2017年江苏大学828化工基础考研大纲

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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
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全国硕士研究生入学统一考试
化工基础考试大纲
I 考查目标
全国硕士研究生入学统一考试化学工程等相关专业《化工基础》考试是为我校化学工程
等相关专业招收硕士生设置的具有选拔性质的考试科目。其目的是科学、公平、有效地测试
考生是否具备攻读硕士所必须的基本素质、一般能力和培养潜能，以利用选拔具有发展潜力
的优秀人才入学，为国家的经济建设培养具有良好职业道德、法制观念和国际视野、具有较
强分析与解决实际问题能力的高层次、应用型、复合型的化学工程相关专业人才。
化工基础是许多学科专业的基础理论课程，它以化学工业中涉及的主要单元操作为内
容，以传递过程原理和研究方法论为主线，研究各个物理加工过程的基本规律，典型设备的
设计方法，过程的操作和调节原理。要求考生掌握基础概念、基本原理、基本计算方法、基
本方程的推导，并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。
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
选择题或填空题（10 个 ，每题 2 分，共 20 分）
简答题(8 小题，每题 5 分， 共 40 分)
应用题与实验题(5 题，每小题 16 分，共 90 分)
假如每题分数有变化，变化范围亦不大。
III 考查内容
1. 流体流动：流体的物理性质，流体静力学基本方程，流体流动基本方程，流体流动现象，
流动阻力，流量测量及管路计算；
2. 流体输送机械：离心泵，其它类型液体输送机械，离心式风机的性能与选择；
3. 流体通过颗粒层的流动：颗粒床层特性；流体通过固定床的压降；过滤速率方程及其在
恒压恒速条件下的应用；过滤设备；加快过滤速率的途径；
4. 颗粒的沉降和流态化： 沉降速度；重力沉降与离心沉降的原理与设备，固体流态化技术；
5. 传热：热传导，对流给热，沸腾给热与冷凝给热，传热过程的计算， 换热器；
6. 吸收：吸收过程的经济性和溶剂的选择，气液相平衡，扩散和单相传质，相际传质，吸
收塔的计算；
7. 液体精馏：双组分溶液的气液相平衡，蒸馏方式，精馏原理和流程；两组分连续精馏的
计算；
8. 气液传质设备：塔板型式；板上气液接触状态；塔内非理想流动；漏液、液泛及有效操
作范围（负荷性能图）；板效率；填料塔结构及填料特性；气液两相在填料塔内的流动、压
降、最小喷淋密度和液泛现象；填料塔的传质；填料塔与板式塔的比较；
9. 干燥：湿空气的性质、状态参数及湿度图，间歇干燥过程的干燥时间，连续干燥过程的
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物料衡算与热量衡算及热效率，干燥器。
IV. 题型示例及参考答案
一. 选择题（每题 2 分，共 20 分）
1．流体在圆形直管中流动时，若其已经进入阻力平方区，则摩擦系数λ 与 Re
的关系为（C ）。
A. Re 增大，λ 增大 B. Re 增大，λ 减小
C. Re 增大，λ 基本不变 D. Re 增大，λ 先增大后减小
2．在两层等厚平壁的稳定热传导中，已知两层的导热系数 λ1＞λ2，则两层平壁
的导热速率ｑ1 和ｑ2 必有（ B ）
A、ｑ1＞ｑ2 B、ｑ1＝ｑ2 C、ｑ1＜ｑ2 D、无法判断
3．球形颗粒的形状系数Ψ=1，立方体的Ψ大约为（ D ）
A、0.254 B、0.408 C、0.692 D、0.806
4．某板框过滤机在恒压下对某种悬浮液进行过滤，1 小时后得过滤液 16L，若
过滤介质阻力可忽略不计，则继续过滤 0.5 小时，又可得滤液（ D ）L
A、11.3 B、4.7 C、19.6 D、3.6
5．离心泵的 H、qv、ŋ、n 值，它们之间互有影响，铭牌上的值是指（ C ）情
况下的数值。
A H 最大 B qv 最大 C ŋ 最大 D n 最大
6．以下换热器（1）蛇管式（2）螺旋板式（3）管壳式（4）夹套式，属于间壁
式换热器的是（ D ）
A、（1）（3） B、（1）（3）（4） C、（3） D、（1）（2）（3）（4）
7．由 H2 和 N2 所组成的气体混合物，其中 H2 和 N2 的体积分数分别为 0.75 和
0.25，在 40℃和 5 ㎪（表压）下的密度（ B ）㎏/㎥。
A、0.016 B、0.347 C、0.128 D、2.718
8．已知二氧化硫水溶液在 3 个温度 t1、t2、t3 下的亨利系数为 E1=0.355 ㎪、E2=1.11
㎪、E3=0.633 ㎪，则（ A ）
A t2＞t1 B t3＞t2 C t1＞t2 D t1＞t3
9．在连续精馏塔的操作中，如果采用的回流比小于设计时的最小回流比，则
（ B ）
A、XW，XD 均增加 B、XD 减少， XW 增加
C、XW，XD 均不变 D、无法正常操作
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10．对于空气—水系统，t, tw, tas, td 间的大小顺序为（ B ）
A、t﹥tw≈tas﹥td B、t≥tw≈tas≥td
C、t﹤tw≈tas﹤td D、t﹥tw﹥tas≈td
二.简答题(每题 4 分,共 40 分)
1.什么是连续性假设？质点的涵义是什么？
答 ： 假 定 流 体 是 由 大 量 质 点 组 成 的 ， 彼 此 间 没 有 间 隙 ， 完 全 充 满 所
占 空 间 的 连 续 介 质
质 点 是 一 个 含 有 大 量 分 子 的 流 体 微 团 ， 在 宏 观 上 其 尺 寸 很 小 ， 其 尺
寸 远 小 于 设 备 尺 寸 ，但 包 含 足 够 多 的 分 子 ，微 观 上 其 尺 寸 比 分 子 自
由 程 却 要 大 得 多
2.在一定转速下，用离心泵向表压为 50 ㎪的密闭高位槽输送密度为 1200kg/m3
的水溶液。泵出口阀全开时，管路特性方程为
22
VVe
KqAKq
g
p
zH 



现分别改变如下操作条件，且改变条件前后流动均在阻力平方区，试判断管路
特性方程式中参数变化趋势：（1）关小泵的出口阀；（2）改送 20℃的清水；（3）
将高位槽改为常压。
答 ： 在 离 心 泵 特 性 方 程 （ 或 特 性 曲 线 ） 不 变 前 提 下 ， 管 路 特 性 方 程
中 各 参 数 的 变 化 趋 势 如 下
（ 1） 关 小 泵 的 出 口 阀
关 小 阀 门 ， 局 部 阻 力 系 数 ζ 变 大 ， K 值 加 大 ， A 值 不 变 ， V
q 变 小 。
（ 2） 改 送 20 ℃ 的 清 水
改 送 2 0℃ 的 清 水 ，
g
p


变 大 ，导 致 A 值 变 大 ， K 值 不 变 ， V
q 值 变 小 。
（ 3） 将 高 位 槽 改 为 常 压
将 高 位 槽 改 为 常 压 后 ， A 值 变 小 ， K 值 不 变 ， V
q 值 变 大 。
3.根据颗粒沉降原理，设计一个简单的装置来测定液体的黏度。
答 ： 可 在 一 个 透 明 玻 璃 容 器 内 用 落 球 法 测 定 液 体 的 黏 度 。在 透 明 玻
璃 容 器 内 盛 满 待 测 液 体 ， 让 一 个 刚 性 小 球 在 待 测 液 体 中 下 落 ， 测 定
一 定 时 间 θ 内 小 球 下 落 的 距 离 H, 便 可 求 得 液 体 的 黏 度 。 测 定 中 已 知
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液 体 的 密 度 ρ ， 小 球 的 密 度 p
 ， 直 径 d， 计 算 公 式 如 下


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-gd p
2
p
）（
t
u
要 求 小 球 的 沉 降 必 须 在 层 流 区 ，玻 璃 容 器 的 尺 寸 需 足 够 大 以 消 除 壁
效 应 。
4.理想流化床与实际流化床的差别主要是什么?
答 ：理 想 流 化 床 的 压 降 为 恒 定 值 。实 际 流 化 床 up  曲线上，在固定床向
流化床转化时有一“驼峰”，且在流化床阶段压力降是波动的。
5.为什么滴状冷凝的对流传热系数要比膜状冷凝的对流传热系数高？
答：膜状冷凝在壁面上一旦形成液膜后，蒸汽的冷凝只能在液膜的表面进行，即蒸汽冷凝时
放出的潜热，必须经过液膜后才能传递给冷壁面。液膜内依靠热传导，流体的导热系数通常
较小。这层冷凝液膜往往成为冷凝的主要热阻。
在滴状冷凝时，壁面的大部分面积直接暴露在蒸汽中，可供蒸汽冷凝。由于没有液膜阻碍热
流，因此，滴状冷凝对流传热系数比膜状冷凝的可高几倍甚至十几倍。
6.何谓气膜控制吸收？如何提高吸收总系数？
答 ： 当 溶 质 气 体 为 易 溶 气 体 时 ， m 值 较 小 ，
xyy
k
m
kK

11
，
yy
kK
11

此 时 传 质 阻 力 主 要 集 中 于 气 相 ， 此 类 过 程 称 为 气 膜 控 制 吸 收 。
因 为 yy
kK  ，所 以 提 高 吸 收 总 系 数 的 关 键 是 提 高 气 相 传 质 分 系 数
y
k 。 增 大 湍 流 程 度 ， 增 大 气 液 接 触 面 积 ， 可 提 高 总 吸 收 系 数 y
K 。
7.何谓“理论板”和“恒摩尔流假定”，引入有何意义？
答 ： 所 谓 “ 理 论 板 ” 是 指 在 塔 板 上 气 液 两 相 皆 充 分 混 合 、 无 传 递 阻
力 、 组 成 达 到 平 衡 、 温 度 相 等 的 理 想 塔 板 ， 是 对 塔 板 上 传 质 过 程 的
简 化 ， 是 衡 量 实 际 塔 板 分 离 效 率 的 依 据 和 标 准 。 工 程 设 计 中 ， 先 求
得 理 论 板 数 ， 通 过 全 塔 效 率 求 得 实 际 板 数 ， 从 而 可 设 计 塔 高 。“ 理
论 板 概 念 ” 的 引 入 对 精 馏 分 析 和 计 算 十 分 有 用 。
“ 恒 摩 尔 流 假 定 ”是 指 从 精 馏 段 或 提 馏 段 每 层 塔 板 上 升 的 气 相 摩 尔
流 量 和 下 降 的 液 相 摩 尔 流 量 均 各 自 相 等 。这 是 对 塔 内 物 料 衡 算 的 简
化 ，“ 恒 摩 尔 流 假 定 ” 是 推 导 直 线 操 作 线 方 程 的 基 础 。
8.若湿空气的 t、H 不变，总压减小，湿空气 H-I 图上的各线将如何变化？在相
同的条件下，减小压力对干燥操作是否有利？为什么?
答 ： 湿 空 气 的 t、 H 不 变 ， 总 压 减 小 时 ， 空 气 中 水 汽 分 压 减 小 ， 相
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对 湿 度 减 小 ，焓 不 变 。 所 以 湿 空 气 H- I 图 上 p 线 下 移 ， 等 φ 线 下 移 ，
等 t 线 ， 等 H 线 ， 等 I 线 不 变 。 减 小 压 力 对 干 燥 操 作 有 利 ， 因 为 减
小 压 力 后 空 气 相 对 湿 度 减 小 ， 干 燥 能 力 增 大 。
三.应用题(共 6 题，任选 5 题，每题 16 分,共 90 分)
1．用离心泵将河水送到常压水塔中，其液面与水塔液面间垂直距离为 35m, 河
水呈稳态流动。输水管直径为Ф 165mm×4.5mm，管路长度为 1300m，所有局部
阻力的当量长度为 50m 。若泵的流量为 100 m3
/h, 泵的效率为 65%，求泵的轴功
率。假设摩擦系数可取为 0.02，水的密度为 1000kg/m3
。
解：取河水面为截面 1－1 并为基准面，水塔水面为截面 2－2，列柏努利方程：
 fe
h
pu
gZW
pu
gZ

2
2
2
2
1
2
1
1
22
其中： Z1＝0m Z2＝35m
p1＝p2＝0（表压）
u1＝u2
所以  fe
hgZW 2
sm
d
A
u VV
/45.1
)009.0165.0(
4
3600
100
4
1
qq
22





kgJ
u
d
ll
h e
f
/95.181
2
45.1
156.0
501300
02.0
2
22




 
kgJhgZW fe
/3.52595.18181.9352
 
WWHgP eVeVe
7.145913.525
3600
100
1000q)q(  
a
e
P
P
 , 因此 WPP ea
8.2244865.0/7.14591/  
2．某列管换热器用 110℃的饱和水蒸气加热管内湍流状态下的空气，可使空气
由 20℃加热到 50℃。今将空气流量增加一倍，试求（1）空气的出口温度；（2）
在不变动设备的条件下，采用何种措施可使空气的出口温度仍维持 50℃？定量
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计算。
解：（1）流量未增加时
Q=qm甲苯 Cp 甲苯(t2-t1)=KAΔtm (a)
α 有相变﹥﹥α 无相变 K≈α 空气
Δtm
)(
)(
ln
-t
2
1
21
tT
tT
tTT




）（）（
流量增加后
Q’=q’m甲苯 Cp 甲苯(t’2-t1)=K’AΔt’m (b)
q’m 甲苯=2qm 甲苯 K’≈α ’空气 α ’空气=2
0.8
α 空气
Δt’m
)(
)(
ln
-t
2
1
21
’
）’（）（
tT
tT
tTT




由 a/b 得：t
’
2=46.7℃
（2）Q’’=q’’m甲苯 Cp 甲苯(t2-t1)=K’’AΔt’’m
q’’m甲苯=2qm甲苯 K’ ’≈α ’ ’空气 α ’ ’空气=20.8
α 空气
Δt’’m
)'(
)'(
ln
'-t'
2
1
21
tT
tT
tTT




）（）（
由 a/b 得：T’=121.2℃
3．拟在直径为 1m 的填料塔中用清水逆流吸收空气混合物中的可溶组分，混合
气的处理量为 30 kmol/h，气液相平衡关系为 ye=2x。已知该可溶组分的进口浓度
为 8%（摩尔分率，下同），现要求其出口浓度不大于 1%，取操作液气比 L/G=2，
此时气相总体积传质系数 Kyα为 0.0186kmol/(s.m
3
)。试求：所需的填料层高度。
解：
01.02
y
21
21
xx
yy
G
L



035.0
2
01.008.0
2
21
1




 x
G
L
yy
x
01.0035.0208.0111
 mxyy
8
01.0222
 mxyy
01.0
2
21



yy
ym
)/(0106.0
1
4
3600
30 2
2
mskmolG 



7
01.0
01.008.021






m
OG
y
yy
N
m
K
G
H
y
OG
5699.0
0186.0
0106.0


mNHH OGOG
9893.375699.0 
4．常压连续精馏时，料液于泡点送入塔中。已知操作线方程为：
精馏段 y=0.723x+0.263
提馏段 y=1.25x-0.0187
求回流比，进料液组成 xf，馏残液组成 xw。
解：精馏段操作线方程
11
1




R
x
x
R
R
y d
nn
则 h
R
R
723.0
1


得：R=2.61
精馏段操作线与提馏段操作线交于 x=xf
则 0.723xf+0.263=1.25xf-0.0187
xf =0.5345
提馏段操作线经过（xw，xw）点
XW =1.25 XW -0.0187
XW =0.0748
5.某常压干燥系统的有关操作参数如附图所示。若干燥过程为理想干燥过程，忽
略预热器的热损失，试求空气处预热器的温度 1
t ,预热器的热负荷 Qp，空气消耗
量及干燥系统热效率。
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解：湿物料干基含水量
0 3 0 9 3.0
03.01
03.0
1 1
1
1





w
w
X
001.0
001.01
001.0
1 2
2
2





w
w
X
绝干物料
/h1067/h)03.01(1100)1( 11
绝干料绝干料 kgkgwGG 
水分蒸发量
/h94.13/h)001.003093.0(1067)( 21
kgkgXXGW 
空气耗量
/h1774/h
01.0028.0
)001.003093.0(1067)(
02
21
绝干气绝干气 kgkg
HH
XXG
L 






预热器负荷
)(L 01
IIQ P

理想干燥器
kgkJ
kgkJ
HtHII
/5.133
/]028.0249060)028.088.101.1[(
2490)88.101.1( 22221



kgkJ
kgkJ
HtHI
/48.45
/]01.0249020)01.088.101.1[(
2490)88.101.1( 0000



kWhkJhkJIIQP
37.43/10561.1/)48.455.133(1774)(L
5
01

10
%3.53%100
10561.1
)6088.12490(94.31
%100
)88.12490(
5
2






P
Q
tW

01.001
 HH
C5.105
/5.133/]01.02490)01.088.101.1[(
/5.1332490)88.101.1(
1
1
21111



t
kgkJkgkJt
kgkJIHtHI
得
6. 实验流程设计
请设计一实验流程，使其能够测定填料塔的流体力学性能，要求：
（1）画出流程示意图；
（2）写出简要实验步骤。
答：（1）流程示意图如下
填料塔流体力学实验流程图
1—水槽 2—离心泵 3—转子流量计 4—填料塔
5—压差计 6—转子流量计 7—旁路调节阀 8—漩涡气泵
（2）简要实验步骤
①关闭离心泵出口调节阀，关闭流量计阀门，打开旁路调节阀；
②测定干填料阻力降与空塔气速的关系；
③测定不同喷淋量下填料阻力降与空塔气速的关系；
④实验后，先关水、后关气，防止水倒灌入风机。