青岛科技大学化工原理试题

青岛科技大学二O一O年硕士研究生入学考试试题考试科目：化工原理注意事项：1．本试卷共7道大题（共计21个小题），满分150分；2．本卷属试题卷，答题另有答题卷，答案一律写在答题卷上，写在该试题卷上或草纸上均无效。要注意试卷清洁，不要在试卷上涂划；3．必须用蓝、黑钢笔或签字笔答题，其它均无效。﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡一、（20分）用离心泵将20C的苯从地下贮罐送到高位槽，89mm4mm的无缝钢管，直管长为15m，管路上l=2.7m）；泵排出管路用57mm3.5mm的无缝钢管，直管长l=0.33m）和两个l=21.6m）。贮罐和高位高位槽液面比贮罐液面高10m，管路出口在液面之下。泵吸入管路用装有一个底阀（l=6.3m），一个标准弯头（ee度为50m，管路上装有一个全开的闸阀（标准弯头（eeH257.2104Q2（H槽液面上方均为标准大气压，且液面维持恒。定离心泵的特性曲线为0.03的单位为m，Q的单位为m3/s）。取管路摩擦系数，苯的密度为880kg/m3，试求：（1）管路的工作流量；（2）泵的轴功率，已知泵的效率为70%；二、（10分）取含有泥沙的混浊河水，静置1h，然后用吸液管于水面下5cm处取少量试样，问可能存在于试样中的最大微粒直径是多少m？泥沙颗粒的密度为2500kg/m3。河水的密度为998.2kg/m3，黏度为1.00510-3Pas。假设颗粒为球形，在水中自由沉降。三、（20分）现有一台新的套管换热器，冷却水在φ25×2.5mm的内管中流动，以冷凝环隙间的某饱和蒸汽。当冷却水的流速为0.4m/s和0.8m/s时，测得基于内管外表面的总传热系数分别为1200W/（mK）和1700W/（mK）。水在管内为湍流，管壁的导热系数为45w/（m•K）。2膜系数不变，试求：2水流速改变后可认为环隙内蒸汽冷凝的传热（1）当水的流速为0.4m/s时，管壁对水的对流传热系数为多少？（2）管外蒸汽冷凝的对流传热系数为多少？（3）若操作一段时间后，水流速仍维持0.4m/s，但测得的总传热系数比操作初期下降10%，试分析可能的原因，并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降10%。四、(20分)由苯和甲苯组成的原料液中苯的浓度为0.5（摩尔分数，下同），利用精馏塔分离，进料量为1000kg/h，泡点进料，要求塔顶产品的浓度为0.99，塔底产品的浓度为0.03，回流比为最小回流比的1.7倍，苯对甲苯的平均相对挥发度为2.46，试求：（1）塔顶和塔底产品的流量；（2）离开塔顶第二块板的蒸汽相浓度y2；（3）提馏段内的液相和蒸汽相摩尔流量。五、（20）用水吸收空气-氨混合气中的氨，在温度为28C、压强为101.3kPa的操作条件下，混合气体的流量为200m3/h。对于直径为0.3m的填料塔，填料为25253（mm3）的瓷环，欲使混合气中的氨含量由0.05降到0.004（均为摩尔分数），已知在28C及101.3kPa时，相平衡关系符合亨利定律Y1.44X，气相总体积吸收系数Ka128kmol/(m3h)，请计算Y（1）最小液气比LV；min（2）若吸收剂的用量为最小用量的2倍，所需填料层高度。六、（20）现有一采用废热空气部分循环的干燥系统，设空气在干燥器中经历等焓增湿过程。新鲜常压湿空气的流量为1.667kg/s，焓为50kJ/kg（干空气），水蒸气分压为1600Pa。湿物料最初湿基含水量w1为0.40，最终w2为0.07。进入预热器的常压湿空气湿度H0p为0.034kg（水）/kg（干空气），温度t0p=40C。离开预热器的空气t1为88C。假定预热器的热损失可忽略，试求：（1）以绝干物料表示的干燥系统的生产能力；（2）预热器的传热量；（3）废热空气的循环百分比。L'Ht,,22H,tH,tL,tLpt,H0p0p22110预热器干燥器I,HG,X00c1G,Xc2［注：I(1.011.88)2490HtHkJ/kg（绝干气）］七、简答题（每题5分，共计40分）1.在完全湍流区，直管阻力损失与流体的平均流速呈何关系？2.离心泵的蜗壳有何作用？3.叙述黑体辐射定律。4.多层平壁热传导中，各层温度差及其热阻有何关系？5.何为雾沫夹带？6.泛点气速？7.何为适宜回流比？8.干燥过程何时转入降速干燥阶段？第2页（共2页）青岛科技大学注意事项：1．本试卷共7道大题（共计26个小题），满分150分；2．本卷属试题卷，答题另有答题卷，答案一律写在答题卷上，写在该试题卷上或草纸上均无效。要注意试卷清洁，不要在试卷上涂划；3．必须用蓝、黑钢笔或签字笔答题，其它均无效。﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡20分）用离心泵将20℃水从水池送至敞口高位槽中，流程如附图所示。两槽液面高度差为12m，输送管为Ф57×3.5mm的钢管，路总长为20m，压出管路总长为155m（均包括所有局部阻力的当量长度）。管路摩擦系数取为0.02，水密度为1000kg/m3。操作条件下此离心泵的特性方程为H=60－7.91×106Q2（单位：H－m，Q－m3/s），泵的轴功率为0.49kW。试求：（1）管路中水的流量，m/h；（2）泵效率；（3）泵入口处真空表的读数，kPa。吸入管3二、（10分）某厂炉气中含有最小直径为10μm的尘粒，尘粒的密度为4000kg/m3，炉气温度为700K。在此温度下，气体黏度为3.4×10-5Pa.s，密度为0.5kg/m3。现要求炉气处理量为8000kg/h。采用多层降尘室除尘粒，若降尘室中的隔板已选定长度为5m，宽为3m，且降尘室总高不超过4.8m。试计算降尘室中隔板间的距离。三、（量为8000kg/h的常压空气冷凝的对流传热系数为1×104W/(m2.℃)，忽略管壁及两侧污垢热阻和热损失。空气在平均温度下的物性常数为cp=1kJ/(kg.℃)，λ＝2.85×10－2W/(m.℃)，μ＝1.98×10-5Pa.s。20分）有一单程管壳式换热器，内装有Φ25×2.5mm的钢管300根，管长为2m。要求将流于管程由20℃加热到85℃，选用108℃的饱和蒸汽冷凝。若蒸汽侧壳方试求：（1）空气在管内的对流传热系数；（2）换热器的总传热系数（以管子外表面为基准）；（3）通过计算说明该换热器能否满足要求；（4）计算说明管壁温度接近哪一侧的流体温度。四、（20分）在一连续精馏塔中分离苯-甲苯溶液。塔釜为间接蒸汽加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。进料中含苯35%（摩尔分数，下同），进料量为100kmol/h，以饱和蒸气状态进入塔中部。塔顶馏出液量为40kmol/h，要求塔釜液含苯浓度不高于5%，采用的回流比R=1.54Rmin，系统的相对挥发度为2.5。试求：（1）回流比R；（2）精馏段和提馏段的操作线方程；（3）已知塔顶第一块实际板以液相组成表示的默弗里板效率为0.54，求离开塔顶第二块实际板进入第一块实际板的气相组成；（4）若该塔再沸器可看作是一块理论板，求进入再沸器的液体的组成。五、（20分）用填料塔吸收混合气体中所含的苯，入塔气体中含苯5%（体积分率），其余为空气，要求苯的回收率为90%，吸收塔在常压、25℃下操作，入塔混合气体为每小时940m3（标准状况），入塔吸收剂为纯煤油，其耗用量为最小耗用量的1.5倍，已知该系统的相平衡关系为Y=0.14X（其中X、Y为摩尔比），气相总体积吸收系数KYa=0.035kmol/(m3·s)，纯煤油的平均分子量为170，塔径为0.6m。六、（20分）如附图所示，某干燥器的操作压强为80kPa（绝压），出口气体的温度t2为59℃，相对湿度φ2为72%。为保证干燥产品的质量，空气进入干燥器的温度不得高于92℃，故将部分出口气体送回干燥器入口与新鲜空气混合，混合后气体相对湿度φm为11%。已知新鲜空气的质量流量为0.49kg/s，温度t0为18℃，湿度H0为0.005kg水/kg绝干空气。试求：（1）空气的循环量LR；（2）新鲜空气预热后的温度t1；（3）预热器需提供的热量QP。（水的饱和蒸气压：59℃时为19.013kPa，92℃时为75.598kPa）七、简答题（每题5分，共计40分）1.简要说明化工计算中，物料衡算的主要步骤。2.什么是“气缚”现象？什么是“气蚀”现象？3.什么是离心泵的工作点？如何调节离心泵的工作点？4.以常压下水为例，画出并说明液体沸腾曲线。5.写出亨利定律的定义及表达公式。6.什么是理想物系？二OO七年硕士研究生入学考试试题注意事项：1．本试卷共7道大题（共计7个小题），满分150分；2．本卷属试题卷，答题另有答题卷，答案一律写在答题卷上，写在该试题卷上或草纸上均无效。要注意试卷清洁，不要在试卷上涂划；3．必须用蓝、黑钢笔或签字笔答题，其它均无效。一、（10分）如附图所示，利用虹吸管将池中的某一液体引出。两敞口容器水面的垂直距离H为3m，管段AB长4m，管段BC长12m（两段长度皆包括局部阻力的当量长度），管路直径为30mm，测得此时的直管阻力系数为0.024，操作状况下该液体的饱和蒸汽试求：（1）管路中液体的流量；（2）若要保证管路中不发生汽化现象，则管路顶点的最大安装高度为多少？（3）由于某种原因高度差H发生了变化，导致液体以1m/s的流速在管内层流流动。如果流体物性保持不变，确定H值的大小。擦损失为8J/kg，水的密度为1000kg/m3。三、（20分）有一套管换热器，某流体走壳程，水走管程，逆流换热。工艺上要求将流量为870kg/h的此流体从120℃冷却至70℃，其比热容为3.36kJ/(kg•℃)，它对管壁的对流传热系数为2326W/(m2•℃)，并可视为不变。已知内管为Ф57×3.5mm的钢管，水的进口温度为20℃。此换热器刚投入使用时很清洁，当流体出口温度为70℃时，测得水出口温度为50℃，管壁对水的对流传热系数为873W/(m2•℃)，水的比热容为4.174kJ/(kg•℃)，水的密度为994kg/m3。由于冷却水的水质问题，管内壁结垢，使用一年后致使水的出口温度降为45℃。管壁热阻及外壁污垢热阻可忽略不计，且管内外对流传热系数可视为不变。试求：（1）新工况（结垢后）时的热流体出口温度；（2）该换热器面积；（3）新工况时的内壁污垢热阻系数。四、（20分）填料塔内用纯溶剂吸收气体混合物中的某溶质组分，进塔气体溶质浓度为0.01（摩尔比，下同），混合气体的质量流量为1400kg/h，平均摩尔质量为29g/mol，操作液气比为1.5，在此操作条件下气液相平衡关系为Y*=1.5X，当两相逆流操作时，工艺要求气体吸收率为95%，现有一填料层高度为7m、塔径为0.8m的填料塔，气相总体积吸收系数KYa为0.088kmol/(m3·s)，液体状态连续向塔釜进料，进料流率为80kmol/h，组成为0.45（摩尔分率，下同），二元体系相对挥发流比为1。求（1）该块塔板上的气相单板效率Emv和液相单板效率Eml各是多少？（2）冷凝器冷凝液流率和再沸器气化流率分别是多少kmol/h？六、（20分）采用如图所示的废气循环系统干燥湿物料，已知数据标示于附图中。在常压操作中，假设系统热损失可忽略，干燥操作为等焓干燥过程。求（1）新鲜空气体积流量（m3/h）?（2）进入干燥器的湿空气的温度及焓？（3）预热器的加热量？七、简答题（每题5分，共计40分）1.简要说明层流与湍流的区别2.简述简单管路计算中试差法的主要步骤3.以套管式换热器中水蒸气加热空气为例，简要说明如何实验测定总传热系数K4.分析颗粒的自由沉降过程5.说明传质单元高度的物理意义6.如何进行恒定干燥操作7.平衡蒸馏原理8.液泛的定义及其预防措施青岛科技大学2006年研究生入学考试试卷A考试科目：化工原理（答案全部写在答题纸上）一、（20分）水槽中水经管道可以从C、D两支管同时放，出水槽液面维持恒定，AB段管长为6m（忽略AB间所有的局部阻力），管内径为41mm。BC段长6m，当阀门全开时该段局部阻力总和的当量长度为9m（包括出部阻力总和的当量长度为15m（包括出管道内径均为25mm。如图所示。试求：（1）当D管阀门关闭而口阻力损失）；BD段长9m，当阀门全开时该段局口阻力损失），BC和BD段C管阀门全开时的流量；（2）当C、D两管阀门都全开时各自的流量和总流量。设管内摩擦系数均可取0.03不变。其余数据见图。二、（10分）在一管路系统中，用一台离心泵将密度为1000kg/m3的清水从敞口地面水池输送到高位密封储槽（其表压为9.81×104Pa），两端液面的位差Δz=10m，管路总长L=50m（包括所有局部阻力的当量长度），管内径均为40mm，摩擦因数λ=0.02。试求：(1)该管路的特性曲线方程。(2)若离心泵的特性曲线方程为H40222Q2（式中，H为压头，单位为m；Q为流量，单位为m3/min），求该管路的输送量（单位为m3/min）。三、（20分）一列管式换热器，管径为φ25mm×2.5mm，传热面积为10m2（按管外径计）。今拟用使80℃的饱和苯蒸气冷凝、冷却到50℃。苯走管外，流量为1.25kg/s；冷却水走管内与苯逆流，流量为6kg/s，进口温度为10℃。现已估算出苯冷凝、冷却时的对流传热系数分别为于1600W/(m2·K)和850W/(m2·K)；水的对流传热系数为2500W/(m2·K)。忽略管壁两侧污垢热阻和管壁热阻。已知水和苯（液体）的比热容分别为4.18×103J/(kg·K)和1.76×103J/(kg·K)，苯蒸气在80℃的冷凝潜热为395×103J/kg。问此换热器是否合用？四、(20分）在一具有N块理论板的精馏塔中分离苯-甲苯混合液。进料量F=100kmol/h，进料中苯的摩尔分率x=0.45，泡点进料，加料板为第四块理论板（从上往下数），塔釜上升蒸气量FV'=140kmol/h，回流比R=2.11。已测得塔顶出料中苯的摩尔分率为x=0.901。已知苯-甲苯体D系的相对挥发度α=2.47。试求：(1)精馏段、提馏段的操作线方程；（2）离开第1~4块理论板的苯的液相组成；（3）此时加料位置是否合适？五、（20分）在逆流操作的填料塔中,用清水吸收焦炉气中的氨,氨的浓度为8g/标准m3,混合气体处理量为4500标准m3/h。氨的回收率为95%，吸收剂用量为最小用量的1.5倍。空塔气为速1.2m/s。气相体积总吸收系数Ka为0.06kmol/（m3·h），且Ka正比于V0.7，（V为惰性气体处YY理量）。操作压强为101.33kPa，温度为30℃，在操作条件下气液平衡关系为Y=1.2X。试求：（1）用水量，kg/h；（2）塔径和塔高，m；（3）若混合气体处理量增加20%，要求吸收率不变，则需增加的填料层高度，m。(氨分子量17)六、（20分）在常压绝热干燥器中将1500kg湿物料从原始含水量18%降至1.5%(均为湿基)。t25℃、H0.010kg/kg绝干气的空气在预热器中升温至90℃后进入干燥器，离开干00燥器空气的温度为50℃。试求：(1)完成上述干燥任务所需要的空气量；（2）预热器中加热蒸汽的消耗量（蒸汽的相变热为2205kJ/kg，忽略预热器热损失）；（3）干燥系统的热效率；（4）通过恒定条件下的干燥实验测得，物料的临界含水量X0.1kg/kg绝干料，c含水量X*0.01/kgkg绝干料；已知干燥平衡面积为48m2，恒速阶段的干燥速率U2.2kg/(m2h)，假定降速(XX*)呈直线关系，则所需阶段干燥速率与自由含水量c干燥时间为若干。七、简要回答下述问题：（24分，每小题4分）(1)离心泵启动和关闭时出口阀门为何先关闭？(2)菲克定律(3)双膜理论(4)画出负荷性能图并标注各线名称(6)湿球温度（5）进料热状况参数八、（16分）设计一套实验装置要求既可以测量总传热系数，又可同时测量对流传热系数，标注

仪表、仪器名称。并简要说明试验步骤，需要测量那些参数。？青岛科技大学2005年研究生入学考试试卷考试科目：化工原理A（答案全部写在答题纸上）一、（20分)如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm，泵的进出口管道分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H为14.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度为H为5m。当输水量为236m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg（均包括局部阻力），压力表读数为2.452×105Pa，泵的效率为70%，水的密度ρ为1000kg/m3，试求：（1）两槽液面的高度H为多少？（2）泵所需要的实际功率为多少kW？（3）真空表的读数为多少kgf/cm2？二、（10分）一种测定粘度的仪器一由钢球及玻璃筒组成。测试时筒内充被测液体，记录钢球下落一定距离的时间，球的直径为6mm，下落距离为200mm，测试一种糖浆时记下的时间间隔为7.32秒，此糖浆的密度为1300kg/m3，钢球的密度为7900kg/m3，求此糖浆的粘度是多少厘泊。三、（20分）在套管换热器中用120℃的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为4000kg/h，比热容为1.9kJ/(kg·℃104W/(m2·℃),换热管内侧污垢热阻为4×10-4m2·℃阻及热损失。换热管为φ54×2mm的钢管，有效长度为12m。试求：（1）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为2204kJ/kg）；（2）管内苯的对流系数αi；)，温度从30℃升至60℃。蒸汽冷凝传热系数为1×/W，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热传热（3）当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时，苯的出口温度为若干？四、(20分)用连续精馏塔分离某双组分物系，原料液组成为0.20（摩尔分率，下同），流量为150kmol/h。根据工艺要求，塔顶设分凝器，冷凝液部分入塔作回流L,部分作为产品D2,分凝器全凝器Dx分由凝器出来的气相经全凝器冷凝后作为产品D1。要求产品D1的组成不小于0.9，塔釜残液组成不大于0.05。操作中取L/D1=1.5,D2/D1=1/4,物系相对挥发度为2.47,流程如图所示。试求：（1）馏出液流量