1、1991年浙江大学考研化工原理真题及答案 免费下载1991年（共两大题、十一小题）一、 计算题：1.（10分）如图所示，水自水面为大气压的高位槽经总管道流入分支管道A和B,然后排入大气。管道的内径均为27mm管内摩擦系数可取为=0.04，支管A上的全部管件及阀门(全开)的当量长度leA=9.8m，支管B上的全部管件及阀门(全开)的当量长度leB=9m,总管的全部管件和入口的当量长度leO=1.1m,当支管A上的阀Av全开，而支管B上的阀Bv部分开启到某一定程度时，测得支管A中的水流量为0.5m3/h,试求此时支管B中的水流量为多少m3/h。(排入大气，d=27mm,=0.04,LeA=9.8m
2、,LeB=9m, Leo=1.1m;当A全开, B部分开启，VA=0.5m3/h，求此时V)SOLU: doe= deA = deB=27mm, V0=VA+VB u=uB+uB, uA=4V/d2=40.5/(0.02723600)m/s=0.243m/sEto= Eta+ Wfoe+ WfeA= EtB+ Wfoe+ WfeB Eta+ WfeA= EtB+WfeB16(LeA+LeA)/ deA）(uA2/2g)= (LeB+LeB)/ deB）(uB2/2g)20=(Loe+Loe)/ doe）(u02/2g)+16+(LeA+LeA)/ deA）(uA2/2g)得 20=0.04(1
3、6+50+1.1)/ 0.027）(u02/2g) +16+0.04(16+5+9.8)/ 0.027）(0.2432/2g) u0=0.873m/s u = uu0.63m/s uA0.063d2/4=1.298m3/h即此时支管流量为1.3m3/h.2.（15分）如图所示，用离心泵将敞口水池中的水送到反应塔内，出水管口高出水池液面4m，塔顶压力表读数为1.17105Pa，输送管道为内径50mm的钢管，已知管路调节阀全开喷水量为30m3/h时，管路总阻力为2mH2O柱。若该离心泵的特性方程为H=20-0.00055Q2，式中：H为泵的扬程m,Q为泵的流量m3/h,设水的密度为1000kg/m
4、3。 问：(1)此泵单独使用能否完成0.5m3/min的输送任务? (2)写出调节阀全开时的管路特性方程，以L=f(Q)函数式表示。 式中:L为管路所需功头m,Q为管路输送流量m3/h。 (3)若将这种泵两台并联使用于该管路,当管路调节阀全开时,喷水量为多少m3/h(=4m,P=1.17105Pa,d=50mm,当Q=30m3/h时，f总mH2O,泵H=20-0.00055Q2(H-m,Q-m3/h),=1000kg/m3，求：（）泵单独用，能否完成Q=0.5m3/min的输送任务？（）写出阀全开时，管路特征方程，f(Q)（）两台泵并联于管路，阀全开时，Q？ 4m 第2题 SOLU: (1)泵
5、单独用时，管路特征曲线L=A+BQ2,A=Z+p/g =(4+1.17105/10009.8)m15.93m,L=15.93+ BQ2Q=30m3/h, f总=(L+Le)/ d）(u2/2g)=2mH2O =8/(L+Le)/ d5 2g, f总= BQ2,B=f总/Q2 管路曲线 =15.93+(f总/Q2)Q2 =15.93+(3/302)Q2=15.93+0.00222Q2=20-0.00055Q2 解出 Q38.33m3/h=0.639 m3/min0.5 m3/min 单独用泵时，能完成Q0.5m3/min的输送任务。()调节阀全开时，由（）知管路特性曲线15.39+0.00222
6、Q2(3)两台泵并联于管路，泵的特性曲线 =20-0.0055(2Q)2=20-0.0022Q2 =15.39+0.00222Q2,解出Q30.345m3/h即两台并联于管路，阀门全开时，喷水量为30.345 m3/h3.（15分）有一台管壳间不加折流挡板的列管式换热器,较高压强的气体在管内与管壳间的水成逆流换热,可将流量Gkg/h的气体自80冷却到60,冷却水的温度自20升高到30,总传热系数K=40w/m2K。现需将气体的出口温度降到50以下。有人建议将水的流量Wkg/h增加一倍,有人建议增加一台规格完全相同的换热器,假设无论采用并联或串联操作,每一台换热器的冷却水都是单独使用,而且流量W
7、相同。水的初始温度均为20,传热温差均可用算术平均值计算。请以计算结果说明这些建议中那些是可行的。已知:流体作强制对流时的对流传热系数关联式为l/=0.023(lu/)0.8(Cp/)0.4式中:对流传热系数w/m2k, 水的对流热系数为几千w/m2k；气体的对流热系数为几十w/m2k。 :流体的导热系数 w/mk, :流体的流速 m/s, :流体的密度 kg/m3, :流体的粘度 NS/m2, Cp:流体的比热 kJ/kgk, l:定性尺寸 m逆流换热，ms1=akg/h,T1=80, T2=60,t1=20,t2=30,K=40W/m2K,要求T小于50。则：（）ms加倍；（）并联；（）串
8、联 问那种方案可行？SOLU:原状态下，CR1=(mscp)1/(mscp)2=( t2-t1)/ (T1-T2)=0.5 NTU1=KA/(mscp)1=(T1-T2)/tm=0.446 =(T1-T2)/ (T1-t1)=1/3=0.333(1) ms加倍，0.8, 1不变，R1=R1/2=0.25=1/1+(1/2)( d0/di) (150(2) 并联 就某个换热器而言, CR1不变, NTU1=2NTU1=0.892, =0.529, T2 =48.25 50(3) 串联 将两个换热器看作一个整体，则CR10.5CR1,NTU1= KA/( mscp)1=2NTU=0.892expN
9、TU1(1-CR1)/ CR1expNTU1(1-CR1)=0.56,T2=46.3050比较上述三个结论可知，方案二、三可行，但方案三更好。 4.（15分）一座装10m高填料的吸收塔，用清水吸收气体中某一组分A，在气液相中的平衡关系为y*=1.5x(y,x均为摩尔分率，以下同)在操作情况下测得A组分在塔顶，底气液中的组成数据如图中的a塔所示。现要求将排出气流中A组分降低到0.002kmol/kmol,为此再接一座装6m高填料的吸收塔b，其塔顶填料等结构尺寸均与a塔相同，用与a塔等流率的清水吸收，两塔的传质系数可认为相等。试求排出气体中A组分的y2b能否达到要求? ha=10m,y=1.5x,
10、x2a=x2b=0,hb=6m, La=Lb, Kxa=Kxa,则y2b0.02?( y1b=0.02 y2a=0.02 x1a=0.008)SOLU:L/G=(0.02-0.004)/0.008=2=(0.004-2y2b)/ x1b , 1/A=mG/L=0.75 ha=NOG,a,HOG,a , hb=NOG,b HOG,b , HOG,a=G/Kya=HOG,b=G/KybNOG,a /NOG,b=ha/hb=10/6NOG,a=1/(1-1/A)Ln(1-1/A)(y1a-mx2a)/ (y2a-mx2a)+1/ANOG,b=1/(1-1/A)Ln(1-1/A)(y2a-mx2b)/
11、 (y2b-mx2b)+1/A NOG,a /NOG,bLn(1-0.75)(0.02/0.004)+0.75/ Ln(1-0.75)(0.004/y2b)+0.75=10/6解出 y2b=0.000820.002 即排出气体中组分的y2b能满足要求。5.（10分）有一连续精馏塔，分离A、B双组分理想溶液，料液含易挥发组分A的摩尔分率xA=0.4，泡点进料，测得塔顶压强为760mmHg柱，气相温度为81.5，同时测得回流量为0.8kmol/kmol进料液，和产品量为0.4kmol/kmol进料液。已知A、B组分的饱和蒸汽压与温度的关系为：log10pOA=6.898-1206.35/(t+22
12、0.24) log10pOB=6.953-1343.94/(t+219.58)式中:t温度,pOA,pOB分别为A、B的饱和蒸汽压mmHg柱。 求:(1)塔顶产品及釜液的组成xD,xW,塔釜的汽化量V; (2)写出精馏段及提馏段的操作线方程。xF=0.4, 顶：0=760mmHg, t0=81.5, L/F=0.8, q=1, D/F=0.4,LgPA0=6.898-1206.35/(t+220.24) LgB0=6.953-1342.94/(t+219.58)(t，A,B0mmHg),求：（）xD,xN及；（）精馏段及提馏段的操作线。SOLU: (1)将tD=81.5代入公式，得 A0794
13、.37mmHg, B0307.71mmHg x=(D-B0)/(A0-B0)= (760-307.71)/(794.37-307.71)=0.93, y=(A0x/D)=0.97 , xD=0.97, D/F=(xF-xW)/(xD-xW)=0.4,xW=0.067 R=L/D=(L/F)/(D/F)=0.8/0.4=2, V/F=V/F=(R+1)D/F=30.4=1.2即V为1.2kmoL/kmoL进料液。 （）精馏线 y=Rx/(R+1)+xD/(R+1)= 2x/(2+1)+0.97/(2+1) 即 y=0.67x+0.3233（）提馏线 y = Lx /V - W xw / V=(F
14、+RD)x/(R+1)D-(F-D)xw/(R+1)D =(1+RD/F)x/(R+1)D/F- (1-D/F)xW/(R+1)D/F=1.5x-0.5即精馏段、提馏段的操作线分别为: y=0.67x+0.3233; y=1.5x-0.56.（10分）将状态为:干球温度tA=25,湿含量HA=0.01kg/kg的新鲜空气A,与状态为:干球温度tB=61,湿含量HB=0.046 kg/kg循环废气B,以混合比为3 kgB/kgA 进行混合,试求混合气体的温度,已知:干空气的比热 Ca=1.01 kJ/kg,水汽的比热 Cw=1.88 kJ/kg,水在0时的汽化潜热r0=2492kJ/kg。B:A
15、=3:1 ; A状态:tA=25 ,HA=0.01kg/kg新鲜空气。B状态:tB=61, HB=0.046kg/kg循环废气，求：t(Ca=1.01kJ/kg,Cw=1.88kJ/kg, rD=2492kJ/kg. )SOLU:状态: （1.01+1.88HA）tA+2492HA 状态: （1.01+1.88H）t+2492H （t-25）=3B(61-t), 解出t=(361B)+25/( +3B) （1.01+1.880.01）25+24920.01=50.64 （1.01+1.880.046）61+24920.046=181.52即以 ：混合成的混合气体的温度为57.94二、 选择题1
16、.流体以雷诺准数Re=500的流动型态,在一根水平的直管中流动,如果将流体的流量增加一倍,克服摩擦阻力消耗的功率增加为原来的( ) A：2倍； B：4倍； C：21/2倍； D：22.75倍 分析：前 Re=du/=500, u; 后 Re=d2u/=500, 2u=64/Re, hf/hf=(u2)/ (u2)=( Reu2)/( Reu2) =( 2u)2/(2u) (u/u2)=2即克服摩擦阻力消耗的功率增加为原来的倍。2.某板框压滤机作恒压过滤,使滤渣充满滤框需20分钟,现将框数增加一倍,操作压力,物料性质均不变,此时滤渣充满滤框需要时间为: ( ) A.20分钟 B.40分钟 C.8
17、0分钟分析：恒压过滤 V2+2VeV=kA2F近似假设 e=0,则V2=kA2F , k=2p1-s/rc原来：F20min,A,V=V饼现在：F？，= 2V饼即 （2V饼）（）F，其中 （V饼）kA2F F F20min即滤渣充满滤框所需时间不变，仍为20min .3.某流体以流速u=30 m/s,流过1 m长的平板,与板面进行对流传热, 已知: 流体的粘度=0.025 Cp,密度=0.12 kg/m3,普兰德数Pr=0.70,则其流动边界层与热边界厚c之间的关系应该是: A:c ； 分析：沿平板流动时的边界层厚度Rex =(xu )/ 其中x为版长4.96xRex-0.5=14.96(0.12130)/(0.02510-3)-0.5=0.013与板面进行对流传热 u=L/c, c=L/Nuu=0.023Re0.8Pr0.4=0.023(0.12130)/(0.02510-3)0.80.700.4 cL/Nu=0.0037451,但小于也可；但是K1。即 稀释剂组的分配系数，一般情况下应小于
