2017年江苏大学840化工原理考研大纲

1
目录
I 考查目标........................................................................................ 2
II 考试形式和试卷结构 ..................................................................2
III 考查内容..................................................................................... 2
IV. 题型示例及参考答案.................................................................3
2
全国硕士研究生入学统一考试
化工原理考试大纲
I 考查目标
本科目的考查目标是科学、公平、有效地测试考生是否具备攻读化工类型相关专业（如
化学工程与工艺、食品科学与工程、生物工程与工艺、制药工程和环境科学与工程，等）硕
士所必须的基本化工单元操作领域的工程素质、能力和培养潜能，选拔具有发展潜力的优秀
人才入学，为国家的科学和技术的发展以及经济建设培养具有较强分析与解决实际问题能力
的高层次、应用型、复合型的相关化工类型专业人才。考试测试考生掌握化工原理的基本概
念、基本理论的扎实程度，考查考生能熟练运用这些概念与理论分析解决化工类型生产中有
关单元操作问题的能力。
具体来说，要求考生：（1）掌握化工类型单元操作的“动量、热量、质量”三传理论和
各具体单元操作的基本概念和原理、典型设备的构造、性能及操作原理；（2）掌握化工类型
单元操作过程和典型设备的基本计算方法；（3）寻找适宜的操作条件，探索强化过程的方向
及改进设备的途径，解决实际操作中出现的各类技术问题；（4）掌握化工类型单元操作的研
究方法论即纯数学模型法和半理论半经验的数学模型法以及采用量纲分析指导的实验研究
法。本科目的考核综合课程教学所要求的各个方面，如强调工程观点，定量运算，实验和操
作技能以及设计能力的训练，强调理论与实际的结合，强调分析问题、解决问题的能力。
II 考试形式和试卷结构
一、试卷满分及考试时间
试卷满分为 150 分，考试时间 180 分钟。
二、答题方式
闭卷、笔试。允许使用计算器，但不得使用带有公式和文本存储功能的计算器。
三、试卷内容与题型结构
填空题（10 条 ，每题 2 分，共 20 分）
单项选择题(5 条 ，每条 3 分，共 15 分)
实验技能题(1 题， 共 15 分)
计算题(4 条，每题 25 分，共 100 分)
III 考查内容
在普通本科院校化工类型专业的本一、本二化工原理教学大纲基础上，列出主要考点。
请注意所列考点涵盖内容较为宽泛。全面深入掌握可参照上述教学大纲执行。
0 绪论： 单元操作的概念、化工类型各单元操作的内在联系、单位换算、物料衡算、热量
衡算、过程传递速率或通量、平衡关系、单元操作研究方法论
1 流体流动：流体静力学方程及应用、连续性方程、广义和狭义伯努利方程及应用、层流和
湍流时的流体流动阻力的计算、流体流动综合计算、流量测量原理及应用、量纲分析法规划
流体流动阻力测定实验。
3
2 流体输送机械： 管路工作曲线、离心泵性能曲线、离心泵工作原理及输送计算、气体输
送机械原理及计算。
3 非均相物系的分离： 颗粒及颗粒群特性的表征、重力沉降原理及计算、离心沉降原理及
计算、过滤的颗粒床层模型及公式、过滤基本方程和各过滤方程、过滤计算、流化床的概念、
数学模型法建立过滤基本方程的方法论。
4 传热、换热器及蒸发： 热传导的概念和计算、对流传热系数及各公式、对数平均温差、
总传热系数、传热基本方程、传热单元数法、辐射传热、稳态和非稳态传热计算、传热综合
计算、换热器原理和结构、蒸发的基本原理和基本计算。
5 吸收： 传质过程物质浓度的表示方法、分子扩散概念和公式、对流扩散模型和公式、传
质过程速率方程、总传质系数和分传质系数及相互关系、传质的平衡关系概念和表达方法、
两类传质设备填料塔和板式塔的结构原理及操作和评价、吸收的平衡关系、吸收塔的综合计
算。
6 液体蒸馏：蒸馏的相图、简单蒸馏和平衡蒸馏的概念和计算、二元物系连续精馏原理、精
馏的流程和精馏的综合计算 、间歇精馏和特殊精馏。
7 固体干燥：湿空气的性质和湿度图、干燥的物料衡算、干燥的热量衡算、干燥速率、干燥
综合计算、干燥的各有关概念。
8《化工原理》实验：流体流动阻力的测定、离心泵性能曲线的测定、过滤实验、传热实验、
吸收实验、精馏实验、干燥实验。要求掌握各实验的原理、流程、操作、测定仪表和测定参
数、数据处理和实验结果讨论。
IV. 题型示例及参考答案
一、填空题（本题 20 分，每小题 2 分）
1. 单元操作所讨论的三传通常指 动量传递 、 热量传递 和 质量传
递 。三传内容本质上可统一到 过程通量等于传递物理量的浓度差除以传递过程
的阻力强度 一条主线上。
2. 离心泵的主要性能参数有流量 、扬程 、功率 、 效率 。
3. 一定直径的非光滑管道中，当流体的流速由小到大变化时，流体流动的摩擦阻力系数的
变化规律是 首先是层流下的由小到大与流速成反比，再至湍流区逐渐变小，直至完全湍
流区的不变 。
4.板框过滤机的总过滤面积为 21m
2
，框的总容积为 0.262m
3
，每得 1m
3
滤液所得到的滤饼的
体积为 0.0179m
3
，恒压过滤时的过滤常数 K=1.678×10
－4
m
2
/s，过滤介质的当量滤液体积为
0.456m3
，则恒压过滤至框满时的时间为 3052.8 s。
5. 直径为 18 微米的石英颗粒（密度为 2600kg/m
3
）在 20℃水中（密度为 998kg/m
3
，粘度 1cP）
的沉降速度 u= 2.83×10
—4
m/s 。
6.蒸发过程中温度差损失的原因是：（1）溶液的蒸汽压下降而引起的沸点升高所产生的温度
差损失，（2）蒸发器中溶液高度的静压力引起的温度差损失，（3）管道流动阻力引起的温度
差损失。
7. 实验室用水吸收空气中的 CO2，吸收过程基本上属于 液膜 控制过程。
4
8. 拉乌尔定律表达式为 AAA
xPp
0
 。
9. 板式塔板的负荷性能图上通常包含有 液泛夹带上限线 、 液泛线 、液相负
荷上限线 、 漏液线 、 液相负荷下限线 等五条线以确定塔板的操作范围。
10.物料的水分干燥机理一般可分为 表面气化控制 和 内部扩散控制 两种机理。
二、选择题（共 15 分，每题 3 分，选择最合适的一个答案）
1. 图示管路装有 A、B 两个阀门，从左至右分别有 p1、p2、p3、p4 四只压强表。试判断：
A 阀不变，B 阀开大时，压差 p2- p3 的变化情况 （1） 。①变大 ②变小 ③不变
2. 离心泵在转速为 2900r/min 时的特性曲线为 2
H A BQ  ，同样的输送管路中，转速变为
2400r/min 时的特性曲线方程为：（ 1 ）。
① 2
0.685H A BQ  ② 2
1.460H A BQ 
③ 2
0.685H A BQ  ④ 2
1.460H A BQ 
3.饱和温度为 100℃下的饱和水蒸气在外径为 0.04m 长度为 2m 的单根直立圆管外表面上冷
凝，已经算得对流传热系数为 7466W/（m
2
K），假如两种情况下冷凝液都是层流流动，其它条件
视为不变，则管子水平放置时对流传热系数为 （4） W/（m
2
K）。
①13552 ②7467 ③4667 ④12767
4. 低浓度气体吸收中，已知平衡关系 y
*
=10x， kya=0.3kmol/(m
3
·s)， kxa =0.05kmol/(m
3
·s)，
总传质系数近似为 KYa= （3） kmol/(m
3
·s)。
①0.01 ②0.05 ③0.005 ④0.3
5. 总压恒定时，若某湿空气的湿球温度 tw 减小，而干球温度不变，则湿度 （1） 。
①变小 ②不确定 ③不变 ④变大
三、实验技能题（共 1 题，本题 15 分）
1.绘出用空气和水作为换热介质时，测定套管式换热器传热系数 K 的试验流程图，标出所
需测定的参数，写出试验步骤，写出处理数据所需的公式。
5
实验流程、步骤及操作要领和主要公式：
1.熟悉设备流程，掌握各阀门、转子流量计和温度计的作用。在实验开始时，先
开水路，再开气路，最后再开加热器。
2.控制所需的气体和水的流量。
3.待系统稳定后，记录水的流量、进出口温度，记录空气的流量和进出口温度，
记录设备的有关参数。重复 1 次。
4.实验结束后，关闭加热器、风机和自来水阀门。
主要列出传热基本方程、对数平均温差表达式、热量平衡方程。
1 2 2 1( ) ( )h ph c pcQ W c T T W c t t   
6
四、计算题（共 4 题，每题 25 分，合计 100 分）
1.某厂用泵将水池中的 20℃清水打到距水池 20m 远，出水管口高出水池液面 4m 的常压设备
上去洗涤原料。水的流量 V 要求为 20m3
/h，管子内径为 68mm。管件有 90°弯头（局部阻力系
数为 1.1）4 只，带滤水网的底阀 1 只（局部阻力系数为 8.5），半开标准截止阀 2 只（半开局部
阻力系数为 9.5，全开时为 6.4），半开闸阀 1 只（半开局部阻力系数为 4.5，全开时为 0.17），有
一处突然缩小（局部阻力系数为 0.5）和 0 处突然扩大（不含出口管处）（局部阻力系数为 1），
管子的绝对粗糙度为 0.3mm，求所用离心泵的扬程和有效功率。计算摩擦阻力系数的 Haaland
方程为： 1.111 6.9 /
1.8lg ( )
Re 3.7
d

 
   
 
。水的密度为 1000 kg / m
3
，黏度为 1cP。
1、解：已知 L=20m， 2
z  4m， 1
z  0m，V=20m
3
/h=5.56×10
-3
m
3
/s
3 3
1000kg/m , 1 10 

   Pa·s。求 ? ? ?e
d H N  
0.068mi
d  ，
3
2 2
5.56 10
1.53m/s
/ 4 0.068 0.785i
V
u
d 


  

5du 0.068 1.53 1000
Re= 1.04 10
0.001


 
   ， 0.3  mm，
0.3
0.004412
68d

  ，
1.111 6.9 /
1.8lg ( )
Re 3.7
d

 
   
 
= 1.11
5
6.9 0.004412
1.8lg ( )
1.04 10 3.7
 
  
 
解出 0.0302  ，查出各 。
4 1.1 8.5 2 9.5 4.5 1.5 37.9        
2 2
20 1.53
0 4 0 0.0302 37.9 9.58
2 0.068 2 9.81
f
p u
H z H
g g
   
              
 
m
3
1000 5.56 10 9.81 9.58 522.5We s s
N w g H V gH

            0.52kW
7
2.记 1 2 1 1/( ), /( ), ( ) /( )h h ph h h ph c pc hNTU KS W c R W c W c T T T t     ，（1）证明并流传热时
有
[ (1 )]
1 e
1
h hNTU R
h
h
R

 



；（2）利用证明结果求解：冷、热流体在单程套管换热器中进行逆
流换热，冷流体初温为 20℃，终温为 35℃；热流体初温为 90℃，终温为 50℃。若维持流量
和初温不变，改为并流操作，热损失忽略不计，物性参数不随温度的变化，试求两流体的终
温和过程的 m
t 。
2、（1）证： 1 1 2 2
1 2 2 1
1 1
2 2
( ) ( )
( ) ( )
ln
h ph c pc
T t T t
Q W c T T W c t t KS
T t
T t
  
    


1 1 1 1 2 2
2 2 1 2
( ) ( )
ln (1 )
( )
h h
h ph
T t T t T t
KS NTU R
T t W c T T
   
  
 
 
1 1 1 1 1 1
2 2
1 2 1 2 1 1 2 1 2 1
1
1 1 1 1
( ) ( ) ( ) h h
h h
T t T t T t
T t R
T t t t T t t t t t
R R

  
  
  
       
1 2
2 1 1 1
1 1
, ( )h h
T T
T T T t
T t
 

   

2
或 将 代 入 上 式 的 T
 
1
ln (1 )
1 1
h h
h h
NTU R
R
 
 
[ (1 )]
1 e
1
h hNTU R
h
h
R

 



，证毕。
（2）逆流传热时有
2 1
2
1
(90 35) (50 20)
41.25
90 35
lnln
50 20
m
t t
t
t
t
     
   
 

， 逆
℃
2 1
1 2
35 20
0.375
90 50
h ph
h
c pc
W c t t
R
W c T T



－
＝ ＝ ＝ ， 不 变
－
1 2 90 50
41.25
h
h ph m
T TKS
NTU
W c t

  
 ， 逆
－
＝ 0.97， 不 变
并流时有
[ (1 )] [ 0.97 (1 0.375)]
1 2 2
1 1
90 1 e 1 e
0.536
90 20 1 1 0.375
h hNTU R
h
h
T T T
T t R

   
   

  
－
＝ ＝ ＝ ＝
－
8
2T  =52.5℃。由 2 1 2
2
1 2
20
0.375
90 52.5
h ph
h
c pc
W c t t t
R t
W c T T
  

 
＝ ＝ ＝ ， ＝ 34.1 ℃
2 1
2
1
(90 20) (52.5 34.1)
38.6
90 20
lnln
52.5 34.1
m
t t
t
t
t
     
   
 

， 并
℃
3．以常压连续精馏分离 A 与 B 组成的理想均相液体混合物，塔顶全凝，泡点回流，塔
底间接蒸汽加热，塔内符合恒摩尔流假定，塔釜相当于一块理论板。已知物系相对挥发度
α=2.16，原料液浓度 xF=0.35（A 的摩尔分率，下同），塔顶产品浓度 xD=0.94， 进料状态
q=1.05，馏出产品的采出率 D/F=0.34。实际回流比为最小回流比的 1.8 倍。试求最小回流比、
实际回流比、精馏段和提馏段操作线方程。
3、 min
1 R R解：）计算 和
*
/[1 1 ] 2.16 / 1 1.16y x x x x     平衡线方程； （ ） （ ）
q 线方程为：
1.05 0.35
21 7
1 1 1.05 1 1.05 1
F
xq
y x x x
q q
     
   
0.359 0.539e e
x y 二线交点：
min
0.94 0.539
2.228
0.539 0.359
D e
e e
x y
R
y x
 
  
 
min
1.8 1.8 2.228 4.01R R   
4.01 0.94
0.800 0.188
1 1 5.01 5.01
D
xR
y x x x
R R
     
 
，与 q 线的交点为（0.356，0.473）
0.35
0.0461
0.94
F W W
W
D W W
x x xD
x
F x x x
 
   
 
由两点求提馏段方程：
0.0461 0.473 0.0461
1.378 1.378 0.0174
0.0461 0.356 0.0461
y
y x
x
 
    
 
4． 在常压连续逆流干燥器中将某种物料自湿基含水量 50%干燥至 6%。采用废气循环
操作，即由干燥器出来的一部分废气和新鲜空气相混合，混合气经预热器加热到必要的温度
后再送入干燥器。循环比（废气中绝干空气质量和混合气中绝干空气质量之比）为 0.6。已
知新鲜空气的状态为 t0=25℃，H0=0.005 kg 水/kg 绝干气，空气预热后的温度 t1 为 90℃，废
气的状况为 t2=50℃。初始湿物料的处理量为 1000kg/h，其中绝干物料的比热容为 3.28 kJ/
（kg·K），初始湿物料的温度为 15℃，干燥后物料的温度为 40℃。（1）绘出过程的示意图，
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标出相关的物理量；（2）列出全流程的水分衡算式；（3）列出预热器前混合点前后湿空气的
水分衡算式；（4）列出干燥器的热量衡算式；（5）求空气离开干燥器时的湿度 H2、预热器
中空气的湿度 Hm、所需要的新鲜空气量 L0、预热器的传热量 Qp。设预热器的热损失可忽略，
干燥器的热损失为 1.2kW（注意统一时间基准），干燥器不额外补充热量。水的汽化潜热为
2490kJ/kg，绝干空气的比热容为 1.01kJ/（kg·K），水气的比热容为 1.88 kJ/（kg·K），水的比
热容为 4.187 kJ/（kg·K）。
4. 解：
（1）以 m 表示混合后空气状态，0 表示新鲜空气状态，1 表示加热后空气状态，
2 表示干燥器后的空气状态。设混合后的绝干空气流量为 Lmkg/h，其中 0.35Lm
来自新鲜空气，0.65Lm 来自循环废气。预热器中空气的湿度等于混合后的空气湿
度 H1=Hm。
解：
（1）以 m 表示混合后空气状态，0 表示新鲜空气状态，1 表示加热后空气状态，
2 表示干燥器后的空气状态。设混合后的绝干空气流量为 Lmkg/h，其中 0.4Lm 来
自新鲜空气，0.6Lm 来自循环废气。预热器中空气的湿度等于混合后的空气湿度
H1=Hm。
（2）全流程的水分物料衡算
2 0 1 2
0.4 ( ) ( )m C
L H H W G X X   
1 1
(1 ) 1000 (1 0.5) 500C
G G w      kg 绝干料/h
1 2
1 2
1 2
0.5 0.06
1, 0.0638
1 1 0.5 1 1 0.06
w w
X X
w w
     
   
（3）空气混合的水分衡算
to
H0
G2,X2
G1,X1
0.4Lm
0.6Lm
Lm0 m
tm
Hm
t1
H1 1 2
t2 H2
0.4Lm
Ql
10
0 2 1
0.4 0.6m
H H H H  
（4）干燥器的热量衡算
1 2 2 1
( ) ( )C l
L I I G I I Q    
'
1 1 1 1S WI C X C   ( 3 . 2 8 1 4 . 1 8 7 ) 1 5    1 1 2 . 0 1 /k J k g 干料
'
2 2 2 2S WI C X C   (3.28 0.0638 4.187) 40    141.89 /kJ kg 干料
Ql=1.2×3600=4320kJ/h
1 1 1
(1.01 1.88 ) 90 2490I H H   
2 2 2
(1.01 1.88 ) 50 2490I H H   
（5）求解方程组
将（2）、（3）、（4）的 4 个方程联立求解
2 1 2
0.4 ( 0.005) ( ) 500 (1 0.0638) 468.09m C
L H W G X X        „„„„„„A
2 2
2 2
[1.01 90 1.88 90 (0.4 0.005 0.6 ) 2490(0.4 0.005 0.6 )
1.01 50 1.88 50 2490 ] 500(141.89 112.01) 4320 19260
m
L H H
H H
        
        
即： 2
(45.72 988.48 ) 19260m
L H  „„„„„„„„„„„„„„„„„„„B
由 A、B 两式解出：Lm=28839.14kg/h， H2=0.0456kg 水/kg 绝干气
（6）新鲜空气用量
0.4×28839.14×（1+0.005）=11593.3 kg 新鲜空气/h
（7）计算 Qp
0 2
0.4 0.6 0.4 0.005 0.6 0.0456 0.0294m
H H H       kg 水/kg 绝干气
0.4[(1.01 1.88 0.005) 25 2490 0.005)] 0.6[(1.01 1.88 0.0456) 50 2490 0.0456)]
116.17 /
m
I
kJ kg
           

1
(1.01 1.88 0.0294) 90 2490 0.0294) 169.08I        kJ/kg
6
1
( ) 28839.14 (169.08 116.17) 1.53 10p m m
Q L I I       kJ/h=423kW