化工原理考研真题★中科院宏郡阁【宏郡阁】文件编号:CH01120091125132009年10月中国科学院研究生院2007年招收攻读硕士学位研究生入学统一考试试题科目名称:化工原理考生须知:1.本试卷满分为150分,全部考试时间总计180分钟。2.所有答案必须写在答题纸上,写在试题纸上或草稿纸上一律无效。一.单选题(每题2.5分,共25分)1.某流体在内径为D的水平管中平稳流动,当该流体以相同的体积流量通过等长的内径为0.5D的水平管时,如果流动为完全湍流(阻力平方区),则压降是原来的()。A.4倍;B.8倍;C.16倍;D.32倍。2.在空气-蒸汽间壁换热过程中可采用()方法来提高传热速率。A.提高蒸汽速度;B.采用过热蒸汽;C.降低空气流速;D.提高空气流速。3.有关多效蒸发器的三种加料类型:并流加料、逆流加料、平流加料,说法错误的是:()。A.并流加料和平流加料都采用并流换热方式;B.在同等进料条件下,逆流加料的蒸发效率高于并流加料;C.平流加料更适合于易结晶的物料;D.三种加料方式的采用都提高了物料蒸发量,但以牺牲蒸汽的经济性为代价。4.结晶分离的过程通常采用降温或者浓缩的方法,其目的是提高溶液的(),从而推动晶体的析出。A.过饱和度;B.浓度差;C.粘度差;D.Gibbs自由能。5.双组分溶液萃取分离体系实际上是两个部分互溶的液相,其组分数为3,根据相律,系统的自由度为3,当两相处于平衡时,组成只占用1个自由度,因此操作中()。A.只能调整压力;B.只能调整温度;试题名称:化工原理共5页第1页C.压力和温度都可以调整;D.无法确定调整压力还是温度。6.假设一液滴与一固体球的体积和密度都相同,并且在同一流体中自由沉降,则下列哪种液滴所受到的曳力小于流体对固体球的曳力:()。A.刚性小液滴;B.有内部环流的球形液滴;C.曲折运动的椭球形液滴;D.上述3种液滴受到的曳力作用都大于固体球。7.空气的干球温度为t,湿球温度为tw,露点为td,当空气的相对湿度为95%时,则()。A.t=tw=td;B.ttwtd;C.ttwtd;D.ttw=td8.如果某固定床中的颗粒装填为紧密排列,假设该固定床内部包括下述几种区域(圆柱状颗粒与球形颗粒的当量直径相等),请问流体最难通过的床层区域是:()。A.壁面附近;B.直径均一的球形颗粒区;C.乱堆的圆柱状颗粒区;D.直径不等的球形颗粒区。9.下列板式塔中操作弹性最大的是()。A.筛板塔;B.浮阀塔;C.泡罩塔;D.舌形喷射塔。10.厚度不同的两种材料构成两层平壁,层接触良好,已知壁厚d1>d2,导热系数λ1﹤λ2,在稳定传热过程中,下列关系式正确的是:()。A.导热速率q1q2;B.热阻R1R2,;C.温差ΔT1ΔT2;D.2211TRTRΔ=Δ二.填空题(每空1分,共30分)1.如果板式塔设计不合理或操作不当,可能产生、及等不正常现象,使塔无法工作。试题名称:化工原理共5页第2页2.启动时需要关闭出口阀门的液体输送泵是:。为改善往复泵流量不均匀的缺点,常用的两个方法是:、。3.用裸露热电偶测量管道内温度为1000K的高温气体,由于辐射造成的测量误差为10%,管壁温度为400K,当气体加热到1500K时,辐射造成的测量误差约为。4.恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括和阶段,其中两干燥阶段的交点对应的物料含水量称为。5.对一定操作条件下的填料吸收塔,如将填料层增高一些,则塔的HOG,NOG。6.对流传质理论的主要三个理论是:、、。7.蒸发器的热阻主要是由四部分组成:、、和。8.膜分离发生所需要的驱动力是或,请列举三种典型的膜分离过程:、、。9.表征“三传”的三个类似的定律是:表征动量传递的、表征热量传递的、表征质量传递的。10.边界层分离会大大增加机械能的损耗,从流体流动的结构上分析,这是因为:。在管路流动中,由于边界层分离导致阻力损失增加的两个典型的例子是:、。三.简答题(每题4分,共20分)1.简述化学吸收的主要优点。2.化工厂有一搅拌反应釜,反应的选择性一直不理想。经研究发现,是因为反应器内的湍流微观混合效果不好,必须强化混合。要强化微观混合,对搅拌器输出液体量和输出压头的大小有什么要求?如果该反应釜的搅拌功率已不能再提高了,请问如何改变搅拌桨的大小和搅拌操作条件?3.在气体吸附分离或者气体膜分离中,经常碰到一个重要的扩散-努森(Knudsen)扩散,请叙述努森扩散对含有不同分子量的气体混合物进行分离的原理。试题名称:化工原理共5页第3页试题名称:化工原理共5页第4页4.气固流态化可分为散式流态化和聚式流态化两类,已知经典散式流态化的床层膨胀方程为:nt0ε=uu,式中的u0为流体表观速度,ut为颗粒终端沉降速度,ε为床层空隙率,n为膨胀指数。聚式流态化不满足上述方程。请问:如果以此方程为判据,如何设计一套实验与数据处理程序,来鉴别某气固流化床为聚式流态化还是散式流态化?5.对于A+B的可萃取分离体系,采用一般的多级逆流萃取,可以使最终萃取余相中A的含量降至很低,但是仍含有一定量的B,这时如果引入精馏中采用的回流技术以实现A和B的高纯分离。请简要叙述回流萃取及其实现高纯分离的原理?四.分析计算题(共75分)1.(10分)有一板框过滤机,恒压过滤某悬浮液。过滤时间为2小时,滤渣完全充满滤框时的滤液量为20m3。随后用10%滤液量的洗涤液(物性与滤液相同)洗涤,每次拆装所需时间为15分钟。已知该操作过程中的过滤介质当量滤液量Ve=2.5m3。请问该过滤机的生产能力是多少(m3/h)?2.(12分)一精馏塔,原料液组成为0.5(摩尔分率),饱和蒸气进料,原料处理量为100kmol/h,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,塔顶全凝器,泡点回流。试求:(1)塔顶、塔底产品组成xD和xw;(2)全凝器中每小时冷凝蒸汽量;(3)蒸馏釜中每小时产生蒸汽量;(4)若全塔平均挥发度α=3.0,塔顶第一块塔板默弗里效率Emvl=0.6,求离开塔顶第二块塔板的气相组成。3.(12分)某非牛顿流体在直管内流动,可以用幂律模型来描述该流体的剪切力τ与剪切率之间的关系,即nruK⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=ddτ,u是流体的轴向速度,r是圆管的径向坐标,K和n是常数。请依据管流的剪应力分布,证明该流体在圆管截面上的平均流速是:nnnRLKPnnu11213+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Δ+=,式中,L是管子长度,PΔ为包含位能和压强能的压力差,R是圆管半径。4.(13分)在由若干根φ25×2.5mm,长为3m的钢管组成的列管式换热器中,用温度为140℃的饱和水蒸汽加热空气,空气走管程。空气的质量流量为3600kg/h,空气的进、出口温度分别是20℃和60℃,操作条件下的空气比热为1.0kJ/(kg·℃),空气的对流给热系数为50W/(m2·℃),蒸汽冷凝给热系数为8000W/(m2·℃),假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求:(1)加热空气需要的热量Q为多少?(2)以管子外表面为基准的总传热系数K为多少?(3)列管换热器至少需要多少根管子?5.(13分)某湿物料10kg,均匀地平铺在面积为0.50m2的平底浅盘内,并在恒定干燥条件下进行干燥。物料的初始含水量为15%,已知在此条件下物料的平衡含水量为1%,临界含水量为6%(均为湿基),并已测出在恒速阶段的干燥速率为0.394kg/(m2·h),假设降速阶段的干燥速率与物料的自由含水量(干基)成线性关系。试求:(1)将物料干燥至含水量为2%(湿基),所需要的总干燥时间为多少小时?(2)现将物料均匀地平铺在两个与上述尺寸相同的浅盘内,并在同样的空气条件下进行干燥,只需4小时便可将物料的水分降至2%(湿基),问物料的临界含水量有何变化?恒速及降速两个干燥阶段的时间各为多少小时?(可假设一个物料临界含水量cX′值试算)6.(15分)如图所示的双塔流程以纯溶剂S吸收某组分Z,混合气中的Z的摩尔含量为y1,两塔的纯溶剂S用量相等,且均为最少溶剂使用量的R倍。在操作范围内,物系的平衡关系服从亨利定律,两个塔的总传质系数相同,塔直径相同。试证明:(i)312yyy=;(ii)两个塔的塔高BAHH=。AB纯溶剂S混合气y1xAy2y3xB试题名称:化工原理共5页第5页