2025考研天津大學(xué)化工原理真題考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共10分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填在題后括號(hào)內(nèi)）1.某流體在圓形管道內(nèi)做層流流動(dòng)，若管徑減小一半，其他條件不變，則流體的Reynolds數(shù)將（）。A.減小為原來(lái)的1/4B.增大到原來(lái)的2倍C.減小為原來(lái)的1/2D.增大到原來(lái)的4倍2.在管殼式換熱器中，若殼程流體被加熱，管程流體被冷卻，并假設(shè)管壁熱阻和管外對(duì)殼程流體的給熱熱阻均可忽略不計(jì)，則管內(nèi)壁溫度與管外壁溫度的關(guān)系是（）。A.管內(nèi)壁溫度高于管外壁溫度B.管內(nèi)壁溫度低于管外壁溫度C.管內(nèi)壁溫度等于管外壁溫度D.無(wú)法確定3.理想溶液在精餾過(guò)程中，其氣相組成與液相組成的比值（y/x）隨液相組成的增加而（）。A.增加B.減少C.保持不變D.先增后減4.恒定總壓下，用難溶氣體吸收某可溶性溶質(zhì)于液體中，增加體系的總溫度，該傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力將（）。A.增大B.減小C.保持不變D.可能增大也可能減小5.在間歇釜式反應(yīng)器中，進(jìn)行一級(jí)不可逆液相反應(yīng)A→P，若反應(yīng)物的初始濃度和反應(yīng)速率常數(shù)均保持不變，則反應(yīng)轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)時(shí)間的變化關(guān)系為（）。A.線性增加B.指數(shù)增加C.線性減小D.指數(shù)減小二、填空題（每小題2分，共10分。請(qǐng)將答案填在題后橫線上）6.對(duì)于圓形直管層流流動(dòng)，管道中心處流體的速度是管內(nèi)平均速度的______倍。7.傳熱基本方式有傳導(dǎo)、對(duì)流和______。8.在連續(xù)精餾塔中，若分離要求不變，將回流比R從適宜值減小，則塔頂產(chǎn)品的純度x_D將______（填增大、減小或不變）。9.亨利定律的表達(dá)式為E=p*γ，其中E表示______，p*表示______。10.對(duì)于不可逆液相反應(yīng)A+B→P，若反應(yīng)物A和B的初始濃度相等，且反應(yīng)在等溫間歇釜式反應(yīng)器中進(jìn)行，則反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為50%時(shí)，反應(yīng)物B的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_____。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共15分）11.簡(jiǎn)述流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦阻力的主要原因。12.簡(jiǎn)述提高對(duì)流傳熱系數(shù)α的方法有哪些？13.簡(jiǎn)述全混釜反應(yīng)器和活塞流反應(yīng)器在處理可逆液相反應(yīng)時(shí)，其反應(yīng)器體積（或停留時(shí)間）對(duì)產(chǎn)物選擇性的影響。四、計(jì)算題（每小題10分，共30分）14.某油品在長(zhǎng)為L(zhǎng)=4m、內(nèi)徑為d=50mm的水平鋼管內(nèi)做層流流動(dòng)，油品密度ρ=850kg/m3，粘度μ=0.05Pa·s。若管內(nèi)油的流速u_avg=0.2m/s，試計(jì)算：(1)油流經(jīng)管道4米段的壓降Δp；(2)管中心處油流的速度。15.在一套管式換熱器中，管內(nèi)流動(dòng)的是水，流量為Q_m=0.5kg/s，進(jìn)口溫度t?=20°C，出口溫度t?=80°C。管外流動(dòng)的是熱油，流量為Q_m_oil=0.8kg/s，進(jìn)口溫度T?=180°C，出口溫度T?=120°C。已知水的對(duì)流傳熱系數(shù)α?=1000W/(m2·K)，熱油的對(duì)流傳熱系數(shù)α?=500W/(m2·K)，管壁熱阻和管壁厚度可忽略。試估算該換熱器的總傳熱系數(shù)K（以管外表面積為基準(zhǔn)）。16.某二元理想溶液在連續(xù)精餾塔中進(jìn)行分離。塔頂采用全凝器，塔底采用間接蒸汽加熱。已知塔頂產(chǎn)品的組成為x_D=0.95（摩爾分率），塔底產(chǎn)品的組成為x_B=0.05，進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q=1（即飽和液體進(jìn)料），進(jìn)料流量為F=100kmol/h。假設(shè)操作回流比R=1.5（R=L/D）。試計(jì)算：(1)塔頂最小理論板數(shù)N_min（以Rmin=Lmin/D計(jì)算）；(2)若塔頂產(chǎn)品流量D=60kmol/h，則塔底產(chǎn)品流量W為多少？五、論述題（15分）17.比較蒸餾和吸收兩種分離過(guò)程在原理、設(shè)備、操作條件以及對(duì)物性要求等方面的主要異同點(diǎn)。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.B5.D二、填空題6.27.輻射8.減小9.溶解度（或氣相分壓）10.75%三、簡(jiǎn)答題11.答：流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和碰撞產(chǎn)生內(nèi)摩擦力；同時(shí)，流體與管壁之間存在附著力及相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也產(chǎn)生粘性摩擦力。這些內(nèi)摩擦力和粘性摩擦力構(gòu)成了流體流動(dòng)的摩擦阻力。12.答：提高對(duì)流傳熱系數(shù)α的方法有：增大流體的流速；增加流體的擾動(dòng)（如采用擾流元件）；增大傳熱表面的粗糙度或使用肋片；選擇導(dǎo)熱系數(shù)較大的流體；增強(qiáng)流體的相變傳熱（如沸騰、冷凝）。13.答：對(duì)于可逆液相反應(yīng)A+B→P，在全混釜反應(yīng)器（CSTR）中，反應(yīng)物A和B的濃度始終均勻，等于瞬時(shí)平均濃度。提高反應(yīng)溫度有利于平衡常數(shù)增大，有利于產(chǎn)物P的生成。在活塞流反應(yīng)器（PFR）中，反應(yīng)物濃度沿反應(yīng)器軸向逐漸降低。提高反應(yīng)器出口端的溫度更有利于平衡轉(zhuǎn)化率的提高。因此，CSTR更有利于在較低溫度下獲得較高的平衡轉(zhuǎn)化率，而PFR則可以通過(guò)沿程升溫來(lái)提高平衡轉(zhuǎn)化率。但兩種反應(yīng)器都存在反應(yīng)混合物離開(kāi)反應(yīng)器時(shí)未達(dá)到平衡的問(wèn)題。四、計(jì)算題14.解：(1)首先判斷流動(dòng)類型：Re=ρu_avgd/μ=(850kg/m3)*(0.2m/s)*(0.05m)/(0.05Pa·s)=1700<2300，為層流流動(dòng)。摩擦系數(shù)λ=64/Re=64/1700≈0.0376。壓降Δp=λ(L/d)(ρu_avg2/2)=0.0376*(4m/0.05m)*(850kg/m3*(0.2m/s)2/2)≈251.0Pa。(2)管中心處速度u_r=2u_avg=2*0.2m/s=0.4m/s。15.解：(1)計(jì)算平均溫差ΔT_m：ΔT?=T?-t?=180-20=160K，ΔT?=T?-t?=120-80=40K。ΔT_m=(ΔT?-ΔT?)/ln(ΔT?/ΔT?)=(160-40)/ln(160/40)=120/ln(4)≈53.6K。(2)水側(cè)對(duì)流阻力R?=1/α?=1/1000=0.001(m2·K)/W。油側(cè)對(duì)流阻力R?=1/α?=1/500=0.002(m2·K)/W。以管外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)K=1/(R?+R?/φ?+R_f)，其中φ?為管內(nèi)表面積與外表面積之比，對(duì)于圓管φ?=d_i/d_o=0.05/0.055≈0.91，R_f為管壁熱阻，可忽略。K=1/(0.001+0.002/0.91)≈1/(0.001+0.00220)≈1/0.00320≈312.5W/(m2·K)。16.解：(1)對(duì)于理想溶液精餾，最小回流比R_min=q/(1-q)*(x_D/(x_D-x_F))。已知q=1,x_D=0.95,x_F=0.5(由F(x_F)=D(x_D)+W(x_B)且F=100,D=60,x_B=0.05得W=40,W(x_B)=40*0.05=2,F*x_F=100*0.5=50,60*0.95+40*0.05=57+2=59，檢查：100*0.5=50，60*0.95+40*0.05=57+2=59。修正x_F為滿足F*x_F=D*x_D+W*x_B，即100*x_F=60*0.95+40*0.05，100*x_F=57+2=59，x_F=59/100=0.59)。R_min=1/(1-1)*(0.95/(0.95-0.59))=1/0*(0.95/0.36)=未定義。修正：對(duì)于飽和液體進(jìn)料q=1,x_F=0.59,x_D=0.95。R_min=1*(0.95/(0.95-0.59))=0.95/0.36≈2.64。最小理論板數(shù)N_min=(x_D-x_B)/(x_D-x_F)=(0.95-0.05)/(0.95-0.59)=0.90/0.36≈2.50。取整N_min=3。(2)精餾段操作線方程為y=(R/(R+1))x+(x_D/(R+1))。將R=1.5,x_D=0.95代入得y=(1.5/(1.5+1))x+(0.95/(1.5+1))=(3/4)x+(19/60)。提餾段操作線方程為y=x_F+(qF/W)(x_D-x_F)。將q=1,F=100,W=W,x_F=0.59,x_D=0.95代入得y=0.59+(100/W)(0.95-0.59)=0.59+(100/W)(0.36)=0.59+36/W。進(jìn)料線方程為y=(q/(q+1))x+(x_F/(q+1))。將q=1代入得y=(1/(1+1))x+(0.59/(1+1))=(1/2)x+0.295。因R=1.5>R_min≈2.64，塔能正常操作。利用McCabe-Thiele圖或代數(shù)法求解，此處采用代數(shù)法近似。假設(shè)理論板數(shù)N=8（包含塔頂冷凝器）。計(jì)算實(shí)際進(jìn)料位置（第七塊理論板下緣）：L'/D=q/(R+1)=1/(1.5+1)=1/2.5=0.4。L'=0.4*D=0.4*60=24。計(jì)算提餾段流量W=F-L'=100-24=76。檢驗(yàn)W(x_B)=D(x_D)+W(x_B)？76*0.05=60*0.95+W*0.05=>3.8=57+0.05W=>0.05W=-53.2=>W=-1066。計(jì)算錯(cuò)誤。修正計(jì)算W：W=F-L=F-R*D=100-1.5*60=100-90=10。計(jì)算提餾段操作線斜率L/W=L/(F-L)=L/(F-R*D)=D/(F-R*D)=60/(100-1.5*60)=60/(100-90)=60/10=6。提餾段操作線方程為y=x/6+0.95/7≈0.1667x+0.1357。交點(diǎn)：(x=0.59,y=0.59+36/10=0.95)。此點(diǎn)在平衡線和提餾段操作線上。逐板計(jì)算：第1塊板下緣：y=0.59，x=0.59。此點(diǎn)位于平衡線下方，進(jìn)入第2塊板。第2塊板下緣：y=0.95/7≈0.136。x=0.136。此點(diǎn)位于平衡線下方，進(jìn)入第3塊板。第3塊板下緣：y=0.95/6≈0.158。x=0.158。此點(diǎn)位于平衡線下方，進(jìn)入第4塊板。第4塊板下緣：y=0.95/5.5≈0.172。x=0.172。此點(diǎn)位于平衡線下方，進(jìn)入第5塊板。第5塊板下緣：y=0.95/5≈0.19。x=0.19。此點(diǎn)位于平衡線下方，進(jìn)入第6塊板。第6塊板下緣：y=0.95/4.5≈0.211。x=0.211。此點(diǎn)位于平衡線下方，進(jìn)入第7塊板。第7塊板下緣：y=0.95/4≈0.237。x=0.237。此點(diǎn)位于平衡線下方，進(jìn)入第8塊板（塔頂）。第8塊板（塔頂）上緣：y=x_D=0.95。所需理論板數(shù)為N=8-1+1=8。塔頂產(chǎn)品流量D=60kmol/h。塔底產(chǎn)品流量W=F-D=100-60=40kmol/h。17.答：蒸餾和吸收都是利用混合物中各組分物性（如沸點(diǎn)、溶解度）的差異進(jìn)行分離的過(guò)程。相同點(diǎn)：都是傳質(zhì)過(guò)