天津仁爱学院
2022年高职升本科
化学工程工艺专业《化工原理》考试大纲
一．考试的性质
天津市高等院校“高职升本科”招生统一考试是由合格的高职高专毕业生参加的选拔性考试。高等院校根据考生的成绩，按照已确定的招生计划，德、智、体全面衡量，择优录取。因此，考试应该具有较高的信度、效度、适当的难度和必要的区分度。
二．考试基本要求
《化工原理》课程强调工程观点和创新能力、定量运算、实验技能和工程设计能力的培养，要求学生掌握各单元操作的基本原理，了解各典型设备的结构特点、完成设备工艺尺寸的计算及设备的选型。
三．考试内容与基本要求
化工原理（上册）
绪论
了解 本课程的性质、任务与内容
了解 单位制与单位换算
第一章 流体流动
掌握（一）流体静力学基本方程式及其应用
掌握（二）连续性方程式
掌握（三）伯努利方程式及其应用
了解（四）流体的流动现象、牛顿黏性定律与流体的黏度、非牛顿型流体的基本概念、层流与湍流、流动边界层的概念、流动类型与雷诺准数
了解（五）流体在管内流动阻力、量纲分析
掌握（六）管路计算
了解（七）流速、流量的测定
第二章 流体输送设备
掌握（一）离心泵：主要部件及工作原理、气缚现象、主要性能参数与特性曲线、影响性能的因素、抗气蚀性能与安装高度、离心泵的流量调节与泵的选择
了解（二）其他常用液体输送机械的主要结构、特性及适用场合
了解（三）离心通风机：主要性能参数与特性曲线、选型
了解（四）其他常用气体输送机械的分类、主要结构与应用
第三章 非均相物系的分离及固体流态化
了解（一）重力沉降：重力沉降速度、降尘室的相关计算
了解（二）离心沉降：离心沉降速度、旋风分离器的基本结构、操作原理、性能与选用
掌握（三）过滤：过滤基本方程式（恒压、恒速）及其应用、过滤常数的测定、典型过滤设备、过滤机的生产能力
第四章 传热
了解（一）传热的基本方程式及换热设备性能评价指标
掌握（二）热传导：温度场、傅立叶定律、导热系数、单层与多层平壁的定态热传导、单层与多层圆筒壁的定态热传导
掌握（三）对流传热：牛顿冷却定律、对流传热系数及其主要影响因素、对流传热系数关联式
了解（四）辐射传热：基本概念和定律、两固体间的辐射传热、对流和辐射的联合散热
掌握（五）总传热速率方程式：平均温度差、总传热系数、污垢热阻、传热的强化与散热
了解（六）换热器的类型、典型换热设备的主要结构特点
了解（七）列管式换热器的选用与设计
化工原理（下册）
传质前言
了解 常用传质单元操作的原理和特点
第一章 蒸馏
了解（一）双组分理想溶液的气液平衡：相平衡关系的相图、拉乌尔定律、相对挥发度的概念
了解（二）蒸馏方式：简单蒸馏与平衡蒸馏、精馏原理和流程
掌握（三）双组分连续精馏计算：物料衡算和操作线方程、进料状况的影响、理论板数的求算、回流比的选择、塔效率与实际板数的求算
第二章 吸收
了解（一）吸收过程相平衡关系：气体溶解度和亨利定律
了解（二）传质机理和吸收速率：分子扩散与菲克定律、扩散系数、等分子反向扩散和通过停滞组分的单方向扩散、吸收过程机理、双膜理论、吸收速率方程
掌握（三）吸收塔计算（低浓度气体吸收）：物料衡算和操作线方程、吸收剂用量、填料层高度计算、传质单元高度和传质单元数的求算、理论板的求算
第三章 蒸馏和吸收塔设备
了解（一）板式塔：塔板型式、板式塔的流体力学性能、板式塔的设计要点
了解（二）填料塔：填料塔的类型和特点、填料塔流体力学性能、填料塔的设计要点
第四章 液—液萃取
了解（一）三元体系的相平衡关系
了解（二）萃取流程的特点
了解（三）单级萃取过程计算
第五章 干燥
掌握（一）湿空气性质和湿度图
掌握（二）干燥过程的物料衡算和热量衡算、空气通过干燥器状态变化、理想干燥过程的计算、干燥器的热效率
了解（三）干燥过程平衡关系：平衡水分与自由水分、结合水分与非结合水分
了解（四）干燥速率关系：恒定干燥条件下的干燥实验、干燥曲线和干燥速率曲线、恒定干燥条件下干燥时间的计算
了解（五）典型干燥设备
四、考试形式与试卷结构
1、考试方式与时间
考试方式为闭卷、笔试。试卷满分为100分，考试时间为90分钟。
2、考试内容及比例
考试内容
所占比例
流体流动及流体输送设备
20%
非均相物系的分离
15%
传热
15%
精馏
20%
吸收及塔设备
15%
干燥
15%
3、题型比例
填空题
30%
选择题
20%
综合计算题
50%
五、典型例题
为了便于理解考试内容和要求，特编制下列题型示例，以供参考。所列样题力求体现试题的各种题型及其难度，它与考试时试题的数目、题序安排、考查内容、难度没有对应关系。
（一）、填空题
1、在静止的同一种连续流体内部，各截面上__位能__与__静压能 _之和为常数。
2、反应器上压力表的读数为50kPa，则该反应器上部空间的表压力为 50 kPa，其绝压为 150 kPa（当地大气压为100kPa）。
3、强化传热过程的主要途径是__减薄层流内层的厚度__。
4、所谓理论板是指该板的气液两相 达平衡 ，且塔板上 温度 相等。
5、干燥过程中，新鲜空气在预热器中湿度H 不变 （填增大、减小或不变），相对湿度φ 减小 （填增大、减小或不变）。
（二）、选择题
1、层流与湍流的本质区别是（ C ）。
A．滞流的流速大于湍流的 B．湍流的Re值大于滞流的
C．滞流无径向脉动，湍流有径向脉动 D．湍流时边界层较薄
2、由离心泵的特性曲线可知，当泵的流量加大时，泵的压头H将（ B ），轴功率N将（ A ），效率η将（ D ），必须气蚀余量(NPSH)r将（ A ）
A 增大 B 减小 C 不变 D 不确定
3、含尘气体通过长4m、宽3m、高1m的降尘室，已知颗粒的沉降速度为0.25 m/s，则除尘室的生产能力为（ A ）。
A. 3 m3/s B. 1 m3/s C. 0.75 m3/s D. 6 m3/s
4、精馏操作中加大回流比R（其他条件保持不变），则精馏段的液气比将（ A ），提馏段的液气比将（ B ）。塔顶馏出液中轻组分的收率将（ B ），塔釜温度计的读数将（ A ）。
A 增大 B 减小 C 不变 D 无法判定
5、填料吸收塔操作中，提高液气比（其他参数不变），则脱吸因子S将（ B ），吸收率φA将（ A ），传质推动力ΔYm将（ A ）。
A 提高 B 减小 C 不变 D 不确定
三、计算题
流体流动
1、用离心泵将水池中20℃的清水（ρ=1000kg）送至表压50kPa的密闭高位槽中，两液面保持恒定位差10m。管内流动在阻力平方区，管路系统压头总损失（包括直管阻力与所有局部阻力）表达为ΣHf=2.6×105Qe2（Qe的单位为m3/s，下同）。泵的特性方程为H=36.0-2.4×105Q2。试求：
管路特性方程：
泵的流量及轴功率（效率为76%）
（1）管路特性方程为：He=Δz++ΣHf
=10++2.6×105Qe2
=15.1+2.6×105Qe2
（2）联立方程：H=36.0－2.4×105Q2
He=15.1+2.6×105Qe2
解得：Q=6.47×10-3m3/s
H=26m
Ne=HgρQ=26×9.81×1000×6.47×10-3=1650.23w
N=Ne/η=2.17w=2.17kw
四、（20分）有一用水吸收混合气中氨的常压逆流吸收塔，如图所示。水由水池用离心泵送至塔顶经喷头喷出，泵入口管为Ф108mm×4mm的无缝钢管，管中流量为40m3/h，出口管为Ф89mm×3.5mm无缝钢管。池内水深为2m，池底至塔顶喷头入口处的垂直距离为20m。管路的总阻力损失为40J/kg（不包含进出口阻力损失），喷头入口处的压强为120kPa（表压）。试计算：（1）此过程离心泵提供的有效功W；（2）设泵的效率为65%，试求泵所需的功率。（本题条件下，水的密度为1000kg/m3，重力加速度g=9.81m/s2）
有一用水吸收混合气中氯化氢的常压逆流吸收塔，如图所示。水由水池用离心泵送至塔顶经喷头喷出，泵入口管为Ф108mm×4mm的无缝钢管，管中流量为35m3/h，出口管为Ф89mm×3.5mm无缝钢管。池内水深为2m，池底至塔顶喷头入口处的垂直距离为20m。管路的总阻力损失为40J/kg（包含全部阻力损失），喷头入口处的压强为120kPa（表压）。试计算：（1）此过程离心泵提供的有效功W；（2）设泵的效率为70%，试求泵所需的功率。（本题条件下，水的密度为1000kg/m3，重力加速度g=9.81m/s2）
传热
1、在套管换热器的环隙中通入110℃的饱和水蒸气（其相变热为2232kJ/kg）加热管内湍流的水溶液，冷凝水在饱和温度下排出，蒸汽流量为140kg/h。水溶液从20℃升温至75℃，其比热容为4.18kJ/(kg·℃)。换热管的直径为Ф25mm×2.5mm。已测得基于换热器外表面积的总传热系数Ko为1870W/(m2·℃)。忽略热损失。试求：
水溶液的处理量wc，kg/h
换热管的有效长度L，m
（1）Q=whr=wccpc(t2-t1)
140×2232=wc×4.18×(75-20)
解得wc=1359.2kg/h
（2）Q=KoSΔtm
Q= whr=140×2232÷3600=86.8kw
Δtm==58℃
86800=1870×S×58
解得S=0.8m2
由S=πdL
0.8=3.14×0.02×L L=12.7m
2、有一单程列管换热器，由Φ25mm×2.5mm的管子组成。用初温为25℃的水将机油由150℃冷却至100℃，水走管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为4000 kg/h和1400 kg/h，其比热容分别为4.2 kJ / (kg·℃) 和2.0 kJ/ kg·℃）；水侧和油侧的对流传热系数分别为1800W/（m2·℃）和200W /（m2·℃）。两流体呈逆流流动，忽略管壁热阻和污垢热阻，忽略热损失。求算该换热器的换热面积。
Q= wccpc(t2-t1)=whcph(T1-T2)
4.2×4000(t2-25)=2×1400(150-100)
解得t2=33.3℃
Q=38.9kw
Δt1=150-33.3=116.7℃，Δt2=100-25=75℃
Δtm===94.34℃
=+=+ 解得Ko=146.9 W/（m2·℃）
S===2.8m2
精馏
1、在板式精馏塔中分离相对挥发度为2.0的两组分理想溶液。原料液的处理量为100kmol/h，组成为0.55（轻组分的摩尔分数，下同），泡点进料。现场测得：精馏段的气相与液相负荷分别为187kmol/h与132kmol/h，馏出液组成为0.95。试计算：
馏出液中轻组分的收率，釜残液的组成
操作回流比与最小回流比的比值
精馏段操作线方程
F=D+W
FxF=DxD+WxW
V=L+D
100=D+W
100×0.55=D×0.95+WxW
187=132+D
解得 D=55，W=45，xW=0.061
===0.95
（2）泡点进料，xq=xF=0.55，yq===0.71
Rmin===1.5
== 解得R=2.4
∴R=1.6Rmin
（3）精馏段操作线方程：y=x+=x+
即y=0.71x+0.28
2、在一连续精馏中分离苯、甲苯的混合液，进料量为100kmol/h，原料液中含苯0.4，塔顶馏出液中苯的回收率为83.3%，塔底馏出液中含苯0.1（以上均为摩尔分数），原料液为饱和液体进料，苯甲苯的相对挥发度为2.5，回流比为最小回流比的3倍。求：
（1）馏出液及釜残液量
（2）塔釜产生的蒸汽量及塔顶回流的液体量。
当原料液位饱和液体进料时q=1
=[0.952/0.4-2.5*(1-0.952)/(1-0.4)]/(2.5-1)=1.453
在一连续精馏中分离苯、甲苯的混合液，进料量为120kmol/h，原料液中含苯0.4，塔顶馏出液中苯的回收率为83.9%，塔底馏出液中含苯0.1（以上均为摩尔分数），原料液为饱和液体进料，苯甲苯的相对挥发度为2.5，回流比为最小回流比的3倍。求：
（1）馏出液及釜残液量
（2）塔釜产生的蒸汽量及塔顶回流的液体量。
Xd=0.95，D=42.4，W=77.6
吸收
1、在填料层有效高度为4.5m的吸收塔中，用清水吸收空气中所含氨气。入塔气相中氨的组成为0.04（摩尔比，下同），要求吸收率90%。操作液气比L/V=1.2。操作条件下的相平衡关系为Y=1.2X。试求：
吸收液的组成X1
气相总传质单元高度HOG，m；
操作液气比是最小液气比的多少倍；
=0.9
解得Y2=0.004
由操作线方程Y1-Y2=（X1-X2）
0.04-0.004=1.2（X1-0）
解得X1=0.03
S===1
NOG===9
HOG===0.5m
（3）=mφA=1.2×0.9=1.08
==1.11倍
操作液气比为最小液气比的1.11倍
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