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1、武漢工程大學(xué)2007年攻讀碩士學(xué)位研究生試題化工原理試卷 ( A卷 )適合專(zhuān)業(yè):化學(xué)工藝,化學(xué)工程,生物化工,材料學(xué) 考題編號(hào):注意事項(xiàng):1 答題時(shí)可不抄題,但必須寫(xiě)清題號(hào)。2 答題時(shí)必須用藍(lán)、黑墨水鋼筆或圓珠筆,用紅筆或鉛筆均不給分。3 答案必須寫(xiě)在答題紙上。4 滿(mǎn)分150分,考試時(shí)間為3小時(shí)。 一、填空題 (共26分)1. (2分) 某設(shè)備的表壓強(qiáng)為100 kPa,則它的絕對(duì)壓強(qiáng)為_(kāi)kPa;另一設(shè)備的真空度為400 mmHg,則它的絕對(duì)壓強(qiáng)為_(kāi)。(當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.33 kPa)答案:201.33 kPa,360 mmHg或48 kPa2.(2分) 離心泵安裝在一定管路上,其工作點(diǎn)是指:
2、_ _。答案:泵的特性曲線和管路特性曲線的交點(diǎn)。3.(2分) 對(duì)某懸浮液進(jìn)行恒壓過(guò)濾。已知過(guò)濾面積為1m2,恒壓過(guò)濾常數(shù)K=510-3 m2/s,當(dāng)過(guò)濾時(shí)間為300 s時(shí),所得濾液體積為0.75 m3;若要再得0.75 m3濾液,則還需過(guò)濾時(shí)間_ 。答案: 525s 解:由 得 所以 4. (2分) 蒸汽冷凝有 和 兩種方式。答案:膜狀冷凝,滴狀冷凝(每空1分,共2分)5. (2分) 已知旋風(fēng)分離器的平均旋轉(zhuǎn)半徑為0.5 m,氣體的切向進(jìn)口速度為20 m/s,則該分離器的分離因數(shù)為 。答案:6.(2分) 將固體物料從液體中分離出來(lái)的離心分離方法中,最常見(jiàn)的有_ 和_。答案:離心過(guò)濾,離心沉降7
3、. (2分) 用水吸收氨-空氣混合氣體中的氨是屬于_ 控制的吸收過(guò)程,對(duì)于該過(guò)程來(lái)說(shuō),要提高吸收速率,則應(yīng)該設(shè)法減小_ 。答案:氣膜,氣膜阻力8. (2分) 當(dāng)分離沸點(diǎn)較高的熱敏性混合液時(shí),精餾操作壓力應(yīng)采用_ _措施。答案:減壓9.(2分) 已知汽液混合物進(jìn)料中,汽相與液相的摩爾數(shù)之比為3:2,易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)為0.3,則q=_。答案: 0.410.(3分) 若維持不飽和空氣的濕度不變,提高空氣的干球溫度,則空氣的濕球溫度_ ,露點(diǎn)_ ,相對(duì)濕度_ 。 (變大,變小,不變,不確定) 答案:變大,不變,變小11.(3分) 操作間接蒸汽加熱的連續(xù)精餾塔時(shí),由于某種原因,再沸器中加熱蒸汽壓力下
4、降而使提餾段上升蒸汽流量下降,而進(jìn)料熱狀況q、濃度xF及進(jìn)料量F不變,同時(shí)回流量L恒定,則餾出液濃度xD及流量D、殘液濃度xW的變化趨勢(shì)為:xD_、D_、xW_。(變大,變小,不變,不確定)答案:xD增大、D減小、xW增大解: 假設(shè)xD減小,則xW減小,此時(shí)塔板數(shù)將小于實(shí)際板數(shù),假設(shè)不成立;同理,xD不變也不成立,所以xD增大,xW也增大。12.(2分) 水由高位槽流入貯水池,若水管總長(zhǎng)(包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi))縮短25%,而高位槽水面與貯水池水面的位差保持不變,假定流體完全湍流流動(dòng)(即流動(dòng)在阻力平方區(qū))不變,則水的流量變?yōu)樵瓉?lái)的 倍。答案:1.155解:在高位槽液面與貯水池液面間列伯努利
5、方程 若記水管總長(zhǎng)改變前、改變后的管路的阻力損失分別為,則有 所以 因流體在管內(nèi)完全湍流流動(dòng)得 所以 而 所以 二、選擇題 (共24分)1(2分) 流體在圓形直管內(nèi)作定態(tài)流動(dòng),雷諾準(zhǔn)數(shù)Re1 500,則其摩擦系數(shù)應(yīng)為( )。 A. 0.032 B. 0.026 7 C. 0.042 7 D. 無(wú)法確定答案:C解:2. (2分) 管路由直徑為57 mm3.5 mm的細(xì)管,逐漸擴(kuò)大到108 mm4 mm的粗管,若流體在細(xì)管內(nèi)的流速為4 m/s,則在粗管內(nèi)的流速為( )。A. 2 m/s B. 1 m/s C. 0.5 m/s D. 0.25 m/s答案:B解:3. (2分) 離心泵的效率隨流量qV
6、的變化情況是( )。 A. qV增大,增大 B. qV增大,先增大后減小 C. qV增大,增大 D. qV增大,先減小后增大答案:B4. (2分) 對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普蘭特準(zhǔn)數(shù)是表示( )的準(zhǔn)數(shù)。 A. 對(duì)流傳熱 B. 流動(dòng)狀態(tài) C. 物性影響D. 自然對(duì)流影響答案:C5. (2分) 推導(dǎo)恒壓過(guò)濾方程式的一個(gè)基本依據(jù)是( )。 A. 濾液通過(guò)濾餅時(shí)呈湍流流動(dòng) B. 濾液通過(guò)濾餅時(shí)呈層流流動(dòng) C. 假定濾渣大小均一 D. 假設(shè)過(guò)濾介質(zhì)阻力忽略不計(jì)答案:B6. (2分) 含塵氣體通過(guò)長(zhǎng)4 m,寬3 m,高1 m的降塵室,已知顆粒的沉降速度為0.25 m/s,則降塵室的生產(chǎn)能力為( )。 A. 3
7、 m3/s B. 1 m3/s C. 0.75 m3/s D. 6 m3/s答案:A7. (2分) 在蒸汽空氣間壁換熱過(guò)程中,為強(qiáng)化傳熱,下列方案中的( )在工程上可行。 A. 提高蒸氣流速 B. 提高空氣流速 C. 提高蒸汽壓強(qiáng)答案:B8. (2分) 精餾塔分離某二元物系,當(dāng)操作壓強(qiáng)降低時(shí),系統(tǒng)的相對(duì)揮發(fā)度( ),溶液的泡點(diǎn)( ),塔頂蒸汽冷凝溫度( )。A. 增大,減小,減小 B. 增大,減小,增大C. 減小,增大,不變 D. 增大,增大,減小答案:A9. (2分) 空氣的飽和濕度as是濕空氣的( )的函數(shù)。 總壓及干球溫度 總壓及濕球溫度 總壓及露點(diǎn) 濕球溫度及焓答案:10(2分) 操作
8、中的吸收塔,若其他操作條件不變,僅降低吸收劑入塔濃度,則吸收率將( );而當(dāng)用清水作吸收劑時(shí),若其他操作條件不變,僅降低入塔氣體濃度,則吸收率將( )。 A. 增大 B. 降低 C. 不變 D. 不確定答案:A,C分析: 第一問(wèn)因?yàn)槲談┤胨舛认陆?使塔內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力增大,傳質(zhì)效果提高,從而使氣體出塔濃度下降,吸收率增大。第二問(wèn)因?yàn)閆、HOG不變,可知NOG也不變由及不變 可知 不變。11. (2分) 單向擴(kuò)散中漂流因子( )。A. 大于1 B. 小于1 C. 等于1 D. 不確定答案:A12. (2分) 在列管式換熱器中,用飽和水蒸汽加熱原料油,水蒸汽適宜安排走( )。 A. 管程 B. 殼
9、程 C. 管、殼程均可答案:B三、計(jì)算題1(20分) 用泵將20 的水從敞口貯槽送至表壓為1.5105 Pa的密閉容器,兩槽液面均恒定不變,各部分相對(duì)位置如附圖1所示。輸送管路尺寸為f108 mm4 mm的無(wú)縫鋼管,吸入管長(zhǎng)度為20 m,排出管長(zhǎng)度為100 m(各段管長(zhǎng)均包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)。當(dāng)閥門(mén)為3/4開(kāi)度時(shí),真空表讀數(shù)為42 700 Pa,兩測(cè)壓口的垂直距離為0.5 m,忽略?xún)蓽y(cè)壓口之間的阻力,摩擦系數(shù)可取為0.02。試求:(1) 閥門(mén)3/4開(kāi)度時(shí)管路的流量(m3/h);(2) 壓力表讀數(shù)(Pa);(3) 泵的壓頭(m);(4) 若泵的軸功率為10 kW,求泵的效率;(5) 若離
10、心泵運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象,試分析其原因。計(jì)算題第1題附圖解:(1) 閥門(mén)3/4開(kāi)度時(shí)管路的流量(m3/h) 在貯槽液面0-0與真空表所在截面1-1間列柏努利方程。以0-0截面為基準(zhǔn)水平面,有 其中,, z00, u00, p00(表壓), z13 m, p142 700 Pa(表壓)代入上式,得 u12.3 m/s, (2) 壓力表讀數(shù)(Pa)在壓力表所在截面2-2與容器液面3-3間列柏努利方程。仍以0-0截面為基準(zhǔn)水平面,有 解得, p23.23105Pa(表壓)(3) 泵的壓頭(m)在真空表與壓力表所在截面間列柏努利方程,可得(4) 泵的有效功率 (5) 若離心泵運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)
11、象,原因是進(jìn)口管有泄露。2. (20分) 某列管式冷凝器的列管規(guī)格為25 mm2.5 mm。有機(jī)蒸汽在管外冷凝,管內(nèi)通冷卻水,冷卻水的流量為2.5 kg/s。在新使用時(shí),冷卻水的進(jìn)、出口溫度分別為20和30。使用一段時(shí)間后,由于生成垢層,在冷卻水進(jìn)口溫度和流量不變的情況下,冷卻水的出口溫度降為26。已知基于外表面的傳熱面積為16.5 m2,有機(jī)蒸汽的冷凝溫度為80,求水垢層的熱阻。解:(1) 換熱器新使用時(shí)傳熱速率 對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力 總傳熱系數(shù) 總熱阻 (2) 換熱器使用一段時(shí)間后傳熱速率 對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力 總傳熱系數(shù) 總熱阻 (3) 水垢層熱阻 故 3(20分) 某填料吸收塔用含溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)的溶
12、劑逆流吸收混合氣中的可溶組分,采用液氣比為3,入塔氣體中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù),回收率可達(dá)90%。已知物系的平衡關(guān)系為y=2x。今因解吸不良使吸收劑入口摩爾分?jǐn)?shù)升至,試求:(1) 可溶組分的回收率下降至多少?(2) 出塔液相摩爾分?jǐn)?shù)升高至多少?解: (1) =當(dāng)上升時(shí),由于填料層高度不變,不變,所以 也不變,即解得 所以 (2) 物料衡算 =4.(20分) 在連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液。已知原料液組成為0.6(摩爾分?jǐn)?shù),下同),餾出液組成為0.9,釜?dú)堃航M成為0.02,泡點(diǎn)進(jìn)料,物系的平均相對(duì)揮發(fā)度為3。試求:(1) 每獲得1 kmol/h餾出液時(shí)的原料液用量F;(2) 若回流比為1.5,它相當(dāng)于
13、最小回流比的多少倍?(3) 假設(shè)原料液加到加料板上后,該板的液相組成仍為0.6,求上升到加料板上的氣相組成。解:(1) 求當(dāng)D1kmol/h時(shí)的F 已知xF=0.6,xD0.9,xW0.02,D1 kmol/h,由全塔物料衡算可得 (a) 即 (b)聯(lián)立式(a)、(b)得:W0.52 kmol/h,F(xiàn)1.52 kmol/h。 (2) 求R/Rmin 因系泡點(diǎn)進(jìn)料q1,則xqxF0.6。由相平衡方程 (倍) (3) 求上升到加料板上的氣相組成 因加料板是提餾段第一層板,故所求量為y2 kmol/h泡點(diǎn)進(jìn)料q1,已知F1.52 kmol/h,W0.52 kmol/h,xW0.02,x10.6提餾段
14、操作線方程為 代入已知量 ,即 所以 5(20分) 在常壓絕熱干燥器內(nèi)干燥某濕物料。將500 kg的濕物料從最初含水量20%降至2% (均為濕基)。t0=20,H00.01 kg水/(kg絕干氣)的空氣經(jīng)預(yù)熱器升溫至100 后進(jìn)入干燥器,廢氣溫度為60 。試計(jì)算:(1) 完成上述干燥任務(wù)所需的濕空氣量; (2) 空氣經(jīng)預(yù)熱器獲得的熱量; (3) 在恒定干燥條件下對(duì)該物料測(cè)得干燥速率曲線如圖所示。已知恒速干燥段所用時(shí)間 為,求降速段所用時(shí)間。 解:(1) I1(1.011.88HO)t12 500HO(1.011.880.01) 1002 5000.01127.8 kJ/kg I2(1.011.88H2)t22 500H2因系理想干燥過(guò)程所以 I1=I2 H2(127.8-1.01t2)/(1.88t2+2 500) (127.8-1.0160)/(1.8860+2 500)0.025 7 kg水汽/kg干空氣 LW/(H2-HO)91.84/(0.0257-0.01)5 850 kg絕干氣/h(2) QpL(1.011.88HO)(t1-tO) 5 850(1.01+1.880.01) (100-20)=4.815 105 =481.5 kJ/h (3) 恒速段所用干燥時(shí)間 所以 降速段所用干燥時(shí)間 10