清华大学1998年硕士入学考试化工原理试题 填空题(12分) 1、如图1所示,液体在等径倾斜管中稳定流动,则阀的局部阻力系数ξ与压差计读 数R的关系式为 2、评价塔板性能的标准是: 3、在低浓度难溶气体的逆流吸收塔中,若其他条件不变而入塔液体量増加,则此塔 的液相传质单元数N()将 而气相总传质单元数NOG将 ,气体出口浓度 y(a)将 4、某精馏塔设计时,若将塔釜由原来间接蒸汽加热改为直接蒸汽加热,而保持ⅹF), D/F,q,Rx(D)不变,则W/F将 x(w)将 提馏段操作线斜率将 ,理论板数将 湿空气经预热后相对湿度φ将 对易龟裂的物料,常采用的方法 来控制进干燥器的Φ值。干燥操作的必要条件是,干燥过程是相结合的过 6、某降尘室高2m,宽2m,长5m,用于矿石焙烧炉的炉气除尘。矿尘密度为4500 千克每立方米,其形状近于圆球,操作条件下气体流量为25000立方米每小时,气体密度 为0.6千克每立方米,粘度为3×10e-5Pas。则理论上能除去矿尘颗粒的最小直径为
清华大学 1998 年硕士入学考试化工原理试题 一、填空题（12 分） 1、如图 1 所示，液体在等径倾斜管中稳定流动，则阀的局部阻力系数ξ与压差计读 数Ｒ的关系式为_______。 2、评价塔板性能的标准是： ________________________， ________________________， ________________________， ________________________， ________________________。 3、在低浓度难溶气体的逆流吸收塔中，若其他条件不变而入塔液体量增加，则此塔 的液相传质单元数Ｎ(l)将_______，而气相总传质单元数ＮOG 将_______，气体出口浓度 ｙ(a)将_______。 4、某精馏塔设计时，若将塔釜由原来间接蒸汽加热改为直接蒸汽加热，而保持 x(F)， Ｄ／Ｆ，ｑ，Ｒx(D)不变，则Ｗ／Ｆ将_______，x(w)将_______，提馏段操作线斜率将 _______，理论板数将_______。 5、湿空气经预热后相对湿度φ将_______。对易龟裂的物料，常采用_______的方法 来控制进干燥器的φ值。干燥操作的必要条件是_______，干燥过程是_______相结合的过 程。 6、某降尘室高 2m，宽 2m，长 5m，用于矿石焙烧炉的炉气除尘。矿尘密度为 4500 千克每立方米，其形状近于圆球，操作条件下气体流量为 25000 立方米每小时，气体密度 为 0.6 千克每立方米，粘度为 3×10e-5Pas。则理论上能除去矿尘颗粒的最小直径为_______ μｍ
、选择题(10分) 、有一并联管路如图2所示,两段管路的流量、流速、管经、管长及流动阻力损失 分别为V(1)、u(1)、d(1)、L(1)、h(1)及V(2)、u(2)、d(2)、L(2)、h(2)。若d(1)=2d(2), L(1)=2L(2),则 1)h(fl)h(f2)=() A、2;B、4;C、12;D、1/4;E、1 (2)当管路中流体均作层流流动时,V(I)/V(2)=() D、1/2 (3)当两段管路中流体均作湍流流动时,并取λ(1)=λ(2),则ⅴ()ⅴ(2)=() B、4 D、1/2:E、1/4 2、计算下列四种“数”时,其数值大小与单位制造选择有关的是 A、普兰德准数:B、传热单元数NTU;C、离心分离因数K;D、过滤常数 3、(1)板框压滤机洗涤速率为恒压过滤最终速率的14,这一规律只有在时 才成立。 A、过滤时的压差与洗涤时的压差相同 B、滤液的粘度与洗涤液的粘度相同 C、过滤压差与洗涤压差相同且滤液的粘度与洗涤液的粘度相同: D、过滤压差与洗涤压差相同,滤液的粘度与洗涤液的粘度相同,且过滤面积与洗涤 面积相同。 (2)恒压过滤且介质阻力忽略不计时,如粘度降低20%,则在同一时刻滤液增加 A、11.8% 9.54%;C、20%;D、44% 4、有两台同样的管壳式换热器,拟作气体冷却器用。在气、液流量及进口温度一定 ,为使气体温度降到最底应采用的流程为
二、选择题（10 分） 1、有一并联管路如图 2 所示，两段管路的流量、流速、管经、管长及流动阻力损失 分别为Ｖ(1)、u(1)、d(1)、L(1)、h(f1)及Ｖ(2)、u(2)、d(2)、L(2)、h(f2)。若 d(1)=2d(2)， L(1)=2L(2)，则 （1）h(f1)/h(f2)＝（ ） Ａ、2； Ｂ、4; Ｃ、1/2; Ｄ、1/4; Ｅ、1 （2）当管路中流体均作层流流动时，Ｖ(1)/Ｖ(2)=（ ） Ａ、2； Ｂ、4; Ｃ、8; Ｄ、1/2; Ｅ、1 （3）当两段管路中流体均作湍流流动时，并取λ(1)＝λ(2)，则Ｖ(1)/Ｖ(2)=（ ）。 Ａ、2； Ｂ、4; Ｃ、8; Ｄ、1/2; Ｅ、1/4 2、计算下列四种“数”时，其数值大小与单位制造选择有关的是_______。 Ａ、普兰德准数； Ｂ、传热单元数 NTU; Ｃ、离心分离因数 K; Ｄ、过滤常数 K 3、（1）板框压滤机洗涤速率为恒压过滤最终速率的 1/4，这一规律只有在_______时 才成立。 Ａ、过滤时的压差与洗涤时的压差相同； Ｂ、滤液的粘度与洗涤液的粘度相同； Ｃ、过滤压差与洗涤压差相同且滤液的粘度与洗涤液的粘度相同； Ｄ、过滤压差与洗涤压差相同，滤液的粘度与洗涤液的粘度相同，且过滤面积与洗涤 面积相同。 （2）恒压过滤且介质阻力忽略不计时，如粘度降低 20%，则在同一时刻滤液增加 _______。 Ａ、11.8%； Ｂ、9.54%; Ｃ、20%; Ｄ、44% 4、有两台同样的管壳式换热器，拟作气体冷却器用。在气、液流量及进口温度一定 时，为使气体温度降到最底应采用的流程为_______
A、气体走管外,气体并联逆流操作; B、气体走管内,气体并联逆流操作 C、气体走管内,气体串联逆流操作: D、气体走管外,气体串联逆流操作。 5、请将你认为最恰当的答案填在()内。 1)与单级萃取相比,如溶剂比、萃取比、萃取相浓度相同,则多级逆流萃取可使 萃余分率()。 A、增大 B、减小;C、基本不变;D、增大、减小均有可能。 (2)在B-S部分互溶的萃取过程中,若加入的纯溶剂量增加而其他操作条件不变, 则萃取液浓度y(A)()。 A、增大;B、减小,C、不变 D、变化趋势不确定 三、计算题 1、将20℃的水(粘度μ=0001Pas)以30立方米每小时的流量从水池送至塔顶。已 知塔顶压强为0.05MPa(表),与水池水面高差为10m,输水管中89×4mm,长18m,管线 局部阻力系数∑ξ=13(阀全开时),摩擦系数λ=0.01227+0.7543/(Re(0.38次方)。 (1)求所需的理论功率(kw) (2)一泵的特性可近似用下式表达: 扬程:H=224+5Q-20Q·Qm 效率:n=25Q-2.1Q·Q 式中Q的单位为立方米每分钟。求最高效率点的效率,并评价此泵的适用性。如适用 求因调节阀门使功率消耗增加多少。(15分) 2、在一新的套管换热器中,冷却水在φ25×2.5mm的内管中流动以冷凝环隙间的某 蒸汽。当冷却水的流速为04m/s和0.8m/s时,测得基于内管外表面的总传热系数分别为 1200瓦每平方米开尔文和1700瓦每平方米开尔文。水在管内为湍流,管壁的导热系数为 45wmK。水流速改变后可认为环隙间冷凝的传热膜系数不变,试求: (1)当水的流速为04m/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04m/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%(13分) 3、进料量为900lg/h,浓度为1%(质量分率)的盐溶液在40℃下进入单效蒸发器 并被浓缩到1.5%。蒸发器传热面积为391平方米,蒸发室绝对压强为004MPa(该压力 下水的蒸发潜热r=2318.6kJ/kg),加热蒸汽温度为10℃(该饱和温度下水的蒸发潜热
Ａ、气体走管外，气体并联逆流操作； Ｂ、气体走管内，气体并联逆流操作； Ｃ、气体走管内，气体串联逆流操作； Ｄ、气体走管外，气体串联逆流操作。 5、请将你认为最恰当的答案填在（ ）内。 （1）与单级萃取相比，如溶剂比、萃取比、萃取相浓度相同，则多级逆流萃取可使 萃余分率（ ）。 Ａ、增大； Ｂ、减小; Ｃ、基本不变; Ｄ、增大、减小均有可能。 （2）在 B-S 部分互溶的萃取过程中，若加入的纯溶剂量增加而其他操作条件不变， 则萃取液浓度ｙ（A）（ ）。 Ａ、增大； Ｂ、减小; Ｃ、不变; Ｄ、变化趋势不确定。 三、计算题 1、将 20℃的水（粘度μ=0.001Pas）以 30 立方米每小时的流量从水池送至塔顶。已 知塔顶压强为 0.05MPa（表），与水池水面高差为 10m，输水管φ89×4mm，长 18m，管线 局部阻力系数∑ξ=13（阀全开时），摩擦系数λ=0.01227+0.7543／（Ｒｅ(0.38 次方)）。 （1）求所需的理论功率（kw）； （2）一泵的特性可近似用下式表达： 扬程：Ｈ＝22.4+5Ｑ-20Ｑ·Ｑ m 效率：η＝2.5Ｑ-2.1Ｑ·Ｑ 式中Ｑ的单位为立方米每分钟。求最高效率点的效率，并评价此泵的适用性。如适用， 求因调节阀门使功率消耗增加多少。（15 分） 2、在一新的套管换热器中，冷却水在φ25×2.5mm 的内管中流动以冷凝环隙间的某 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 1200 瓦每平方米开尔文和 1700 瓦每平方米开尔文。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间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%。（13 分） 3、进料量为 9000kg/h，浓度为 1%（质量分率）的盐溶液在 40℃下进入单效蒸发器 并被浓缩到 1.5%。蒸发器传热面积为 39.1 平方米，蒸发室绝对压强为 0.04MPa（该压力 下水的蒸发潜热 r'=2318.6kJ/kg），加热蒸汽温度为 110℃（该饱和温度下水的蒸发潜热
r=232kJ/kg)。由于溶液很稀,假设溶液的沸点和水的沸点相同,0.04MPa下水的沸点为 754℃,料液的比热近似于水的比热,Cp=4174kJ/kgK。 )求蒸发量、浓缩液量、加热蒸汽量和加热室的传热系数K。 (2)如进料量增加为1200kgh,传热系数、加热蒸汽压强、蒸发室压强、进料温度 和浓度均不变的情况下,蒸发量、浓缩液量和浓缩液浓度又为多少?均不考虑热损失。(10 4、某吸收塔填料层高4m,用水吸收尾气中的有害成分A。在此情况下,测得的浓度 如图所示。已知平衡关系为Y=1.5X。求 (1)气相总传质单元高度; (2)操作液气比为最小液气比的多少倍? (3)由于法定排放浓度规定y(2)必须小于0.002,所以拟将填料层加高。若液气比 不变,问填料层应加高多少? (4)画出填料加高前后吸收操作线的示意图。(15分) 02x=0.008 苯、甲苯两组分混合物进行常压蒸馏,原料组成X(苯)=07,要求得到组成为08 的塔顶产品(以上均为摩尔分率),现用以下三种方法操作: (1)连续平衡蒸馏; (2)简单蒸馏(微分蒸馏) (3)连续蒸馏。 在(3)情况下,塔顶用一分凝器,其中50%的蒸汽冷凝返回塔顶。出冷凝器的蒸汽 与冷凝液体呈平衡。对每种方法进料量均为100kmo/h,问塔顶、塔釜产量各为多少?汽 化量为多少?已知a=246。(15分) 6、在常压连续干燥器中将处理量为0417kg的湿物料自含水量为47干燥到5%(均 为湿基),采用废气循环操作,新鲜空气与废气混合后经预热器加热,再送入干燥器。循 环比(废气中绝干空气质量与混合气中绝干空气质量之比)为0.8。新鲜空气的湿度Ho 为00116kgkg绝干气,温度为22℃,废气的湿度H2为0078%kg/kg绝干气,温度为52℃ 假设干燥过程为绝热过程,预热气的热损失可忽略不计。试计算干燥过程的耗热量,并在
r=2232k J/kg）。由于溶液很稀，假设溶液的沸点和水的沸点相同，0.04MPa 下水的沸点为 75.4℃，料液的比热近似于水的比热，Ｃｐ＝4.174kJ/kg·K。 （1）求蒸发量、浓缩液量、加热蒸汽量和加热室的传热系数 K。 （2）如进料量增加为 12000kg/h，传热系数、加热蒸汽压强、蒸发室压强、进料温度 和浓度均不变的情况下，蒸发量、浓缩液量和浓缩液浓度又为多少？均不考虑热损失。（10 分） 4、某吸收塔填料层高 4m，用水吸收尾气中的有害成分 A。在此情况下，测得的浓度 如图所示。已知平衡关系为 Y=1.5X。求 （1）气相总传质单元高度； （2）操作液气比为最小液气比的多少倍？ （3）由于法定排放浓度规定ｙ(2)必须小于 0.002，所以拟将填料层加高。若液气比 不变，问填料层应加高多少？ （4）画出填料加高前后吸收操作线的示意图。（15 分） 5、苯、甲苯两组分混合物进行常压蒸馏，原料组成 X(苯)＝0.7，要求得到组成为 0.8 的塔顶产品（以上均为摩尔分率），现用以下三种方法操作： （1）连续平衡蒸馏； （2）简单蒸馏（微分蒸馏）； （3）连续蒸馏。 在（3）情况下，塔顶用一分凝器，其中 50%的蒸汽冷凝返回塔顶。出冷凝器的蒸汽 与冷凝液体呈平衡。对每种方法进料量均为 100kmol/h，问塔顶、塔釜产量各为多少？汽 化量为多少？已知α=2.46。（15 分） 6、在常压连续干燥器中将处理量为 0.417kg/s 的湿物料自含水量为 47%干燥到 5%（均 为湿基），采用废气循环操作，新鲜空气与废气混合后经预热器加热，再送入干燥器。循 环比（废气中绝干空气质量与混合气中绝干空气质量之比）为 0.8。新鲜空气的湿度Ｈo 为 0.0116kg/kg 绝干气，温度为 22℃，废气的湿度Ｈ2 为 0.0789kg/kg 绝干气，温度为 52℃。 假设干燥过程为绝热过程，预热气的热损失可忽略不计。试计算干燥过程的耗热量，并在
H-I图上定性画出湿空气的状态变化情况。(10分) 已知:绝干空气比热为101kJ/kgK 水蒸气的比热为188kJ/kgK 0℃时水蒸汽潜热为2490kJ/kg
Ｈ-Ｉ图上定性画出湿空气的状态变化情况。（10 分） 已知：绝干空气比热为 1.01kJ/kg·K 水蒸气的比热为 1.88kJ/kg·K 0℃时水蒸汽潜热为 2490kJ/kg