大连理工大学2005年《化工原理》考研试题与答案

说明：本试卷是根据相关资料整理和模拟而成的；本试卷中的题目可能与《江苏工业学院2007-2008学年第1、2学期期末考试试题》中的题目重复；如有重复，则不选用本试卷中的题目，而是选用《江苏工业学院2007-2008学年第1、2学期期末考试试题》中的题目大连理工大学2005年《化工原理》考研试题与答案第一部分1、(20分)用一台离心泵将水池中的水(密度为1000kg/m3)送至一表压为59kPa的水洗塔顶，其流程如图所示。已知离心泵吸入管段长度（包括局部阻力的当量长度，含入口阻力损失，下同）为50m，泵出口阀半开时排出管线长度150m（含出口阻力损失），全部管路均用φ108×4的碳钢管，管内流体流动摩擦系数均为0.025，其它数据如图所示。试求：1.当系统水的流量为42.5m3/h时，离心泵入口处的真空表读数（kPa）；2.泵的压头，若离心泵的效率为70%，泵的轴功率（kW）；3.泵出口阀门半开时管路的特性曲线方程；4.若塔顶表压增加到98.1kPa时，测得系统中水的流量为35m3/h，假设泵的特性曲线方程可以表示为2VBqAH，求泵的特性曲线方程。2、（10分）用板框过滤机恒压下过滤某种悬浮液，过滤机的尺寸为：滤框的边长为810mm(正方形)，每框厚度为42mm，共10个框。现已测得：过滤10分钟得到滤液1.31m3,再过滤10分钟共得到滤液1.905m3,已知每m3滤液可形成0.1m3的滤饼，试计算：（1）过滤常数K为多少m2/s?（2）将滤框完全充满滤饼所需的过滤时间为多少分钟?（3）若洗涤时间和辅助时间共30分钟，求该机生产能力为多少m3滤液/h?1m0.3m24.3m3、(20分)在一个单程列管式换热器内用110℃的饱和水蒸汽将某溶液加热,换热器由38根φ25×2.5mm的管子组成,长2m,壳程为水蒸汽冷凝,其传热膜系数α1=10000W/(m2·K)，管程走溶液,流量为0.03m3/s,进口温度t1=20℃,密度900kg/m3,比热3.9kJ/(kg·℃)，管壁和污垢热阻可以忽略,管内溶液侧的传热膜系数α2=2500W/(m2·K)，管内为湍流，求：（1）以外表面为基准的总传热系数Ko；（2）溶液的出口温度t2；（3）若检修中发现有8根管子已损坏,将坏管堵塞后继续使用,此时换热器的总传热系数和溶液出口温度将变多少？答案：1（20分）解：（1）(6分)242.51.50m/s36000.7851u在水池液面０－０和真空表所在的1-1两截面间列B.E.2211100050019.810.02510000.12225()25puupkPakPa表压即真空度为(2)(6分)在水池液面０－０和水洗塔顶2-2两截面间列B.E.2591000501501.5(24.310.3)0.02536.74m10009.810.129.8110009.8136.7442.5/36006.08kW0.71000VaHgHqP（3）(4分)在水池液面０－０和水洗塔顶2-2两截面间列B.E.222()501500.7850.1256.010.0250.129.8131.010.003191VeVqHq（4）(4分)塔顶表压为98.1kPa时，2351.14m/s36000.7851u1m0.3m24.3m00112233此时2235()501500.7850.125100.0250.129.8138.9eHm22238.93536.7442.543.450.00371643.450.003716VABABABHq2（10分）解：（1）(5分)过滤面积20.810.8121013.12mA根据恒压过滤速率方程:V2+2VVe=KA2τ将τ=10min,V=1.31m3;τ=20min,V=1.905m3代入上式解出:K=2.01×10-5m2/sVe=0.1376m3(2)(3分)滤框充满时所得滤饼体积:V饼=0.812×0.042×10=0.2756m3滤框充满时所得滤液体积:V=V饼/υ=0.2756/0.1=2.756m3τ=(V2+2VVe)2/KA2=min40601001.212.131376.0756.22756.2522(3)(2分)生产能力32.756m2.362h(4030)/60WVQ3（20分）解：（1）(5分)以外表面积计211666.7W/(mK)112510000250020OK(2)(7分)2967.52025.04159.338mAomOOmtAKttCpqQ)(1222℃ttttQ1.2811020110ln20967.510007.1666)20(9.390003.02222(3)(8分)将8根管子坏管堵塞后,管程流量不变，速度增大为原来是38/30=1.2667倍，仍为湍流，管程α2=2500×1.26670.8=3020.4W/(m2·K)212359W/(mK)1125100003020.420OK2303.41590.02524.712moA℃ttttQtAKttCpqQmOOm2911020110ln20712.410002359)20(9.390003.0)(22221222第二部分1、（18分）在一填料塔中，用含苯0.0001（摩尔分数，下同）的洗油逆流吸收混合气体中的苯。已知混合气体的流量为100kmol/h，进塔气中含苯0.06，要求苯的吸收率为90%。该塔塔径为0.6m，操作条件下的平衡关系为ye=24x，气相总传质单元高度为1.50m，实际操作液气比为最小液气比的1.3倍，洗油摩尔质量为170kg/kmol。试求：(1)吸收剂用量（kg/h）及出塔洗油中苯的含量x1；(2)气相总体积传质系数Kya；(3)所需填料层高度H，m；(4)增大填料层高度，若其它操作条件不变，定性分析出塔气组成y2和塔底吸收液组成x1的变化情况。2、（20分）用一精馏塔分离某二元理想混合物，进料量为200kmol/h，其中易挥发组分的摩尔分率为0.5，进料为饱和液体，塔顶采用全凝器且为泡点回流，塔釜用间接蒸汽加热。已知两组分间的平均相对挥发度为2.0，精馏段操作线方程为285.070.01nnxy，塔底产品中易挥发组分的摩尔分率为0.05，试求：（1）操作回流比R、塔顶产品中易挥发组分的摩尔分率xD；（2）塔顶产品的流量D和塔顶产品中易挥发组分的回收率η；（3）精馏段的气相负荷V、提馏段的液相负荷L（kmol/h）（4）实际回流比是最小回流比的多少倍；（5）提馏段操作线方程和q线方程；（6）塔顶第2块理论板上升蒸汽的组成；（7）若塔顶第1块实际板的液相默弗里板效率为0.6，求塔顶第2块实际板上升蒸汽的组成。3、（12分）用常压连续干燥器干燥处理量G1为900kg/h的湿物料，要求湿物料含水量由10%降至2%（均为湿基）。干燥介质为温度t0=25℃（环境温度），湿度H0=0.011kg/(kg干空气)的新鲜空气。空气经预热器加热至t1=110℃后进入干燥器，经过理想干燥过程后，在干燥器出口处空气的湿度H2为0.023kg水/(kg干空气)。试求：（1）水分蒸发量W及干燥产品量G2；（2）干燥器出口处空气的温度t2；（3）绝干空气的用量L(kg干空气/h)和新鲜空气的用量（V）（m3/h）；（4）预热器的加热量Q（不计热损失）；（5）干燥器的热效率η附：(1.011.88)2500IHtH1210tttt五、（10分）某混合液含溶质A20%，稀释剂80%，拟用纯溶剂S单级萃取，要求萃余液中A的含量为10%，溶解度曲线如图所示。在操作范围内溶质A的分配系数kA=1，试求：（1）每处理100kg原料液时，需溶剂用量S多少kg？（2）所得萃取液中A的浓度yA0为多少？（3）过程的选择性系数β为多少？（4）若不改变萃取液中A的含量，何种操作方法可减少萃余液A的含量答案：一简答题（10分5×2）解题要点：（1）q值的含义是什么？根据q的取值范围，有几种加料热状态？q值的含义：将1kmol原料变成饱和蒸汽所需的热量与原料的千摩尔汽化热之间的比值关系，气液混合进料时，其在数值上等于进料中液相所占的分率。有5种加料状态：q0，过热蒸汽进料；q=0，饱和蒸汽进料；0q1，气液混合进料；q=1，泡点加料q1，冷液进料。（2）湿空气在进入干燥器之前，常常先进行预热，这样做有什么好处？湿空气在进入干燥器之前，常常先进行预热，好处：一是使湿空气的相对湿度下降，增大了其吸取水汽的能力；二是提高其温度，增大焓值，使其传给物料的热增多，以供给汽化水分所需的热量，同时还提高了干燥器热效率。二、吸收（18分）：（1）6分12112min2min112210.00620.060.00622.510.060.0001241.31.322.529.25129.251002925170497250110.060.0060.00010.001946129.25eyyyyLGxxLLGGLkmolhkghLxyyxG（分）（分）（分）（分）（分）（2）2分23yOGG/100/(0.7850.6)353.86Ka235.91kmolmhH1.501.50（3）6分12121212220.06240.0019460.0132960.06240.00010.00360.00742ln0.060.0067.280.007421//24/29.250.82051ln[(11/)1/]11/10.ln[(10.8205)10.8205mOGOGyyyyyyyNSAmGLymxNAAAymx法1法206240.00010.8205]7.280.006240.00011.507.2810.92Hm（4）4分21/29.25A1m24OGOGHHNyxLG；其它条件不变不变。、y2y1x2x1原新三、（20分）解：1（3分）、,70.01RRR=333.27.017.0,0.285,1DxR0.95Dx2（3分）、2001900.950.952000.50.950.051000.950.05DWDWDWDW,/100hkmolW,/100hkmolD%955.0*200100*95.013（3分）、hkmolqFLLhkmolDRV/3.433200100*333.2/3.333100*)1333.2()1(4（3分）、,5.0qx20.50.66661(21)0.5qy6298.05.095.06666.095.01minminqDqDxxyxRR,7012.16298.016298.0minR3714.17012.1333.2minRR5（3分）、1433.31000.051.30.015333.3333.3wmnnmWxLyxxxVV5.0qx6（3分）、,95.01Dxy*10.950.90482(21)0.95x9183.0285.09048.0*7.02y7（2分）、11*10.950.6,0.950.9048DmLDxxxExx9229.01x9310.0285.09229.0*7.02y四（12分）、解12120.10.02W90073.47(/)110.02wwGkghw1.蒸发水分量:(2分)干燥产品