2009年湖北工业大学化工原理(A)考研试题及答案

二○○九年招收硕士学位研究生试卷

试卷代号 913 试卷名称

①试题内容不得超过画线范围，试题必须打印，图表清晰，标注准确。 ②考生请注意：答题一律做在答题纸上，做在试卷上一律无效。

一、填空题（每空2分，共30分）

1. 降尘室的生产能力只与降尘室的和 有关，而与 无关。

2. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近的温度，而总传热系数K 值接近 的对流传热系数，传热过程的热阻主要集中在 侧。

3. 分子扩散可分为和两种方式。在传质过程中，理想物系的液体精馏过程属于 扩散。

4. 在某精馏塔中，第n-1，n，n+1层理论板上参数大小关系是：yn+1 yn ，tn-1tn ，ynxn-1 。（＜、＝、＞）

5. 恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括干燥阶段的交点对应的物料含水量称为 。

二、单选题（每小题2分，共20分）

1. 流体在截面长3m、宽2m的矩形管道内满流流动，则该矩形管道的当量直径为A. 1.2m B. 0.6m C. 2.4m D. 4.8m

2. 孔板流量计的孔流系数Co，当Re数增大时，其值。

A 总在增大 B 先减小，当Re数增大到一定值时，Co保持为某定值

C 总是减小 D 不定

3. 若管路特性曲线为H = A + BQ2，则： 。

A. A只包括单位重量流体增加的位能；

B. A只包括单位重量流体增加的位能与静压能之和；

C. BQ2代表管路系统的阻力损失；

D. BQ2代表重量流体增加的动能。

4. A. 几个小直径的分离器并联； B. 大直径的分离 ；

C. 几个小直径的分离器串联； D. 几个大直径的分离器并联。

5. 湍流体与器壁间的对流传热（即给热过程）其热阻主要存在于 A. 流体内; B. 湍流体滞流内层中;

C. 器壁内; D.流体湍流区域内。

6. 列管式换热器中，壳程加折流挡板的目的是

A.提高管内α值; B.提高管外α值;

C.增加传热面积; D.装饰美观.

7.下列说法中错误的是 。

A.溶解度系数H值很小，为易溶气体； B.亨利系数E值很大，为难溶气体；

C.亨利系数E值很大，为易溶气体； D.平衡常数m值很大，为难溶气体。

8. 一操作中精馏塔，若保持F、xF、q、V′（塔釜上升蒸汽量）不变，而增大回流比R，则 。

A. xD增大、xW减小

C. xD减小、xW增大 B. xD增大、xW增大 D. xD减小、xW减小

9. 精馏计算中，以下说法错误的是

A.再沸器算一块理论板 B.分凝器算一块理论板 C.加料板算一块理论板

10.空气的干球温度为t ，湿球温度为tw ，露点为td ，当其相对湿度为98%时， 则A. t = tw = td B. t > tw > td C. t < tw < td D. t > tw = td

三、（20分）用泵将储槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，储槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×103Pa。蒸发器上部的蒸发室内操作压强为200mmHg（真空度）。蒸发器进料口高于储槽内的液面15m，输送管道的直径为Φ68mm×4mm，送料量为20m3/h，溶液流经全部管道的能量损失为120J/kg，试求：（1）泵出口管路中流体的流速；（2）泵的有效功率；（3）若泵的效率为65%，求泵的轴功率。

四、（10分）某生产过程每年欲得滤液3800m3，年工作时间5000h，采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为2.5h，其中过滤时间为1.5h，将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为，K= 4×10-6m2/s, qe=2.5×10-2m3/ m2, 滤饼不洗涤，试求：

(1)所需过滤面积？ （2）今有过滤面积为8 m2的过滤机，需要几台？

五、（20分）一单壳程单管程列管式换热器，由多根ø252.5mm的钢管组成管束，管程走某有机溶液，流速为0.5m/s，流量为15t/h，比热为1.76kJ/kg.K，密度858kg/m3，温度由20℃加热到50℃，壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。管程、壳程的对流传热系数分别为700和10000W/m2.K，钢的导热系数取45 W/m.K，垢层热阻忽略不计，求：

（1）总传热系数

（2）管子根数及管长

（3）在冷流体温度不变的情况下，若要提高此设备的传热速率，你认为应采取什么措施？

六、（20分）今有逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为 1000 m3.h-1（标准状态），原料气中含甲醇100g.m-3 ，吸收后的水溶液中含甲醇量等于与进料气体相平衡时的浓度的67%。设在标准状态下操作，要求甲醇的回收率为98%，吸收平衡线可取为 Y=1.15X，KY=0.5kmol.m-2.h-1（以上均为摩尔比关系），塔内单位体积填料的有效气体传质面积为180 m2.m-3，取塔内的气体空塔流速为0.5m.s-1试求：(1)水用量；(2)塔径；(3)填料层高度。甲醇分子量为32。

七、（20分）用某精馏塔精馏分离易挥发份组成为0.5（摩尔分率）的原料液，饱和蒸气进料，原料处理量为100kmol/h，塔顶、塔底产品量各为50kmol/h 。已知精馏段操作线程为y=0.833x + 0.15，塔釜用间接蒸气加热，塔顶全凝器，泡点回流。试求：

(1)塔顶、塔底产品组成；

(2)全凝器中每小时冷凝蒸气量；

(3)蒸馏釜中每小时产生蒸气量

(4)若全塔平均α =3.0，塔顶第一块塔板默弗里效率Emvl=0.6，求离开塔顶第二块塔板的气相组成。

八、（10分）有一连续干燥器在常压下操作。生产能力为 1000kg/h（以干燥产品计），物

料水分由 12%降到 3%（均为湿基），空气的初温为 25℃，湿度为 0.01kg/kg。经预热器后升温到70℃，干燥器出口废气温度为 45℃，干燥器进出口空气焓值相等，试求：

(1) 废气的湿度

。 (2) 空气的用量（ m3/h，初始状态下）

湖北工业大学2009年研究生入学考试试题参考答案

《化工原理》 A

一、填空题（每空1分，共30分）

1. 流体在管内作一般湍流流动时，其摩擦系数λ随和而变化，处于完全湍流时，摩擦系数λ只与 相对粗糙度（e/d）有关。

2. 离心泵的特性曲线包括、和η - q 下，输送某种特定液体时泵的性能。

3. 降尘室的生产能力只与降尘室的和无关。

4. 对于三层圆筒壁的稳定热传导而言，若从内向外各层的导热量分别为Q1、Q2、Q3，热 流密度为q1、q2、q3，则导热量之间的关系为： Q 为： q＞q＞q

5. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近的温度，而总传热系数K 值接近 空气 的对流传热系数，传热过程的热阻主要集中在 空气 侧。

6. 分子扩散可分为和想物系的液体精馏过程属于 等分子反向 扩散。

7.常压下用清水逆流吸收空气中的CO2，若增加用水量则尾气中的CO2含量将 减小 ，气相总传质系数K将 增大 ，出塔液体中CO2浓度将 减小 。

8. 在某精馏塔中，第n-1，n，n+1层理论板上参数大小关系是：yn+1 n ，tn-1n ，

（＜、＝、＞） ynxn-1 。

9. 超滤过程中溶质的截留分为塞）、 在膜表面及微孔内的吸附（一次吸附）。

10. 恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括其中两干燥阶段的交点对应的物料含水量称为 临界含水量 。

二、选择题（每小题2分，共20分）

1. 流体在截面长3m、宽2m的矩形管道内满流流动，则该矩形管道的当量直径为。

A. 1.2m B. 0.6m C. 2.4m D. 4.8m

2. 孔板流量计的孔流系数Co，当Re数增大时，其值。

A 总在增大 B 先减小，当Re数增大到一定值时，Co保持为某定值

C 总是减小 D 不定

3. 若管路特性曲线为H = A + BQ2，则： B 。

A. A只包括单位重量流体增加的位能；

B. A只包括单位重量流体增加的位能与静压能之和；

C. BQ2代表管路系统的阻力损失；

D. BQ2代表重量流体增加的动能。

4. 为提高旋风分离器的效率，当气体处理量较大时，应采用。

A. 几个小直径的分离器并联； B. 大直径的分离 ；

C. 几个小直径的分离器串联； D. 几个大直径的分离器并联。

5. 湍流体与器壁间的对流传热（即给热过程）其热阻主要存在于

A. 流体内; B. 湍流体滞流内层中;

C. 器壁内; D.流体湍流区域内。

6. 列管式换热器中，壳程加折流挡板的目的是

A.提高管内α值; B.提高管外α值;

C.增加传热面积; D.装饰美观.

7.下列说法中错误的是 。

A.溶解度系数H值很小，为易溶气体； B.亨利系数E值很大，为难溶气体；

C.亨利系数E值很大，为易溶气体； D.平衡常数m值很大，为难溶气体。

8. 一操作中精馏塔，若保持F、xF、q、V′（塔釜上升蒸汽量）不变，而增大回流比R，则 B 。

A. xD增大、xW减小

C. xD减小、xW增大 B. xD增大、xW增大 D. xD减小、xW减小

B.分凝器算一块理论板 C.加料板算一块理论板 9. 精馏计算中，以下说法错误的是 A.再沸器算一块理论板

10.空气的干球温度为t ，湿球温度为tw ，露点为td ，当其相对湿度为98%时， 则。

A. t = tw = td B. t > tw > td C. t < tw < td D. t > tw = td

（1）∵qv=Au 三、解：

A=0.785d2 =0.785×0.062 =1.286×10-3m2

∴u= qv/A=20/(3600×1.286×10-3) =1.97m/s

(2)在储液槽液面和蒸发器管出口间列机械能恒算式：

gz1 + p1/ρ + u12/2 + ωe = gz2 + p2/ρ + u22/2 + ∑hf

式中，z1 =0，z2 =15m, u1=0, u2=1.97m/s. 则：

ωe =g⊿z +⊿p/ρ + u22/2 + ∑hf

=9.81×15 + (1+ 200/760) ×101.33×103/1200 + 1.972/2 + 120 =353.5J/kg

∴Pe =ρωeqv=1200×353.5×20/3600 =2356.7W =2.36Kw

(3) ∵η =65% P = Pe/η

∴P =2.36/0.65 =3.63 Kw

四、解：周期滤液量：V=

∵q2+2qqe=Kτ

2q=Kτ+qe qe3800×2.5=1.9m3 5000

∴=4×10 6×1.5×3600+(2.5×10 2) 2.5×10 2 =0.124m3/m2

∴A=V1.9==15.3m2 q0.124

(2) A单=8m2,

∴ n=2台 A15.3==1.91 A单8

五、解：(1) Q=qmCp =15×103×1.76×103×(50-20)/3600=2.20×105W

Δtm=[(130-20)+(130-50)]/2=95℃

以外表面为基准的传热系数：

Ko=(1/αo+bdo/λdm + do/αidi)-1

–1 =[1/10000 +0.00250.025/(450.0225) +0.025/(700×0.02)]

=513 W/（m2.K）

(2)qv=qm/ρ=15×103/(3600×858)=0.0049m3/s

A= qv/u =0.0049/0.5 =9.8×10-3 m2

又A= nπd2/4

∴ n=9.8×10-3/(0.785×0.022) =31 (根)

由于Ao=Q/(KΔtm) =2.2×105/(513×95) =4.5m2

Ao=nπdoL

∴L=4.5/(31×3.14×0.025) =1.85 m 取L=2m

(3)因为管程流速小，α也小，故应强化管程传热，如改为双管程。

六、解：(1) y1 = (100×10-3/32)/(1/22.4) = 0.07

Y1= y1/(1-y1) =0.07/(1-0.07) = 0.0753

Y2= Y1(1-η) = 0.0753(1-0.98) = 0.001505

X1e = Y1/m = 0.0753/1.15 = 0.0655

X1= 0.67X1e= 0.0439

G = 1000/22.4 = 44.64kmol.h-1

GB=44.64(1-0.07) = 41.52 kmol. h-1

LS=GB(Y1-Y2)/X1=41.52(0.0753-0.001505)/0.0439

=69.8 kmol.h-1

(2) VS= (π/4)D2u = 1000/3600 = 0.278 m3/s

D= (4VS/(πu))0.5= (4×0.278/(π×0.5))0.5= 0.841 m

(3) LS/GB=(Y1-Y2)/X1=(0.0753-0.001505)/0.0439 =1.681

S=m/(LS/GB) = 1.15/1.681 = 0.684

NOG =1/(1-S)Ln[(1-S)Y1/Y2+S] = 8.87

HOG = GB/Kya

=41.52/(0.5×180×(π/4)×0.8412) = 0.831m

∴H =HOG×NOG=7.37 m

七、解：（1）塔顶、塔底产品组成；

=0.90 因 R/（R+1）=0.833， R=5 又xD/（R+1）= 0.15 ，xD

由物料衡算 FxF =DxD + Wxw

得 xw =(100×0.5 - 50×0.9)/50 = 0.1

（2）全凝器中每小时冷凝蒸气量；

V=（R+1）D=300kmol/h

（3）蒸馏釜中每小时产生蒸气量；

q=0，V´=V - F=300 -100=200kmol/h

（4）求离开塔顶第二块塔板的气相组成。

EmV1xD x1αx 1==0.6， xD=y1= xD x11+(α 1)x1

y10.9==0.75 α (α 1)y13 2×0.9 x1 =

故

0.9 x1=0.6 x1=0.81 y2=0.833×0.81+0.15=0.825 0.9 0.75

八、解：GC=G2(1-w2)=1000(1-0.03)=970kg/h I2=I1

(1. 01+1.88H0)t1+2490H0=(1.01+1.88H2)t2+2490H2 H2=X1=(1.01+1.88×0.01)×70+2490×0.01 1.01×45=0.0201.88×45+2490w112==0.1361 w188

w23==0.0311 w297X2=

L=GC(X1 X2)970(0.136 0.031)==10185kg/hH2 H00.020 0.01

vH=(0.772+1.244H0)298/273

=(0.772+1.244×298/273=0.856m3/kg

LS=L/vH=10185/0.856=1.2×104m3/h

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