青岛科技大学2005-2010年化工原理真题

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H1为4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度为H2为5m。当输水量为

3

36m/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2.452×53

10Pa，泵的效率为70%，水的密度ρ为1000kg/m，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？

2

（3） 真空表的读数为多少kgf/cm？ 二、（10分）一种测定粘度的仪器由一钢球及玻璃筒组成。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

33

秒，此糖浆的密度为1300 kg/m，钢球的密度为7900 kg/m，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·℃)，温度从30℃升至60℃。蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m2·℃),换热管内侧污垢热阻为4×10-4m2·℃/W，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。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）管内苯的对流传热系数αi；

（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,分凝器全凝器部分作为产品D2,由分凝器出来的气相经全凝器冷凝后作DxL为产品 D1。要求产品D1的组成不小于0.9，塔釜残液组成

Dx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D1、D2及塔顶第一块理论板上升蒸汽流量V1? （2）精馏段操作线方程及塔顶第一块理论板上升蒸汽的组成？（3）若塔顶

Fx只设全凝器，全回流操作时，测得相邻两板下降液体的组成分别为0.82,0.75，求下一板的气相默弗里板效率？ 五、（20分）一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害成分A。

已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m，进塔混合气组成为0.04（A的摩尔分率，下同），出塔尾气组成为0.0053,

Wx出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下平衡关系为Y=2.5X。试求：(1)液气比为最小液气比的倍数。（2）所需填料层高度。（3）若气液流量和初始组成不变，要求尾气浓度降至0.0033,需将填料层加高多少米? 六、（20分）某并流式干燥器的操作压力为101kPa，湿物料流量为1200kg/h，湿基含水量为15%，

要求干燥产品的湿基含水量不超过0.5%。以温度为20℃、湿度为 0.0723kg水/Kg绝干气的新鲜湿空气为干燥介质，在预热器中预热至90℃后送入干燥器，湿空气离开干燥器的温度仍为

1D1V1y12D2FW90℃，湿度为0.239 kg水/kg绝干气。单位干燥面积绝干物料量Gc/S= 20kg绝干料/m2，物料所含水分性质如图1所示，干燥速率曲线如图2所示。水在20℃、90℃时的饱和蒸汽压分别为2.34kPa和70.09kPa。试求： (1) 新鲜湿空气消耗量；（2）预热器提供的热量（忽略预热器的热损失）；

(3) 在H-I图上作出干燥过程湿空气的状态变化示意图；(4) 计算干燥过程所需的时间。 七、（16分）设计一套实验装置要求既可以测量直管摩擦系数与雷诺数的关系，又可同时测量离心

泵特性曲线，标注仪表、仪器名称。简要说明实验步骤，需测量哪些参数？ 八、简要回答下述问题：（24分，每小题4分）

（1） 对于溶解度系数很低的气体吸收，可采用哪些措施以提高吸收速率？ （2） 恒沸精馏原理

（3） 定态流动与非定态流动 （4） 临界粒径

（5） 平衡水分和自由水分 （6） 灰体的定义及特点

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（包括出口阻力损失）；BD段长9m，当阀门全开时该段局部阻力总和的当量长度为15m（包括出口阻力损失），BC和BD段管道内径均为25mm。如图所示。试求：（1）当D管阀门关闭而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H?40?222Q（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）。

2

三、（20分）一列管式换热器，管径为φ25mm×2.5mm，传热面积为10m（按管外径计）。今拟用于

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

222

1600W/(m·K)和850 W/(m·K)；水的对流传热系数为2500W/(m·K)。忽略管壁两侧污垢热阻

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和管壁热阻。已知水和苯（液体）的比热容分别为4.18×10J/(kg·K)和1.76×10J/(kg·K)，

3

苯蒸气在80℃的冷凝潜热为395×10J/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xF=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V'=140kmol/h，回流比R=2.11。已测得塔顶出料中苯的摩尔分率为xD=0.901。已知苯-甲苯体系的相对挥发度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？

3

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m,混合气体处

3

理量为4500标准m/h。氨的回收率为95%，吸收剂用量为最小用量的1.5倍。空塔气速为1.2m/s。

30.7

气相体积总吸收系数KYa为 0.06kmol/（m·h），且KYa正比于V，（V为惰性气体处理量）。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)

2

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)。

t0?25℃、H0?0.010kg/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

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

Xc?0.1kg/kg绝干料，平衡含

2水量X*?0.01kg/kg绝干料；已知干燥面积为48m，恒速阶段的干燥速率

Uc?2.2kg/(m2?h)，假定降速阶段干燥速率与自由含水量(X?X*)呈直线关系，则所需干

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

（5）进料热状况参数 (6)湿球温度 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

二OO七 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 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压为47.38 kPa，密度为971.8 kg/m3，黏度为35.65×10

－4

Pa?s。

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。

二、（20分）如附图所示，用泵将20℃河水打入洗涤塔中

经喷嘴喷出，喷淋下来后流入废水池。已知管道尺寸为Φ114×4mm，流量为85m3/h，泵的吸入和压出管路总长分别为5m和35m(包括管路中所有局部阻力的当量长度)，管内摩擦因子λ=0.023，水从塔中流入废水池的摩擦损失为8 J/kg，水的密度为1000 kg/m3。 试求：（1）洗涤塔内的压强；（2）泵的有效功率；（3）若需将进入塔的河水流量增加20%，泵对单位质量流体所作的有效功及其它条件均不变，则洗涤塔顶喷嘴的高度应如何调整？

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3.36 kJ/(kg?℃)，它对管壁的对流传热系数为

试求：(1) 塔釜产品组成xW；（2）精馏段和提馏段的操作线方程；(3) 精馏段和提馏段的气液相流量；（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。 四、（20分）空气和氨的混合物在直径为800mm的填料塔中，用清水吸收其中所含氨的99.5%。混合气流量为1400kg/h，混合气体中氨与空气的摩尔比为0.0132，所用液气比为最小液气比的1.4倍。操作温度为20℃，相平衡关系为Y*=0.75X，气相体积吸收系数为KYa=0.088kmol/(m3.s)。试求：（1）每小时吸收剂用量；（2）溶剂出口浓度；（3）所需填料层高度。 五、(20分) 某干燥系统如附图所示，干燥器的操作压强为100 kPa，出口气体的温度为60℃，相对湿度为80%。将部分出口气体送回干燥器入口与新鲜空气混合，使进入干燥器的气体温度不超过90℃，相对湿度为10%。已知新鲜空气的质量流量为0.6 kg/s，温度为 25℃，湿度为 0.0054 kg水/kg绝干气。 试求：（1）绝干空气消耗量（kg绝干气／s）?（2）空气的循环量LR为多少?（3）新鲜空气预热后的温度t1(℃)? [ 注：60℃时水的饱和蒸气压为19.923 KPa；90℃时水的饱和蒸气压为70.136 KPa ] 六、（10分）用直径为500mm的标准旋风分离器处理某股含尘气体。已知尘粒的密度为2600 kg/m3，气体的密度为0.8 kg/m3，黏度为2.4×10-5Pa.s。含尘气体的处理量为2000m3/h（操作条件下）。 试求：（1）此分离器所收集尘粒的临界粒径dC；（2）气体通过该旋风分离器的压降；（3）若入口气体中含尘量为3.0×10-3kg/ m3，而操作中每小时收集的尘粒量为5.2kg，求该旋风分离器的总效率。 七、简答题（每题 5分，共计40分） 1．简要说明流量测量的基本原理。 2．简要说明主要的换热器类型及其各自特点。 3．影响对流传热系数的主要因素有哪些？ 4．以乙醇-水混合液的分离为例，简要说明恒沸精馏的基本原理。 5．如何选择吸收剂？ 6．简要说明湿空气H-I图的构成及其使用方法。 7．评价旋风分离器性能的主要指标有哪些？ 8．叙述实验中测定填料塔吸收系数的主要步骤。 第 2 页（共 2 页） 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20?C的苯从地下贮罐送到高位槽，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?89mm?4mm的无缝钢管，直管长为15m，管路上装有一个底阀（le=6.3m），一个标准弯头（le=2.7m）；泵排出管路用?57mm?3.5mm的无缝钢管，直管长度为50m，管路上装有一个全开的闸阀（le=0.33m）和两个标准弯头（le=2?1.6m）。贮罐和高位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H?25?7.2?10Q（H的单位为m，Q的单位为m3/s）。取管路摩擦系数??0.03，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1.005?10-3Pa?s。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/（m2?K）和1700W/（m2?K）。水在管内为湍流，管壁的导热系数为45w/（m?K）。水流速改变后可认为环隙内蒸汽冷凝的传热膜系数不变，试求： （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%。 42四、(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28?C、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25?25?3（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28?C及101.3kPa时，相平衡关系符合亨利定律Y?1.44X，气相总体积吸收系数KYa?128kmol/(m?h)，请计算 （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=40?C。离开预热器的空气t1为88?C。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。 3L',H2,t2L,t0I0,H0Lpt0p,H0p预热器H1,t1干燥器H2,t2Gc,X1Gc,X2［注：I?(1.01?1.88H)t?2490H kJ/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）

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