青岛科技大学考研2012年自命题科目试题835化工原理

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1、青岛科技大学二○一二年硕士研究生入学考试试题考试科目：化工原理注意事项：1．本试卷共7道大题（共计29个小题），满分150分；2．本卷属试题卷，答题另有答题卷，答案一律写在答题卷上，写在该试题卷上或草纸上均无效。要注意试卷清洁，不要在试卷上涂划；3．必须用蓝、黑钢笔或签字笔答题，其它均无效。﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡一、（20分）如附图所示，用离心泵将10000kg/h的乙醇-水溶液（乙醇的质量分率为0.9）从低位敞口贮槽输送至高位槽，两槽内液面维持恒定。高位槽上装有以水银为指示液的复式U

2、形管压差计，来测量液面上方气体的压强。已知该U形管压差计的读数为R1=350mm，R2=450mm，H=800mm，h=100mm，两指示剂之间以及指示剂与容器之间的流体与输液管路内流体相同，U形管外端与大气相通。输送管道为φ50×2.5mm的钢管，总长50m（包括所有局部阻力的当量长度），管壁的绝对粗糙度为0.2mm。高位槽内液面高出低位槽液面20m，离心泵的效率为0.7。乙醇和水的摩尔质量分别为46kg/kmol和18kg/kmol，密度分别为789kg/m3和998kg/m3，溶液黏度为1.4mPa·s，水银的密度为13500kg/

3、m3。过渡流和湍流时的摩擦系数λ采用如下的Chen公式计算：，其中试求：（1）高位槽液面上方的操作压力p2；（2）泵的轴功率；（3）若管道内径减至原有的1/2，其他条件不变，则管道内的流动阻力损失变为原来的多少倍？题一附图3第页（共3页）二、（10分）含尘炉气进入一降尘室中除去其中所含的矿尘。降尘室长5m，宽2m，高4m。气体温度为200℃，常压，黏度为0.034mPa·s，摩尔质量为29kg/kmol，其密度可按理想气体来计算，操作条件下的气体体积流量为70000m3/h。矿尘密度为2100kg/m3。要求净化后的炉气中不含粒径大于60

4、μm的矿尘颗粒。试求：（1）粒径为60μm的矿尘颗粒在炉气中的沉降速度；（2）在该降尘室内需要设置多少层水平隔板？（3）若气体温度降至40℃，则粒径为60μm的矿尘的沉降速度变为原来的多少倍？已知40℃时气体的黏度为0.055mPa·s。三、（20分）某生产工艺中需要设计一单壳程、多管程的列管换热器，用20℃的水将9000kg/h的液体由120℃冷却至50℃，该液体的比热容为1.5kJ/(kg·℃)。水走管程，比热容为4.2kJ/(kg·℃)，密度为1000kg/m3，黏度为1mPa·s，导热系数为0.6W/(m·℃)，出口温度为30℃。

5、总传热系数K依经验取为500W/(m2·℃)，污垢热阻忽略不计，热损失忽略不计。试求：（1）所需的水流量；（2）若温度差校正系数φΔt=0.85，计算该换热任务所需的换热面积；（3）若选择一个单壳程、四管程的列管换热器（外壳直径为400mm，列管直径为φ25×2.5mm，长3m，管子总数为86）进行上述换热，计算此时水侧的对流传热系数；（4）若该换热器壳体外表面温度为85℃，在其外包扎一层100mm厚、导热系数为0.08W/(m·℃)的保温层，保温层外表面温度为40℃，计算每米壳长通过保温层的散热损失。四、（20分）在连续常压精馏塔中分离

6、苯-甲苯混合液。原料液在泡点下进入塔内，流量为2000kg/h，组成为0.4（苯的质量分率，下同）。要求馏出液中苯的回收率为93.3%，釜液中甲苯的回收率为58.6%。塔顶采用全凝器，饱和液体回流，回流比为2.2。常压下苯-甲苯溶液的t-x/y相图见本题附图。该物系可看作理想物系，苯的摩尔质量为78kg/kmol，甲苯的摩尔质量为92kg/kmol。试求：（1）塔顶、塔釜产品和进料的摩尔流量和摩尔组成；（2）利用本题附图计算苯-甲苯物系在塔顶和塔釜间的平均相对挥发度；（3）采用逐板计算法计算该塔所需的理论板层数；（4）已知塔顶馏出液的汽化

7、热为393kJ/kg，塔釜采出液的汽化热为363kJ/kg，计算塔顶全凝器和塔釜再沸器的热负荷（忽略热损失）。3第页（共3页）题四附图五、（20分）在一直径为1.2m的逆流吸收塔中，用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇吸收的平衡关系服从亨利定律，亨利系数E=24.1kPa，气膜吸收系数kG=1.7×10-5kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数kL=2.4×10-5kmol/(m2·s·kmol/m3)。进塔气体含甲醇5.2%（体积），要求吸收率为95%，操作温度为30℃，常压操作，进塔液体为纯水。已知单位时间流过塔的惰性气体量为52

8、kmol/h，气相总体积吸收系数KYa=0.05kmol/(m3·s)，吸收剂用量为理论最小用量的1.5倍。水的密度为1000kg/m3，摩尔质量为18kg/kmol。试求：（1）该吸收过程为