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2016年山东青岛科技大学化工原理考研真题.doc

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2016 年山东青岛科技大学化工原理考研真题 一、(20 分)用泵将苯和甲苯混合物送至精馏塔,精馏塔进料口与原料液面垂直距离为 12m, 塔内操作压强为 4.905×104 Pa(表压),料槽压强 9.81×103 Pa(表压), 当地大气压为 101.33kPa,摩擦系数为 0.02,泵入口前管路总长 5 米(包括所有局部阻力的当量长度), 管路总长 20m(包括除出口阻力损失外所有局部阻力的当量长度)。管路直径 50mm,原料液 密度 800kg/m3,操作温度下物料的饱和蒸汽压为 35kPa。求: (1) 当液体输送量为 15m3/h 时,所需泵的扬程(m)。 (2) 若泵的效率为 70%,上述输送量所需要的轴功率为多少? (3) 当采用特性方程为 H=20-1.12×105Q2(Q 以 m3/s 表示)的离心泵输送物料,则管路中的 流量可达到多少?(m3/h) (4) 若离心泵的汽蚀余量为 2.5 米,请问将泵安装在液面上方 6 米的高度是否合适?为什 么? 二、(10 分) 拟用降尘室去除矿石焙烧炉炉气中的矿尘,已知操作条件下的气体体积流量为 3000 m3/h,密度为 0.5 kg/ m3,黏度为 0.03mPa·s。矿尘颗粒的密度为 4000 m3/kg。 试求: (1)设计一个能保证 30 m 以上的尘粒能够完全出去的降尘室,试计算所需降尘室面积至 少为多少 m2? (2)采用该降尘室时,直径为 15 m 的尘粒能出去百分之几?
(3) 如果气量减少 20%,该降尘室能全部分离的最小颗粒直径为多少? (4) 若降尘室中间设置一层挡板,则降尘室对含矿尘气体的处理能力变为多少? 三、(20分) 有一套管换热器,用水逆流冷却热空气。水走管内,流量为0.6kg/s,冷水的进 口温度为30℃;管间通流量为2.52kg/s的空气,进出口温度分别为130℃和70℃。已知水侧 和空气侧的对流传热系数分别为2000W/(m2·K)和50W/(m2·K),水和空气的平均比热容分 别为4200J/(kg·K)和1000J/(kg·K)。假设管壁较薄,污垢热阻可以忽略,流体流动 eR 均大于104。试求: (1)总传热系数; (2)冷流体的出口温度; (3)若冷水流量增加一倍,求新工况下的总传热系数与冷流体的出口温度; (4)试求新旧两工况下的热流量之比; (5)从前面的结算结果中可以得出什么结论? 四、(20分) 在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。原料液处理量为100kmol/h,其组 成为0.55(轻组分的摩尔分数,下同),泡点进料,塔顶设全凝器,泡点回流,操作回流比
为最小回流比的1.6倍,物系的平均相对挥发度为2,釜残液流量为45kmol/h,其组成为0.05。 试求: (1)塔顶轻组分的组成; (2)塔顶轻组分的回收率; (3)精馏段操作线方程; (4)测得离开第一层塔板的液相组成为 0.94,求该板液相默弗里板效率 (5)计算第一层塔板的气相默弗里板效率。 五、(20分) 有一吸收塔,填料层高度为3m,操作压力为101.33kPa,温度为20oC, 用清水吸 收混于空气中的氨气。混合气质量流速G=580kg/(m2·h),含氨6%(体积分数),吸收率为99%; 水的质量流速W=770 kg/(m2·h)。该塔在等温下逆流操作,平衡关系为Y*=0.9X, KGa与气相 质量流速的0.8次方成正比,而与液相质量流速大体无关。试计算 (1) 该操作状况下传质单元数是多少?传质单元高度是多少? (2) 保持塔径不变,操作压强增大一倍,填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率? (3) 液体流量增大一倍,填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率?
(4) 气体流量增大一倍,填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率? 六、(20 分)用常压连续干燥器干燥处理量为 800 kg/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= 20 ℃,湿度 H0= 0.012 kg/(kg 干空气) 的新鲜 空气。空气经预热器加热至 t1= 100 ℃后进入干燥器,经过理想干燥过程后,在干燥器出口 处空气的温度为 60℃。试求: (1) 每小时水分蒸发量及干燥产品量; (2) 若风机安装在预热器之前,则风机的入口风量(m3/h); (3) 预热器的加热量(不计热损失); (4) 在 t-H 图上定性表示出预热及干燥过程中空气状态的变化。 七、简答题(每题 5 分,共计 40 分) 1. 层流和湍流的区别主要表现在哪些方面? 2. 离心泵为何采用后弯叶片?影响离心泵性能的因素有哪些? 3. 什么是离心分离系数?分离系数的大小说明什么问题?为提高分离系数,可采取什么措 施? 4. 如何通过实验测定空气-饱和蒸汽冷凝传热的总传热系数,并得到无量纲数群 Nu, Re, Pr 的经验关联式?
5. 在进行分子传质时,总体流动是如何形成的,反应总体流动的参数是什么?总体流动对 分子传质通量有何影响? 6. 什么是灵敏板,监测灵敏板的温度变化有什么作用? 7. 简述气膜控制和液膜控制各有什么特点。 8. 在干燥过程中,为提高干燥器的热效率,可采用哪些方法?
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