华东理工2000-2005年考研化工原理试题

华东理工大学《化工原理》考研真题

考试用教材：《化工原理（第三版）》陈敏恒、丛德滋、方图南、齐鸣斋编，化学工业出版

社2006

参考书：《化工原理详解与应用》丛德滋、丛梅、方图南编，化学工业出版社2002

超临界萃取：用超临界温度，临界压力状态下的气体作为溶剂，萃取待分离混合物中的溶质，然后采用等温变压或等压变温等方法将溶剂与溶质分离的单元操作。根据溶剂再生的方法分①等温变压②等压变温③吸附吸收（用吸收剂/吸收剂脱除溶剂 中的溶质）④添加惰性气体的等压法

结晶：由蒸汽、溶液或熔融物中析出固态晶体的操作

结晶速率：成核速率：单位时间、单位体积溶液中产生的晶核数目 晶体成长速率：单位时间内晶体平均粒度L的增加量

影响因素：1过饱和度（T，C）2粘度3密度4位置5搅拌 吸附：利用多孔固体颗粒选择性地吸附流体的一个或几个组分，从而使流体混合物得以分离的方法

常用吸附剂：1活性炭2硅胶3活性氧化铝4各种活性土5合成沸石和天然沸石分子筛6吸附树脂

膜分离：利用固体膜对流体混合物中组分的选择性渗透从而分离各个组分的方法 超滤：以压差为推动力用固体多孔膜截留混合物中的微粒和大分子溶质而使溶剂透过膜孔的分离操作 电渗析：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过特性使溶液中离子作定向移动以达到脱除或富集电解质的膜分离操作。 一些重要概念：

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华东理工大学二00五年硕士研究生入学考试试题

考试科目代码及名称：461化工原理（含实验） （答案必须写在答题纸上，写在试题上无效）

考试科目代码及名称：461化工原理 （共150分）

一、简答题：（30分）

1．非牛顿流体中，塑性流体的特点是什么？ 2．试列举出三种搅拌器放大的准则。 3．加快过滤速率的途径有哪些？

4．对于非球形颗粒，当沉降处于斯托克斯定律区时，试写出颗粒的等沉降速度当量直径de的计算式。

5．在考虑流体通过固定床流动的压降时，颗粒群的平均直径是按什么原则定义的？为什么？ 6．蒸发器提高液体循环速度的意义有哪些？

7．筛板塔的汽液接触状态有哪三种，各有什么特点？ 8．简述填料塔载点、泛点的概念。

9．简述萃取过程中选择溶剂的基本要求有哪些？ 10．湿球温度与绝热饱和温度的物理意义有何区别？

二、流体流动计算（30分）

如图示常温水由高位槽流向低位槽，管内流速1.5rn/s，管路中装有一个孔板流量计和一个截止阀，己知管道为中φ57×3.5mm的钢管，直管与局部阻力的当量长度（不包括截止阀）总和为60m，截止阀在某一开度时的局部阻力系数ξ为7.5。设系统为稳定湍流。管路摩擦系数λ为0.026。

求：(1）管路中的质量流量及两槽液面的位差ΔZ;

(2）阀门前后的压强差及汞柱压差计的读数R2。

若将阀门关小，使流速减为原来的0.8倍，设系统仍为稳定湍流，λ近似不变。问： (3)孔板流量计的读数R1变为原来的多少倍（流量系数不变）？截止阀的ξ变为多少？ (4)定性分析阀门前a点处的压强如何变化？为什么？

三、吸收计算（30分）

用CO2水溶液的解吸来测定新型填料的传质单元高度HOG值。实验塔中填料层高度为2.0m，塔顶入塔水流量为5000kg水/h，CO2浓度为7×10-5（摩尔分率），塔底通入不含CO2

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的新鲜空气，用量为8kg/ h，现测得出塔液体浓度为3×10（摩尔分率），相平衡关系为y=1240x(摩尔分率），试求：

(1)出塔气体（摩尔分率）浓度； (2)该填料的HOG值；

(3)现若将气体用量增加20%，且设HOG不变，则出塔液体、气体浓度将各为多少?

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四、精馏计算（30分）

常压下，将乙醇-水混合物（其恒沸物含乙醇摩尔分率为0.894）加以分离。加料F=1 ookmol/h，xF.=0.3（乙醇摩尔分率，下同），进料状态为汽液混合状态，其中汽相含乙醇y=0.48,液相含乙醇x=0.12。要求xD=0.75，xW=0.1。塔釜间接蒸汽加热，塔顶采用全凝器，泡点下回流，设回流比R=1.6Rmin，夹紧点不是平衡线与操作线的切点。系统符合恒摩尔流假定。试求：

（1）q线方程； （2）最小回流比；

（3）提馏段操作线方程；

（4）若F、xF、q、D、 R不变，理论板数不受限制，且假定平切线与操作线不出现切点，则馏出液可能达到的最大浓度为多少？釜液可能达到的最低浓度为多少？

五、传热计算（此题应届考生必答，30分）

一夹套搅拌反应釜装有0.25m密度为900kg/m、热容为3 .3 kJ/kg℃的液体。拟通过夹套用蒸汽加热，釜内的温度到处均匀一致。夹套换热面积为2.5m2，蒸汽温度为107℃，釜壁厚度为l0mm，导热系数为6.0 W/m℃，釜壁外蒸汽侧的给热系数为1.7kW/ m℃。在搅拌转速为1.5rps时，釜内侧的给热系数为1.1 kW/ m2℃。现搅拌器转速为3rps，己知釜内侧的给热系数与搅拌速度的2/3次方成正比，忽略热损失及垢层热阻。将釜内液体从22℃加热到102℃需多长时间？

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3

3

六、传热计算（此题在职考生必答，30分）

拟用一套管换热器将密度为1100kg/m3、热容为4.0kJ/kgK的料液从295K加热到375K。

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料液走管内，管外用395K的饱和蒸汽加热。料液的流量为1.75×10 m/s，管内料液侧的给热系数为0.141 kW/m2 K。管外蒸汽侧的给热系数为3.40kW/m2 K。假定管内料液侧的给热系数与流速的0.8次方成正比，并忽略热损失、管壁与垢层热阻。 （1）试求所需的换热面积；

（2）该换热器投入使用时，料液的流量增大至3.25×10-4 m3/s , 其余条件均不变，试求料液的出口温度。

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华东理工大学二00四年硕士研究生入学考试试题

考试科目代码及名称：461化工原理（含实验）

一、简答题：（30分）

1． 动量守恒和机械能守恒应用于流体流动时，二者关系如何? 2． 简述因次分析法规划实验的主要步骤。 3． 简述搅拌过程中强化湍动的主要措施。 4． 影响颗粒沉降速度的因素有哪些?

5． 何谓流化床层的内生不稳定性?如何抑制? 6． 影响辐射传热的主要因素有哪些? 7． 化学吸收和物理吸收相比有何优点? 8． 简述恒沸精馏和萃取精馏的主要异同点。 9． 板式塔的不正常操作现象有哪些? 10． 何谓填料塔的载点和泛点?

二、流体流动计算30分）

如图所示的输水管路系统，AO管长lAO=100m，管内径75mm，两支管管长分别为 lOB= lOC =75m，管内径均为50mm，支管OC上阀门全开时的局部阻力系数ξ==15。所有管路均取摩擦系数λ＝0.03。支管OB中流量为18m3/h，方向如图所示。除阀门外其他局部阻力的当量长度均已包括在上述管长中。试求： (1)支管OC的流量，m/h；

(2)A糟上方压强表的读数PA ， kPa。

3

三、吸收计算(30分)

某填料吸收塔，用纯水逆流吸收气体混合物中的可溶组分A，气相总传质单元高度HOG

为0. 3m 。入塔气体中A组分的含量为0.06（摩尔分率，下同），工艺要求A组分的回收率为95%,采用液气比为最小液气比的1.4倍。己知在操作范围内相平衡关系为y＝0.2x。试求：

（1）填料塔的有效高度应为多少？

（2）若在该填料塔内进行吸收操作，采用液气比为1.8，则出塔的液体、气体浓度各为多少？

四、精馏计算(30分)

如图所示的连续精馏流程，以回收二元理想混合物中的易挥发组分A。两塔塔顶设全凝

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器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热．物系相对挥发度α＝2．0，已知xF＝0．4，xD＝0．99，xW＝0．01, xT＝0．7, xB＝0．2(均为摩尔分率），加料F =100kmol/h。F、T、B均为饱和液体。试求：

（1）D，T，B，W的流率； （2）塔I的最小回流比Rmin；

（3）当塔I的回流比取R=1．5Rmin时，写出F与B之间塔段的操作线数值方程。

五、传热（此题应届考生必答，30分）

质量162kg的某液体在一装有换热盘管的无夹套搅拌釜中用饱和蒸汽加热。盘管内蒸汽的温度为383K，盘管的换热面积为l m。总传热系数为500 W／mK。搅拌釜的外表面积为2．5 m2，环境温度为293K，釜壁对环境的给热系数为5 W／m2.K。试求将液体从293K加热到377K所需时间。（设液体的热容为2．1 kJ/kgK，且不随温度而变。釜内液体因充分混合，温度保持均一。忽略釜壁热阻，釜壁温度可取与液体温度相同。）

如用一连续逆流换热器取代间歇的搅拌釜，加热介质的进出口温度分别为388K和333K，总传热系数为250 W／m2.K,在同样时间内完成162kg该液体的加热，忽略热损 失，试问连续换热器的面积为多少？

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2

2.

六、传热（此题在职考生必答，30分）

有一套管换热器对油品进行冷却，水以0.1kg/s的质量流量通过金属内管，内管管径为φ19×1.3mm，热油以 0.075kg/s的质量流量逆流通过套管的环隙。已知管长 2m，热油和冷水的进口温度分别为370K和280K。油侧的给热系数为l．7 KW／mK，水侧的给热系数为 2．5KW／m2.K。油的平均热容为l.9 kJ/kg.K，水的平均热容为 4．18 kJ/kg.K。试求：

（1）以金属内管外表面为基准的总传热系数； （2）油和水的出口温度。

（忽略管壁热阻、垢层热阻及热损失。）

2.

5

(4) 若在饱和液相组成xθ=0.70的塔板处抽侧线，其量θ又和有侧线时获得的塔顶产品量D

相等，减少采出率D／F，回流比R=5 ，理论板为无穷多，那么此时塔顶的浓度xD可能

维持的最高值将是多少 ?(0.92)

五、（此题应届考生必答，20分）用离心泵将敞口水池中的水送往敞口高位槽，两液位差

为6m。泵的特性方程为He=28-1.45×10qV(He:m,qv:m/s)，管路流量为 0.01m/s。试求： (1) 泵的有效功率?(1324W) (2) 若高位槽直径为2m，水池液面高度不变，要使高位槽液位上升1m需多长时间? (317．6s)

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336m 六、(此题在职考生必答，20分)

某厂自江水中取水去冷却某物质，换热后的水仍排入江中，流程见图。当电机转速为2900转/分时，离心泵的特性方程为He=48-1.3×106q2V (He-m,Qv-m3/s)，该泵吸入管路长为20m，压出管路长为100m(以上管长均包括了全部局部阻力的当量长度，也包括了流体流经换热器的阻力当量长度)，管路直径均为Φ57×3.5mm，摩擦系数为0.02。试求： (1)泵的有效功率? (769.9W)

(2)泵入口处真空表的读数? (7.8l×104Pa)

(3)当泵的转速调为2700转／分时，泵的有效功率又为多少? (62lW)

换热器P5m

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华东理工大学二000年研究生（硕士、博士）入学考试试题

考试科目号码及名称：501化工原理（含实验）

一、简答题：（14分）

1．功能校正系数α为什么总是大于、等于l的？试说明理由？ 2．大小不一的搅拌器能否使用同一条功率曲线？为什么？ 3．简述数学模型法规划实验的主要步骤。 4．加快过滤速率有哪几种途径？

5．评价旋风分离器性能的主要指标有哪些？ 6．简述辐射传热中黑体和灰体的概念？ 7．液液萃取塔设备的主要技术性能有哪些？

二、流体（20分）

贮槽内有40℃的粗汽油 （密度ρ=710kg/m3）,维持液面恒定，用泵抽出后分成两股，一股送到分馏塔顶部，另一股送到吸收解吸塔中部。有关位置距地面以上的高度见附图。若阀门全开时，包括局都阻力当量长度的各管段长度如下：1-0段，l1＝ 10m,0-3段，l3＝ 20m,管内径均为 50mm，摩擦系数均为λ=0.03。调节0－2段中阀门开度，使送往吸收解吸塔的流量为送往分馏塔的流量的一半。此时，孔板流量计的压差ΔP=513mmHg,孔径d0=25mm，流量系数C0=0.62。试求：

①总管流量和管路所需的压头；(6.33×10m /s,22.7m) ②若泵效率为60%，求所需泵功率。(1.67kw)

-3

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三、精馏（l2分）

用连续精馏塔分离双组分混合液，混合液中含易挥发组分xF=0.4(摩尔分率、下同)，原料以饱和液体状态加入塔中部，塔顶全凝，泡点回流。操作条件下物系的相对挥发度α=2.5，要求塔顶产品浓度xD=0.8，塔顶易挥发组分的回收率η=0.9。塔釜间接蒸汽加热。试求： ①完成上述分离任务的最小回流比；(0.778)

② 若操作回流比取最小回流比的1.5倍，则进入塔顶第一块塔板的汽相组成为多少？(0.7006)

四、干燥（14分）

间歇干燥处理某湿物料3.89kg，含水量为10%（湿基），用总压 100kPa、温度为50℃的空气进行干燥，并测得空气的露点温度为23℃，湿球温度为 30℃，要求干燥产品的含水量不超过l%（湿基）。已知干燥面积为外0.5m2，气相传质系数kH为0.0695kg／s.m2，物料的临界自由含水量Xc为0.07kg／kg干料，平衡含水量可视为零。降速阶段的干燥速率曲线可按通过原点的直线处理，求干燥时间。(0.545h)

温度t/ ℃ 饱和蒸汽压/kPa

五、吸收（20分）

一逆流操作吸收塔如图所示。混合气体由塔底引入，其中可溶组分的浓度y1=0.05（摩尔分率，下同），单位塔截面上的气相流率G=0.014kmol／m2.s。吸收剂分两处加入。由塔顶加入的为纯溶剂，单位塔截面上的流率L1=0.0112 kmol／m2.s。从塔顶往下，经2米填料层高

23 2.904 30 4.250 50 12.34 12

度后，又加入一股 x2＝0.01的吸收剂，单位塔截面上的流率 L2＝0.0112 kmol／m.s，再经 6米填料层高度后，液体由塔底引出。全塔各处Kya均为0.028 kmol／m.s，物系平衡关系y=0.8x。试求：

’’

(1)第二股吸收剂L2加入后，塔内该截面的液相浓度X2; (0.008378) (2)塔底排出的液相浓度x1。 (0.035405)

(3)为使出塔气体浓度y2降低，第二股吸收剂的加入口应向上移还是向下移？为什么？(下移) 六、（此题应届考生必答，20分）槽内盛有10吨某有机物，拟用图示装置加热，加热介质

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为120℃的饱和水蒸汽，在加热过程中，传热系数的平均值为320W／mK，加热器的换热面积为12m2，泵的输送量为W＝4000kg／h，有机物的比热容 Cp=2.1 kJ／kg.K。试求: (1) 若将槽内有机物从20℃加热到80℃，需多长时间？ (2) 若泵的输送量增加为5000 kg／h , 传热系数K∝ W

0.8

3

’2

，则将槽内有机物从20℃加热到

80℃，需多长时间？ (槽内液体因搅拌而温度均一，忽略热损失。) (2.84hr, 2.31hr)

七、（此题在职考生必答，20分）用某热流体与甲苯在一台列管式换热器中进行逆流换热。列管的管内径为 25mm，甲苯走管内，入口温度t1=20℃，出口温度t2=80℃；热流体走管外；入口温度T1=200℃，出口温度T2＝120℃。已知此时热流体的对流给热系数α1=1000W/m.K，甲苯的对流给热系数为α2=2800 W／m2.K。现把甲苯的流量增大50%，试求： ①热流体的出口温度为多少？(106.6℃)

②新工况的热流量 Q’较原来增加了多少？(17%)

（已知甲苯的Re＞104,Pr＞0.7，管壁热阻可略，流体物性随温度的变化可忽略。）

2

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