2017年江蘇大學828化工基礎考研大綱

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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
化工基礎考試大綱
I 考查目標
全國碩士研究生入學統一考試化學工程等相關專業《化工基礎》考試是為我校化學工程
等相關專業招收碩士生設置的具有選拔性質的考試科目。其目的是科學、公平、有效地測試
考生是否具備攻讀碩士所必須的基本素質、一般能力和培養潛能，以利用選拔具有發展潛力
的優秀人才入學，為國家的經濟建設培養具有良好職業道德、法制觀念和國際視野、具有較
強分析與解決實際問題能力的高層次、應用型、復合型的化學工程相關專業人才。
化工基礎是許多學科專業的基礎理論課程，它以化學工業中涉及的主要單元操作為內
容，以傳遞過程原理和研究方法論為主線，研究各個物理加工過程的基本規律，典型設備的
設計方法，過程的操作和調節原理。要求考生掌握基礎概念、基本原理、基本計算方法、基
本方程的推導，并具有綜合運用所學知識分析問題和解決問題的能力。
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
選擇題或填空題（10 個，每題 2 分，共 20 分）
簡答題(8 小題，每題 5 分，共 40 分)
應用題與實驗題(5 題，每小題 16 分，共 90 分)
假如每題分數有變化，變化范圍亦不大。
III 考查內容
1. 流體流動：流體的物理性質，流體靜力學基本方程，流體流動基本方程，流體流動現象，
流動阻力，流量測量及管路計算；
2. 流體輸送機械：離心泵，其它類型液體輸送機械，離心式風機的性能與選擇；
3. 流體通過顆粒層的流動：顆粒床層特性；流體通過固定床的壓降；過濾速率方程及其在
恒壓恒速條件下的應用；過濾設備；加快過濾速率的途徑；
4. 顆粒的沉降和流態化：沉降速度；重力沉降與離心沉降的原理與設備，固體流態化技術；
5. 傳熱：熱傳導，對流給熱，沸騰給熱與冷凝給熱，傳熱過程的計算，換熱器；
6. 吸收：吸收過程的經濟性和溶劑的選擇，氣液相平衡，擴散和單相傳質，相際傳質，吸
收塔的計算；
7. 液體精餾：雙組分溶液的氣液相平衡，蒸餾方式，精餾原理和流程；兩組分連續精餾的
計算；
8. 氣液傳質設備：塔板型式；板上氣液接觸狀態；塔內非理想流動；漏液、液泛及有效操
作范圍（負荷性能圖）；板效率；填料塔結構及填料特性；氣液兩相在填料塔內的流動、壓
降、最小噴淋密度和液泛現象；填料塔的傳質；填料塔與板式塔的比較；
9. 干燥：濕空氣的性質、狀態參數及濕度圖，間歇干燥過程的干燥時間，連續干燥過程的
3
物料衡算與熱量衡算及熱效率，干燥器。
IV. 題型示例及參考答案
一. 選擇題（每題 2 分，共 20 分）
1．流體在圓形直管中流動時，若其已經進入阻力平方區，則摩擦系數λ 與 Re
的關系為（C ）。
A. Re 增大，λ 增大 B. Re 增大，λ 減小
C. Re 增大，λ 基本不變 D. Re 增大，λ 先增大后減小
2．在兩層等厚平壁的穩定熱傳導中，已知兩層的導熱系數 λ1＞λ2，則兩層平壁
的導熱速率ｑ1 和ｑ2 必有（ B ）
A、ｑ1＞ｑ2 B、ｑ1＝ｑ2 C、ｑ1＜ｑ2 D、無法判斷
3．球形顆粒的形狀系數Ψ=1，立方體的Ψ大約為（ D ）
A、0.254 B、0.408 C、0.692 D、0.806
4．某板框過濾機在恒壓下對某種懸浮液進行過濾，1 小時后得過濾液 16L，若
過濾介質阻力可忽略不計，則繼續過濾 0.5 小時，又可得濾液（ D ）L
A、11.3 B、4.7 C、19.6 D、3.6
5．離心泵的 H、qv、?、n 值，它們之間互有影響，銘牌上的值是指（ C ）情
況下的數值。
A H 最大 B qv 最大 C ? 最大 D n 最大
6．以下換熱器（1）蛇管式（2）螺旋板式（3）管殼式（4）夾套式，屬于間壁
式換熱器的是（ D ）
A、（1）（3） B、（1）（3）（4） C、（3） D、（1）（2）（3）（4）
7．由 H2 和 N2 所組成的氣體混合物，其中 H2 和 N2 的體積分數分別為 0.75 和
0.25，在 40℃和 5 ?（表壓）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 個溫度 t1、t2、t3 下的亨利系數為 E1=0.355 ?、E2=1.11
?、E3=0.633 ?，則（ A ）
A t2＞t1 B t3＞t2 C t1＞t2 D t1＞t3
9．在連續精餾塔的操作中，如果采用的回流比小于設計時的最小回流比，則
（ B ）
A、XW，XD 均增加 B、XD 減少， XW 增加
C、XW，XD 均不變 D、無法正常操作
4
10．對于空氣—水系統，t, tw, tas, td 間的大小順序為（ B ）
A、t﹥tw≈tas﹥td B、t≥tw≈tas≥td
C、t﹤tw≈tas﹤td D、t﹥tw﹥tas≈td
二.簡答題(每題 4 分,共 40 分)
1.什么是連續性假設？質點的涵義是什么？
答：假定流體是由大量質點組成的，彼此間沒有間隙，完全充滿所
占空間的連續介質
質點是一個含有大量分子的流體微團，在宏觀上其尺寸很小，其尺
寸遠小于設備尺寸，但包含足夠多的分子，微觀上其尺寸比分子自
由程卻要大得多
2.在一定轉速下，用離心泵向表壓為 50 ?的密閉高位槽輸送密度為 1200kg/m3
的水溶液。泵出口閥全開時，管路特性方程為
22
VVe
KqAKq
g
p
zH ???
?
???
?
現分別改變如下操作條件，且改變條件前后流動均在阻力平方區，試判斷管路
特性方程式中參數變化趨勢：（1）關小泵的出口閥；（2）改送 20℃的清水；（3）
將高位槽改為常壓。
答：在離心泵特性方程（或特性曲線）不變前提下，管路特性方程
中各參數的變化趨勢如下
（ 1）關小泵的出口閥
關小閥門，局部阻力系數 ζ 變大， K 值加大， A 值不變， V
q 變小。
（ 2）改送 20 ℃ 的清水
改送 2 0℃ 的清水，
g
p
?
?
變大，導致 A 值變大， K 值不變， V
q 值變小。
（ 3）將高位槽改為常壓
將高位槽改為常壓后， A 值變小， K 值不變， V
q 值變大。
3.根據顆粒沉降原理，設計一個簡單的裝置來測定液體的黏度。
答：可在一個透明玻璃容器內用落球法測定液體的黏度。在透明玻
璃容器內盛滿待測液體，讓一個剛性小球在待測液體中下落，測定
一定時間 θ 內小球下落的距離 H, 便可求得液體的黏度。測定中已知
5
液體的密度 ρ ，小球的密度 p
? ，直徑 d，計算公式如下
?
??
18
-gd p
2
p
）（
?t
u
要求小球的沉降必須在層流區，玻璃容器的尺寸需足夠大以消除壁
效應。
4.理想流化床與實際流化床的差別主要是什么?
答：理想流化床的壓降為恒定值。實際流化床 up ?? 曲線上，在固定床向
流化床轉化時有一“駝峰”，且在流化床階段壓力降是波動的。
5.為什么滴狀冷凝的對流傳熱系數要比膜狀冷凝的對流傳熱系數高？
答：膜狀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進行，即蒸汽冷凝時
放出的潛熱，必須經過液膜后才能傳遞給冷壁面。液膜內依靠熱傳導，流體的導熱系數通常
較小。這層冷凝液膜往往成為冷凝的主要熱阻。
在滴狀冷凝時，壁面的大部分面積直接暴露在蒸汽中，可供蒸汽冷凝。由于沒有液膜阻礙熱
流，因此，滴狀冷凝對流傳熱系數比膜狀冷凝的可高幾倍甚至十幾倍。
6.何謂氣膜控制吸收？如何提高吸收總系數？
答：當溶質氣體為易溶氣體時， m 值較小，
xyy
k
m
kK
??
11
，
yy
kK
11
?
此時傳質阻力主要集中于氣相，此類過程稱為氣膜控制吸收。
因為 yy
kK ? ，所以提高吸收總系數的關鍵是提高氣相傳質分系數
y
k 。增大湍流程度，增大氣液接觸面積，可提高總吸收系數 y
K 。
7.何謂“理論板”和“恒摩爾流假定”，引入有何意義？
答：所謂 “ 理論板 ” 是指在塔板上氣液兩相皆充分混合、無傳遞阻
力、組成達到平衡、溫度相等的理想塔板，是對塔板上傳質過程的
簡化，是衡量實際塔板分離效率的依據和標準。工程設計中，先求
得理論板數，通過全塔效率求得實際板數，從而可設計塔高 ?！?理
論板概念 ” 的引入對精餾分析和計算十分有用。
“ 恒摩爾流假定 ”是指從精餾段或提餾段每層塔板上升的氣相摩爾
流量和下降的液相摩爾流量均各自相等。這是對塔內物料衡算的簡
化，“ 恒摩爾流假定 ” 是推導直線操作線方程的基礎。
8.若濕空氣的 t、H 不變，總壓減小，濕空氣 H-I 圖上的各線將如何變化？在相
同的條件下，減小壓力對干燥操作是否有利？為什么?
答：濕空氣的 t、 H 不變，總壓減小時，空氣中水汽分壓減小，相
6
對濕度減小，焓不變。所以濕空氣 H- I 圖上 p 線下移，等 φ 線下移，
等 t 線，等 H 線，等 I 線不變。減小壓力對干燥操作有利，因為減
小壓力后空氣相對濕度減小，干燥能力增大。
三.應用題(共 6 題，任選 5 題，每題 16 分,共 90 分)
1．用離心泵將河水送到常壓水塔中，其液面與水塔液面間垂直距離為 35m, 河
水呈穩態流動。輸水管直徑為Ф 165mm×4.5mm，管路長度為 1300m，所有局部
阻力的當量長度為 50m 。若泵的流量為 100 m3
/h, 泵的效率為 65%，求泵的軸功
率。假設摩擦系數可取為 0.02，水的密度為 1000kg/m3
。
解：取河水面為截面 1－1 并為基準面，水塔水面為截面 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（表壓）
u1＝u2
所以 ??? fe
hgZW 2
sm
d
A
u VV
/45.1
)009.0165.0(
4
3600
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qq
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kgJ
u
d
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/95.181
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156.0
501300
02.0
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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．某列管換熱器用 110℃的飽和水蒸氣加熱管內湍流狀態下的空氣，可使空氣
由 20℃加熱到 50℃。今將空氣流量增加一倍，試求（1）空氣的出口溫度；（2）
在不變動設備的條件下，采用何種措施可使空氣的出口溫度仍維持 50℃？定量
7
計算。
解：（1）流量未增加時
Q=qm甲苯 Cp 甲苯(t2-t1)=KAΔtm (a)
α 有相變﹥﹥α 無相變 K≈α 空氣
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 ’空氣 α ’空氣=2
0.8
α 空氣
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 ’ ’空氣 α ’ ’空氣=20.8
α 空氣
Δt’’m
)'(
)'(
ln
'-t'
2
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21
tT
tT
tTT
?
?
??
?
）（）（
由 a/b 得：T’=121.2℃
3．擬在直徑為 1m 的填料塔中用清水逆流吸收空氣混合物中的可溶組分，混合
氣的處理量為 30 kmol/h，氣液相平衡關系為 ye=2x。已知該可溶組分的進口濃度
為 8%（摩爾分率，下同），現要求其出口濃度不大于 1%，取操作液氣比 L/G=2，
此時氣相總體積傳質系數 Kyα為 0.0186kmol/(s.m
3
)。試求：所需的填料層高度。
解：
01.02
?y
21
21
xx
yy
G
L
?
?
?
035.0
2
01.008.0
2
21
1
?
?
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?
? x
G
L
yy
x
01.0035.0208.0111
??????? mxyy
8
01.0222
???? mxyy
01.0
2
21
?
???
??
yy
ym
)/(0106.0
1
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3600
30 2
2
mskmolG ??
??
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7
01.0
01.008.021
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?
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?
?
m
OG
y
yy
N
m
K
G
H
y
OG
5699.0
0186.0
0106.0
???
?
mNHH OGOG
9893.375699.0 ????
4．常壓連續精餾時，料液于泡點送入塔中。已知操作線方程為：
精餾段 y=0.723x+0.263
提餾段 y=1.25x-0.0187
求回流比，進料液組成 xf，餾殘液組成 xw。
解：精餾段操作線方程
11
1
?
?
?
??
R
x
x
R
R
y d
nn
則 h
R
R
723.0
1
?
?
得：R=2.61
精餾段操作線與提餾段操作線交于 x=xf
則 0.723xf+0.263=1.25xf-0.0187
xf =0.5345
提餾段操作線經過（xw，xw）點
XW =1.25 XW -0.0187
XW =0.0748
5.某常壓干燥系統的有關操作參數如附圖所示。若干燥過程為理想干燥過程，忽
略預熱器的熱損失，試求空氣處預熱器的溫度 1
t ,預熱器的熱負荷 Qp，空氣消耗
量及干燥系統熱效率。
9
解：濕物料干基含水量
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
絕干物料
/h1067/h)03.01(1100)1( 11
絕干料絕干料 kgkgwGG ??????
水分蒸發量
/h94.13/h)001.003093.0(1067)( 21
kgkgXXGW ??????
空氣耗量
/h1774/h
01.0028.0
)001.003093.0(1067)(
02
21
絕干氣絕干氣 kgkg
HH
XXG
L ?
?
??
?
?
?
?
預熱器負荷
)(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
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10
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10561.1
)6088.12490(94.31
%100
)88.12490(
5
2
??
?
???
??
?
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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. 實驗流程設計
請設計一實驗流程，使其能夠測定填料塔的流體力學性能，要求：
（1）畫出流程示意圖；
（2）寫出簡要實驗步驟。
答：（1）流程示意圖如下
填料塔流體力學實驗流程圖
1—水槽 2—離心泵 3—轉子流量計 4—填料塔
5—壓差計 6—轉子流量計 7—旁路調節閥 8—漩渦氣泵
（2）簡要實驗步驟
①關閉離心泵出口調節閥，關閉流量計閥門，打開旁路調節閥；
②測定干填料阻力降與空塔氣速的關系；
③測定不同噴淋量下填料阻力降與空塔氣速的關系；
④實驗后，先關水、后關氣，防止水倒灌入風機。

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