=0.08,xB=0.22,xC=0.53,xD=0.17。求:汽液平衡组成。

设平衡温度为82℃,查得KA=4.70,KA=2.0,KC=0.80,KD=0.36,则

q=1-汽化率=1-0.44=0.56

验证:∑xi=xA+xB+xC+xD=0.030+0.153+0.581+0.237=1.001,假设成立。

yA=KAxA=4.7×0.030=0.141

yB=KBxB=2.0×0.153=0.306

yC=KCxC=0.80×0.581=0.465

yD=KDXD=0.36×0.237=0.085

验证:∑yi=YA+YB+YC+YD=0.141+0.306+0.465+0.085=0.997,基本符合归一条件,假设成立。30.参考答案:传热基本方程中,推导得出对数平均推动力的前提条件为:

(1)冷、热流体作逆流流动;

(2)两流体皆无相变化;

(3)管程、壳程均为单程;

(4)流体的比热容均为常量。31.参考答案:非理想物系在强正偏差出现最低恒沸点;在强负偏差出现最高恒沸点。32.参考答案:[解]已知:圆柱体dp,h。h=dp=4mm,D=1m,L=1.5m,ε=0.43,T=20℃,p=1atm=101.3kPa,qV=360m3/h。求:(1)de,v,ψ表达式;(2)

(1)体积相等,故

(2)当h=dp=4mm时,有

查20℃,101.3kPa下空气ρ=1.2kg/m3,μ=1.81×10-5Pa·s,故

用欧根公式

33.参考答案:芬斯克-恩德伍德-吉利兰捷算法的主要步骤如下:

(1)根据工艺要求确定关键组分,计算塔顶、塔底产品中各组分的含量和饱和温度;

(2)求取全塔平均相对挥发度,用芬斯克方程计算最少理论板数;

(3)用恩德伍德公式计算最小回流比,并选定适宜的回流比;

(4)用吉利兰图求取理论板数;

(5)用芬斯克方程和吉利兰图计算精馏段理论板数,确定加料板位置。34.参考答案:解:已知:F=100kg,w1=0.377,W=3.5kg,绝热蒸发,结晶温度t3=20℃,结晶盐不含水,w3=0.233,r结晶=68kJ/kg,cp=2.9kJ/(kg·K),r水=2446kJ/kg。求:进料温度t1。

绝热蒸发即Q=0,无结晶水即w2=1,由物料衡算式

Fw1=mw2+(F-W-m)w3

100×0.377=m×1.0+(100-3.5-m)×0.233

解得m=19.8kg。

由热量衡算式

Wr水=mr结晶+FCp(t1-t3)

3.5×2446=19.8×68+100×2.9×(t1-20)

解得t1=44.9℃。35.参考答案:即使塔内各板效率相等,全塔效率在数值上也不等于板效率的原因为:全塔效率是以所需理论板数为基准定义的,板效率是以单板理论增浓度为基准定义的,两者基准不同。36.参考答案:[解]已知:u=0.8m/s,D=100mm,d=99.96mm,L=120mm,μ=100mPa·s(润滑油),流动为层流。求:黏性力F。

由于流动为层流,则,隙缝δ=(D-d)/2=(100-99.96)/2=0.02mm。

因为即剪切力变化极小,τ=const,故常量,即速度分布可视作线性可得

黏性力为

37.参考答案:τopt对生产能力(Q=V/∑τ)最大而言。Q在V~τ图上体现为斜率,切线处可获最大斜率,即为最佳过滤时间τopt。38.参考答案:[解]已知:重力沉降室L=2m,B=1.5m,101.3kPa,100℃,物性同空气,qV=2700m3/h,ρp=2400kg/m3。求:(1)100%除去的dp,min;(2)d'p=0.05mm,除去的百分率ηp。

查101.3kPa,100℃,ρ=0.946kg/m3,μ=2.19×10-5Pa·s。

(1)设100%除去dp,min颗粒沉降在斯托克斯区,则

(2)设尘粒在入口处均匀分布,则当d'p<dp,min时

因为d'p<dp,min,所以其沉降必在斯托克斯区,故

39.参考答案:解:已知:N实=1,q=1,塔顶加入xF=0.2,η=80%,xD=0.28,α=2.5,R=0。求:xW,EmV。

全塔物料衡算

又故

解得:

0.2=0.571×0.28+0.429xW

xW=0.0935

因为塔釜相当于一块理论板,所以有

又y1=xD=0.28,取塔顶与第一块塔板之间作控制体,得衡算式

Vy2+Fx1=Lx1+DxD

由恒摩尔流得F=L,D=V,故

40.参考答案:壳;防止发生堵塞[解析]水蒸气宜走壳程,以便于及时排除冷凝液,且蒸汽较清洁,它对清洗无要求。41.参考答案:常用的几种吸附脱附循环操作为:

(1)变温吸附,用升高温度的方法使吸附剂的吸附能力降低,从而达到脱附的作用,也即利用温度变化来完成循环操作。

(2)变压吸附,降低系统压力或抽真空使吸附质脱附,升高压力使之吸附,利用压力的变化完成循环操作。

(3)变浓度吸附,利用惰性溶剂冲洗或萃取剂抽提而使吸附质脱附,从而完成循环

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