2025年化學(xué)工程及工藝考試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某流體在圓管中作層流流動(dòng)，若流量增大至原來的2倍，管徑不變，則摩擦阻力損失變?yōu)樵瓉淼模ǎ?。A.2倍B.4倍C.8倍D.16倍答案：B解析：層流流動(dòng)時(shí)，摩擦阻力損失與流速的一次方成正比，而流量Q=u·A，流量增大2倍則流速u增大2倍，阻力損失h_f=32μLu/(ρd2)，故h_f增大4倍。2.精餾操作中，若進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q=1.5，說明進(jìn)料為（）。A.過冷液體B.飽和液體C.氣液混合物D.過熱蒸氣答案：A解析：q為進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)，q>1時(shí)為過冷液體（需額外熱量汽化），q=1為飽和液體，0<q<1為氣液混合，q=0為飽和蒸氣，q<0為過熱蒸氣。3.吸收塔中，當(dāng)操作液氣比（L/V）小于最小液氣比（L/V）min時(shí)，會(huì)導(dǎo)致（）。A.吸收劑用量不足，無法達(dá)到分離要求B.塔內(nèi)液體流量過小，發(fā)生液泛C.傳質(zhì)推動(dòng)力增大，分離效率提高D.塔設(shè)備投資增加答案：A解析：最小液氣比是達(dá)到分離要求所需的最小吸收劑用量，若操作液氣比小于此值，吸收劑不足以將溶質(zhì)組分完全吸收，無法達(dá)到規(guī)定的分離度。4.某可逆放熱反應(yīng)在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，為提高轉(zhuǎn)化率，最優(yōu)的溫度分布策略是（）。A.等溫操作B.先高后低C.先低后高D.恒定高溫答案：B解析：可逆放熱反應(yīng)存在最佳溫度曲線，初始階段溫度較高以加快反應(yīng)速率，隨轉(zhuǎn)化率升高，平衡溫度降低，需逐步降低溫度以接近平衡，提高轉(zhuǎn)化率。5.離心泵發(fā)生“氣縛”現(xiàn)象的根本原因是（）。A.葉輪入口處壓力低于液體飽和蒸氣壓B.泵內(nèi)存在氣體，導(dǎo)致葉輪無法形成足夠的真空度C.液體黏度太大，流動(dòng)阻力過高D.泵的轉(zhuǎn)速過高，液體無法及時(shí)排出答案：B解析：氣縛是因泵內(nèi)未充滿液體，存在氣體，氣體密度遠(yuǎn)小于液體，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)無法形成足夠的離心力，導(dǎo)致吸不上液。而氣蝕是因入口壓力低于液體飽和蒸氣壓，液體汽化產(chǎn)生氣泡。6.在液-液萃取中，分配系數(shù)K=yi/xi（yi為溶質(zhì)在萃取相中的摩爾分?jǐn)?shù)，xi為溶質(zhì)在萃余相中的摩爾分?jǐn)?shù)），若K>1，說明（）。A.溶質(zhì)更易溶于萃取劑B.溶質(zhì)更易溶于原溶劑C.萃取劑與原溶劑互溶性差D.萃取過程無法進(jìn)行答案：A解析：分配系數(shù)K越大，溶質(zhì)在萃取相中的濃度越高，說明萃取劑對(duì)溶質(zhì)的溶解能力更強(qiáng)。7.流化床反應(yīng)器中，當(dāng)氣速超過臨界流化速度但低于帶出速度時(shí)，床層處于（）。A.固定床階段B.散式流化階段C.鼓泡流化階段D.輸送床階段答案：C解析：臨界流化速度是床層由固定床轉(zhuǎn)變?yōu)榱骰驳淖钚馑伲^后進(jìn)入鼓泡流化階段（氣速較低時(shí)為散式流化，常見于液-固系統(tǒng)；氣-固系統(tǒng)多為鼓泡流化），氣速繼續(xù)增大至帶出速度時(shí)進(jìn)入輸送床。8.恒定干燥條件下，物料的干燥速率曲線中，恒速干燥階段的推動(dòng)力是（）。A.物料表面溫度與空氣干球溫度之差B.物料表面水蒸氣分壓與空氣水蒸氣分壓之差C.物料內(nèi)部濕分遷移速率D.空氣濕度與物料平衡濕度之差答案：B解析：恒速干燥階段，物料表面完全潤(rùn)濕，表面溫度為空氣的濕球溫度，干燥速率由表面汽化控制，推動(dòng)力為表面水蒸氣分壓與空氣水蒸氣分壓的差值。9.某一級(jí)不可逆反應(yīng)在管式反應(yīng)器中進(jìn)行，若體積流量增大至原來的2倍，其他條件不變，則空時(shí)τ（）。A.增大2倍B.減小2倍C.不變D.增大4倍答案：B解析：空時(shí)τ=V/v?（V為反應(yīng)器體積，v?為入口體積流量），v?增大2倍，τ減小2倍。10.相平衡常數(shù)m=yi/xi（yi為氣相摩爾分?jǐn)?shù)，xi為液相摩爾分?jǐn)?shù)），當(dāng)系統(tǒng)總壓P增大時(shí)，m（）。A.增大B.減小C.不變D.先增后減答案：B解析：相平衡常數(shù)m=P_i^s/P（P_i^s為純組分飽和蒸氣壓），總壓P增大，m減小，故高壓有利于吸收（溶質(zhì)更易溶于液相）。二、填空題（每空1分，共20分）1.牛頓冷卻定律的表達(dá)式為______，其中α的單位是______。答案：Q=αAΔt；W/(m2·K)2.過濾基本方程的表達(dá)式為______，其物理意義是______。答案：(V+Ve)2=KAt；過濾過程中濾液體積與時(shí)間的平方關(guān)系，反映過濾阻力與推動(dòng)力的平衡3.停留時(shí)間分布的方差σ2θ越小，說明反應(yīng)器的流動(dòng)越接近______；σ2θ=1時(shí)，流動(dòng)模式為______。答案：平推流；全混流4.間歇反應(yīng)器中，一級(jí)反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間計(jì)算公式為______；若初始濃度cA0=2mol/L，速率常數(shù)k=0.5min?1，轉(zhuǎn)化率xA=0.8，則反應(yīng)時(shí)間t=______。答案：t=(1/k)ln[1/(1-xA)]；3.22min（計(jì)算：t=(1/0.5)ln(1/0.2)=2×1.609≈3.22）5.亨利定律的表達(dá)式為______（用分壓p和液相摩爾分?jǐn)?shù)x表示），其適用條件是______。答案：p=Ex；稀溶液、低壓6.精餾塔理論板數(shù)的計(jì)算方法有______、______和______（至少寫三種）。答案：逐板計(jì)算法；圖解法（麥凱布-蒂利法）；芬斯克方程結(jié)合吉利蘭圖7.常用的吸附等溫線有______、______和______（至少寫三種）。答案：朗繆爾（Langmuir）等溫線；Freundlich等溫線；BET等溫線8.攪拌功率的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式為______，其中包含的準(zhǔn)數(shù)有______、______和______。答案：Np=K(Re)^a(Fr)^b；功率準(zhǔn)數(shù)Np；雷諾數(shù)Re；弗魯?shù)聰?shù)Fr9.管式裂解爐中，判斷結(jié)焦傾向的指標(biāo)是______，其值越大，結(jié)焦傾向______。答案：烴分壓；越?。ㄗⅲ簾N分壓越低，結(jié)焦反應(yīng)（縮合反應(yīng)）速率降低）10.化工“三廢”處理的原則是______、______和______。答案：減量化；無害化；資源化三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.離心泵啟動(dòng)前為何需要灌泵？若未灌泵會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？答：離心泵依靠葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將液體甩出，若泵內(nèi)未充滿液體（存在氣體），氣體密度遠(yuǎn)小于液體，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)無法形成足夠的離心力，導(dǎo)致泵入口處無法形成真空，液體無法被吸入泵內(nèi)，此現(xiàn)象稱為“氣縛”。灌泵的目的是排盡泵內(nèi)氣體，使葉輪能有效做功，確保離心泵正常啟動(dòng)。未灌泵時(shí)會(huì)發(fā)生氣縛，泵無法輸送液體，長(zhǎng)時(shí)間空轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致葉輪磨損。2.精餾塔中“靈敏板”的作用是什么？如何確定靈敏板位置？答：靈敏板是精餾塔內(nèi)溫度對(duì)組分變化最敏感的塔板。在精餾操作中，當(dāng)進(jìn)料組成、流量或回流比等參數(shù)波動(dòng)時(shí)，靈敏板的溫度會(huì)顯著變化，通過監(jiān)測(cè)靈敏板溫度可快速判斷塔內(nèi)分離情況，及時(shí)調(diào)整操作參數(shù)（如回流比、加熱量）以維持產(chǎn)品質(zhì)量。確定方法：在設(shè)計(jì)階段，通過模擬計(jì)算各板溫度分布，選擇溫度變化率最大的塔板；在實(shí)際操作中，可通過改變回流比或進(jìn)料量，觀察各板溫度響應(yīng)，響應(yīng)最劇烈的即為靈敏板。3.氣固流化床可能出現(xiàn)的不正常流化現(xiàn)象有哪些？各自產(chǎn)生的原因是什么？答：（1）溝流：氣體未均勻分布，部分氣體短路通過床層，其他區(qū)域仍為固定床。原因：顆粒粒徑過小或黏結(jié)，床層初始分布不均，氣速過低。（2）騰涌（節(jié)涌）：氣體聚集成大氣泡，將床層分成多個(gè)固體顆粒層，氣泡破裂時(shí)顆粒被拋起。原因：床層高度與直徑比過大（H/D>3~4），顆粒粒徑較大，氣速過高。（3）分層：混合顆粒因密度或粒徑差異，在床層中出現(xiàn)分層。原因：顆粒密度或粒徑分布過寬，氣速不足以維持均勻流化。4.間歇反應(yīng)器與連續(xù)釜式反應(yīng)器（CSTR）在反應(yīng)特性上的主要區(qū)別是什么？答：（1）操作方式：間歇反應(yīng)器為分批操作，物料一次性加入，反應(yīng)結(jié)束后排出；CSTR為連續(xù)操作，物料連續(xù)進(jìn)料和出料。（2）濃度分布：間歇反應(yīng)器內(nèi)濃度隨時(shí)間變化（非定態(tài)），但空間均勻；CSTR內(nèi)濃度定態(tài)（不隨時(shí)間變化），但入口與出口濃度不同（全混流，空間均勻）。（3）反應(yīng)時(shí)間：間歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間為物料在反應(yīng)器內(nèi)的總停留時(shí)間；CSTR的停留時(shí)間為平均停留時(shí)間（τ=V/v?），存在返混，導(dǎo)致實(shí)際反應(yīng)時(shí)間分布較寬。（4）適用場(chǎng)景：間歇反應(yīng)器適用于小批量、多品種、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)或需要嚴(yán)格控制反應(yīng)時(shí)間的過程；CSTR適用于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)、反應(yīng)速率較慢或需要穩(wěn)定操作的過程。5.萃取過程中，選擇萃取劑的主要原則有哪些？答：（1）選擇性高：對(duì)溶質(zhì)的溶解能力遠(yuǎn)大于對(duì)原溶劑的溶解能力（分配系數(shù)K大），確保高效分離。（2）與原溶劑互溶性?。簻p少萃取劑損失和后續(xù)分離難度。（3）物理性質(zhì)適宜：密度與原溶劑差異大（利于分層），黏度低（降低傳質(zhì)阻力），沸點(diǎn)適中（便于萃取劑回收）。（4）化學(xué)穩(wěn)定性好：不與溶質(zhì)、原溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，耐溫、耐腐蝕性強(qiáng)。（5）安全性高：無毒、不易燃易爆，對(duì)環(huán)境友好。（6）經(jīng)濟(jì)性：來源廣、成本低、易再生。四、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.某流體在φ57mm×3.5mm的鋼管中流動(dòng)，流量為5m3/h，流體密度為800kg/m3，黏度為0.8mPa·s。求：（1）雷諾數(shù)Re并判斷流型；（2）若管長(zhǎng)為100m，局部阻力系數(shù)Σζ=5，求總能量損失（直管阻力+局部阻力）。解：（1）管內(nèi)徑d=57-2×3.5=50mm=0.05m流速u=Q/(πd2/4)=5/(3600×0.785×0.052)=0.707m/s雷諾數(shù)Re=duρ/μ=0.05×0.707×800/(0.8×10?3)=35350>4000，為湍流。（2）湍流時(shí)，若取管壁絕對(duì)粗糙度ε=0.046mm（鋼管），則ε/d=0.046/50=0.00092查莫狄圖，Re=3.535×10?，ε/d=0.00092，得摩擦系數(shù)λ≈0.022直管阻力h_f1=λ(L/d)(u2/2)=0.022×(100/0.05)×(0.7072/2)=0.022×2000×0.25=11J/kg局部阻力h_f2=Σζ(u2/2)=5×(0.7072/2)=5×0.25=1.25J/kg總能量損失h_f=11+1.25=12.25J/kg2.某二元理想物系（A為輕組分），相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，泡點(diǎn)進(jìn)料（q=1），塔頂餾出液組成xD=0.95（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），塔底釜液組成xW=0.05，回流比R=2.5。求：（1）最小回流比Rmin；（2）用芬斯克方程計(jì)算全回流時(shí)的最少理論板數(shù)（包括再沸器）。解：（1）泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，q線為垂直線x=xF。由于q=1，進(jìn)料組成xF可通過物料衡算近似？但題目未給xF，需用另一種方法：對(duì)于理想物系，最小回流比Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)，其中yq=αxq/[1+(α-1)xq]，q=1時(shí)xq=xF。但題目未給xF，可能假設(shè)進(jìn)料為飽和液體，且操作線與平衡線相交于q線與平衡線交點(diǎn)。另一種方法：若進(jìn)料為飽和液體（q=1），則最小回流比可通過精餾段操作線與平衡線相切時(shí)的Rmin計(jì)算。對(duì)于二元物系，當(dāng)q=1時(shí)，xq=xF，yq=αxF/[1+(α-1)xF]。但題目可能默認(rèn)xF為進(jìn)料組成的平均值，或假設(shè)進(jìn)料在最佳位置，此時(shí)可聯(lián)立精餾段操作線y=(Rmin/(Rmin+1))x+xD/(Rmin+1)與平衡線y=αx/(1+(α-1)x)相切，解得Rmin=(αxD-xD)/(α(1-xD)-(1-xD))？可能更簡(jiǎn)單的方法是假設(shè)進(jìn)料為泡點(diǎn)，且塔頂x=xD，塔底x=xW，全塔物料衡算：F=D+W，F(xiàn)xF=DxD+WxW。但題目未給F，故可能題目存在疏漏，或默認(rèn)xF=(xD+xW)/2=0.5。假設(shè)xF=0.5，則yq=αxF/[1+(α-1)xF]=2.5×0.5/[1+1.5×0.5]=1.25/1.75≈0.714Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.95-0.714)/(0.714-0.5)=0.236/0.214≈1.10（2）芬斯克方程：Nmin+1=ln[(xD/(1-xD))((1-xW)/xW)]/lnα代入數(shù)據(jù)：Nmin+1=ln[(0.95/0.05)(0.95/0.05)]/ln2.5=ln[(19)(19)]/0.916=ln361/0.916≈5.88/0.916≈6.42取整Nmin=6（包括再沸器，故理論板數(shù)為6，實(shí)際塔板數(shù)需考慮效率）3.某一級(jí)不可逆液相反應(yīng)A→B，速率方程rA=kcA，k=0.2min?1，進(jìn)料流量v?=0.5m3/min，進(jìn)料濃度cA0=2mol/m3，要求轉(zhuǎn)化率xA=0.8。若采用連續(xù)釜式反應(yīng)器（CSTR），求所需反應(yīng)器體積V。解：對(duì)于CSTR，一級(jí)反應(yīng)的設(shè)計(jì)方程為：τ=V/v?=cA0xA/(kcA0(1-xA))=xA/[k(1-xA)]代入數(shù)據(jù)：τ=0.8/[0.2×(1-0.8)]=0.8/(0.04)=20minV=τ×v?=20×0.5=10m3五、綜合分析題（20分）以“乙烯氧化制環(huán)氧乙烷”工藝為例，回答以下問題：（1）該反應(yīng)的主反應(yīng)和主要副反應(yīng)方程式是什么？催化劑的主要成分是什么？（2）工業(yè)上為何選擇固定床反應(yīng)器而非流化床反應(yīng)器？（3）工藝流程中，吸收塔和解吸塔的作用分別是什么？（4）生產(chǎn)中需控制的關(guān)鍵安全參數(shù)有哪些？說明理由。答：（1）主反應(yīng)：C?H?+1/2O?→C?H?O（環(huán)氧乙烷）ΔH=-106kJ/mol副反應(yīng)：C?H?