天津大学研究生院2003年招收硕士生入学试题
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，以液相组成差表示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 接触式气液传质设备，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；
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）
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。