中国石油大学（华东）2006年化工原理（含答案）考研真题

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中国石油大学（华东）

2006年硕士学位研究生入学考试试题A

考试科目:化工原理总4页第1页

注意：所有试题答案必须标明题号，按序写在专用答题纸上，写在本试卷上或草稿纸上者一律不

给分。

一、填空题（共30分，每空2分）：

⒈在大气压为101.3×103Pa的地区，某真空蒸馏塔塔顶真空表读数为9.81×104Pa。若在大气压为8.73

×104Pa的地区使塔内绝对压强维持相同的数值，则真空表读数应为Pa，相当于

kgf/cm2。

⒉某一离心泵在运行一段时间后，发现吸入口真空表读数不断下降，管路中的流量也不断减少直至断

流。经检查，点机、轴、叶轮都处在正常运转后，可以断定泵内发生了现象；应检查进口管路

有否。

⒊将降尘室用隔板分层后，若能将100％除去的最小颗粒直径要求不变，则生产能力将，沉降时

间。（填“变大”、“变小”或“不变”）

⒋流化床的操作气速范围是，在此气速范围内，床层压降保持恒定。质量为m的颗粒床层

在截面为A的气固流化系统中，床层压降可近似为。

⒌通过三层平壁的定态传导过程，各层界面接触均匀，第一层两侧面温度为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：

R1R2＋R3。（填“＞”、“＜”、“=”或“无法确定”）

⒍科希霍夫定律的形式是，能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞的所有波长范围的辐

射能的物体称为。

⒎双组分气体A、B在进行稳定分子扩散时，JA及NA分别表示在传质方向上某截面溶质A的分子扩散

通量与传质通量。当整个系统为单向扩散时（B为停滞组分），则有：

JAJB，NANB。（填“＞”、“＜”或“=”）

⒏萃取操作选择萃取剂的基本原则为：、。（写出两条）

二、分析简答题：（共20分，每题4分）

⒈试述离心泵和往复泵在操作时的区别。

⒉试述Lobo-Evans假定的主要内容。

⒊画出塔板的负荷性能图，标明各条线的名称，并分析在板式塔的结构设计中，哪些因素考虑不周时，

易发生降液管液泛现象，举出三个原因。

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考试科目:化工原理总4页第2页

⒋一精馏塔用以分离某二元理想混合液，进料量为F，组成xF，泡点进料，经过N块理论板分离后在

塔顶、塔底分别得到组成为xD、xW的产品。现分别采取：①冷液进料；②将料液预热至汽液混合状态

后进料。试分析对于改变后的进料热状况，能否采取调节回流比的方法达到同样的分离要求？

三、计算题：（共100分，每题20分）

⒈用离心泵将蓄水池内的常温水在定态流动条件下送至高位槽，操作状态下的流程如下图所示。采用

φ57×3.5mm的无缝钢管，在图中水平管路上装有孔径为20mm的孔板流量计，用角接法安装的U形

管压差计B测量孔板两侧的压差。由于工作上的需要，在A-A’面上又设置了一个开口压差计A，通过

其上RA的变化掌握A-A’截面上的压强情况。两压差计均用汞为指示剂，其中RB=0.47m。压差计A左

支管汞面上灌有一小段水（图中未标出），计算是可以忽略这段水柱。从蓄水池至A-A’面间的管路长度

为100m（包括全部的当量长度在内，下同），由截面A－A’至高位槽的管路长度为150m。水池与高位

槽以及高位槽与水平管炉间的相对位置均示于图中，忽略系统中管路的进、出口阻力损失。已知：水

的密度为1000kg/m3，粘度为1Cp，汞的密度为13600kg/m3；管路可按光滑管处理；孔板流量计的流

速可用下式求出：

2P

uC，C0=0.60，视为常数。

00

试求：⑴管路中水的流速u，m/s；

⑵若离心泵的效率为0.8，求泵的轴功率；

⑶已知当截止阀全关时，压差计A指示剂两液面等高，且与其测压面A－A’中心线间的垂直距

离为0.5m（图中未反映出），求操作条件下压差计A上的读数RA。

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考试科目:化工原理总4页第3页

⒉用板框过滤机进行恒压过滤碳酸钙水悬浮液，边长为800mm、厚度为50mm的正方形滤框共有15

－5232

个。已测得在指定条件下的的过滤常数K=2×10m/s，qe=0.01m/m，滤饼体积与滤液体积之比为

0.12。

试求：⑴滤饼充满滤框所需的过滤时间τ，min；

⑵过滤完毕后用1/10滤液体积的清水进行横穿洗涤，求洗涤所用的时间（洗涤的压强差和洗水

粘度与过滤终了时相同）τW，min；

⑶若每批操作的辅助时间为25min，求生产能力Q，m3/h。

⒊某车间需将流率为30m3/h、浓度为10％的NaOH水溶液由20℃预热至60℃，溶液走管程，然后加

热压强为19.62kPa（表压）的反应器内，其流程如图所示。加热介质为127℃的饱和蒸汽。碱液管全

部采用直径为φ76×3mm的钢管。当阀门全开时，管路、换热器及所有局部阻力的当量长度之和为

330m。摩擦阻力系数可取为定值0.02。

该车间库存一台两管成列管换热器，其规格为：列管尺寸：φ25×2mm

长度：3m

总管数：72根

操作条件下，NaOH水溶液的物性常数为：密度ρ=1100kg/m3，导热系数λ=0.58W/(m·℃)，比热

422

Cp=3.77kJ/(kg·℃)，粘度μ=1.5cP。蒸汽冷凝传热系数为1×10W/(m·℃)，该测污垢热阻为0.0003m·℃

/W，忽略管壁和热损失。

试求：⑴库存换热器能否满足传热任务；

⑵若离心泵的特性曲线方程为：H=41.17-0.007Q2，H的单位为m，Q的单位为m3/h，当碱液

在上述管路中达到最大输送量时，求碱液的出口温度。（计算时总传热系数K、流体物性可视为不变）

⒋某逆流吸收塔，用清水吸收混合气体中的氨。气体入塔浓度为7.6g/Nm3，混合气处理量为

5520Nm3/h，要求氨的回收率为0.9。操作压力101.33kPa、温度30℃时的平衡关系为Y＊=2X，操作液

3

气比为最小液气比的1.2倍，气相总体积传质系数KYa=0.06kmol/(m·h)，塔径为1.2m/s。

试求：⑴气相传质单元高度HOG，m；

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考试科目:化工原理总4页第4页

⑵塔的填料层高度h，m；

⑶若该塔操作时，因解吸不良导致入塔水溶液的Xa’=0.0005，其它入塔条件及操作条件不变，

则回收率又为若干？

⑷在Y-X图上定性画出原工况及新工况（解吸不良）下的操作线与平衡线示意图。

⒌设一连续精馏塔，塔板无穷多，塔釜间接蒸汽加热，塔顶全凝器，泡点回流。进料中含易挥发组分

0.41（摩尔分率，下同），进料量为100kmol/h，以饱和蒸汽状态进入塔中部某适当部位。塔顶馏出液

量为40kmol/h，浓度xD=0.95，体系的相对挥发度为2.5。

试求：⑴塔底残液的组成、回流比R；

⑵若塔釜停止供应蒸汽，保持F、xF、q、D不变，求塔顶馏出液及塔底残液的组成。

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中国石油大学（华东）

2006年硕士学位研究生入学考试试题A答案

考试科目:化工原理总6页第1页

一、填空题（共30分，每空2分）：

⒈在大气压为101.3×103Pa的地区，某真空蒸馏塔塔顶真空表读数为9.81×104Pa。若在大气压为8.73

×104Pa的地区使塔内绝对压强维持相同的数值，则真空表读数应为8.41×104Pa，相当于0.8576

kgf/cm2。

⒉某一离心泵在运行一段时间后，发现吸入口真空表读数不断下降，管路中的流量也不断减少直至断

流。经检查，点机、轴、叶轮都处在正常运转后，可以断定泵内发生了气缚现象；应检查进口管路

有否泄漏。

⒊将降尘室用隔板分层后，若能将100％除去的最小颗粒直径要求不变，则生产能力将变大，沉

降时间变小。（填“变大”、“变小”或“不变”）

⒋流化床的操作气速范围是umf＜u＜ut，在此气速范围内，床层压降保持恒定。质量为m的颗粒

床层在截面为A的气固流化系统中，床层压降可近似为mg/A。

⒌通过三层平壁的定态传导过程，各层界面接触均匀，第一层两侧面温度为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：

R1=R2＋R3。（填“＞”、“＜”、“=”或“无法确定”）

⒍科希霍夫定律的形式是ελ=αλ，能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞的所有波长范围的

辐射能的物体称为灰体。

⒎双组分气体A、B在进行稳定分子扩散时，JA及NA分别表示在传质方向上某截面溶质A的分子扩散

通量与传质通量。当整个系统为单向扩散时（B为停滞组分），则有：

JA=JB，NA＞NB。（填“＞”、“＜”或“=”）

⒏萃取操作选择萃取剂的基本原则为良好的选择性、分配系数大、溶剂易回收等（写出两

条）。

二、分析简答题：（共20分，每题4分）

⒈答：离心泵：启动前要灌泵；关闭出口阀启动；操作中用出口阀调节流量；

往复泵：启动前无需灌泵；全开旁路阀启动；操作时用旁路阀和出口阀共同调节流量。

⒉答：①将火焰和炽热烟气看成等温的发热面；

②将管排看成等温的吸热面；

③将炉墙看成全反射面。

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考试科目:化工原理总6页第2页

⒊答：如图：1、过量液沫夹带线

2、漏液线V

1

3、液泛线

3

、液体负荷过小线4

45

2

5、降液管中液体停留时间不足线

O

L

原因：板间距太小、开孔率太小、降液管截面太小、降液管底隙太小等。

⒋答：①冷液进料时，q＞1，设塔顶、塔底组成及回流比R不变，通过y~x相图可知，此时达到同样

的分离要求所需要的N1＜N，若要使N不变，采取减小回流比的方法可以同时满足要求。

②同理，气液混合进料时，0＜q＜1，可增大回流比，使N一定的情况下，达到同样的分离要

求。

三、计算题：（共100分，每题20分）

⒈解：⑴流速：

2P2gR21360010009.8070.47

uCC00.606.466m/s管

0001000

22

d020

路中的流速：uu06.4661.034m/s

d50

⑵取水池液面为1－1’截面，高位槽液面为2－2’截面，并以1－1’面为基准水平面，在两截面简列柏

努利方程：

u2Pu2P

z11Hz22H

12gge22ggf,12

其中：z1=0，z2=15m，P1=P2=0（表压），u1=u2≈0，

du0.051.0341000

雷诺数：Re5.17104

1103

应用光滑管的柏拉修斯公式计算λ：

0.31640.3164

0.021

Re0.25(5.17104)0.25

lu22501.0342

H0.0215.724m

f,12d2g0.0529.807

代入柏努利方程：

Hez2Hf,12155.72420.724m

质量流量：WuA1.0340.05210002.030kg/s

4

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WWWHg2.03020.7249.807

轴功率：Nee515.7W

0.8

⑶在A-A’至2-2’截面间列柏努利方程，以过A-A’面中心线为基准水平面：

u2Pu2P

zAAz22H

A2gg22ggf,A2

考试科目:化工原理总6页第3页

其中：zA=0，z2=1m，P2=0（表压），uA=u=1.034m/s，u2≈0

因忽略了管路中的进、出口阻力损失，而能量与管长成正比，故可按比例算出：

Hf,A2

lA2150

Hf,A2Hf,125.7243.434m

l12250

代入上式：

u21.0342

A表压）

PAgz2Hf,A210009.80713.43442.95kPa(

2g29.807

（注：若从1-1’列到A-A’截面，可得到同样的结果）

可看出，PA为正值，故压差计A的右支管汞面低于左支管，如图所示。由已知条件，截止阀全关

时压差计内液面等高，且与A-A’面中心线间的垂直距离为0.5m。操作条件下两液面相差RA，则右侧液

面较静止时下降了RA/2高度，此时汞面与A-A’面中心线间的垂直距离应为（0.5+RA/2）m。在U型管A

上取等压面EF，由静力学基本方程：

RA

PEHggRA(表压）PFPAg0.5(表压）

2

RA

于是：HggRAPAg0.5

2

3RA

136009.807RA42.951010009.8070.5

2

解得：RA=0.372m

⒉解：⑴以一个滤框为基准计算：

A20.821.28m2

32

VeAqe1.280.010.0128m/m

23

滤饼体积V饼0.80.050.032m

3

滤液体积VV饼/c0.032/0.120.267m

22

将以上数据代入过滤方程：V2VVeKA

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0.267220.2670.012821051.282

解得：τ=2384.2s=39.74min

3

⑵洗涤液体积VW=V/10=0.0267m

dV1dVKA2

横穿洗涤时：

dW4dE8VVe

8VVV80.2670.01280.0267

eW1823.9s30.4min

WKA221051.282

V150.267

⑶生产能力：Q总602.527m3/h

WD39.730.425

考试科目:化工原理总6页第4页

⒊解：⑴以换热器的传热能力进行核算：

V4V430/3600

管内流速：

u220.6683m/s

Andi360.021

du0.0210.66831100

Rei1.029104＞104

1.5103

Cp3.771.5

Pr9.75

0.58

l/di3/0.021142.8＞100

0.80.40.5840.80.42

i0.023RePr0.0231.029109.752561.4W/mK

di0.021

11do1252

RSO40.0003KO1156.4W/mK

KOOidi102561.421

tt1272012760

对数平均温差：t1285.44℃

mt107

ln1ln

t267

Q供KoAotmKondoltm1156.4720.025385.441676.2kW

Q需m2Cp2t2t13011003.776020/36001382.3kW

Q供＞Q需，故换热器能够完成换热任务。

⑵达到最大流量，实际上就是确定离心泵的工作点。

先求管路特性曲线：

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Plu2

Hzz2

e21gd2g

32

19.62103304Qe2

50.026.8190.02504Qe

11009.8070.0729.80736000.072

与泵的特性曲线联立，解得：Q=32.74m3/hH=33.66m

最大流量时：Q'm2'Cp2t2't1KoAotm'

TtTt'TtKA

即：m'Ct'tKA12ln1oo

2p221ooTtTt'm'C

ln122p2

Tt2'

127201156.4720.0253

lnt2'63.4℃

127t2'32.7411003.771000/3600

考试科目:化工原理总6页第5页

7.6/17

⒋解：⑴进塔气体组成：y0.010

11000/22.4

yb0.01

Yb0.0101

1yb10.01

惰性气体流量：

PV101.331035520/3600

VG1y标1y10.01061.03mol/s

1RT18.314303.15

V4V461.03/1000

HOG220.90m

KYaKYaD0.061.2

⑵YaYb10.010110.90.00101

LLYbYaYbYa0.01010.00101

1.21.2*1.21.22.16

VVminXbXaYb/m0.0101/2

L

Sm2/2.160.926

V

1YbmXa

NOGln1SS

1SYamXa

10.0101

ln10.9260.9266.90

10.9260.00101

hHOGNOG0.96.96.21

YbmXa'

⑶Xa增大到0.0005后，S不变，HOG不变，NOG不变，则不变，即：

Ya'mXa'

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0.01010.010120.0005

Ya'0.00191