2018年武汉科技大学考研专业课861化工原理(A卷)及答案.doc

1、姓名：报考专业：准考证号码：密封线内不要写题2018年全国硕士研究生招生考试初试自命题试题科目名称：化工原理（A卷B卷）科目代码：861考试时间：3小时 满分150分可使用的常用工具：无 计算器 直尺 圆规（请在使用工具前打）注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无效；考完后试题随答题纸交回。一、填空题(共8小题，每空2分，共30分)1、（2分）一定量的水流经大小管组成的串联管路，大小管内径分别为38 mm和25 mm。水在大管中的平均流速为0.8 m/s，则水在小管中的平均流速应为 m/s。2、（4分）用离心泵输运液体时，离心泵工作点是通过 来确定的，若采用调节出口阀门

2、的方式来调节工作流量，实质是改变 曲线。3、（4分）若球形颗粒在降尘室内作层流区自由沉降，沉降速度越小，则可被完全除去的颗粒最小直径越 ，故对一定量的待除尘气体，底面积 的降尘室分离效果较好。(请选填:大或小)4、（6分）套管换热器两侧分别为被加热的空气和冷凝的水蒸汽，空气的进出口温度分别为30 和80 ，水蒸汽温度为120 ，出口水蒸汽被冷凝成同温度下的冷凝水。若冷热两种流体逆流传热，则平均温差tm= ；若并流传热，tm= 。忽略壁厚，被加热的空气入口处附近的壁温接近于 侧的温度。5、（4分）某吸收过程，已知气液两相的平衡关系为y* =0.8x，气相分传质系数ky = 1.8 kmol /

3、(m2.h)，液相分传质系数kx = 25 kmol / (m2.h)，则液膜阻力在总阻力中所占的比例为 %，此时提高 相的流量，可有效地强化传质过程。6、（4分）传质设备设计过程中，塔径主要由 决定，而塔高主要由 决定。7、（4分）萃取过程中，分配系数k与溶解度曲线中的联结线密切相关，分配系数k大于1，则联结线的斜率 。分配系数k与选择性系数对于萃取操作意义的差别在于 。8、（2分）恒定的干燥条件下，只要物料表面充满非结合水分，都会存在恒速干燥阶段，其原因是 。二、选择题(共9小题，每空 2分，共 20 分)1、（2分）如图1所示，水在水平直管内流动。已知两测压管的测压孔均处于管中心，两测压

4、管的液位高差为H，则管中心流速u为 。图1 A) B) C) D) 2、（2分）忽略介质阻力的恒压过滤过程，过滤时间为时的过滤速率与再过滤时间后的过滤速率之比为 。A) 1:1 B) 2:1 C) 20.5:1 D) 1:23、（2分）多层圆筒壁的稳定热传导过程中，通过各层圆筒壁的热通量是 的。A) 相等 B) 不等 C) 无关 D) 成正比关系4、（2分）填料塔的传质单元数与 无关。A) 物系平衡关系 B) 填料类型 C) 气相浓度水平 D) 分离任务难易程度5、（4分）精馏过程中，塔内易挥发组分的浓度由塔底至塔顶逐渐_，操作温度由塔底至塔顶逐渐_。A) 降低 B) 增加 C) 不变 D)

5、不确定6、（2分）二元连续精馏过程中，若其它操作条件不变，将塔顶回流从泡点回流变为冷液回流，则_。A) 有利于提高精馏分离效果 B) 塔釜再沸器热负荷会降低C) 实际上降低了塔顶回流效果 D) 塔底轻组分浓度会升高7、（2分）板式塔设计过程中，负荷性能图中的液体流率上限线与 有关。A) 降液管内严重的气体夹带 B) 过量液沫夹带C) 液泛 D) 降液管内液面过高导致液相溢流8、（2分）萃取过程中，测得萃取液与萃余液中溶质的浓度(质量分率)分别为0.6和0.2，则选择性系数为 。A) 3 B) 1/3 C) 6 D) 4 9、（2分）若湿空气的干球温度不变而湿度升高，则其露点温度将 。A) 降低

6、 B) 增加 C) 不变 D) 不确定三、简答题（共4小题，每小题5分，共20分）1.（5分）实验室已有一个用水作为指示剂的U型管压差计，现需要对一常温空气管路进行压降的测定，按经验估计压降可能为180 Pa左右，请问该压差计能否较准确测量管路压降？并说明理由。若想进一步提高该压差计的测量精度，请给出简易的实验装置改造方案。2.（5分）沉降分离过程常用的设备有降尘室和旋风分离器，评价这两种除尘设备中，哪一种分离效果更好？并通过两种除尘设备的操作原理进行解释。3.（5分）完成一定的精馏分离任务，对操作回流比的范围有何要求？如何选择适宜的操作回流比？并阐明原因。4.（5分）干燥过程的能耗较大，为了

7、提高干燥过程的经济性，减少干燥所需能耗，列举一种常用的措施，并分析其优缺点。四、计算题（共4小题，每小题20分，共80分）1.（20分）如图2所示的管路系统将水从低位槽1-1向高位槽2-2输送。两贮槽液面高度差为18m，贮槽液面压力均为大气压。已知管路总长（已包括进出口在内的所有局部阻力对应的当量长度）为150 m，流体的质量流量为ms=3.2 kg/s，管路规格为663 mm，流体的密度=1000kg/m3。管路摩擦系数均取0.02。离心泵水平安装在管路中，泵效率=0.6。求流体经时，离心泵的轴功率？若阀门A发生故障，更换阀门后，局部阻力系数增大，试分析管路输运流量的变化。图2 2.（20分

8、）拟使用一套管换热器将12 000 kg/hr的油从80 冷却至40 ，水作为冷却剂，两流体逆流换热。冷却水的进出口温度分别为20 和45 ，水走内管，油走环隙，套管内管的规格为484 mm，油侧的给热系数为1 500 W/(m2K) ，可忽略两侧污垢及管壁热阻。平均操作温度下，水和油比热分别取4.2 kJ/(kgK)和2.6 kJ/(kgK)，水的密度995 kg/m3，粘度0.8 mPas，热导率为0.62W/(mK)。求所需的冷却水用量和套管换热器的长度。3.（20分）填料塔内用清水除去空气中含有的某种有害溶质A，A组分的气相进口浓度为5%（摩尔分率，下同），操作条件下，相平衡关系可表示

9、为y*=1.2x，要求有害物质A的吸收率达到90%。气体流率为160 kmol/( m2h)，清水用量为320 kmol/( m2h)，气相体积总传质系数Kya=100 kmol/( m3h)。求出塔溶液浓度及饱和度，所需填料层高度。若改用某种稀溶液进行化学吸收，液相中溶质浓度均可视为零，溶质吸收率增加到了99.5%，则气相体积总传质系数增加到了原来的多少倍？4.（20分）用一精馏塔分离二元理想混合物，体系的相对挥发度为2.5。进料量1000 kmol/h，其中轻组分的浓度为0.5（摩尔分率，下同），泡点进料，要求塔顶产品组成为0.98，釜液组成为0.04。塔顶为全凝器，泡点回流；塔釜为再沸器

10、间接蒸汽加热，操作回流比为3。求：最小回流比；塔顶产品量D和塔釜上升蒸汽量V；精馏段、提馏段的操作线方程及q线方程；塔顶精馏段第2层理论板上升的汽相组成。2018年攻读硕士学位研究生入学考试试题评分参考科目名称：化工原理（A卷B卷）科目代码：861考试时间：3小时 满分 150 分可使用的常用工具：无 计算器 直尺 圆规（请在使用工具前打）注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无效；考完后试题随答题纸交回。一、填空题(共8小题，每空2分，共30分)1.（2分）1.852.（4分）寻找泵的特性曲线和管路特性曲线的交点；管路特性3.（4分）小；大4.（6分）61.66；61.

11、66；水蒸汽5.（4分）5.45%；气相6.（4分）物料处理量/生产负荷；分离任务的难易程度7.（4分）1；分配系数表示溶剂和原溶剂(稀释剂)对溶质的溶解度差别，选择性系数更强调溶剂对溶质对溶质和原溶剂的溶解度差异，所以选择萃取溶剂时，尽量选择分配系数大的溶剂，但也有分配系数小于1的情况，而选择性系数一定要求大于1，才能进行萃取操作。8.（2分）除去物料表面非结合水分的过程类似于纯水的蒸发，此时物料表面的温度恒等于空气的湿球温度，而物料表面的湿度恒等于同温度下对应的饱和湿度，传热和传质的推动力和阻力都恒定，所以干燥速率恒定二、选择题(共9小题，每空 2分，共 20分)1.（2分）D 2.（2分

12、）C 3.（2分）B 4.（2分）B 5.（4分）B；A 6.（2分）A7.（2分）A 8.（2分）C 9.（2分）B三、简答题（共4小题，每小题5分，共20分）1.（5分）根据可知，若压降约为180 Pa，指示剂读数约为1.8 cm，能较准确地测量管路压降。若想进一步提高测量精度，可：1)将压差计倾斜一定角度，如倾斜角度为，以扩大读数。倾斜后，读数的扩大倍数为；2)采用双液位压差计，选择密度与水的密度为一个数量级，但与水不相溶的液体，共同作为压差指示剂。 (列举其中一种即可)2.（5分）旋风分离器的分离效果更好。这是因为降尘室分离是重力沉降，旋风分离器为离心沉降。可通过旋转半径、转速等的变化

13、来改变离心力，而颗粒的重力是固定的，故旋风分离器不仅能分离较小的颗粒，设备体积亦可缩小。3.（5分）若要完成一定的分离要求，回流比R必须大于最小回流比Rmin， 。回流比增大，利用精馏分离，能减少精馏设备的高度，从而降低设备费用，但同时操作费用(如流体输运和物流的加热冷却费用)会增加；反之亦然。故回流比不能过大也不能过小，有个适宜的值，使操作费用和设备费用的综合最小。通常，操作回流比4.（5分）减少干燥过程所需能耗的措施有：1) 降低废气出口温度，以减少废气的使用量，尽量利用废气的余热，提高干燥过程的热效率。但废气出口温度过低，会使干燥末期推动力减小，设备干燥能力降低，设备要相应增大。而且废气

14、出口温度过低，还可能会使被干燥物料返潮，影响干燥效果。2) 废气循环，以提高废气余热利用，提高干燥过程的热效率。但废气循环，实际上增加了干燥室中流通的气体量，使费用增加。 (列举其中一种即可)四、计算题（共4小题，每小题20分，共80分）1. 解：在低位槽液面1-1与高位槽液面2-2间列柏努利方程，以低位槽液面为基准水平面，z1=0，z2=18 m，p1=p2=0(表压)，u1=u2=0，有：代入数据后，可得： (8分)管内流速为： (3分)则泵所需扬程为： (3分)则泵的轴功率为： (3分)更换阀门前后，泵的特性曲线不变，两槽液面差不变而阀门局部阻力系数增大，则管路特性曲线与纵坐标交点不变，

15、并绕该点顺时针旋转，则管路中流体的流量会降低。 （3分）2. 解：热量衡算，故冷却水用量：（4分）管内水流速为： （2分）则雷诺数为：普朗特数为：则管内的给热系数为：（6分）则基于管内面积计算的总传热系数为： （3分）对数平均温差的计算： （3分）故，所需的换热器面积为：故所需管长为： （2分）3. 解：吸收率为90%，故： （2分）故出口溶液中溶质浓度为：（3分）出口溶液饱和浓度为：，故饱和度为54%。 （3分）计算完成吸收传质任务所需的填料层高度：，故填料层高度为： （8分）改为化学吸收后，液相中溶质浓度均可视为零，故： （2分）其它操作条件均不变，塔设备也不变，则： （2分）4.解：全塔

16、物料衡算：（2分）泡点进料，q=1，可得q线与平衡线的交点(xe，ye) 中，xe=0.5，ye=0.714 (4分)(2) 塔顶产品量D =489.4 kmol/h泡点进料，塔釜上升蒸汽量V =V=(R+1)D=1957.6 kmol/h （2分）(3) 精馏段操作线为： （3分）泡点进料，q=1，q线方程为x =0.5 （2分）故可求得精馏段操作线和q线的交点坐标为：x=0.5，y=0.62所以，提馏段操作线过(0.5，0.62)和(0.04，0.04)两点，故提馏段操作线为： (3分)塔顶第1层理论板上升的汽相组成y1=x0=xD=0.98；此板上流下的液相组成x1与y1成平衡关系，所以：x1=0.951；而塔顶第2层理论板上升的汽相组成y2与x1成操作线关系，故：y2=0.9586 (4分)第 9 页 共 9 页