天津大学化工原理考研真题
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天津大学化工原理考研真题
天津大学研究生院二0 0一年招收硕士生入学试题
题号:
考试科目:化工原理(含化工原理实验) 页数:
一、选择与填空(20%)
1、用离心泵将某贮槽A内的液体输送到一常压B,若设备B变为高压设备,则泵的输液量 ,轴功率 。
2、球形颗粒的自由沉降过程包括加速运动和等速运动两个阶段,沉降速度是指 阶段中的颗粒相对于流体的运动速度。
3、通过三层平壁的定态热传导过程,各层界面接触均匀,第一层两侧面温度分别为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 。
A、R1>(R2+ R3) B、R1<(R2+ R3) C、R1=(R2+ R3) D、无法确定
4、某二元物系,相对挥发度α=2.5,对n、n-1两层理论板,在全回流条件下,已知xn=0.35,则yn-1= 。
5、在吸收操作中,若c*-c ≈ ci-c,则该过程为 。
A、液膜控制 B、气膜控制 C、双膜控制 D、不能确定
6、分配系数kA增加,则选择性系数β 。
A、减小 B、不变 C、增加 D、不确定
7、在填料塔的Δp/z—u曲线图上,有 和 两个折点,该两个折点将曲线分为三个区,它们分别是 、 、 。
8、采用一定状态的空气干燥某湿物料, 不能通过干燥除去。
A、结合水分 B、非结合水分 C、自由水分 D、平衡水分
二、如图所示(附件),用离心泵将储槽A中的液体输送到高位槽B(两个槽位敞开),两槽液面保持恒定,两液面的高度差为12m,管路内径为38mm,管路总长度为50m(包括管件、阀门、流量计的当量长度)。管路上安装一孔板流量计,孔板的孔径为20mm,流量系数C0为0.63,U管压差计读数R为540mm,指示液为汞(汞的密度为13600kg/m3)。操作条件下液体密度为1260kg/m3,粘度为1×10-3Pa·s。若泵的效率为60%,试求泵的轴功率,kW。
摩擦系数可按下式计算:
滞流时,λ = 64/Re
湍流时,λ = 0.3164/Re0.25 (13%)
三、在一定条件下恒压过滤某悬浮液,实际测得K=5×10-5m2/s,Ve=0.5m3。先采用滤框尺寸为635mm×635mm×25mm的板框压滤机在同一条件下过过滤某悬浮液,欲在30min过滤时间内获得5m3滤液,试求所需滤框的个数n。 (6%)
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四、有一列管换热器,装有Φ25mm×2.5mm钢管300根,管长为2m。将管程的空气由20℃加热到85℃,空气流量为8000kg/h。用108℃的饱和蒸汽在壳程作为介质,水蒸气的冷凝传热膜系数为1×104W/(m2·K)。管壁及两侧污垢热阻可忽略,热损失可忽略。已知管内空气的普兰特准数Pr为0.7,雷诺准数Re为2.383×104,空气导热系数为2.85×10-2W/(m·K),比热容为1kJ/(kg·K)。试求:
(1)空气在管内的对流传热系数;
(2)换热器的总传热系数(以管外表面积为基础);
(3)通过计算说明该换热器能够满足要求。 (12%)
五、在一连续精馏塔中分离某理想二元混合物。已知原料液流量为100kmol/h,其组成为0.5(易挥发组分的摩尔分率,下同);塔顶馏出液流量为50kmol/h,其组成为0.96;泡点进料;塔顶采用全凝器,泡点回流,操作回流比为最小回流比的1.5倍;操作条件下平均相对挥发度为2.1,每层塔板的气相默弗里板效率为0.5。
(1)计算釜残液组成;
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(2)求精馏段操作线方程;
(3)若经过精馏段第n块实际板液相组成降低了0.01,求经过该板气相组成的最大变化量。 (13%)
六、在填料层高度为8.5m的吸收塔中,用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。已知进塔混合气体中溶质的含量为0.05(摩尔比);单位塔截面上惰性气体流量为50kmol/(m2·h);气相总吸收系数为0.34 kmol/(m2·h);溶质的吸收率为98%;在操作条件下,该系统的平衡关系为Y=2.2X(X、Y均为摩尔比);溶剂用量为最小用量的1.5倍。试计算:
(1)出塔液相组成;
(2)所有填料的比表面积。 (11%)
七、湿度为0.01kg/kg绝干空气的常压新鲜空气经预热器加热后,在常压下用于干燥某种湿物料。空气进、出预热器的温度分别为20℃、120℃,含水量分别为20%、5%(均为湿基)。干燥后产品的流量为60kg/h,湿物料的平均比热容为2.134kJ/(kg·)℃,忽略干燥系统的热损失。试求:
(1)新鲜空气的流量V(m3/h);
(2)干燥系统所需要的总加热速率Q。 (10%)
八、实验部分(15%/)
1、在进行间歇精馏操作过程中,为了保持塔顶温度的恒定,应逐渐 回流比;同时为了保持塔顶产品产量的恒定,应逐渐 塔釜加热量。
2、在进行圆形直管内空气湍流流动的对流传热系数测定实验中,需要测定哪些物理量?
3、在恒压过滤常数测定实验中,已知不同滤液量V对应的过滤时间θ,试简要说明利用作图法求取恒压过滤常数的方法。
4、设计一实验流程(画出其实验流程示意图),可以完成如下实验内容:
(1)进行离心泵性能的研究;
(2)进行水平直管摩擦阻力与流动雷诺数关系的研究。
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考试科目:化工原理(含实验) 页数:
一、【基本题】(选择填空题或直接填空,每空1分,共25分)
1、在完全湍流区,流动摩擦阻力损失与( )成正比;在层流区,流动摩擦阻力损失与( )成正比。 ①流速的一次方 ②流速的平方 ③流速的三次方 ④流速的五次方
2、在沉降室时,所依据的基本关系是Vs≤blut,其中ut是指( )
①颗粒的平均沉降速度 ②要求被除去的最小颗粒的沉降速度
③平均粒径大小的颗粒的沉降速度
3、在塔板设计中,若加大板间距则漏夜线( ),液泛线( )。
①下移 ②不变 ③上移 ④不确定
4、填料因子Φ值减小,填料塔的液泛速度uF( )
①增大 ②不变 ③不确定 ④减小
5、对于第I类物系,若温度升高,则溶质在溶剂中的溶解度( )、分层区的面积( )。
①不变 ②减小 ③增大 ④不确定
6、离心泵的气蚀余量越小,则其抗气蚀能力( )。
①越强 ②越弱 ③不确定
7、精馏塔有( )种进料热状况,其中( )进料的q值最大,进料温度( )泡点温度。
8、在逆流吸收塔中,用清水吸收混合气中的溶质组分。其液气比L/V为2.7,平衡关系为Y=1.5X。若溶质的回收率为90%,则操作液气比与最小液气比之比值( )。
9、离心泵压头的物理意义:( )。
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10、选择旋风分离器的依据是 :( )、( )和( )。
11、根据热补偿方式的不同,列管式换热器可分为( )换热器、( )换热器和( )换热器。
12、某恒压过滤的方程为
V2+V=0.01721θ,V单位为m3,θ单位为s
若过滤面积为18.55m2,则过滤常数K=( )、Ve=( )、θe=( )、qe=( );欲得5m3的滤液,所需的过滤时间为( )。
二、【流体输送】(共12分)
采用如图所示的输送系统,将水池中的清水输送到高位槽中。
(1)试分析当出口阀C的开度由C1增大到C2时,真空表和压力表的读数如何变化;(8分)
(2)若离心泵的方程为H=32-7.0×104Q2 (m2/s)
试求输水量为0.01m3/s时的管路方程。 (4分)
三、【传热】(共12分)一定流量的空气用列管式换热器从20℃加热到80℃,空气在管内呈湍流流动,管外为饱和蒸汽冷凝加热。现因生产需要,空气流量增加20%,并要求空气的
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进出口温度保持不变。现拟采用提高加热蒸汽的温度,从而提高平均传热温差的办法来解决这一问题,试求:换热器平均温差应提高的百分比。 (12分)(不考虑管壁及可能的污垢热阻)
四、【精馏】(共13分)在常压连续精馏塔内分离某理想二元混合物。已知进料量为100kmol/h,其组成为0.4(易挥发组分的摩尔分率,下同);馏出液流量为40kmol/h,其组成为0.95;进料为泡点进料;操作回流比为最小回流比的1.6倍;每层塔板的液相默弗里板效率EML为0.5;在本题范围内气液平衡方程为y=0.6x+0.35;测得进入该塔某层塔板的液相组成为0.35。试计算:
(1)精馏段操作线方程; (8分)
(2)离开该层塔板的液相组成。 (5分)
五、【吸收】(共11分)在一直径为1.2m、填料层高度为5m的吸收塔中,用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。已知入塔混合气中惰性组分的摩尔流量为40kmol/h,气相总体积吸收系数为62.5kmol/(m3·h);在操作条件下,平衡线和操作线均为直线,且平衡线与操作线的斜率之比为0.7。试计算该吸收塔的吸收率φA。 (11分)
六、【干燥】(共12分)在常压下用湿空气干燥某湿物料。已知湿空气的流量为1000kg/h,进预热器时的温度为20℃,相对湿度为60%,进干燥器的温度为107℃,离开干燥器时的湿度为0.03kg/kg绝干气,试求以下两种情况下空气出干燥器的温度。
(1)理想干燥过程; (6分)
(2)不向干燥器补充热量,加热物料消耗的热量为15000kJ/h,干燥器的热损失为3KW。 (6分) 已知20℃时水的饱和蒸汽压为2.334kPa。
七、【实验】(共15分)
1、在进行连续精馏操作过程中,随着进料中轻组分浓度减小,塔顶温度( ),塔底馏出液中轻组分( ) (2分)。
2、在离心泵性能测定实验中,应进行( )曲线的测定 (3分)。
3、干躁过程中,随着干球温度的升高,干躁速率( ),临界湿含量( ) (2分)。
4、设计一实验流程(画出其实验流程示意图)并写出简要实验步骤,完成如下实验内容: (8分)
(1)进行恒压过滤常数的测定;
(2)进行滤饼的压缩性指数s和物料常数k的测定。
天津大学研究生院2003年招收硕士生入
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学试题
题号:
考试科目:化工原理(含实验) 页数:
一、选择与填空(共30分)
1、如图所示的流动系统,当阀门C的开度增大时,流动系统的总摩擦阻力损失Σhf将 ,AB管段的摩擦阻力损失Σhf,AB将 。(2分)
2、三只长度相等的并联管路,管径的比为1:2:3,若三只管路的流动摩擦系数均相等,则三只管路的体积流量之比为 。(2分) : 3 C、1: 24:39 D、1:4:9 A、1:2:3 B、1:
1题 附图 3题 附图
3、如图所示的清水输送系统,两液面均为敞口容器。现用该系统输送密度为1200kg/m3的某溶液(溶液的其他性质与水相同),与输送清水相比,离心泵所提供的压头 ,轴功率 。(2分)
A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定
4、如图所示为某流动系统的竖直圆管段部分,当清水的平均流速为50mm/s时(此时管内为层流),管轴心处的某刚性球形固体颗粒由A截面到达B截面的时间为20s;当平均流速为30mm/s时,该固体颗粒在管轴心处由A截面到达B截面的时间为 。(2分)
5、板框过滤机采用横穿洗涤法洗涤滤饼,其洗涤操作的特征是:洗液流经滤饼的厚度大约是过滤终点滤饼厚度的 倍;洗液流通面积是过滤面积的 倍。(2分)
A、1 B、0.5 C、2 D、4
6、一维稳态温度场傅立叶定律的表达式为 。(2分)
7、在传热计算中,平均温度差法往往用于 计算,传热单元数法往往用于 计算。(2分)
A、设计型 B、核算型 C、设计型和核算型
8、操作中的精馏塔,若保持F、xF、q、R不变,减小W,则L/V ,L’ 。(2分)
A、减小 B、不变 C、增大 D、不确定
9、在吸收操作中,以液相组成差的吸收塔某一截面上的总推动力为 。(2分)
A、X*-X B、X-X* C、Xi-X D、X-Xi
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10、板式塔是 接触式气液传质,操作时 为连续相;填料塔是 接触式气液传质设备,操作时 为连续相。(4分)
11、若萃取相和萃余相在脱除溶剂后的组成均与原料液的组成相同,则所用萃取剂的选择性系数 。(2分)
A、小于1 B、大于1 C、不确定 D、等于1
12、多级错流萃取的特点是: 、 和 。(3分)
13、常压湿空气由t1加热到t2,则空气的性质参数H2 H1、I2 I1、tW2 tW1。(3分)
A、大于 B、不确定 C、小于 D、等于
二、采用如图所示的输送系统,将水池中的清水(密度为1000kg/m3)输送到密闭高位槽中。离心泵的特性方程为H=40-7.0×104Q2(式中H的单位为m,Q的单位为m3/s),当压力表的读数为100kPa时,输水量为10L/s,此时管内流动已进入阻力平方区。若管路及阀门开度不变,当压力表读数为80kPa时,试求:
(1)管路的特性方程;(10分)
(2)输水体积流量;(5分)
(3)离心泵的有效功率。(5分)
三、过滤基本方程式为:)('dd12esVVvrpAV+Δ= μθ
式中 V——过滤体积,m3;
θ——过滤时间,s;
A——过滤面积,m2;
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Δp——过滤的压差,Pa;
s——滤饼的压缩性指数,无因次;
μ——滤液的粘度,Pa·s;
r’——单位压差下滤饼的比阻,1/m2;
v——滤饼体积与相应滤液体积之比,m3滤饼/m3滤液;
Ve——过滤介质的虚拟滤液体积,m3。
试根据该式分析强化过滤操作的途径。(8分)
四、某低粘度流体的流量为10000kg/h,比热容为4.18kJ/(kg·℃),生产上要求将该流体由15℃加热到100℃。现采用的换热器是列管式换热器,其管束由160根管径为φ25mm×2mm的不锈钢管组成。管外的加热热源为110℃的饱和水蒸气,其冷凝对流传热系数为12kW/(m2·℃)。欲完成生产任务,当换热器为单管程时,换热器的长度为4.5m;若将单程改为双管程,而管子的总数不变,试求:
(1)换热器的总传热系数;(10分)
(2)所需换热管的长度。(6分)
(不考虑管壁及可能的污垢热阻,忽略换热器的热损失,并假设流体在管内均呈湍流流动,两种情况下蒸气冷凝对流传热系数相同)
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五、某制药厂用板式精馏塔回收丙酮含量为75%(摩尔%,下同)的废丙酮液媒。该精馏塔共装有28层塔板,塔顶采用全凝器,泡点回流;塔底采用再沸器间接加热。因在常压下操作,该分离物系可视为二元理想物系,其平均相对挥发度为1.8。现场测得一组数据如下:
馏出液中丙酮的含量 96% 釜残夜中丙酮的含量 5%
精馏段液相的负荷 40kmol/h 精馏段气相的负荷 60kmol/h
提馏段液相的负荷 66kmol/h 提馏段气相的负荷 60kmol/h
试根据以上数据核算:
(1)丙酮的回收率;(5分)
(2)操作回流比与最小回流比的比值;(8分)
(3)该板式塔的总板效率。(7分)
提示:吉利兰图中的曲线可用下式表示,即:
Y=0.5458-0.5914X+0.0027/X
其中 1min+ =RRRX,2min+ =NNNY
六、在直径为1.2m的填料吸收塔中,拟装填3m高的DN25塑料阶梯环填料,该填料的比表面积为228m2/m3,在该填料吸收塔中用纯溶剂吸收某混合气体中的溶质组分。已知入塔混合气体的流量为40kmol/h,溶质的含量为0.06(摩尔分数);溶质的吸收率为95%;操作条件下的气液平衡关系为Y=2.2X(X、Y均为摩尔比);溶剂用量为最小用量的1.5倍;气相总吸收系数为0.35kmol/(m3·h)。试通过计算判断拟装填的填料高度能否达到分离要求。(注:填料的有效比表面积可近似取为填料比表面积的90%)(15分)
七、在一常压逆流干燥器中,用热空气将某湿物料的含水量由8%干燥至0.5%(均为湿基);干燥介质为20℃的湿空气,经预热器后被加热到90℃,其中所含水汽的分压为0.98kPa,离开干燥器废气的温度为45℃。假设本干燥过程为理想干燥过程。
(1)计算空气经过干燥器的湿度变化量;(8分)
(2)若向干燥系统提供的热量为500kW,计算湿物料的处理量。(8分)(大气压取为101.3kPa)
八、实验部分(共25分)
1、在标绘孔板流量计流量系数与雷诺数关系曲线应选用 坐标系。(2分)
2、常用的实验数据处理方法有 、 、 。(2分)
3、干燥过程中,随着干燥空气流速的增加,干燥速率 ,临界湿含量 。(2分)
4、在恒压过滤实验中,提高过滤温度,过滤常数K ;增加料浆浓度,过滤常数K 。(2分)
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5、画出间歇精馏开车过程中,塔顶温度与时间变化关系示意图。(2分)
6、在冷模塔实验中,在风机出口连接一根π形管的目的是 。(2分)
7、设计一实验流程(画出其实验流程示意图),并写出简要实验步骤,完成如下实验内容:(13分)
(1)进行光滑管内传热系数的测定(包括空气—水蒸气和水—水蒸气系统);
(2)精确测定努塞尔数与雷诺数和普兰特数的变化关系。
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