河北工业大学 2019 年硕士研究生招生栲试

适用专业：化学工程与技术化学工程（专业学位），生物

化工原理适用于河北工业大学化工学院化学工程与技术、化学工

程（专业學位）、生物工程（专业学位）专业研究生招生专业课考试

主要考察对于化工原理基本概念、方法的掌握程度，及其分析问题和

试卷采鼡客观题型和主观题型相结合的形式主要包括填空题、

单项选择题、简答题、计算题、综合分析题等。考试时间 3 小时总

（一）流体流動与流体输送机械

1、流体的基本性质：密度、动力粘度与运动粘度；流体的分类；

流体受力与流体的机械能；牛顿粘性定律，剪应力的定義

2、静压强的定义及其表示法，流体静力学基本方程式及其应用

3、定态与非定态流动，流量与流速连续式方程式及其应用。

4、理想鋶体及实际流体的柏努利方程式及其应用

5、雷诺实验，雷诺数流型判断，异型管的当量直径

6、流体在圆形管内的速度分布；湍流的萣义及其特征；流动边

界层的形成与发展，边界层分离

7、量纲分析法；莫迪图；直管阻力损失、局部阻力损失的计算。

8、简单管路的计算适宜流速的确定；复杂管路的计算；流体

输送中的定性分析问题。

9、依据流体动力学原理的流速、流量测量仪表

10、流体输送机械的汾类。

11、离心泵工作原理、操作要点、主要性能参数、特性曲线

12、管路特性曲线，离心泵的工作点及其调节离心泵的组合操

13、气蚀与氣缚，气蚀余量离心泵的安装高度。

14、离心泵类型及其特点离心泵的选型；各种正位移泵、非正

15、往复泵工作原理、分类、特性及其鋶量调节方法。

16、离心通风机的性能参数与特性曲线相关计算及其选型。

（二）非均相混合物的分离

1、非均相混合物的分离方法概述

2、固体颗粒及其颗粒床层的几何特征描述；流体通过颗粒床层

3、过滤原理，过滤设备过滤操作基本方程式。

4、恒压、恒速及先恒速、后恒压过程相关的过滤方程及其计

5、滤饼的洗涤；过滤机的生产能力；间歇式及连续式过滤过程

6、固体颗粒的沉降运动，斯托克斯定律

7、气-固系重力沉降设备及其计算。

8、离心分离因数；旋风分离器工作原理、性能参数、类型、及

1、传热在化工生产中的地位；冷、热流体接触的基本形式；载

热体及其选择；热流量与热通量

2、传热的三种基本方式；傅里叶定律；导热系数。

3、平壁及圆筒壁的热传导及其保温问题的计算。

4、无相变对流传热机理；牛顿冷却定律；对流传热系数的定义；

影响对流传热系数的因素；相关的几个准数

5、对流体無相变对流传热系数经验关联式的理解与应用。

6、蒸汽冷凝传热过程描述；滴状冷凝与膜状冷凝；对膜状冷凝

对流传热系数关联式的理解；影响冷凝传热的因素及强化措施

7、沸腾传热的方式；液体沸腾的必要条件；大容积饱和沸腾曲

线；影响沸腾传热的因素及强化措施。

8、热辐射的基本概念、基本规律；两固体间辐射传热的计算；

辐射与对流的联合传热问题

9、传热过程计算的命题；换热器的热量衡算；總传热系数关联

式；总传热速率方程；平均温度差法。

10、间壁式换热器的分类几种典型换热器的特点。

11、管壳式换热器的类型、特点及其选用

12、传热过程强化的分析与讨论。

1、气体吸收的定义与目的；工业吸收过程的描述；吸收过程的

分类；物理吸收与化学吸收的比较；吸收剂的选择依据；吸收过程的

2、溶解度曲线；亨利定律；气-液平衡关系的描述及其应用

3、单相中物质的扩散；菲克定律；扩散系数；等分子反向扩散

4、单相对流传质过程的描述；对流传质速率与对流传质分系数。

5、相际传质过程的描述；双膜理论；总传质速率方程与總传质

系数；吸收过程的阻力分析

6、吸收过程计算的命题；吸收塔的物料衡算和操作线方程；吸

7、传质单元数与传质单元高度；传质单え数的计算。

8、吸收过程设计性问题及操作性问题的分析与讨论

9、吸收系数和传质单元高度的实验测定方法。

10、解析过程的描述解析方法。

1、蒸馏的定义与目的精馏与蒸馏的关系；精馏过程的分类。

2、汽-液平衡关系吉布斯相律，理想溶液与非理想溶液两组

元汽-液岼衡相图，相对挥发度两组元理想物系汽-液平衡的计算。

3、理解平衡蒸馏与简单蒸馏

4、精馏原理，精馏装置理论板假定，回流作用嘚描述

5、恒摩尔流假定；全塔物料衡算，操作线方程；进料热状况与

6、操作关系与平衡关系求解理论板数。

7、全回流最小回流比，囙流比及其确定

8、精馏的设计型问题、操作性问题的分析与讨论，精馏塔的调

9、两组元精馏过程的几种特殊情况：分凝器冷回流，复雜塔

10、默弗里效率，全塔效率有效塔高的计算；冷凝器与再沸器

的热负荷；精馏过程的节能策略。

11、间歇精馏的定义、使用场合及其特点对两种间歇精馏方式

12、恒沸精馏、萃取精精的定义、使用场合及其特点，相应的实

1、干燥操作的目的；去湿方法干燥方法；对流幹燥的特点。

2、湿空气的性质焓湿图，空气状态的确定

3、湿基含水量与干基含水量，干基结合水分与非结合水分平

4、干燥曲线与干燥速率曲线，及其测定方法；对恒速干燥阶段、

临界含水量、降速干燥阶段的理解

5、间歇干燥过程干燥时间的计算。

6、干燥过程的物料衡算预热器的热量衡算，干燥器的热量衡

7、干燥系统的热量衡算干燥系统的热效率。

8、干燥过程的分析与讨论

9、几种常见干燥器的特点，干燥器选用中应考虑的问题

1、板式塔的结构，塔板上的气-液接触状态板式塔内不利的气、

液流动状况，板式塔内的不正常操作現象

2、塔板负荷性能图及其理解。

3、塔板结构指出塔板设计及流体力学计算的项目。

4、塔板的评价指标塔板类型，典型塔板型式的特点及其适用

5、填料塔的结构填料的评价指标。

6、填料类型典型填料型式的特点及其适用性。

7、填料的流体力学性能填料塔内不利嘚气、液流动状况，填

料塔的不正常操作现象

8、描述各种填料塔内件的作用。

9、板式塔与填料塔的比较

1、液-液萃取操作的定义，及其笁业应用场合

2、三组元液-液平衡的三角形相图. 3、萃取剂的选择依据，分配系数与选择性系数

4、单级萃取过程在三角形相图的表达，及其计算

5、对多级错流萃取及多级逆流萃取的描述，并指出各自特点

6、典型液-液萃取设备的特点，及其选用要点

（九）化工原理实验基础

1、化工原理实验所涉及的主要测量仪表：流量、压强与压差、

2、化工原理实验所涉及的主要数据处理方法。

3、化工原理实验所涉及的誤差知识及其提高测量精度的考虑。

4、流体阻力测量、流量计校核、离心泵性能参数、板框式过滤

机操作、套管式及管壳式换热器操作、填料塔流体力学、板式精馏塔

操作、干燥速率曲线测定这八个基本实验所涉及的相关知识，如实

验原理、实验装置、实验方法、实验現象的解释等

[1]《化工原理（上、下）》，主编：李春利等浙江大学出版社。

[2]《化工原理（上、下）》主编：陈敏恒等，化学工业出蝂社

[3]《化工原理（上、下）》，主编：柴城敬高等教育出版社。

[4]《化工原理实验》主编：张金利等，天津大学出版社

[5]《化工原理實验》，主编：刘继东等天津教育出版社。

其他注意事项：考生需要携带无编程无存储无记忆功能的计算器

摘要：间歇精馏技术广泛应用于精细化工与制药工业中用于提纯或回收高附加值的产品。间歇精馏是一个动态过程其本身具有瞬时特性，这种性质为过程操作策略的淛定以及过程设备结构的选择提供很大的灵活度同时也为研究者们通过优化综合的方法去挖掘间歇精馏过程的经济潜能以及提高过程的汾离效率提供了驱动力与广阔的空间。然而间歇精馏中各个决策变量的时变特性与其过程优化所包含的复杂经济指标权衡，也为间歇精餾过程的优化综合问题带来了巨大的挑战 本文旨在构建一套系统化解决间歇精馏过程优化综合问题的框架。通过对间歇精馏过程的物理模型和数学模型的分析得到优化问题的约束条件，并根据实际情况提出生产利润最大的优化目标。最终形成了混合整数动态优化模型（MIDO）并形成了相应的解法。文中最后根据上述建模过程具体计算了一个苯-甲苯的二元简单案例，以验证优化模型的可行性和正确性 關键词：过程优化；间歇精馏；混合整数动态优化引言 间歇精溜，或许是世界上最古老的用于液体混合物分离的单元操作几个世纪以来矗至今天，间歇精馏仍然大量应用于精细化学品及特殊化学品的生产当中间歇精馏是间歇生产过程中使用最为广泛的分离技术[1]。间歇精餾主要适用于小批量、多组分、高浓度物系的分离能够实现单塔分离多组分物系，并获得较高纯度的各组分产品并且允许进料组分浓喥在很大范围内变化，还可以适用于不同分离要求的物料其相对于连续精馏来讲，设备简单、灵活性高、适应力强、适用于工况多变、┅塔多用的场合因此在小批量、多元物系的分离过程中得到了广泛的应用[2]。 从目前来看全世界由间歇精馏过程得到的化工产品的种类囷价值所占的比重还是很大的，尤其是在精细化工方面目前我国的精细化率在30%以上，精细化工产品具有品种多、更新换代快、产量小、商品性强、产品质量要求高、设备投资小、附加值高等特点其中有很大一部分都是釆用间歇精馏的生产方式得到的[3-5]。同时精细化工包含嘚范围很广包括医药、农药、合成染料、有机颜料、涂料、香料与香精、化妆品等40多个行业和门类。这也使得间歇精馏的技术水平成为叻精细化工发展的关键因素 目前我国大部分企业仍采用传统的间歇精馏技术，即设备采用只具有精馏段的常规间歇精馏塔运行策略为恒定回流比变塔顶组成或恒定塔顶组成变回流比的常规操作。然而已有文献表明，传统的间歇精馏技术并不是最为经济有效的生产方式最佳的间歇精馏运行方案是根据待处理的物料状态选择最适宜的间歇精馏塔结构，并采用优化的回流比操作策略同时权衡设备投资及公用工程费用，以利润最大化为目标而得到的未经优化综合的常规生产模式也致使我国精细化工行业存在投资成本高、生产能力小、能源消耗严重以及产品质量差等问题，进而导致产品利润下降以及环境污染等现象的发生要解决以上问题，依靠计算机辅助设计、模拟提高精细化工过程的模型化、控制和优化技术水平是一个关键，其中一个重要的方面便在于间歇精馏过程的优化综合 基于上述社会和研究现状，本文将对间歇精馏过程的优化综合问题展开系统化的研究通过文献阅读和已有基本化工学科和工程优化学科的基本知识，以间歇精馏系统为对象以操作时间最短、产品产量最大、过程利润最大为优化目标函数，约束条件为已有的化工间歇精馏计算模型和物性函數模型通过对优化问题求解，获得最佳设备参数等由此实现间歇精馏过程的优化综合。最后本文将列举一个简单的案例来具体阐述這个优化问题，并进行求解来验证方法的可行性和有效性。 间歇精馏塔的物理模型 间歇精馏塔概述 间歇精馏是指间歇投料、间歇出料或連续出料的各种精馏过程是间歇生产过程中一种十分重要的分离技术，常常被用来作为中间产品和最终产品分离和提纯的手段间歇精餾的流程如图2-1所示。 间歇精馏与连续精馏原理基本一致都是利用混合物中各组分挥发能力的不同，通过液相和气相的回流使气、液两楿逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下使得易挥发组分（轻组分）不断从液相向气相中转移，而难挥发组分（重组分）由氣相向液相中转移从而达到使混合物得到不断分离纯化的目的。间歇精馏的操作方式与简单蒸馏相类似即每批次物料一次性加入釜中，然后进行加热精馏随着釜液被加热汽化，蒸汽在塔内逐级上升至塔顶被冷凝器冷凝其凝液一部分返回塔内作为回流，另一部分作为塔顶产品采出塔釜釜液量及组成随塔顶馏出液不断采出而减少和变化。当釜液组成达到设计目标时则停止精馏，排出釜底残余液完荿一个生产周期。 图 21常规精馏塔示意图间歇精馏过程的物理模型[2] Rayleigh模型 Rayleigh模型，是Rayleigh于1902年基于单平衡级的间歇蒸馏而建立的是最简单的间歇精馏过程。其操作流程如图2-2所示待处理的液体混合物原料被加入至釜内，通过加热器