化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)知識點(diǎn)梳理與習(xí)題集一、選擇題（每題2分，共10題）1.在連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中，當(dāng)反應(yīng)級數(shù)為1時(shí)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系為：A.$x=1-e^{-kt}$B.$x=1-(1+k)^{-t}$C.$x=kt$D.$x=e^{-kt}$2.以下哪種分離方法基于各組分揮發(fā)度的差異：A.萃取B.離心分離C.蒸餾D.過濾3.離心泵的揚(yáng)程主要取決于：A.軸功率B.流量C.液體密度D.葉輪轉(zhuǎn)速4.在精餾塔的操作中，若增大回流比，則：A.塔頂產(chǎn)品純度提高B.塔底產(chǎn)品純度提高C.能耗增加D.以上都對5.以下哪個(gè)參數(shù)是描述流體流動(dòng)類型的：A.雷諾數(shù)B.普朗特?cái)?shù)C.動(dòng)力粘度D.表面張力二、填空題（每空1分，共10空）1.在間歇反應(yīng)釜中，一級不可逆反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系為__________。2.離心泵的汽蝕現(xiàn)象是由于__________低于液體飽和蒸汽壓引起的。3.精餾操作中，最小理論板數(shù)可通過__________圖確定。4.流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，層流與湍流的主要區(qū)別在于__________。5.傳質(zhì)過程的費(fèi)克定律描述了__________與濃度梯度的關(guān)系。6.固體顆粒的沉降速度與顆粒粒徑的__________次方成正比。7.化工熱力學(xué)中，吉布斯自由能用于判斷__________。8.填料塔的液泛速度與填料比表面積的__________有關(guān)。9.間歇反應(yīng)過程的反應(yīng)熱效應(yīng)可通過__________計(jì)算。10.傳熱過程的牛頓冷卻定律表明對流傳熱系數(shù)與溫度差的__________成正比。三、簡答題（每題5分，共5題）1.簡述連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器與釜式反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)。2.解釋精餾塔中理論板數(shù)的概念及其計(jì)算方法。3.描述離心泵的汽蝕現(xiàn)象及其預(yù)防措施。4.說明流體在管內(nèi)層流流動(dòng)時(shí)的速度分布特征。5.簡述傳質(zhì)過程的基本機(jī)理及其影響因素。四、計(jì)算題（每題10分，共5題）1.有一級不可逆反應(yīng)在間歇反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)活化能為50kJ/mol，反應(yīng)溫度為300K，試計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)（假設(shè)頻率因子為10^12s^-1）。2.某離心泵輸送密度為1000kg/m3的液體，流量為100m3/h，揚(yáng)程為20m，試計(jì)算泵的軸功率（假設(shè)效率為70%）。3.一精餾塔操作壓力為1atm，塔頂泡點(diǎn)溫度為80°C，塔底泡點(diǎn)溫度為110°C，若回流比為2，試估算最小理論板數(shù)。4.流體在直徑為0.1m的圓管內(nèi)做層流流動(dòng)，管長為5m，壓降為100kPa，試計(jì)算流體粘度（假設(shè)流速為0.02m/s）。5.有一填料塔處理氣液兩相，填料比表面積為200m2/m3，液泛速度為1m/s，試計(jì)算塔徑（假設(shè)液相體積流量為50m3/h）。五、論述題（每題15分，共2題）1.論述反應(yīng)工程中連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器與固定床反應(yīng)器的適用條件及選擇依據(jù)。2.論述傳質(zhì)過程在化工分離工程中的重要性及其主要應(yīng)用實(shí)例。答案與解析一、選擇題答案1.A解析：一級不可逆反應(yīng)在間歇反應(yīng)釜中，轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)時(shí)間呈指數(shù)關(guān)系。2.C解析：蒸餾是基于組分揮發(fā)度差異的分離方法。3.B解析：離心泵揚(yáng)程與流量正相關(guān)。4.D解析：增大回流比可提高塔頂產(chǎn)品純度，但能耗增加。5.A解析：雷諾數(shù)描述流體流動(dòng)類型（層流或湍流）。二、填空題答案1.$x=1-e^{-kt}$2.吸入口壓力3.簡易平衡曲線4.雷諾數(shù)5.質(zhì)量傳遞速率6.二7.自發(fā)過程方向8.三9.反應(yīng)焓變10.冪函數(shù)三、簡答題解析1.連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器（CSTR）：優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)物濃度均勻，操作靈活；缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)化率有限，傳質(zhì)效率較低。釜式反應(yīng)器（BatchReactor）：優(yōu)點(diǎn)是可處理復(fù)雜反應(yīng)，無混合死角；缺點(diǎn)是操作周期長，產(chǎn)物純度難控制。2.理論板數(shù)：指達(dá)到相同分離效果所需的最小級數(shù)，通過平衡曲線與操作線交點(diǎn)計(jì)算。3.汽蝕現(xiàn)象：泵吸入口壓力低于液體飽和蒸汽壓導(dǎo)致氣穴形成，影響效率甚至損壞泵。預(yù)防措施包括提高吸入口壓力、降低流速等。4.層流速度分布：呈拋物線形，中心最大，管壁為零（哈根-泊肅葉定律）。5.傳質(zhì)機(jī)理：分子擴(kuò)散、對流擴(kuò)散等，影響因素包括濃度梯度、溫度、粘度等。四、計(jì)算題解析1.反應(yīng)速率常數(shù)：$k=A\cdote^{-Ea/RT}=10^{12}\cdote^{-50000/(8.314\cdot300)}\approx1.48\times10^{-4}\text{s}^{-1}$2.軸功率：$P=\frac{\rhoQH}{\eta}=\frac{1000\cdot100/3600\cdot20}{0.7}\approx7.14\text{kW}$3.最小理論板數(shù)：通過簡捷法估算，假設(shè)相對揮發(fā)度α=1.5，$N_{min}=\frac{\ln[(\frac{x_D}{1-x_D})(\frac{1-x_B}{x_B})]}{\ln\alpha}\approx4.5$4.流體粘度：$\DeltaP=8\mu\frac{L}gsweuiu\cdotv\Rightarrow\mu=\frac{\DeltaP\cdotd}{8Lv}=\frac{100\cdot0.1}{8\cdot5\cdot0.02}\approx1.25\text{Pa·s}$5.塔徑：$D=\sqrt{\frac{4Q}{\piu}}=\sqrt{\frac{4\cdot50/3600}{\pi\cdot1}}\approx0.12\text{m}$五、論述題解析1.反應(yīng)器選擇依據(jù)：-CSTR：適用于液相反應(yīng)、需精確控制反應(yīng)物濃度場合；固定床