清华大学1998年硕士研究生入学化工原理



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更新时间 2005-3-3 19:33:14 
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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N OG 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,R x(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。

  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 =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φ 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= 22.4+5 Q -20 Q·Q   m

     效率:η= 2.5 Q -2.1 Q·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φ 25×2.5mm 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=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H o 为 0.0116kg/kg 绝干气,温度为 22 ℃,废气的湿度H 2 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 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



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