2017年江蘇大學840化工原理考研大綱

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1
目錄
I 考查目標........................................................................................ 2
II 考試形式和試卷結構 ..................................................................2
III 考查內容..................................................................................... 2
IV. 題型示例及參考答案.................................................................3
2
全國碩士研究生入學統一考試
化工原理考試大綱
I 考查目標
本科目的考查目標是科學、公平、有效地測試考生是否具備攻讀化工類型相關專業（如
化學工程與工藝、食品科學與工程、生物工程與工藝、制藥工程和環境科學與工程，等）碩
士所必須的基本化工單元操作領域的工程素質、能力和培養潛能，選拔具有發展潛力的優秀
人才入學，為國家的科學和技術的發展以及經濟建設培養具有較強分析與解決實際問題能力
的高層次、應用型、復合型的相關化工類型專業人才?？荚嚋y試考生掌握化工原理的基本概
念、基本理論的扎實程度，考查考生能熟練運用這些概念與理論分析解決化工類型生產中有
關單元操作問題的能力。
具體來說，要求考生：（1）掌握化工類型單元操作的“動量、熱量、質量”三傳理論和
各具體單元操作的基本概念和原理、典型設備的構造、性能及操作原理；（2）掌握化工類型
單元操作過程和典型設備的基本計算方法；（3）尋找適宜的操作條件，探索強化過程的方向
及改進設備的途徑，解決實際操作中出現的各類技術問題；（4）掌握化工類型單元操作的研
究方法論即純數學模型法和半理論半經驗的數學模型法以及采用量綱分析指導的實驗研究
法。本科目的考核綜合課程教學所要求的各個方面，如強調工程觀點，定量運算，實驗和操
作技能以及設計能力的訓練，強調理論與實際的結合，強調分析問題、解決問題的能力。
II 考試形式和試卷結構
一、試卷滿分及考試時間
試卷滿分為 150 分，考試時間 180 分鐘。
二、答題方式
閉卷、筆試。允許使用計算器，但不得使用帶有公式和文本存儲功能的計算器。
三、試卷內容與題型結構
填空題（10 條，每題 2 分，共 20 分）
單項選擇題(5 條，每條 3 分，共 15 分)
實驗技能題(1 題，共 15 分)
計算題(4 條，每題 25 分，共 100 分)
III 考查內容
在普通本科院?；ゎ愋蛯I的本一、本二化工原理教學大綱基礎上，列出主要考點。
請注意所列考點涵蓋內容較為寬泛。全面深入掌握可參照上述教學大綱執行。
0 緒論：單元操作的概念、化工類型各單元操作的內在聯系、單位換算、物料衡算、熱量
衡算、過程傳遞速率或通量、平衡關系、單元操作研究方法論
1 流體流動：流體靜力學方程及應用、連續性方程、廣義和狹義伯努利方程及應用、層流和
湍流時的流體流動阻力的計算、流體流動綜合計算、流量測量原理及應用、量綱分析法規劃
流體流動阻力測定實驗。
3
2 流體輸送機械：管路工作曲線、離心泵性能曲線、離心泵工作原理及輸送計算、氣體輸
送機械原理及計算。
3 非均相物系的分離：顆粒及顆粒群特性的表征、重力沉降原理及計算、離心沉降原理及
計算、過濾的顆粒床層模型及公式、過濾基本方程和各過濾方程、過濾計算、流化床的概念、
數學模型法建立過濾基本方程的方法論。
4 傳熱、換熱器及蒸發：熱傳導的概念和計算、對流傳熱系數及各公式、對數平均溫差、
總傳熱系數、傳熱基本方程、傳熱單元數法、輻射傳熱、穩態和非穩態傳熱計算、傳熱綜合
計算、換熱器原理和結構、蒸發的基本原理和基本計算。
5 吸收：傳質過程物質濃度的表示方法、分子擴散概念和公式、對流擴散模型和公式、傳
質過程速率方程、總傳質系數和分傳質系數及相互關系、傳質的平衡關系概念和表達方法、
兩類傳質設備填料塔和板式塔的結構原理及操作和評價、吸收的平衡關系、吸收塔的綜合計
算。
6 液體蒸餾：蒸餾的相圖、簡單蒸餾和平衡蒸餾的概念和計算、二元物系連續精餾原理、精
餾的流程和精餾的綜合計算、間歇精餾和特殊精餾。
7 固體干燥：濕空氣的性質和濕度圖、干燥的物料衡算、干燥的熱量衡算、干燥速率、干燥
綜合計算、干燥的各有關概念。
8《化工原理》實驗：流體流動阻力的測定、離心泵性能曲線的測定、過濾實驗、傳熱實驗、
吸收實驗、精餾實驗、干燥實驗。要求掌握各實驗的原理、流程、操作、測定儀表和測定參
數、數據處理和實驗結果討論。
IV. 題型示例及參考答案
一、填空題（本題 20 分，每小題 2 分）
1. 單元操作所討論的三傳通常指動量傳遞、熱量傳遞和質量傳
遞。三傳內容本質上可統一到過程通量等于傳遞物理量的濃度差除以傳遞過程
的阻力強度一條主線上。
2. 離心泵的主要性能參數有流量、揚程、功率、效率。
3. 一定直徑的非光滑管道中，當流體的流速由小到大變化時，流體流動的摩擦阻力系數的
變化規律是首先是層流下的由小到大與流速成反比，再至湍流區逐漸變小，直至完全湍
流區的不變。
4.板框過濾機的總過濾面積為 21m
2
，框的總容積為 0.262m
3
，每得 1m
3
濾液所得到的濾餅的
體積為 0.0179m
3
，恒壓過濾時的過濾常數 K=1.678×10
－4
m
2
/s，過濾介質的當量濾液體積為
0.456m3
，則恒壓過濾至框滿時的時間為 3052.8 s。
5. 直徑為 18 微米的石英顆粒（密度為 2600kg/m
3
）在 20℃水中（密度為 998kg/m
3
，粘度 1cP）
的沉降速度 u= 2.83×10
—4
m/s 。
6.蒸發過程中溫度差損失的原因是：（1）溶液的蒸汽壓下降而引起的沸點升高所產生的溫度
差損失，（2）蒸發器中溶液高度的靜壓力引起的溫度差損失，（3）管道流動阻力引起的溫度
差損失。
7. 實驗室用水吸收空氣中的 CO2，吸收過程基本上屬于液膜控制過程。
4
8. 拉烏爾定律表達式為 AAA
xPp
0
? 。
9. 板式塔板的負荷性能圖上通常包含有液泛夾帶上限線、液泛線、液相負
荷上限線、漏液線、液相負荷下限線等五條線以確定塔板的操作范圍。
10.物料的水分干燥機理一般可分為表面氣化控制和內部擴散控制兩種機理。
二、選擇題（共 15 分，每題 3 分，選擇最合適的一個答案）
1. 圖示管路裝有 A、B 兩個閥門，從左至右分別有 p1、p2、p3、p4 四只壓強表。試判斷：
A 閥不變，B 閥開大時，壓差 p2- p3 的變化情況（1）。①變大 ②變小 ③不變
2. 離心泵在轉速為 2900r/min 時的特性曲線為 2
H A BQ? ? ，同樣的輸送管路中，轉速變為
2400r/min 時的特性曲線方程為：（ 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.飽和溫度為 100℃下的飽和水蒸氣在外徑為 0.04m 長度為 2m 的單根直立圓管外表面上冷
凝，已經算得對流傳熱系數為 7466W/（m
2
K），假如兩種情況下冷凝液都是層流流動，其它條件
視為不變，則管子水平放置時對流傳熱系數為（4） W/（m
2
K）。
①13552 ②7467 ③4667 ④12767
4. 低濃度氣體吸收中，已知平衡關系 y
*
=10x， kya=0.3kmol/(m
3
·s)， kxa =0.05kmol/(m
3
·s)，
總傳質系數近似為 KYa= （3） kmol/(m
3
·s)。
①0.01 ②0.05 ③0.005 ④0.3
5. 總壓恒定時，若某濕空氣的濕球溫度 tw 減小，而干球溫度不變，則濕度（1）。
①變小 ②不確定 ③不變 ④變大
三、實驗技能題（共 1 題，本題 15 分）
1.繪出用空氣和水作為換熱介質時，測定套管式換熱器傳熱系數 K 的試驗流程圖，標出所
需測定的參數，寫出試驗步驟，寫出處理數據所需的公式。
5
實驗流程、步驟及操作要領和主要公式：
1.熟悉設備流程，掌握各閥門、轉子流量計和溫度計的作用。在實驗開始時，先
開水路，再開氣路，最后再開加熱器。
2.控制所需的氣體和水的流量。
3.待系統穩定后，記錄水的流量、進出口溫度，記錄空氣的流量和進出口溫度，
記錄設備的有關參數。重復 1 次。
4.實驗結束后，關閉加熱器、風機和自來水閥門。
主要列出傳熱基本方程、對數平均溫差表達式、熱量平衡方程。
1 2 2 1( ) ( )h ph c pcQ W c T T W c t t? ? ? ?
6
四、計算題（共 4 題，每題 25 分，合計 100 分）
1.某廠用泵將水池中的 20℃清水打到距水池 20m 遠，出水管口高出水池液面 4m 的常壓設備
上去洗滌原料。水的流量 V 要求為 20m3
/h，管子內徑為 68mm。管件有 90°彎頭（局部阻力系
數為 1.1）4 只，帶濾水網的底閥 1 只（局部阻力系數為 8.5），半開標準截止閥 2 只（半開局部
阻力系數為 9.5，全開時為 6.4），半開閘閥 1 只（半開局部阻力系數為 4.5，全開時為 0.17），有
一處突然縮小（局部阻力系數為 0.5）和 0 處突然擴大（不含出口管處）（局部阻力系數為 1），
管子的絕對粗糙度為 0.3mm，求所用離心泵的揚程和有效功率。計算摩擦阻力系數的 Haaland
方程為： 1.111 6.9 /
1.8lg ( )
Re 3.7
d?
?
? ?
? ? ?? ?
? ?
。水的密度為 1000 kg / m
3
，黏度為 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.記 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）證明并流傳熱時
有
[ (1 )]
1 e
1
h hNTU R
h
h
R
?
? ?
?
?
?
；（2）利用證明結果求解：冷、熱流體在單程套管換熱器中進行逆
流換熱，冷流體初溫為 20℃，終溫為 35℃；熱流體初溫為 90℃，終溫為 50℃。若維持流量
和初溫不變，改為并流操作，熱損失忽略不計，物性參數不隨溫度的變化，試求兩流體的終
溫和過程的 m
t? 。
2、（1）證： 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
或將代入上式的 T
? ?
1
ln (1 )
1 1
h h
h h
NTU R
R?
? ?
? ?
[ (1 )]
1 e
1
h hNTU R
h
h
R
?
? ?
?
?
?
，證畢。
（2）逆流傳熱時有
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
?
?
?
－
＝＝＝，不變
－
1 2 90 50
41.25
h
h ph m
T TKS
NTU
W c t
?
? ? ?
? ，逆
－
＝ 0.97，不變
并流時有
[ (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．以常壓連續精餾分離 A 與 B 組成的理想均相液體混合物，塔頂全凝，泡點回流，塔
底間接蒸汽加熱，塔內符合恒摩爾流假定，塔釜相當于一塊理論板。已知物系相對揮發度
α=2.16，原料液濃度 xF=0.35（A 的摩爾分率，下同），塔頂產品濃度 xD=0.94，進料狀態
q=1.05，餾出產品的采出率 D/F=0.34。實際回流比為最小回流比的 1.8 倍。試求最小回流比、
實際回流比、精餾段和提餾段操作線方程。
3、 min
1 R R解：）計算和
*
/[1 1 ] 2.16 / 1 1.16y x x x x? ?? ? ? ? ?平衡線方程；（）（）
q 線方程為：
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? ?二線交點：
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
? ? ? ? ? ?
? ?
，與 q 線的交點為（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
? ?
? ? ? ?
? ?
由兩點求提餾段方程：
0.0461 0.473 0.0461
1.378 1.378 0.0174
0.0461 0.356 0.0461
y
y x
x
? ?
? ? ? ? ?
? ?
4．在常壓連續逆流干燥器中將某種物料自濕基含水量 50%干燥至 6%。采用廢氣循環
操作，即由干燥器出來的一部分廢氣和新鮮空氣相混合，混合氣經預熱器加熱到必要的溫度
后再送入干燥器。循環比（廢氣中絕干空氣質量和混合氣中絕干空氣質量之比）為 0.6。已
知新鮮空氣的狀態為 t0=25℃，H0=0.005 kg 水/kg 絕干氣，空氣預熱后的溫度 t1 為 90℃，廢
氣的狀況為 t2=50℃。初始濕物料的處理量為 1000kg/h，其中絕干物料的比熱容為 3.28 kJ/
（kg·K），初始濕物料的溫度為 15℃，干燥后物料的溫度為 40℃。（1）繪出過程的示意圖，
9
標出相關的物理量；（2）列出全流程的水分衡算式；（3）列出預熱器前混合點前后濕空氣的
水分衡算式；（4）列出干燥器的熱量衡算式；（5）求空氣離開干燥器時的濕度 H2、預熱器
中空氣的濕度 Hm、所需要的新鮮空氣量 L0、預熱器的傳熱量 Qp。設預熱器的熱損失可忽略，
干燥器的熱損失為 1.2kW（注意統一時間基準），干燥器不額外補充熱量。水的汽化潛熱為
2490kJ/kg，絕干空氣的比熱容為 1.01kJ/（kg·K），水氣的比熱容為 1.88 kJ/（kg·K），水的比
熱容為 4.187 kJ/（kg·K）。
4. 解：
（1）以 m 表示混合后空氣狀態，0 表示新鮮空氣狀態，1 表示加熱后空氣狀態，
2 表示干燥器后的空氣狀態。設混合后的絕干空氣流量為 Lmkg/h，其中 0.35Lm
來自新鮮空氣，0.65Lm 來自循環廢氣。預熱器中空氣的濕度等于混合后的空氣濕
度 H1=Hm。
解：
（1）以 m 表示混合后空氣狀態，0 表示新鮮空氣狀態，1 表示加熱后空氣狀態，
2 表示干燥器后的空氣狀態。設混合后的絕干空氣流量為 Lmkg/h，其中 0.4Lm 來
自新鮮空氣，0.6Lm 來自循環廢氣。預熱器中空氣的濕度等于混合后的空氣濕度
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 絕干料/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）空氣混合的水分衡算
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）干燥器的熱量衡算
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）求解方程組
將（2）、（3）、（4）的 4 個方程聯立求解
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 兩式解出：Lm=28839.14kg/h， H2=0.0456kg 水/kg 絕干氣
（6）新鮮空氣用量
0.4×28839.14×（1+0.005）=11593.3 kg 新鮮空氣/h
（7）計算 Qp
0 2
0.4 0.6 0.4 0.005 0.6 0.0456 0.0294m
H H H? ? ? ? ? ? ? kg 水/kg 絕干氣
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
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