华南理工大学2000-2003年研究生入学（化工原理）考试试卷

华南理工大学2000年攻读硕士学位研究生入学考试题

一、 填空选择题

1.流体在半径为R 的圆形之管中作层流流动，则平均速度发生在距管中心 r= R。 2.在长为L(m)，高为H(m)的降尘室中，颗粒的沉降速度为平速度为

，气体通过降沉室的水

，则颗粒能在降尘是分离的必要条件为 。

3.空气在内径一定的圆管中稳定流动，当气体质量流量一定，气体温度升高时，Re值将 。 4.流量一定，当吸入管径增加，离心泵的安装高度将 。

5.有一板框过滤机 ，以恒压过滤一种悬浮液，滤饼为不可压缩，过滤介质阻力忽略不计。当其他条件不变时，过滤时间缩短一半，所得的滤液是原来滤液的 倍。

6.某水平管式换热器，管间为饱和水蒸气冷凝，若饱和水蒸气与壁温之差增加一倍时，冷凝传热速率将增加为原来的 。

A.

B.

C.

D.

7.判断下列命题是否正确，正确的是 。

A.上升的气速过大会引起漏液`； B.上升的气速过小会引起液泛；

C.上升的气速过大会造成过量的液沫夹带；D.上升的气速过大会造成过量的气泡夹带； E.上升气速过大会使板效率降低。

8.在以下几个吸收过程中，那个改为化学吸收将会最显著的提高吸收速率 。 A. 水吸收氨； B.水吸收HCl气体； C. 水吸收SO2； D. 水吸收CO2 9.在精镏操作中，两组分的相对挥发度越大，则表示分离该体系越 。 A. 困难； B.完全； C. 容易； D. 不完全

10.减压（真空）干燥器主要用于 的物料，但它的设备费和能量消耗费都 。 二、某常压连续干燥器，已知操作条件如下：干燥气的生产能力为200kg/h（按干燥产品计），空气的状况为：进预热器前的温度为20℃ ，相对湿度为60%，湿含量为0.01kg水/kg干空气，离开干燥气的温度为40℃，相对湿度为60%，湿含量为0.03 kg水/kg干空气，进干燥器前的温度为90℃，物料的状况：进干燥器前的温度为20℃，干基含水量为0.25kg水/kg干料 ，出干燥器式的温度为35℃，干基含水量为0.01kg/kg干料。湿物料的平均比热为cm=2.65kJ/(kg湿物料·℃) ；水汽的比热为1.01kJ/(kg水·℃)，绝干空气的比热为1.88kg/（kg绝干气·℃），0℃水的汽化潜热为2500kJ/kg水。 假设干燥过程中的热损失不计，试求：

（1） 新鲜空气的消耗量m3/h； （进预热器前空气的比容为0.842m3/kg绝干气） （2） 预热器的传热QP， kJ/h；

（3） 干燥器需补充的热量QD， kJ/h。

三﹑常压填料逆流吸收塔，用清水吸收混合气中的氨，混合器入塔流量V为84kmol/h，入塔气体浓度为y1为8%，吸收率η不低于98%，在操作条件下的平衡关系为y=1.5x，总传质系数Ky=0.45kmol/(m2·h)。

（1） 用吸收剂用量为最小用量的1.2倍，求溶液出塔浓度；

（2） 若塔径为1.2m，填料有效比表面为200m2/m3，求所需填料层高度；

（3） 若V，y1，η 及x1不变，而吸收剂改为含氨0.1%的水溶液时，填料层高度有何变

化？定量计算分析。（Ky可视为不变，以上浓度均为摩尔浓度）

四﹑水由固定水位的水槽沿直径为(内径)100mm的输水管流入大气中，管路是由L=50m的水平管和倾斜管组成，水平管段在水面下h=2m，斜管段的高度H=25m，为了使得在水平段末段曲折处1-11面的真空度为7mH2O，安装在斜管段的插板节门的阻力系数ξ为多少?此时管中水的流量为多少m3/h?直管的摩擦系数λ=0.035，大气压压强为10mH20，忽略进口和曲折处的局部阻力损失。

五﹑常压板式精馏塔连续分离苯甲苯溶液，塔顶全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47，进料量为150kmol/h，组成为0.4(摩尔分率)，饱和蒸汽进料q=0，操作回流比为4，塔顶苯回收率为97%，塔底甲苯的回收率为95%，求: (1) 塔顶﹑塔底产品的浓度； (2) 精馏段和提馏段操作线方程； (3) 操作回流比与最小回流比的比值。

2

六﹑有一套管换热器，饱和蒸汽走管外，其冷凝膜系数为10000W/(m·K)，空气走管内，其

2

传热膜系数为50W/(m·K)。已测得空气的进出口温度分别为t1=30℃，t2=80℃，蒸汽在饱和温度下120℃冷凝为饱和水并及时排走。忽略管壁和污垢热阻﹑空气温度改变引起的物性变化和热损失(假定空气在管内流动为完全湍流)。为了强化热过程，提出如下两方案:

1. 将内管的光滑表面改为强化表面，但传热面积保持相等，经测定，空气传热膜系数

增加一倍(并维持空气进口温度﹑加热蒸汽温度及空气流量不变)。求: (1) 空气的出口温度t21为多少? (2) 蒸汽冷凝量增加多少? 2. 空气流量增加一倍，试问:

(1) 蒸汽冷凝量和空气出口温度是否变化，变为多少? (2) 两种方案的强化方法有何相同和不同点? 七﹑某厂研制一套填料精馏塔，用于常压连续精馏分离乙醇-水混合物，请拟出一实验方案，测定该塔的理论板当量高度HETP。 (1) 试论述实验原理；

(2) 画出实验流程简图；包括所需的实验设备，使用的测量仪表及主要的阀门和管线； (3) 列出所需的测量参数。

2001年攻读硕士学位研究生入学考试

一﹑填空选择题

1.当管子由水平放置改为垂直放置时，而流速不变，其能量损失

( )。

A.增大； B.减小； C.不变； D.不定 2.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于，前者恒( )，变( )，后者是( )，变( )。

3.当吸入管径增大，其它条件不变，离心泵的允许安装高度将( )；若流速增加，其它条件不变，则离心泵的允许安装高度将( )。 4.用因次分析的目的在于( )。

A. 得到各物理变量间的确切定量关系； B. 得到各无因次群(准数)的确切定量关系；

C. 用无因次数群代替物理变量，使实验结果更可靠；

D. 用无因次数群代替有关物理量，使实验与关联工作简化，减少实验工作量。若物

理变量个数为6，因次数为4，则无因次准数的个数为( )。

5.转桶真空过滤机的转速降为原来的1/2，则生产能力是原来的( )倍；为了提高旋风分离器的效率，应采用( )直径的旋风分离器。

6.在设计列管式换热器时，设置折流板以提高( )的对流传热系数。管程流速的选取，对一般液体取( )，气体取( )，如换热器用水蒸气冷凝来加热原油，则水蒸气应在( )流动。 A.壳程； B.管程； C.壳程和管程； D.u=0.5---3m/s； E.u=5---30m/s； F.u=30---100m/s

7.图中所示双层等厚平壁稳态导热，导热系数λ1﹑λ2为定值，试问三条温度分布曲线在什么条件下成立: (1) ； (2) ； (3) 。

8.某低浓度气体吸收过程，已知气膜和液膜体积吸收系数分别为:kya=0.0002kmol/(m3?s)， kxa=0.4kmol/(m3?s)。则该吸收过程为 膜阻力控制；该气体为 溶气体。

9.对相对挥发度为α=2.16的理想混合物进行平衡蒸馏(闪蒸)时，已知xF为0.5，汽化率为60%，则得气相组成为 ，液相组成为 ；若采用简单蒸馏并蒸至釜液等于闪蒸时温度，则塔顶产品组成为 闪蒸时气相组成，汽化率为 。

10.一吸湿性物料和一非吸湿性物料，具有相同的干燥面积，在相同干燥条件下进行干燥，前者的干燥速率为燥阶段

，后者的干燥速率为U B，则在恒速干燥阶段，

；降速干

；干燥器内部无补充加热的情况下，进干燥器的气体状态一定，干燥任务

一定，则气体离开干燥器的湿度H2越 ，干燥器的热效率越 。

对于为水蒸气所饱和的空气，干球温度t，湿球温度tW，绝热饱和温度tas，露点温度td，它们之间的关系: t tW tas td。

一定湿度H的气体，总压P加大时，露点温度td 。而当气体温度t升高时，则td 。 11.当填料塔操作气速达到泛点气速时， 充满全塔空隙，此现象称为 ，这时 急剧上升。

二、（15分）用离心泵将某溶液由反应槽送往一密闭高位槽，如图示。两槽液面的高度可认为不变，高度差10m，管路总当量长度为200m（包括所有直管和局部阻力的当量长度），管路均为φ89×4.5mm钢管，已知孔板流量计系数为0.61，孔截面积与管道截面积比为0.2，U型压差计读数为R＝600mm，指示液为水银，管路摩擦系数λ取为0.025，反应槽上真空表的读数为200mmHg，高位槽上压强计读数为0.5kgf/cm2(表压)，泵的效率65％，试求泵的轴功率？（溶液密度近似取为1000kg/m3，水银密度为13600kg/m3。）

三、（15分）油以1m/s的流速通过一管壳式换热器的管内，由300K加热到344K。377K的蒸汽在管外冷凝。管外直径和管内直径分别为48和41mm，但由于污垢，内径现减为38mm，基于此内径的管壁加上垢层热阻为0.0009m2·K/W。在同样条件下（油进出口温度和蒸汽温度不变）测得油的流速为1m/s时，基于38mm内径的油侧传热膜系数αi随油温的变化如下：

油温(K) 油侧αi

（W/m2·K）

300 74

311 80

322 97

333 114

344 120

油的比热和密度分别取为1.9KJ/kg·K和900kg/m3，蒸汽侧的热阻可忽略。

求所需的管长，根据所得的结果（如管子太长或太短），应采取什么措施使工业应用可行。 四、（15分）一填料吸收塔，填料层高度为3m，操作压强为1atm，温度为20℃。用清水吸收空气－氨混和气中的氨，混合气体的质量速度为580kg/m2·h，其中含氨6％（体积％），要求吸收率为99％，水的质量流速为770kg/m2·h。已知该塔在等温下逆流操作，操作条件下的平衡关系为Y*=0.755X。试求： (1) 出口氨水浓度；

(2) 以气相组成表示的平均推动力； (3) 气相总传质单元高度HOG；

(4) 如果KGa与气体质量速度的0.8次方成正比，试估算：当操作压强增大一倍，气体质量速度也增大一倍时，为保持原来的吸收率，在塔径和水的质量速度不变的情况下填料层高度为多少？（空气分子量取29，氨的分子量17，水的分子量18）

五、（15分）有一二元理想溶液，在连续精馏塔中精馏。原料液组成为50％（摩尔％），饱和蒸汽进料，原料处理量为每小时100Kmol，塔顶、塔底产品量各为50Kmol/h，已知精馏段操作线方程为y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸汽加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求：

1） 塔顶、塔底产品组成（用摩尔分率表示）； 2） 全凝器中每小时冷凝蒸汽量； 3） 提馏段操作线方程；

4） 若全塔平均相对挥发度＝3.0，塔顶第一块板的液相默弗里板效率EML=0.6，求离开

塔顶第二块的汽相组成。

六、（8分）外半径为r1、长为L的圆管敷设一绝热层，若绝热层（绝热层外半径为r2，导热系数为λ）内壁温度为tW1，温度为tf的流体与温度为tW2的绝热层外壁相接触，绝热层外的对流传热膜系数为α，根据圆管壁的导热和对流传热计算式，试推导出稳态通过绝热层的热损失速率Q（用α、λ、r1、、r2 、L、tW1、tf表示Q）。若α、λ、r1、、L、tW1、tf均为定值，试问若绝热层加厚，即r2增加，是否热损失Q总是减少，若不是，求出热损失最大时的绝热层外半径r2？并讨论r2在何范围，Q将增加或减少。

七、（10分）一新孔板流量计拟用于测定水的流量，现需测定其流量系数C0。请说明实验原理，拟定实验流程，说明实验所需的仪表及其功能，写出数据处理的有关步骤。

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