918化工原理考试科目大纲doc.docx

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《化工原理》硕士研究生考试大纲

考试性质

化工原理是报考化学工程与技术一级学科硕士研究生的入学考试科目之一，是教育部授权各招生院校自行命题的选拔性考试。

其命题和评价标准是相关工科专业优秀本科毕业生能达到的水平，以保证被录取者具有较好的化工基础。

《化工原理》以传递过程（动量传递、热量传递和质量传递）为主线，涵盖了化学工业中涉及的主要单元操作过程。

要求考生掌握研究化学工程问题的基础知识和基本方法，掌握化工单元操作的基本原理、操作过程及典型设备设计、选型与校核计算的能力，并具备综合运用所学知识分析和解决问题的能力。

本大纲力求反映专业特点，以科学、公平、准确、规范的尺度去测评考生的化学工程基础知识水平、基本判断素质和综合应用能力。

二、评价目标

（1）是否熟练掌握单元操作的基本概念和基础理论；

（2）是否掌握主要单元操作过程的基本设计和操作计算方法；

（3）是否掌握典型设备的特性和操作，并具备基本选型能力；

（4）是否能够灵活运用所学基础理论，对化工单元过程进行操作分析和调节，并解决单元操作常见问题。

三、考试内容

考试的核心在基本概念、基础理论和最基本的定量、定性分析方法，含有一定的代数、数值计算工作量，需要准备计算器。

（-）流体流动

考试要求：

掌握流体流动过程中的基本原理及流动规律，包括流体静力学方程、连续性方程和柏努利方程。

能够灵活运用流体力学基本知识分析和计算流体流动问题，包括流体流动阻力计算和管路计算。

1.1流体静力学

（1）流体的压强及表示方式；

（2）流体静力学基本方程式及应用。

1.2流体动力学

（1）流动过程的质量守恒方程；

（2）机械能守恒方程、动量守恒方程及应用。

1.3流体在管内的流动阻力

（1）流体流动现象（流体的粘性及粘度的概念、圆管内的流动规律、边界层的概念）；

（2）流动型态（层流和湍流）及判据；（3）流动过程阻力的计算以及因次分析方法。

1.4管路计算

（1）流体输送管路的计算；

（2）复杂管路（并联管路、分支管路）的特点；（3）非定态流动的计算。

1.5流速和流量的测定

了解皮托管、孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计的工作原理和基本计算。

（二）流体输送机械

考试要求：

了解各类离心泵、往复泵等化工用泵的主要结构、工作原理和主要用途。

掌握离心泵的工作原理、性能参数、特性曲线、工作点及流量调节、泵的安装与使用，能够进行涉及泵的基本计算。

2.1离心泉

（1）离心泵的结构和工作原理；

（2）离心泵的性能参数、离心泵的特性曲线、影响特性曲线的主要因素；（3）管路特性方程；（4）离心泵的工作点和流量调节；（5）离心泵的组合操作；（6）离心泵的汽蚀现象和安装高度；（7）离心泵的类型和选择。

2.2其他化工用泵

（1）往复泵的结构和工作原理；

（2）往复泵的特点；（3）往复泵的性能、往复泵的流量调节。

（4）非正位移泵、正位移泵的主要特性；（5）各类泵的比较与选择。

2.3气体输送机械

通风机、鼓风机、压缩机的基本结构、工作原理和主要特性。

（三）流体通过颗粒床层的流动

考试要求：

了解颗粒床层的特性和流动压降计算。

掌握过滤操作的基本原理、基本方程式及应用、不同过滤方式的操作计算；了解典型过滤设备的结构和特点。

3.1颗粒床层特性

（1）单颗粒、颗粒群和颗粒床层的特性；

（2）流体通过固定床的压降及简化模型。

3.2过滤

（1）过滤原理和分类；

（2）过滤过程的基本方程；（3）过滤过程的基本计算、滤饼的洗涤；（4）过滤常数的测定方法；（5）常用过滤设备的结构和特点。

（四）颗粒的沉降和流态化

考试要求：

掌握沉降速度、降尘室生产能力的计算，了解旋风分离器基本结构、特点和分离性能。

了解流态化的基本原理、流化床的主要特性和操作范围以及气力输送设备的分类和应用。

4.1重力沉降

（1）重力沉降速度（自由沉降速度及其计算、影响沉降速度的因素）；

（2）重力沉降设备（降尘室的结构、颗粒的停留时间和沉降时间、降尘室的处理量、能完全除去颗粒的最小粒径X

4.2离心沉降

（1）离心沉降速度；

（2）离心沉降设备（旋风分离器构造和操作、旋风分离器的分离性能X4.3固体流态化

（1）流化床基本概念、主要特性以及操作范围；

（2）气力输送原理、分类和主要流动特性。

（五）传热与传热设备

考试要求：

掌握热传导的基本原理和定态热传导的计算；了解对流传热的影响因素、主要关联式、对流传热的计算和传热强化方法。

掌握传热过程所遵循的基本规律、传热过程基本方程，能够灵活利用传热基本理论分析和计算传热问题。

5.1热传导

（1）傅立叶定律及导热系数；

（2）平面壁的定态传热过程；（3）圆筒壁的定

态传热过程。

5.2对流传热

（1）牛顿冷却定律与传热系数；

（2）获得对流传热系数的方法及影响因素；（3）准数和传热系数经验关联式；（4）沸腾传热和冷凝传热。

5.3辐射传热

（1）基本概念和定律；

（2）固体间的热辐射（黒体间的辐射传热、灰体黑体间的辐射传热、影响辐射传热的主要因素X5.4传热过程计算

（1）传热过程的基本方程（热量衡算方程、传热速率方程、总传热系数的计算）；

（2）平均温差的计算（恒温差传热、逆流和并流时变温差传热的平均温差）；（3）传热效率与传热单元数（传热效率、传热单元数、传热效率与传热单元数的关系）；（4）传热过程的设计型和操作型问题的分析和计算。

5.5换热器

（1）换热器分类；

（2）间壁换热器的类型和结构；（3）列管式换热器的设计和选用；（4）传热过程的强化途径。

（六）蒸发

考试要求：

理解蒸发操作的特点、造成温差损失的原因、多效蒸发的原理。

了解蒸发设备的结构多效蒸发的流程及节能。

6.1蒸发设备

蒸发操作的特点和流程；蒸发器的类型和基本结构。

6.2单效蒸发

（1）物料衡算、热量衡算；

（2）温差损失的原因、温差损失的计算。

6.3蒸发操作的经济性和多效蒸发

（1）衡量蒸发操作经济性的方法（蒸发器的生产强度、加热蒸汽的利用率）;

（2）蒸发操作的节能方法（多效蒸发、额外蒸汽引出、二次蒸汽再压缩、冷凝水热量利用）；（3）多效蒸发过程的分析（生产强度、各效的温度和浓度分布X

（七）气体吸收

考试要求：

掌握气液平衡、传质机理、吸收与解吸过程的基本理论，掌握物料衡算和操作线方程，以及吸收过程的计算；能够灵活利用吸收基本理论分析和计算设计型问题和操作型问题。

了解主要的吸收设备、流程及其应用。

7.1气液平衡

（1）平衡溶解度（亨利定律、亨利系数）;

（2）相平衡与吸收过程的关系（过程的方向、极限、推动力X7.2传质基础理论

（1）分子扩散和菲克定律、扩散系数；

（2）对流传质理论和相关准数；（3）相间传质（总传质速率方程、总传质系数、传质阻力分析X7.3吸收塔计算

（1）物料衡算和操作线方程；

（2）吸收剂选择及用量的确定（最小液气比、操作液气比）；（3）填料层高度的基本计算式（低浓度气体吸收的特点、传质单元数与传质单元高度、传质单元数的计算方法）；（4）吸收塔的设计型计算、操作型计算；（5）吸收塔的操作与调节；（6）板式吸收塔塔板数的确定方法。

7.4解吸塔计算

（1）解吸塔的最小气液比；

（2）解吸塔填料层高度的计算。

（八）液体精馏

考试要求：

熟练掌握蒸馏和精馏的基本原理、不同条件下的精馏计算，包括进料状态和位置、汽液平衡关系、g线、回流比、操作线和理论板等。

能够灵活运用传质基本理论进行两组分常压连续精馏过程的计算与分析。

8.1双组份物系的汽液相平衡

（1）理想体系的汽液相平衡（相对挥发度、相平衡方程）；

（2）非理想体系的汽液相平衡；（3）汽液相平衡常数（相平衡常数的定义、相平衡常数与相对挥发度的关系X

8.2简单蒸馏与平衡蒸馏

（1）简单蒸馏过程及特征、过程计算；

（2）平衡蒸馏过程及特征、过程计算。

8.3精馏过程的数学描述

（1）精馏原理及其精馏和蒸馏的区别；

（2）全塔物料衡算；（3）精馏段和提馏段操作线；（4）q线方程及其进料热状态的影响；（5）塔内汽液相流率。

8.4双组份连续精馏过程计算

（1）设计型计算（理论板数的逐板计算法和图解法、最佳加料位置的确定、最小回流比和操作回流比、全回流与最少理论板数、理论板数的简捷算法、加料热状况的选择、板效率与实际板数X2）设计型分析与计算（回流比改变的影响、进料组成变化的影响、进料状态变化的影响、进料位置变化的影响X

8.5其他精馏过程

（1）直接水蒸气加热精馏塔的特点；

（2）多股加料精馏塔（操作线方程、

最小回流比的确定）；（3）间歇精馏的特点和操作方式；（4）萃取精馏和共沸糈馏的特点及流程。

（九）气液传质设备

考试要求：

了解填料塔和板式塔的主要构件，了解塔内两相流动状况和传质特性，了解常见的气液传质设备不正常操作情况。

了解板式塔和填料塔的流体力学性能和设计要点。

9.1板式塔

（1）板式塔的结构和操作；

（2）塔板和塔内的两相流体力学特性；（3）塔板负荷性能图。

9.2填料塔

（1）填料塔的结构及主要填料的特性；

（2）填料层和填料塔内的流体力学性能和气液传质。

（十）液液萃取

考试要求：

掌握液液两相传质特性和萃取原理、液液相平衡关系及相图，掌握萃取过程的计算方法，了解工业萃取操作和设备特性。

10.1萃取相平衡

（1）三角形相图及其应用；

（2）液液相平衡与萃取操作的关系。

10.2萃取过程计算

（1）单级萃取过程计算（萃取剂与稀释剂部分互溶时、萃取剂与稀释剂完全不互溶时）；

（2）多级萃取流程、特点以及过程计算方法。

10.3萃取设备

萃取设备主要类型、特点和选型。

考试要求：

掌握湿空气的主要性质和状态参数，掌握干燥过程的物料衡算、热量衡算、干燥速率和干燥时间的计算；了解影响干燥过程的因素、以及干燥器的主要型式和应用。

11.1湿空气的性质与湿度图

（1）湿空气的性质（绝对湿度和相对湿度、湿空气的比体积、湿空气的比热容和燈、湿空气的温度）；

（2）湿度图及应用。

11.2干燥过程的基本规律

（1）湿物料含水量；

（2）湿分在气固两相间的平衡关系；（3）干燥曲线和干燥速率曲线、干燥速率、临界含水量、影响干燥过程的主要因素。

11.3干燥过程的计算

（1）物料衡算；

（2）热量衡算；（3）干燥过程的热效率；（4）干燥过程中物料的温度；（5）干燥过程中气体的状态变化；（6）干燥时间。

11.4干燥器

干燥器分类、常用干燥器及其特点。

（-）考试时间

考试时间为180分钟。

（二）答题方式

答题方式为闭卷、笔试。

试卷由试题和答题纸组成。

答案必须写在答题纸相应的位置上。

（三）试卷满分

试卷满分为150分。

（四）试卷题型比例

化工原理试题包括基本概念题、计算题和分析（或推导）题。

基本概念题分为填空题和选择题两类，概念题（含化工原理实验乂勺占25%;

计算题一般4〜5题，约占65%；分析（或推导）题一般1〜2题，约占10%。

附件1样卷

一、填空题（共20分，每小题各2分）

1.用孔板流量计测量流体流量时，随管路中流体流量的增人，孔板流量计两侧压差将；若改用转子流量计，随管路中流体流量的增大，转子两侧压差将。

2.量纲分析法的基础是量纲的原理，其0的是用代替变量，使实验和关联简化。

3.用离心泵将水池中的水抽吸到水塔中，设水池和水塔的水面维持恒定，若离心泵在正常操作范ffl内工作，开大出U阀门将导致送水量增大、泵的压头和轴功率。

4.采用列管式换热器用-10°C的冷冻盐水冷却某溶液，应将冷冻盐水安排走程。

对于沸腾传热设备，工业生产应控制在阶段下操作。

5.在填料塔的压降和空塔速度lgA/2〜1职曲线阁上，冇载点和两个转折点，这W个转折点将曲线分为恒持液量区、载液区和液泛区三个区域，塔的操作应在区。

6.塔板负荷性能图由漏液线、、液相负荷下限线、液相负荷上限线、五条线组成，塔板的设计点和操作点必须位于这五条线所包围的区域。

7.吸收分离操作的依据是气体混合物屮各组分在溶剂屮的不同，精馏分离操作的依据是液体混合物中各组分的不同。

8.在精馏操作屮，若维持进料的纟11成和热状态参数及操作参数不变，将进料位置句上移动一层塔板后，塔顶馏出液的浓度X/）将，釜液浓度;^将。

9.某争效蒸发操作，因真空泵损坏，冷凝器压强由某真空度升至常压，此吋溶液的沸点将，有效传热温差将。

10.在干燥操作中，用不饱和湿空气作干燥介质，该干燥介质经预热器预热后温度升高，其湿度、相对湿度，去湿能力增强。

二、选择题（共30分，每小题各3分）

说明：

每小题有四个备选答案，其中只有一个是正确的。

请从［A］、［B］、［C］和［D］中选出最佳的一个，并将你的答案和题号对应，填在答题纸上。

1.

一定流量的水在如阁所示的倾斜管路中流动，流向为A->B,截面A、B问连接一U形压差计，压差计的读数为和。

若将管路AB水平放置而流量不变，压差计的

读数为/?

2。

则凡和7?

2

的关系为。

［A］/?

!

i>R2［D］无法确定

2.流量为1800kg/h，粘度为1.5Pa.s的甘油在057x3.5mm的水平管中流动，

则廿油在管中的流动类型为。

［A］层流［B］过渡流［C］湍流［D］无法判断

3.一并联管路由两个支管组成，支管1和支管2的内径、管长（包括局部阻

力的当景长度）分别为t/i、Li和沁、厶2，d\=L［=2Z/2，当两管段内的流

体均呈层流流动吋，则支管1和支管2屮的流体流速之比u'!

，

［A］0.5［B］1［C］2［D］4

4.某工厂仓库屮有两台型号一样的离心泵可供使用，已知该泵的单泵特性方程为H=30-12如2（式巾//的单位为m,如的单位为m3/min）。

现要用这两台离心杂来完成输送流量^v=1.0m3/min,补充能量为//=30m的输送任务，沒采用的操作是。

［A］单泵工作［B］双泵申联［C］双泵并联［D］双泵申联、并联均可

5.已知直径为40pm的某固体颗粒在20°C常压空气屮的沉降速度为0.08m/s（沉降运动处•丁•斯托克斯区），那么直径为20,具冇相同密度的岡体颗粒在20°C

常压空气屮的沉降速度为m/so

［A］0.01［B］0.02［C］0.04［D］0.16

6.用板框压滤机恒压过滤某一滤浆，假设滤饼不可压缩，且介质阻力可忽略，若在相同的过滤时间Pd,要使其得到的滤液量增加一倍，下列方法屮可采用的是。

［A］将过滤时间延长一倍［B］将过滤压差增加一倍

［C］将滤浆温度升高一倍［D］将过滤而积增加一倍

7.在精馏塔中分离某理想双组分溶液，分离要求和、；cw,相对挥发度a及进料组成—定吋，若提高进料温度，则相应的最小回流比将。

［A］减小［B］不变［C］增大［D］无法判断

8.在逆流操作的填料吸收操作中，用纯溶剂吸收混合气中的溶质，平衡关系符合亨利定律。

若入塔气体中的溶质浓度h増大，而其它条件维持不变，则出塔气体中的溶质浓度&将増大、吸收率q将。

［A］减小［B］不变［C］增大［D］不定

9.用纯溶剂S对某由A、B两组分组成的混合液进行单级萃取，已知B与S部分互溶。

现保持进料量F和进料组成;vFA不变，而减少萃取剂的用量，则萃余相的组成;VA将增大，萃取相的组成A将。

[A]减小[B]不变[C]增大[D]不定

10.在恒定条件下将含水量为0.2（干基，下同）的湿物料进行干燥。

当干燥至含水量为0.05时干燥速率开始卜*降，再继续干燥至恒重，测得此时含水量为0.004，则物料的临界含水量为。

[A]0.2[B]0.15[C]0.05[D]0.004

三、传热过程计算（共25分）

注意：

必须写出计算步骤、公式或说明及运算过程，只写出最后答案不得分。

存一套管换热器，•其内管为054x2mm,套管为0116><4mm的钢管，苯在内管中被加热，苯的进门温度为50°C，出口温度为80°C,流量为4000kg/h。

环隙为13（TC的饱和水蒸汽冷凝，其汽化热为2178kJ/kg,冷凝传热膜系数为11600W/（m2.K）。

苯在内管中湍流流动，苯侧的对流给热系数为930W/（m2.K）,污垢热阻为0.000265m2/W,苯的平均比热容为1.67kJ/（kg.K）。

假设管壁及蒸汽侧的污垢热阻可忽略不计。

试求.•

1.加热蒸汽的消耗量；（5分）

2.所需的换热管长；（10分）

3.当苯的流量増加50%，要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多

少？

（10分）

四、流体输送管路计算（共25分）

注意：

必须写出计算步骤、公式或说明及运算过程，只写出最后答案不得分

如图所示，用离心泵将敞U槽屮密度为1000kg/n?

的水送往高位槽，W槽液位差为10m,高位槽的表压为98.1kPa。

离心泵的特性曲线方程为/^々O-TJxlO4^2（式中//的单位为m,&的单位为m3/s），输水量为36n?

/h,此吋管路流动已进入阻力平方区。

1.

试求管路的特性方程；（8分）

2.若用此管路输送密度为1250kg/m3的碱液，碱液的粘度与水相同，离心泵出口阀的开度、W槽液位、高位槽的表压维持不变，求碱1液的输送量和离心泵的有效功率；（10分）

3.若高位槽的直径为2m，敞U槽的液面维持不变，要高位槽屮碱液的液位上升2m,问需要多长时间？

（7分）

五、吸收过程计算（共25分）

注意：

必须写出计算步骤、公式或说明及运算过程，只写出最后答案不得分。

拟采用清水在填料塔屮逆流吸收某混合气屮的so2,进塔混合气屮so2的含量为5%（mol%），要求吸收率不低于96%。

吸收塔的操作压力为3.039xl05Pa，操作温度为10°C,在此操作温度下，SO2溶于水的亨利系数为2.453MPa,操作液气比为最小液气比的1.7倍。

该吸收过程可视为低浓度气体吸收，试求：

1.最小液气比（7L/G）min;（7分）

2.液相出塔浓度和气相总传质单元数Mx；;（8分）

3.由于清水进口温度上升，使塔的平均操作温度变为3（TC，而其它操作条件不变，问出塔气体中SO2的含量为多少？

己知30°C时，SO2溶于水的亨利系数为4.852MPa,该吸收过程为液膜阻力控制。

（10分）

六、精馏过程计算（共25分）

注意：

必须写出计算步骤、公式或说明及运算过程，只写出最后答案不得分。

某化工厂用板式塔精馏分离含苯60%（摩尔百分数，下同）的苯-甲苯溶液，该精馏塔共有10块塔板，塔顶采用全凝器，泡点冋流，塔底采用再沸器问接加热。

在操作条件下，苯-甲苯溶液可视为二元理想物系，其平均相对挥发度为2.47o现场测得一组操作数据如下：

釜液中的苯含量;10%

精馏段的汽相负荷h1750kmol/h提馏段的汽和负荷广：

1750kmol/h

（10分）

ET。

（10分）

馏f11液中的苯含量勿：

90%

精馏段的液相负荷A:

1125kmol/h提馏段的液和负荷2125kmol/h

试计算：

1.馏fli液中苯的回收率⑺。

（5分）

2.操作液气比7?

和最小液气比7?

min。

3.该精馏塔的总板效率（全塔效率）