2025年化學(xué)工程與工藝學(xué)專(zhuān)業(yè)考核試題及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.某流體在圓管中作穩(wěn)態(tài)層流流動(dòng)，若流量增大為原來(lái)的2倍，且流體黏度不變，管壁處的剪應(yīng)力將（）。A.增大為原來(lái)的2倍B.增大為原來(lái)的4倍C.不變D.減小為原來(lái)的1/22.在逆流操作的填料吸收塔中，若其他操作條件不變，僅將吸收劑用量增加，則出塔吸收液的濃度（），溶質(zhì)的吸收率（）。A.增大，增大B.減小，增大C.增大，減小D.減小，減小3.對(duì)于氣固相催化反應(yīng)A→B，若反應(yīng)速率受內(nèi)擴(kuò)散控制，則以下措施中最有效的是（）。A.提高反應(yīng)溫度B.減小催化劑顆粒直徑C.增加反應(yīng)物分壓D.增大催化劑比表面積4.某二元理想物系精餾塔，塔頂采用全凝器，塔底為間接蒸汽加熱。若進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q=1.2（冷液進(jìn)料），則進(jìn)料板液相流量L與精餾段液相流量L’的關(guān)系為（）。A.L’=L+FB.L’=L-FC.L’=L+qFD.L’=L+(q-1)F5.關(guān)于化工熱力學(xué)中剩余性質(zhì)的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.剩余性質(zhì)表示實(shí)際流體與理想氣體的熱力學(xué)性質(zhì)之差B.剩余焓可用于計(jì)算實(shí)際流體的焓變C.剩余熵在理想氣體狀態(tài)下為零D.剩余體積的定義為V??-V（V??為理想氣體體積）6.某連續(xù)操作的釜式反應(yīng)器（CSTR）中進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)A→P，反應(yīng)速率常數(shù)k=0.5min?1，進(jìn)料體積流量v?=2m3/h，進(jìn)料濃度c??=2kmol/m3，要求轉(zhuǎn)化率x?=80%，則反應(yīng)器的有效體積應(yīng)為（）。A.1.6m3B.3.2m3C.4.8m3D.6.4m37.以下分離過(guò)程中，不屬于傳質(zhì)分離的是（）。A.膜分離B.萃取C.結(jié)晶D.過(guò)濾8.某套管換熱器中，熱流體從120℃冷卻至80℃，冷流體從30℃加熱至60℃，若為逆流操作，則對(duì)數(shù)平均溫差ΔT?為（）。A.50℃B.45℃C.40℃D.35℃9.關(guān)于相圖的描述，正確的是（）。A.三元相圖中，杠桿規(guī)則僅適用于兩相區(qū)B.二元共沸物的氣液平衡組成在任何壓力下均相同C.固液相圖中，共晶點(diǎn)的液相組成隨溫度變化而變化D.完全互溶的雙液系相圖中，泡點(diǎn)線與露點(diǎn)線必相交于純組分點(diǎn)10.在化工工藝設(shè)計(jì)中，“三廢”處理的優(yōu)先順序應(yīng)為（）。A.回收利用→無(wú)害化處理→減量化→避免產(chǎn)生B.避免產(chǎn)生→減量化→回收利用→無(wú)害化處理C.減量化→避免產(chǎn)生→回收利用→無(wú)害化處理D.無(wú)害化處理→回收利用→減量化→避免產(chǎn)生二、填空題（每空1分，共15分）1.流體在圓管中流動(dòng)時(shí)，若雷諾數(shù)Re>4000，則流動(dòng)型態(tài)為（）；此時(shí)摩擦系數(shù)λ主要與（）和（）有關(guān)。2.吸收過(guò)程的推動(dòng)力可用氣相分壓差表示為（），或液相濃度差表示為（）（用符號(hào)表示）。3.對(duì)于可逆放熱反應(yīng)，最佳溫度曲線是（）與（）的交點(diǎn)軌跡，其形狀隨轉(zhuǎn)化率升高而（）。4.精餾塔的最小回流比是指（）時(shí)的回流比；當(dāng)進(jìn)料為飽和液體時(shí)，q線方程為（）。5.化工熱力學(xué)中，逸度系數(shù)φ的定義為（）；對(duì)于理想氣體，φ=（）。6.固定床反應(yīng)器中，催化劑床層的壓力降可通過(guò)（）公式計(jì)算，該公式適用于（）流動(dòng)區(qū)域。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述離心泵的氣縛現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因，并說(shuō)明防止措施。2.比較多級(jí)全混流反應(yīng)器（CSTR）串聯(lián)與活塞流反應(yīng)器（PFR）的性能差異，從反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)器體積角度分析。3.解釋濕空氣的“干球溫度”“濕球溫度”和“露點(diǎn)溫度”的物理意義，并說(shuō)明三者的大小關(guān)系（不飽和濕空氣）。4.以苯-甲苯精餾分離為例，說(shuō)明恒摩爾流假設(shè)的內(nèi)容及其成立條件。5.簡(jiǎn)述綠色化學(xué)的12條原則中“原子經(jīng)濟(jì)性”的含義，并舉例說(shuō)明其在化工工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。四、計(jì)算題（共35分）1.（10分）某列管換熱器由φ25mm×2.5mm（外徑×壁厚）的鋼管組成，管內(nèi)走熱水（流量為5000kg/h，進(jìn)口溫度90℃，出口溫度50℃），管間走冷水（進(jìn)口溫度20℃，出口溫度60℃），逆流操作。已知熱水的平均比熱容為4.18kJ/(kg·℃)，冷水的平均比熱容為4.17kJ/(kg·℃)，總傳熱系數(shù)K=800W/(m2·℃)（以管外表面為基準(zhǔn)）。試計(jì)算：（1）冷水的流量（kg/h）；（2）換熱器的管外傳熱面積（m2）。2.（12分）在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行二級(jí)不可逆反應(yīng)A→P，反應(yīng)速率方程為-r?=kc?2。初始濃度c??=2kmol/m3，反應(yīng)溫度下k=0.05m3/(kmol·min)。試計(jì)算：（1）當(dāng)轉(zhuǎn)化率x?=80%時(shí)所需的反應(yīng)時(shí)間；（2）若將該反應(yīng)移至全混流反應(yīng)器（CSTR）中進(jìn)行，保持進(jìn)料流量v?=1m3/min、c??=2kmol/m3，要求x?=80%，則CSTR的有效體積為多少？（3）比較間歇反應(yīng)器與CSTR在相同轉(zhuǎn)化率下的體積需求（假設(shè)間歇反應(yīng)器的輔助時(shí)間為10min）。3.（13分）某二元理想物系（A為輕組分）的相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，精餾塔塔頂采用全凝器，塔底為再沸器，進(jìn)料為泡點(diǎn)液體（q=1），進(jìn)料組成x?=0.4（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），塔頂餾出液組成x?=0.95，塔底釜液組成x?=0.05，操作回流比R=2R???。試計(jì)算：（1）最小回流比R???；（2）精餾段操作線方程；（3）提餾段操作線方程；（4）若塔頂餾出液量D=50kmol/h，求進(jìn)料量F和塔底釜液量W。五、綜合分析題（共20分）某企業(yè)擬建設(shè)一套年產(chǎn)10萬(wàn)噸聚乙烯的生產(chǎn)裝置，采用氣相流化床工藝（以乙烯為單體，鈦系催化劑，反應(yīng)溫度85℃，壓力2.0MPa）。請(qǐng)從工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、安全環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性四個(gè)方面，分析該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，并提出優(yōu)化建議。---答案及解析一、選擇題1.A解析：層流時(shí)管壁剪應(yīng)力τ=4μu_avg/d，流量Q=πd2u_avg/4，u_avg=4Q/(πd2)，故τ=16μQ/(πd3)，Q增大2倍，τ增大2倍。2.B解析：吸收劑用量增加，液相推動(dòng)力增大，吸收率提高；但液相流量增大，出塔吸收液濃度降低。3.B解析：內(nèi)擴(kuò)散控制時(shí)，減小顆粒直徑可縮短擴(kuò)散路徑，提高反應(yīng)速率。4.D解析：q=1.2>1（冷液進(jìn)料），L’=L+qF，而精餾段L=L，故L’=L+(q-1)F（因qF=L’-L）。5.D解析：剩余體積定義為V-V??（實(shí)際體積與理想氣體體積之差）。6.B解析：CSTR一級(jí)反應(yīng)體積V=v?c??x?/(k(1-x?))=(2/60)×2×0.8/(0.5×0.2)=3.2m3。7.D解析：過(guò)濾是機(jī)械分離，不涉及傳質(zhì)。8.A解析：逆流ΔT?=120-60=60℃，ΔT?=80-30=50℃，ΔT?=(60-50)/ln(60/50)=50℃（近似，精確計(jì)算為54.9℃，但選項(xiàng)中最接近50℃）。9.D解析：純組分的泡點(diǎn)與露點(diǎn)重合，故相交于純組分點(diǎn)；三元相圖杠桿規(guī)則適用于兩相區(qū)；共沸物組成隨壓力變化；共晶點(diǎn)組成固定。10.B解析：綠色化工優(yōu)先順序?yàn)楸苊猱a(chǎn)生→減量化→回收利用→無(wú)害化處理。二、填空題1.湍流；雷諾數(shù)（Re）；相對(duì)粗糙度（ε/d）2.p?-p?；c?-c?（p?為氣相分壓，p?為平衡分壓；c?為液相濃度，c?為平衡濃度）3.反應(yīng)速率最大溫度線；平衡溫度線；降低（或下降）4.精餾段與提餾段操作線交于平衡線時(shí)；x=x?（q=1時(shí)q線為垂直線）5.φ=f/p（f為逸度，p為壓力）；16.歐根（Ergun）；滯流-湍流過(guò)渡（或全范圍）三、簡(jiǎn)答題1.氣縛現(xiàn)象：離心泵啟動(dòng)時(shí)，若泵內(nèi)未充滿液體，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力不足以將氣體排出，導(dǎo)致泵無(wú)法吸液、無(wú)流量的現(xiàn)象。原因：氣體密度小，葉輪對(duì)其做功產(chǎn)生的壓力差不足以克服吸入管路阻力。防止措施：?jiǎn)?dòng)前灌泵，安裝底閥或引液裝置，確保泵內(nèi)充滿液體。2.性能差異：（1）反應(yīng)速率：PFR中反應(yīng)物濃度沿程遞減，平均反應(yīng)速率高于CSTR（CSTR內(nèi)濃度均為出口濃度，反應(yīng)速率最低）；（2）轉(zhuǎn)化率：相同體積下，PFR的轉(zhuǎn)化率高于CSTR；（3）反應(yīng)器體積：相同轉(zhuǎn)化率下，CSTR所需體積大于PFR（二級(jí)反應(yīng)時(shí)差異更顯著）。串聯(lián)CSTR級(jí)數(shù)越多，總體積越接近PFR，但仍大于PFR。3.物理意義：干球溫度（t）是普通溫度計(jì)測(cè)得的空氣溫度；濕球溫度（t_w）是濕紗布表面水分蒸發(fā)達(dá)到平衡時(shí)的溫度（反映空氣的吸濕能力）；露點(diǎn)溫度（t_d）是空氣冷卻至飽和時(shí)的溫度（反映空氣中水蒸氣含量）。不飽和濕空氣的大小關(guān)系：t>t_w>t_d。4.恒摩爾流假設(shè)：精餾段內(nèi)每層塔板上升的蒸汽摩爾流量V相等，下降的液體摩爾流量L相等；提餾段內(nèi)V’、L’也相等。成立條件：①組分摩爾汽化潛熱相近；②塔內(nèi)熱量損失可忽略；③氣液接觸時(shí)無(wú)額外熱量交換（絕熱）。苯-甲苯的摩爾汽化潛熱接近（苯30.7kJ/mol，甲苯33.3kJ/mol），符合假設(shè)，故可應(yīng)用。5.原子經(jīng)濟(jì)性：反應(yīng)中原料分子中原子轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的比例，用原子利用率（目標(biāo)產(chǎn)物分子量/所有產(chǎn)物分子量之和×100%）表示。應(yīng)用舉例：環(huán)氧丙烷生產(chǎn)中，傳統(tǒng)氯醇法原子利用率約31%（副產(chǎn)CaCl?），而過(guò)氧化氫直接氧化法（HPPO）原子利用率接近100%（副產(chǎn)水），符合綠色化學(xué)要求。四、計(jì)算題1.（1）熱量衡算：Q=q??c??ΔT?=q??c??ΔT?q??=(5000×4.18×(90-50))/(4.17×(60-20))=(5000×4.18×40)/(4.17×40)=5000×(4.18/4.17)≈5012kg/h（2）ΔT?=90-60=30℃，ΔT?=50-20=30℃（逆流時(shí)兩端溫差相等），ΔT?=30℃Q=800×A×30=(5000/3600)×4180×40→A=(5000×4180×40)/(3600×800×30)≈5000×4180×40/(3600×24000)≈5000×4180/(3600×600)≈5000×4180/2160000≈9.68m22.（1）二級(jí)反應(yīng)間歇反應(yīng)器時(shí)間t=(1/(kc??))(x?/(1-x?))=(1/(0.05×2))×(0.8/(1-0.8))=(1/0.1)×4=40min（2）CSTR體積V=v?c??x?/(kc?2)=v?x?/(kc??(1-x?)2)c?=c??(1-x?)=2×0.2=0.4kmol/m3V=1×0.8/(0.05×0.42)=0.8/(0.05×0.16)=0.8/0.008=100m3（3）間歇反應(yīng)器總體積V?=v?(t+t?)=1×(40+10)=50m3（假設(shè)處理量為v?=1m3/min），而CSTR體積為100m3，故間歇反應(yīng)器體積更小。3.（1）泡點(diǎn)進(jìn)料q=1，q線為x=x?=0.4，平衡線y=αx/(1+(α-1)x)=2.5x/(1+1.5x)聯(lián)立q線與平衡線得交點(diǎn)(x_q,y_q)=(0.4,2.5×0.4/(1+1.5×0.4)=1/1.6=0.625)R???=(x?-y_q)/(y_q-x_q)=(0.95-0.625)/(0.625-0.4)=0.325/0.225≈1.44（2）操作回流比R=2×1.44=2.88精餾段操作線：y=(R/(R+1))x+x?/(R+1)=(2.88/3.88)x+0.95/3.88≈0.742x+0.245（3）物料衡算：F=D+W；Fx?=Dx?+Wx?代入x?=0.4,x?=0.95,x?=0.05得：0.4F=0.95D+0.05W，又W=F-D，故0.4F=0.95D+0.05(F-D)→0.4F=0.95D+0.05F-0.05D→0.35F=0.9D→F=(0.9/0.35)D≈2.571D提餾段L’=L+qF=RD+F（q=1），V’=V=(R+1)D提餾段操作線：y=(L’/V’)x-(Wx?)/V’=(RD+F)/((R+1)D)x-((F-D)×0.05)/((R+1)D)代入F=2.571D，R=2.88，得：L’=2.88D+2.571D=5.451D，V’=3.88Dy=(5.451/3.88)x-(1.571D×0.05)/3.88D≈1.405x-0.0203（4）D=50kmol/h，F(xiàn)=2.571×50≈128.57kmol/h，W=F-D≈78.57kmol/h五、綜合分析題工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)：需確定乙烯聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)（如反應(yīng)速率常數(shù)、活化能），選擇合適的流化床操作氣速（需大于最小流化速度，小于帶出速度），設(shè)計(jì)催化劑進(jìn)料方式（連續(xù)注入以維持