中國石油大學(xué)（華東）2007年碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試試題A卷答案

考試科目:化工原理總NUM頁一、填空選擇題（40分，除特出注明外，每空一分）（2分）東營(yíng)當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?61mmHg，某設(shè)備要求在絕壓2.5at下操作，則該設(shè)備的表壓應(yīng)為1.437×10５Pa。第2題圖如題圖所示U形管密閉容器，內(nèi)裝有密度為600kg/m3的液體，兩側(cè)液面高度差為0.25m，則兩側(cè)液面上方壓力差p2-p1為1.471kPa。第2題圖導(dǎo)致離心泵發(fā)生氣蝕的主要原因是離心泵葉輪入口沖壓能小于被輸送介質(zhì)操作條件下的飽和蒸氣壓。離心泵并聯(lián)的目的是為在較低揚(yáng)程情況下獲得較大的流量；而離心泵串聯(lián)的目的是為在較小流量下獲得較大的揚(yáng)程。因此離心泵并聯(lián)多應(yīng)用于管路特性曲線較為平緩的管路；離心泵串聯(lián)多應(yīng)用于管路特性曲線較為陡直。往復(fù)式氣體壓縮機(jī)的壓縮比增大，其容積系數(shù)將減小，氣體出口溫度降升高。液體的粘度隨著溫度的上升而減??；氣體的粘度隨著溫度的升高而增大。離心泵的特性參數(shù)包括流量、揚(yáng)程、軸功率和效率；其中軸功率僅隨流量的增加而增大；效率在流量為零時(shí)亦為零。在重力場(chǎng)中發(fā)生的沉降過程，A不是沉降速度的影響因素。A.流體的流速B.顆粒的幾何形狀C.顆粒的大小D.流體物理性質(zhì)在相同的操作溫度、壓力下，使旋風(fēng)分離器（以下簡(jiǎn)稱旋分）的處理量加倍，并且要維持原來的分離效果，以下各種措施中最佳的是D。A.采用原旋分直徑2倍的旋分B.使旋分通體長(zhǎng)度加倍C.使旋分進(jìn)氣口面積加倍D.采用兩個(gè)與原旋分相同的旋分并聯(lián)（各2分）某恒壓板框壓濾機(jī)操作時(shí)，在τ時(shí)間內(nèi)過濾獲得的濾餅充滿濾框；現(xiàn)在與過濾相同的壓差下采用與濾液性質(zhì)相同的液體對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌，洗滌液的體積是所獲濾液的八分之一，假定過濾介質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)，計(jì)算洗滌時(shí)間：=1\*GB3①采用橫穿洗滌τW=τ，=2\*GB3②采用置換洗滌τW=τ/4。板框式壓濾機(jī)在進(jìn)行有洗滌的恒壓過濾過程時(shí)，其最佳操作周期必須滿足τD=τw+τ條件。在測(cè)定恒壓過濾常數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，計(jì)時(shí)時(shí)刻比過濾起始時(shí)刻晚，則測(cè)得的恒壓過濾常數(shù)將不變。（2分）在直徑為1m的圓筒形床層內(nèi)裝有100kg密度為2000kg/m3、直徑為1mm的球形顆粒。若采用水（密度為1000kg/m3）作為流化介質(zhì)進(jìn)行穩(wěn)定的散式流化，則其床層壓降應(yīng)為624.3Pa。在一維穩(wěn)定平壁導(dǎo)熱過程中，固體壁由兩層不同材質(zhì)的等厚固體壁組成，分別記為1和2。固體壁1兩側(cè)溫差為Δt1，固體壁2兩側(cè)的溫差為Δt2，且Δt1>Δt2，則λ1＜λ2。下列敘述正確的是C。A.所有固體的導(dǎo)熱系數(shù)都隨溫度上升而增大；B.所有液體的導(dǎo)熱系數(shù)都隨溫度上升而增大；C.所有氣體的導(dǎo)熱系數(shù)都隨溫度的上升而增大；D.以上全不對(duì)。飽和蒸汽冷凝過程中存在兩種冷凝狀態(tài)，滴狀冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)＞膜狀冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)。工業(yè)上多采用膜狀冷凝方式。氣體輻射傳熱與固體輻射傳熱存在差別，以下論述不正確的是D。A.只有部分氣體參與熱輻射；B.氣體分子僅在特定波長(zhǎng)上發(fā)生熱輻射；C.氣體輻射發(fā)生在整個(gè)容積中；D.氣體的吸收率僅與自身溫度有關(guān)。第20題圖氣體吸收過程是氣體解吸過程的逆過程；一般情況前者操作溫度小于后者；前者操作壓力大于后者（“大于”、“等于”“小于”）。第20題圖（2分）逆流吸收塔用純?nèi)軇┪栈旌蠚怏w中的溶質(zhì)。若原料氣中Yb=3%（摩爾比，下同），相平衡關(guān)系為Y*=2X；液氣比為1時(shí)的最大吸收率為50%。（2分）如圖所示，X和Y兩點(diǎn)中，溶質(zhì)和稀釋劑量的比值關(guān)系為：<。二、簡(jiǎn)答和實(shí)驗(yàn)題（每題15分，共計(jì)30分）試用控制熱阻的概念設(shè)計(jì)一套傳熱實(shí)驗(yàn)裝置用于測(cè)定空氣在圓直管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中的系數(shù)a和m。要求：畫出實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)圖；列出主要設(shè)備名稱；實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)定的數(shù)據(jù)；必要的數(shù)據(jù)處理過程。答：1）如圖：2）蒸汽發(fā)生器、套管換熱器、溫度計(jì)3支、壓力表、針閥、減壓閥、孔板流量計(jì)、U型管壓差計(jì)、鼓風(fēng)機(jī)。3）蒸汽的溫度及壓力T、P；空氣進(jìn)出口溫度t1、t2；流量計(jì)壓差計(jì)讀數(shù)R1；流量計(jì)前壓差R2；大氣壓力Po；4）定性溫度：，用于查取空氣的物性參數(shù)；熱負(fù)荷：；空氣質(zhì)量流量：；體積流量：入口處空氣密度：；傳熱溫差：；總傳熱系數(shù)：；空氣一側(cè)為控制性熱阻：；管內(nèi)空氣強(qiáng)制對(duì)流準(zhǔn)數(shù)關(guān)系：在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上作圖求得常數(shù)C、m。恒摩爾流假定的內(nèi)容和其成立的條件；試簡(jiǎn)述該假定對(duì)平衡級(jí)法解決傳質(zhì)問題的貢獻(xiàn)。內(nèi)容：①恒摩爾汽化：在精餾塔內(nèi)的精餾段，每層板上升蒸汽摩爾流量都是相等的，在提流段內(nèi)也是一樣的。但是兩段內(nèi)上升蒸汽的摩爾流量卻不一定相等；②恒摩爾溢流：精餾塔操作時(shí)，在塔內(nèi)精餾段，每層塔板下降的液體的摩爾流量都是相等的，在提流段內(nèi)也是如此。但全塔內(nèi)每層塔板下降的液體的摩爾流量卻不一定相等；成立條件：①各組分的摩爾汽化潛熱相等或相近；②汽、液接觸時(shí)因溫度不同而交換的顯熱可以忽略不計(jì)；貢獻(xiàn)：恒摩爾流假定認(rèn)為在相鄰進(jìn)出口之間的塔段不同部位液體流量相同，其體流量也相同大大簡(jiǎn)化了以平衡級(jí)為基礎(chǔ)的傳質(zhì)過程的計(jì)算；在計(jì)算過程中不必再將過多精力關(guān)注熱量衡算過程，去尋找不同部位氣液流量之間的關(guān)系。三、（20分）如圖所示，用離心泵將密度ρ=900kg/m3的液體由一液面維持恒定的敞口儲(chǔ)罐G輸送至容器K中，容器K液面上的壓強(qiáng)為150kPa（表壓），各管段的內(nèi)徑d、摩擦因數(shù)λ及總管長(zhǎng)（l+∑l）（包括直管長(zhǎng)度及所有管件、閥件的當(dāng)量長(zhǎng)度）如下表：

AE管段FB管段支路1支路2d(mm)60504030λ0.020.020.030.03l+∑l(m)90303645第三題圖在支路2中閥門前后接一個(gè)水銀Ｕ型管壓差計(jì)，此閥門的局部阻力系數(shù)ζ=4.1，支路2中的流量為4.68m3/h。計(jì)算時(shí)可忽略A、B處的局部阻力及二支路進(jìn)、出口處的局部阻力。試求：第三題圖⑴水銀Ｕ型管壓差計(jì)讀數(shù)R，mm；⑵支路1及總管路中的液體流量，kg/h；=3\*GB2⑶泵的壓頭及軸功率（設(shè)泵的效率為50%），kW。解：⑴設(shè)支路１和支路２中液體流速分別為u1、u2m/s，則：即支路１和支路２為并聯(lián)管路，故有：即合0.9666×104kg/h；合1.388×104kg/h。⑵取地面為基準(zhǔn)面，取儲(chǔ)罐液面為１面，容器液面為２面。1-２面間列柏努利方程：其中：四、（20分）有一列管換熱器，裝有Φ25×2.5mm的鋼管200根，管長(zhǎng)為2m。要求將質(zhì)量流量2700kg/h的常壓空氣于管程由20℃加熱至90℃；選用108℃的飽和水蒸氣于殼程飽和冷凝加熱空氣。若水蒸氣的冷凝傳熱系數(shù)為10000W/(m2·K)，管壁及兩側(cè)污垢熱阻、換熱器的熱損失均可忽略不計(jì)。試求：⑴空氣側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；⑵換熱器的總傳熱系數(shù)（以管外表面為基準(zhǔn)），W/(m2·K)；⑶通過計(jì)算說明該換熱器能否滿足要求？⑷計(jì)算說明管壁溫度接近哪一側(cè)流體的溫度；=5\*GB2⑸討論強(qiáng)化該傳熱過程的主要途徑，并舉例計(jì)算說明。已知空氣的物性數(shù)據(jù)為：比熱Cp=1kJ/kg·℃，粘度μ=0.02cP，導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.028W/(m·K)。解：⑴⑵⑶該換熱器能滿足要求。⑶空氣的實(shí)際出口溫度，根據(jù)：其中解得即壁溫接近水蒸氣的溫度。=5\*GB2⑸在本傳熱過程中存在控制熱阻，所以應(yīng)優(yōu)先考慮提高空氣流速強(qiáng)化空氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)。五、（20分）在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含NH33%（體積）的空氣—氨混合氣中的氨。已知混合氣流量為2826Nm3/h，氣體空塔氣速為0.5m/s（標(biāo)準(zhǔn)狀況），平衡關(guān)系為Y=1.2X（摩爾比），以摩爾比為推動(dòng)力計(jì)算的氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)KYa為180kmol/m3?h，吸收劑用量為最小用量的1.4倍，要求吸收率為99%。試求：⑴液相的出口濃度Xb（摩爾比）；⑵氣相總傳質(zhì)單元高度HOG和氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG；⑶若吸收劑改為含NH30.0005（摩爾比）的水溶液，填料層高度可以調(diào)整，問能否達(dá)到吸收率99%的要求？解：⑴⑵⑶液氣比，故操作線將在塔頂位置與平衡線相交。當(dāng)時(shí)，故最大可能吸收率為因此不可能達(dá)到吸收率99%的要求。六、（20分）在一連續(xù)常壓精餾塔中分離某溶液，塔頂采用全凝器，塔底有再沸器；要求xD=0.94（摩爾分率，下同），xW=0.04。已知此塔進(jìn)料q線方程為