天津大学研究生院二 0 0 一年招收硕士生入
学试题
题号：
考试科目：化工原理（含化工原理实验） 页数：
一、选择与填空（20%）
1、用离心泵将某贮槽 A 内的液体输送到一常压设备 B，若设备 B 变为高压设备，则泵的输液量 ，轴功
率 。
2、球形颗粒的自由沉降过程包括加速运动和等速运动两个阶段，沉降速度是指 阶段中的颗粒相对于流体
的运动速度。
3、通过三层平壁的定态热传导过程，各层界面接触均匀，第一层两侧面温度分别为 120℃和 80℃，第三层
外表面温度为 40℃，则第一层热阻 R1 与第二、三层热阻 R2、R3 的大小关系为 。
A、R1＞(R2+ R3) B、R1＜(R2+ R3) C、R1＝(R2+ R3) D、无法确定
4、某二元物系，相对挥发度α=，对 n、n-1 两层理论板，在全回流条件下，已知 xn=，则 yn-1= 。
5、在吸收操作中，若 c*－c ≈ ci－c，则该过程为 。
A、液膜控制 B、气膜控制 C、双膜控制 D、不能确定
6、分配系数 kA 增加，则选择性系数β 。
A、减小 B、不变 C、增加 D、不确定
7、在填料塔的Δp/z—u 曲线图上，有 和 两个折点，该两个折点将曲线分为三个区，它们分别是 、 、 。
8、采用一定状态的空气干燥某湿物料， 不能通过干燥除去。
A、结合水分 B、非结合水分 C、自由水分 D、平衡水分
二、如图所示(附件)，用离心泵将储槽 A 中的液体输送到高位槽 B（两个槽位敞开），两槽液面保持恒定，
两液面的高度差为 12m，管路内径为 38mm，管路总长度为 50m（包括管件、阀门、流量计的当量长度）。
管路上安装一孔板流量计，孔板的孔径为 20mm，流量系数 C0 为 ，U 管压差计读数 R 为 540mm，指
示液为汞（汞的密度为 13600kg/m3）。操作条件下液体密度为 1260kg/m3，粘度为 1×10-3Pa·s。若泵的效率
为 60%，试求泵的轴功率，kW。
摩擦系数可按下式计算：
滞流时，λ = 64/Re
湍流时，λ = （13％）
三、在一定条件下恒压过滤某悬浮液，实际测得 K=5×10-5m2/s，Ve=。先采用滤框尺寸为 635mm×
635mm×25mm 的板框压滤机在同一条件下过过滤某悬浮液，欲在 30min 过滤时间内获得 5m3 滤液，试求
所需滤框的个数 n。 （6%）
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四、有一列管换热器，装有Φ25mm× 钢管 300 根，管长为 2m。将管程的空气由 20℃加热到 85℃，空
气流量为 8000kg/h。用 108℃的饱和蒸汽在壳程作为介质，水蒸气的冷凝传热膜系数为 1×104W/(m2·K)。管
壁及两侧污垢热阻可忽略，热损失可忽略。已知管内空气的普兰特准数 Pr 为 ，雷诺准数 Re 为 ×
104，空气导热系数为 ×10-2W/(m·K)，比热容为 1kJ/(kg·K)。试求：
（1）空气在管内的对流传热系数；
（2）换热器的总传热系数（以管外表面积为基础）；
（3）通过计算说明该换热器能够满足要求。 （12%）
五、在一连续精馏塔中分离某理想二元混合物。已知原料液流量为 100kmol/h，其组成为 （易挥发组分
的摩尔分率，下同）；塔顶馏出液流量为 50kmol/h，其组成为 ；泡点进料；塔顶采用全凝器，泡点回流，
操作回流比为最小回流比的 倍；操作条件下平均相对挥发度为 ，每层塔板的气相默弗里板效率为 。
（1）计算釜残液组成；
（2）求精馏段操作线方程；
（3）若经过精馏段第 n 块实际板液相组成降低了 ，求经过该板气相组成的最大变化量。 （13%）
六、在填料层高度为 的吸收塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。已知进塔混合气体中溶
质的含量为 （摩尔比）；单位塔截面上惰性气体流量为 50kmol/(m2·h)；气相总吸收系数为
kmol/(m2·h)；溶质的吸收率为 98%；在操作条件下，该系统的平衡关系为 Y=（X、Y 均为摩尔比）；
溶剂用量为最小用量的 倍。试计算：
（1）出塔液相组成；
（2）所有填料的比表面积。 （11%）
七、湿度为 绝干空气的常压新鲜空气经预热器加热后，在常压下用于干燥某种湿物料。空气进、
出预热器的温度分别为 20℃、120℃，含水量分别为 20%、5%（均为湿基）。干燥后产品的流量为 60kg/h，
湿物料的平均比热容为
（1）新鲜空气的流量 V（m3/h）；
（2）干燥系统所需要的总加热速率 Q。 （10%）
八、实验部分（15%/）
1、在进行间歇精馏操作过程中，为了保持塔顶温度的恒定，应逐渐 回流比；同时为了保持塔顶产品产量
的恒定，应逐渐 塔釜加热量。
2、在进行圆形直管内空气湍流流动的对流传热系数测定实验中，需要测定哪些物理量？
3、在恒压过滤常数测定实验中，已知不同滤液量 V 对应的过滤时间θ，试简要说明利用作图法求取恒压过
滤常数的方法。
4、设计一实验流程（画出其实验流程示意图），可以完成如下实验内容：
（1）进行离心泵性能的研究；
（2）进行水平直管摩擦阻力与流动雷诺数关系的研究。
天津大学研究生院 2002 年招收硕士生入学试题
题号：
考试科目：化工原理（含实验） 页数：
一、【基本题】（选择填空题或直接填空，每空 1 分，共 25 分）
1、在完全湍流区，流动摩擦阻力损失与（ ）成正比；在层流区，流动摩擦阻力损失与（ ）成正比。
℃流速的一次方 ℃流速的平方 ℃流速的三次方 ℃流速的五次方
2、在设计沉降室时，所依据的基本关系是 Vs≤blut，其中 ut 是指（ ）
℃颗粒的平均沉降速度 ℃要求被除去的最小颗粒的沉降速度
℃平均粒径大小的颗粒的沉降速度
3、在塔板设计中，若加大板间距则漏夜线（ ），液泛线（ ）。
℃下移 ℃不变 ℃上移 ℃不确定
4、填料因子Φ值减小，填料塔的液泛速度 uF（ ）
℃增大 ℃不变 ℃不确定 ℃减小
5、对于第 I 类物系，若温度升高，则溶质在溶剂中的溶解度（ ）、分层区的面积（ ）。
℃不变 ℃减小 ℃增大 ℃不确定
6、离心泵的气蚀余量越小，则其抗气蚀能力（ ）。
℃越强 ℃越弱 ℃不确定
7、精馏塔有（ ）种进料热状况，其中（ ）进料的 q 值最大，进料温度（ ）泡点温度。
8、在逆流吸收塔中，用清水吸收混合气中的溶质组分。其液气比 L/V 为 ，平衡关系为 Y=。若溶质
的回收率为 90%，则操作液气比与最小液气比之比值（ ）。
9、离心泵压头的物理意义：（ ）。
10、选择旋风分离器的依据是 ：（ ）、（ ）和（ ）。
11、根据热补偿方式的不同，列管式换热器可分为（ ）换热器、（ ）换热器和（ ）换热器。
12、某恒压过滤的方程为
V2+V=θ，V 单位为 m3，θ单位为 s
若过滤面积为 ，则过滤常数 K=（ ）、Ve=（ ）、θe=（ ）、qe=（ ）；欲得 5m3 的滤液，所需的过
滤时间为（ ）。
二、【流体输送】（共 12 分）
采用如图所示的输送系统，将水池中的清水输送到高位槽中。
（1）试分析当出口阀 C 的开度由 C1 增大到 C2 时，真空表和压力表的读数如何变化；（8 分）
（2）若离心泵的方程为 H＝32－×104Q2 （m2/s）
试求输水量为 时的管路方程。 （4 分）
三、【传热】（共 12 分）一定流量的空气用列管式换热器从 20℃加热到 80℃，空气在管内呈湍流流动，管外
为饱和蒸汽冷凝加热。现因生产需要，空气流量增加 20%，并要求空气的
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进出口温度保持不变。现拟采用提高加热蒸汽的温度，从而提高平均传热温差的办法来解决这一问题，试
求：换热器平均温差应提高的百分比。 （12 分）（不考虑管壁及可能的污垢热阻）
四、【精馏】（共 13 分）在常压连续精馏塔内分离某理想二元混合物。已知进料量为 100kmol/h，其组成为
（易挥发组分的摩尔分率，下同）；馏出液流量为 40kmol/h，其组成为 ；进料为泡点进料；操作回
流比为最小回流比的 倍；每层塔板的液相默弗里板效率 EML 为 ；在本题范围内气液平衡方程为
y=+；测得进入该塔某层塔板的液相组成为 。试计算：
（1）精馏段操作线方程； （8 分）
（2）离开该层塔板的液相组成。 （5 分）
五、【吸收】（共 11 分）在一直径为 、填料层高度为 5m 的吸收塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的
溶质组分。已知入塔混合气中惰性组分的摩尔流量为 40kmol/h，气相总体积吸收系数为
在操作条件下，平衡线和操作线均为直线，且平衡线与操作线的斜率之比为 。试计算该吸收塔的吸收率φ
A。 （11 分）
六、【干燥】（共 12 分）在常压下用湿空气干燥某湿物料。已知湿空气的流量为 1000kg/h，进预热器时的温
度为 20℃，相对湿度为 60%，进干燥器的温度为 107℃，离开干燥器时的湿度为 绝干气，试求以
下两种情况下空气出干燥器的温度。
（1）理想干燥过程； （6 分）
（2）不向干燥器补充热量，加热物料消耗的热量为 15000kJ/h，干燥器的热损失为 3KW。 （6 分）
已知 20℃时水的饱和蒸汽压为 。
七、【实验】（共 15 分）
1、在进行连续精馏操作过程中，随着进料中轻组分浓度减小，塔顶温度（ ），塔底馏出液中轻组分（ ）
（2 分）。
2、在离心泵性能测定实验中，应进行（ ）曲线的测定 （3 分）。
3、干躁过程中，随着干球温度的升高，干躁速率（ ），临界湿含量（ ） （2 分）。
4、设计一实验流程（画出其实验流程示意图）并写出简要实验步骤，完成如下实验内容： （8 分）
（1）进行恒压过滤常数的测定；
（2）进行滤饼的压缩性指数 s 和物料常数 k 的测定。
天津大学研究生院 2003 年招收硕士生入学
试题
题号：
考试科目：化工原理（含实验） 页数：
一、选择与填空（共 30 分）
1、如图所示的流动系统，当阀门 C 的开度增大时，流动系统的总摩擦阻力损失Σhf 将 ，AB 管段的摩擦阻
力损失Σhf，AB 将 。（2 分）
2、三只长度相等的并联管路，管径的比为 1:2:3，若三只管路的流动摩擦系数均相等，则三只管路的体积
流量之比为 。（2 分） : 3 C、1: 24:39 D、1:4:9 A、1:2:3 B、1:
1 题 附图 3 题 附图
3、如图所示的清水输送系统，两液面均为敞口容器。现用该系统输送密度为 1200kg/m3 的某溶液（溶液的
其他性质与水相同），与输送清水相比，离心泵所提供的压头 ，轴功率 。（2 分）
A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定
4、如图所示为某流动系统的竖直圆管段部分，当清水的平均流速为 50mm/s 时（此时管内为层流），管轴
心处的某刚性球形固体颗粒由 A 截面到达 B 截面的时间为 20s；当平均流速为 30mm/s 时，该固体颗粒在
管轴心处由 A 截面到达 B 截面的时间为 。（2 分）
5、板框过滤机采用横穿洗涤法洗涤滤饼，其洗涤操作的特征是：洗液流经滤饼的厚度大约是过滤终点滤饼
厚度的 倍；洗液流通面积是过滤面积的 倍。（2 分）
A、1 B、 C、2 D、4
6、一维稳态温度场傅立叶定律的表达式为 。（2 分）
7、在传热计算中，平均温度差法往往用于 计算，传热单元数法往往用于 计算。（2 分）
A、设计型 B、核算型 C、设计型和核算型
8、操作中的精馏塔，若保持 F、xF、q、R 不变，减小 W，则 L/V ，L’ 。（2 分）
A、减小 B、不变 C、增大 D、不确定
9、在吸收操作中，以液相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为 。（2 分）
A、X*－X B、X－X* C、Xi－X D、X－Xi
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10、板式塔是 接触式气液传质设备，操作时 为连续相；填料塔是 接触式气液传质设备，操作时 为连续
相。（4 分）
11、若萃取相和萃余相在脱除溶剂后的组成均与原料液的组成相同，则所用萃取剂的选择性系数 。（2 分）
A、小于 1 B、大于 1 C、不确定 D、等于 1
12、多级错流萃取的特点是： 、 和 。（3 分）
13、常压湿空气由 t1 加热到 t2，则空气的性质参数 H2 H1、I2 I1、tW2 tW1。（3 分）
A、大于 B、不确定 C、小于 D、等于
二、采用如图所示的输送系统，将水池中的清水（密度为 1000kg/m3）输送到密闭高位槽中。离心泵的特
性方程为 H＝40－×104Q2（式中 H 的单位为 m，Q 的单位为 m3/s），当压力表的读数为 100kPa 时，输
水量为 10L/s，此时管内流动已进入阻力平方区。若管路及阀门开度不变，当压力表读数为 80kPa 时，试求：
（1）管路的特性方程；（10 分）
（2）输水体积流量；（5 分）
（3）离心泵的有效功率。（5 分）
三、过滤基本方程式为：)('dd12esVVvrpAV+Δ=−μθ
式中 V——过滤体积，m3；
θ——过滤时间，s；
A——过滤面积，m2；
Δp——过滤的压差，Pa；
s——滤饼的压缩性指数，无因次；
μ——滤液的粘度，Pa·s；
r’——单位压差下滤饼的比阻，1/m2；
v——滤饼体积与相应滤液体积之比，m3 滤饼/m3 滤液；
Ve——过滤介质的虚拟滤液体积，m3。
试根据该式分析强化过滤操作的途径。（8 分）
四、某低粘度流体的流量为 10000kg/h，比热容为 15℃加热到 100℃。
现采用的换热器是列管式换热器，其管束由 160 根管径为φ25mm×2mm 的不锈钢管组成。管外的加热热源
为 110℃的饱和水蒸气，其冷凝对流传热系数为 12kW/(m2·℃)。欲完成生产任务，当换热器为单管程时，换
热器的长度为 ；若将单程改为双管程，而管子的总数不变，试求：
（1）换热器的总传热系数；（10 分）
（2）所需换热管的长度。（6 分）
（不考虑管壁及可能的污垢热阻，忽略换热器的热损失，并假设流体在管内均呈湍流流动，两种情况下蒸
气冷凝对流传热系数相同）
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五、某制药厂用板式精馏塔回收丙酮含量为 75％（摩尔％，下同）的废丙酮液媒。该精馏塔共装有 28 层
塔板，塔顶采用全凝器，泡点回流；塔底采用再沸器间接加热。因在常压下操作，该分离物系可视为二元
理想物系，其平均相对挥发度为 。现场测得一组数据如下：
馏出液中丙酮的含量 96％ 釜残夜中丙酮的含量 5％
精馏段液相的负荷 40kmol/h 精馏段气相的负荷 60kmol/h
提馏段液相的负荷 66kmol/h 提馏段气相的负荷 60kmol/h
试根据以上数据核算：
（1）丙酮的回收率；（5 分）
（2）操作回流比与最小回流比的比值；（8 分）
（3）该板式塔的总板效率。（7 分）
提示：吉利兰图中的曲线可用下式表示，即：
Y＝－＋／X
其中 1min+−=RRRX，2min+−=NNNY
六、在直径为 的填料吸收塔中，拟装填 3m 高的 DN25 塑料阶梯环填料，该填料的比表面积为
228m2/m3，在该填料吸收塔中用纯溶剂吸收某混合气体中的溶质组分。已知入塔混合气体的流量为
40kmol/h，溶质的含量为 （摩尔分数）；溶质的吸收率为 95％；操作条件下的气液平衡关系为 Y＝
（X、Y 均为摩尔比）；溶剂用量为最小用量的 倍；气相总吸收系数为
断拟装填的填料高度能否达到分离要求。（注：填料的有效比表面积可近似取为填料比表面积的 90％）（15
分）
七、在一常压逆流干燥器中，用热空气将某湿物料的含水量由 8％干燥至 ％（均为湿基）；干燥介质为 20
℃的湿空气，经预热器后被加热到 90℃，其中所含水汽的分压为 ，离开干燥器废气的温度为 45℃。
假设本干燥过程为理想干燥过程。
（1）计算空气经过干燥器的湿度变化量；（8 分）
（2）若向干燥系统提供的热量为 500kW，计算湿物料的处理量。（8 分）（大气压取为 ）
八、实验部分（共 25 分）
1、在标绘孔板流量计流量系数与雷诺数关系曲线应选用 坐标系。（2 分）
2、常用的实验数据处理方法有 、 、 。（2 分）
3、干燥过程中，随着干燥空气流速的增加，干燥速率 ，临界湿含量 。（2 分）
4、在恒压过滤实验中，提高过滤温度，过滤常数 K ；增加料浆浓度，过滤常数 K 。（2 分）
5、画出间歇精馏开车过程中，塔顶温度与时间变化关系示意图。（2 分）
6、在冷模塔实验中，在风机出口连接一根π形管的目的是 。（2 分）
7、设计一实验流程（画出其实验流程示意图），并写出简要实验步骤，完成如下实验内容：（13 分）
（1）进行光滑管内传热系数的测定（包括空气—水蒸气和水—水蒸气系统）；
（2）精确测定努塞尔数与雷诺数和普兰特数的变化关系。
