2025年化工原理與工藝課程期末考試復(fù)習(xí)試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題1.在連續(xù)精餾塔中分離某二元理想混合液，進(jìn)料量為100kmol/h，進(jìn)料組成xF=0.5（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），泡點(diǎn)進(jìn)料。塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流，操作回流比R=2，塔頂餾出液組成xD=0.9，塔底釜液組成xW=0.1，則精餾段操作線方程為（）()-A.y=0.667x+0.3-B.y=0.667x+0.2-C.y=0.75x+0.225-D.y=0.75x+0.2答案：C解析：精餾段操作線方程為(y_{n+1}=RR+1x_n+xDR+1)，已知(R=2.流體在圓形直管中作層流流動(dòng)時(shí)，其管中心最大流速(u_{max})與平均流速(u)的關(guān)系為（）()-A.(u_{max}=u)-B.(u_{max}=2u)-C.(u_{max}=3u)-D.(u_{max}=4u)答案：B解析：流體在圓形直管中作層流流動(dòng)時(shí)，管中心最大流速(u_{max})與平均流速(u)的關(guān)系為(u_{max}=2u)。3.某套管換熱器，內(nèi)管為(φ25mm×2.5mm)，外管為(φ()-A.25mm-B.32mm-C.37mm-D.52mm答案：B解析：套管換熱器環(huán)隙的當(dāng)量直徑(d_e=d_2-d_1)，其中(d_2)為外管內(nèi)徑，(d_1)為內(nèi)管外徑。外管內(nèi)徑(d_2=57-2×3.5=50mm)，內(nèi)管外徑(d_1=25mm)，則(d_e=504.過濾基本方程是基于（）推導(dǎo)出來的。()-A.濾液在濾餅中的層流流動(dòng)-B.濾液在濾餅中的湍流流動(dòng)-C.濾液在濾餅中的過渡流流動(dòng)-D.以上都不是答案：A解析：過濾基本方程是基于濾液在濾餅中的層流流動(dòng)推導(dǎo)出來的。5.對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普朗特?cái)?shù)(Pr)反映了（）的影響。()-A.流體物性-B.流動(dòng)狀態(tài)-C.幾何因素-D.溫度差答案：A解析：普朗特?cái)?shù)(Pr=Cp6.吸收過程中，若降低吸收劑用量，操作線的斜率（）()-A.增大-B.減小-C.不變-D.無法確定答案：B解析：吸收操作線方程為(y=LVx+(y_1-LVx_1))，其中(LV7.某二元混合物，其中A為易揮發(fā)組分，液相組成(x_A=0.6)，相應(yīng)的泡點(diǎn)為(t_1)，氣相組成(y_A=0.6)，相應(yīng)的露點(diǎn)為(t_2)，則(t_1)與(t_2)的關(guān)系為（）()-A.(t_1=t_2)-B.(t_1<t_2)-C.(t_1>t_2)-D.無法確定答案：B解析：對于二元混合物，泡點(diǎn)是液相開始沸騰的溫度，露點(diǎn)是氣相開始冷凝的溫度。相同組成下，泡點(diǎn)低于露點(diǎn)，所以(t_1<t_2)。8.離心泵的揚(yáng)程是指（）()-A.液體的升揚(yáng)高度-B.1kg液體經(jīng)泵后獲得的能量-C.1N液體經(jīng)泵后獲得的能量-D.泵的吸液高度答案：C解析：離心泵的揚(yáng)程是指單位重量（1N）液體經(jīng)泵后獲得的能量。9.對于恒壓過濾，過濾面積增大一倍，則過濾速率為原來的（）()-A.1倍-B.2倍-C.(2)倍-D.4倍答案：B解析：恒壓過濾速率方程(u=dVAdτ=10.在列管式換熱器中，用飽和蒸汽加熱空氣，下面兩項(xiàng)判斷是否合理（）傳熱管的壁溫接近加熱蒸汽溫度；總傳熱系數(shù)(K)接近空氣側(cè)的對流傳熱系數(shù)。()A.都合理B.都不合理C.(1)合理，(2)不合理D.(1)不合理，(2)合理答案：A解析：因?yàn)檎羝淠齻鳠嵯禂?shù)遠(yuǎn)大于空氣的對流傳熱系數(shù)，所以傳熱管的壁溫接近加熱蒸汽溫度；總傳熱系數(shù)(K)接近熱阻大的一側(cè)的對流傳熱系數(shù)，空氣側(cè)熱阻大，所以總傳熱系數(shù)(K)接近空氣側(cè)的對流傳熱系數(shù)。二、多項(xiàng)選擇題1.以下屬于化工單元操作的有（）()-A.流體輸送-B.蒸餾-C.吸收-D.反應(yīng)答案：ABC解析：化工單元操作是指化工生產(chǎn)過程中具有共同物理變化特點(diǎn)的基本操作，如流體輸送、蒸餾、吸收等；反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)過程，不屬于單元操作。2.影響對流傳熱系數(shù)的因素有（）()-A.流體的物性-B.流體的流動(dòng)狀態(tài)-C.傳熱面的形狀、大小和位置-D.溫度差答案：ABCD解析：影響對流傳熱系數(shù)的因素包括流體的物性（如密度、粘度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等）、流體的流動(dòng)狀態(tài)（層流或湍流）、傳熱面的形狀、大小和位置以及溫度差等。3.精餾塔操作中，若出現(xiàn)液泛現(xiàn)象，可能的原因有（）()-A.氣速過大-B.液體流量過大-C.塔板間距過小-D.進(jìn)料組成變化答案：ABC解析：液泛是指塔內(nèi)液體倒流至上層塔板的現(xiàn)象，氣速過大、液體流量過大、塔板間距過小都可能導(dǎo)致液泛；進(jìn)料組成變化一般不會(huì)直接導(dǎo)致液泛。4.過濾操作中，助濾劑應(yīng)具有以下哪些性質(zhì)（）()-A.顆粒堅(jiān)硬，不可壓縮-B.粒度適當(dāng)，能形成疏松餅層-C.不與懸浮液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)-D.能提高濾液的澄清度答案：ABCD解析：助濾劑應(yīng)具有顆粒堅(jiān)硬、不可壓縮，粒度適當(dāng)能形成疏松餅層，不與懸浮液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能提高濾液的澄清度等性質(zhì)。5.吸收過程中，選擇吸收劑時(shí)應(yīng)考慮的因素有（）()-A.溶解度-B.選擇性-C.揮發(fā)度-D.粘度答案：ABCD解析：選擇吸收劑時(shí)應(yīng)考慮溶解度大、選擇性好、揮發(fā)度低、粘度低等因素。三、填空題1.流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，在管壁處速度為_，鄰近管壁處存在_層。答案：0；層流底層2.離心泵的工作點(diǎn)是_曲線與_曲線的交點(diǎn)。答案：離心泵特性；管路特性3.精餾過程的回流比有兩個(gè)極限，全回流時(shí)，回流比為_，理論塔板數(shù)為_；最小回流比時(shí)，回流比為_，理論塔板數(shù)為_。答案：無窮大；最少；最小值；無窮多4.吸收過程中，當(dāng)操作線與平衡線相切或相交時(shí)，吸收推動(dòng)力為_，此時(shí)吸收劑用量為_，稱為___。答案：0；最小用量；最小吸收劑用量5.過濾介質(zhì)的作用是_，工業(yè)上常用的過濾介質(zhì)有_、_和_等。答案：支撐濾餅；織物介質(zhì)；粒狀介質(zhì)；多孔固體介質(zhì)6.對流傳熱的熱阻主要集中在_，提高對流傳熱系數(shù)的關(guān)鍵在于_。答案：層流底層；減薄層流底層厚度7.蒸發(fā)操作中，加熱蒸汽放出的熱量主要用于_、_和___。答案：使溶液汽化；加熱溶液；損失于周圍環(huán)境8.萃取操作中，選擇萃取劑的主要原則有_、_和___。答案：對溶質(zhì)的溶解度大；與原溶劑的互溶度?。灰子诨厥?.干燥過程中，恒速干燥階段除去的水分是_，降速干燥階段除去的水分是_。答案：非結(jié)合水分；結(jié)合水分和部分非結(jié)合水分10.化工生產(chǎn)中，常用的換熱方式有_、_和___。答案：間壁式換熱；直接混合式換熱；蓄熱式換熱四、判斷題1.流體在管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，其摩擦系數(shù)(λ)只與雷諾數(shù)(Re)有關(guān)，而與管壁粗糙度無關(guān)。（）答案：√解析：流體在管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)(λ=64R2.離心泵的安裝高度超過允許安裝高度時(shí)，會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。（）答案：√解析：離心泵的安裝高度超過允許安裝高度時(shí)，泵入口處壓力過低，液體可能發(fā)生汽化，產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。3.精餾塔的塔頂溫度總是低于塔底溫度。（）答案：√解析：精餾過程中，塔頂為易揮發(fā)組分，沸點(diǎn)低，塔底為難揮發(fā)組分，沸點(diǎn)高，所以塔頂溫度總是低于塔底溫度。4.吸收過程中，吸收劑用量越大，吸收效果越好，所以吸收劑用量越大越經(jīng)濟(jì)。（）答案：×解析：吸收劑用量越大，吸收效果越好，但吸收劑用量過大，會(huì)增加設(shè)備投資和操作費(fèi)用，不經(jīng)濟(jì)。5.過濾操作中，過濾時(shí)間越長，濾液量越多，過濾速率也越大。（）答案：×解析：過濾操作中，隨著過濾時(shí)間的增加，濾餅厚度增加，過濾阻力增大，過濾速率減小。6.對流傳熱系數(shù)(α)的大小反映了對流傳熱的強(qiáng)烈程度，(α)越大，對流傳熱越強(qiáng)烈。（）答案：√解析：對流傳熱系數(shù)(α)的大小反映了對流傳熱的強(qiáng)烈程度，(α)越大，對流傳熱越強(qiáng)烈。7.蒸發(fā)操作中，二次蒸汽的冷凝溫度總是低于加熱蒸汽的溫度。（）答案：√解析：蒸發(fā)操作中，二次蒸汽的壓力低于加熱蒸汽的壓力，根據(jù)蒸汽的性質(zhì)，壓力越低，冷凝溫度越低，所以二次蒸汽的冷凝溫度總是低于加熱蒸汽的溫度。8.萃取操作中，分配系數(shù)(k_A)越大，萃取效果越好。（）答案：√解析：分配系數(shù)(k_A=yA9.干燥過程中，只要空氣的濕球溫度不變，物料的表面溫度就不變。（）答案：√解析：在干燥過程的恒速干燥階段，物料表面溫度等于空氣的濕球溫度，只要空氣的濕球溫度不變，物料的表面溫度就不變。10.化工生產(chǎn)中，采用逆流換熱比并流換熱更有利。（）答案：√解析：逆流換熱時(shí)，冷熱流體的平均溫度差較大，傳熱速率較大，所以采用逆流換熱比并流換熱更有利。五、簡答題1.簡述離心泵的工作原理。(1).離心泵啟動(dòng)前需向泵殼內(nèi)充滿被輸送的液體。(2).當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體在葉輪的作用下獲得離心力，從葉輪中心被甩向葉輪外緣，流速增大，動(dòng)能增加。(3).液體進(jìn)入泵殼的蝸形通道后，由于流道逐漸擴(kuò)大，液體流速逐漸降低，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，使液體的壓力升高。(4).液體以較高的壓力從泵的排出口進(jìn)入排出管路，輸送到所需的地方。(5).當(dāng)液體從葉輪中心被甩向葉輪外緣時(shí)，葉輪中心形成低壓區(qū)，在吸液池和葉輪中心之間產(chǎn)生壓差，在壓差的作用下，液體不斷地從吸液池經(jīng)吸入管路進(jìn)入泵內(nèi)，從而使離心泵連續(xù)地工作。2.什么是精餾操作的最小回流比？如何確定最小回流比？(1).最小回流比是指在精餾操作中，當(dāng)回流比減小到某一數(shù)值時(shí)，精餾段操作線與提餾段操作線的交點(diǎn)恰好落在平衡線上，此時(shí)所需的理論塔板數(shù)為無窮多，這一回流比稱為最小回流比(R_{min})。(2).對于理想物系，當(dāng)進(jìn)料熱狀況一定時(shí)，可通過以下方法確定最小回流比：若為泡點(diǎn)進(jìn)料（(q=1)），可通過精餾段操作線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)((x_q,y_q))，利用公式(R_{min}=xD對于其他進(jìn)料熱狀況，先根據(jù)進(jìn)料熱狀況方程(y=qq?13.簡述吸收過程的氣液平衡關(guān)系及其在吸收操作中的應(yīng)用。(1).吸收過程的氣液平衡關(guān)系是指在一定溫度和壓力下，當(dāng)吸收質(zhì)在氣液兩相中的傳遞達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，吸收質(zhì)在氣相中的分壓(p)與在液相中的濃度(c^)之間的關(guān)系，通常用亨利定律表示，即(p*=Ex)（稀溶液，總壓不高時(shí)）或(y^*=mx)，其中(E)為亨利系數(shù)，(m)為相平衡常數(shù)。(2).在吸收操作中的應(yīng)用：判斷吸收過程的方向：當(dāng)氣相中吸收質(zhì)的實(shí)際分壓(p)大于與液相成平衡的分壓(p^)（或(y>y)）時(shí)，吸收過程能夠進(jìn)行；反之，當(dāng)(p<p^)（或(y<y)）時(shí)，發(fā)生解吸過程。計(jì)算吸收過程的推動(dòng)力：吸收過程的推動(dòng)力可以用氣相分壓差(Δp=p-p^)或液相濃度差(Δc=c^-c)表示。確定吸收劑的最大用量：根據(jù)氣液平衡關(guān)系，可確定在一定的吸收要求下，吸收劑的最大用量。4.簡述過濾操作的基本原理和影響過濾速率的因素。(1).過濾操作的基本原理：過濾是利用多孔性過濾介質(zhì)，截留懸浮液中的固體顆粒，使液體通過過濾介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的過程。在過濾過程中，懸浮液中的固體顆粒在過濾介質(zhì)表面逐漸堆積形成濾餅，濾餅和過濾介質(zhì)共同構(gòu)成過濾層，液體在壓力差的作用下通過過濾層而被分離出來。(2).影響過濾速率的因素：過濾推動(dòng)力：過濾速率與過濾推動(dòng)力成正比，過濾推動(dòng)力可以是重力、壓力差或離心力等。過濾阻力：過濾阻力包括濾餅阻力和過濾介質(zhì)阻力，濾餅阻力與濾餅的厚度、孔隙率、顆粒形狀等因素有關(guān)，過濾介質(zhì)阻力與過濾介質(zhì)的材質(zhì)、孔徑等因素有關(guān)。濾液的性質(zhì)：濾液的粘度越大，過濾速率越小。過濾面積：過濾速率與過濾面積成正比。5.簡述對流傳熱的機(jī)理和影響對流傳熱系數(shù)的因素。(1).對流傳熱的機(jī)理：對流傳熱是指流體各部分之間發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞過程。在對流傳熱過程中，流體與固體壁面之間的熱量傳遞是通過流體的層流底層的熱傳導(dǎo)和層流底層以外的流體的對流混合兩種方式共同作用實(shí)現(xiàn)的。在層流底層，熱量主要以熱傳導(dǎo)方式傳遞；在層流底層以外，由于流體的對流混合，熱量傳遞速度加快。(2).影響對流傳熱系數(shù)的因素：流體的物性：如流體的密度(ρ)、粘度(μ)、比熱容(C_p)、導(dǎo)熱系數(shù)(λ)等。一般來說，密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)越大，粘度越小，對流傳熱系數(shù)越大。流體的流動(dòng)狀態(tài)：湍流時(shí)的對流傳熱系數(shù)大于層流時(shí)的對流傳熱系數(shù)。傳熱面的形狀、大小和位置：不同形狀、大小和位置的傳熱面會(huì)影響流體的流動(dòng)狀態(tài)，從而影響對流傳熱系數(shù)。溫度差：溫度差會(huì)影響流體的物性和流動(dòng)狀態(tài)，從而影響對流傳熱系數(shù)。六、計(jì)算題1.某二元理想混合液，其組成為(x_F=0.4)（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），流量為(100kmol/h)，在泡點(diǎn)下連續(xù)送入精餾塔。要求塔頂餾出液組成(xD=0.9)，塔底釜液組成(xW=0.1)。已知操作回流比(R=2)，試求：塔頂餾出液流量(D)和塔底釜液流量(W)；精餾段操作線方程；提餾段操作線方程。解：(1)根據(jù)物料衡算：總物料衡算：(F=D+W)易揮發(fā)組分物料衡算：(Fx_F=Dx_D+Wx_W)將(F=100kmol/h)，(x_F=0.4)，(x_D=0.9)，(x_W=0.1)代入上述方程得：(100)解方程組得：(D=37.5kmol/h)，(W=62.5kmol/h)精餾段操作線方程為(y_{n+1}=RR+1x_n+xDR+1)已知(R=2)，(x_D=因?yàn)槭桥蔹c(diǎn)進(jìn)料，(q=1)(L’=L+qF=RD+F=2×37.5+100=175kmol/h)(V’=V-(1-q)F=(R+1)D=(2+1)×37.5=112.5kmol/h)提餾段操作線方程為(y_{m}=L′V′x_{m-1}-WxWV′)將(L’=175kmol/h)，(V’=112.5kmol/h)，(W=62.52.某列管式換熱器，由(φ25mm×2.5mm)的鋼管組成。熱空氣流經(jīng)管程，冷卻水在殼程與空氣逆流流動(dòng)。已知空氣的質(zhì)量流量為(1000kg/h)，進(jìn)口溫度為(120{°}C)，出口溫度為(40{°}C)；水的進(jìn)口溫度為(20{°}C)，出口溫度為(80{°}C)?？諝獾钠骄葻崛?C_{p1}=1.01kJ/(kg?^{°}C))，水的平均比熱容(C_{p2}=4.18kJ/(kg冷卻水的用量；該換熱器的平均溫度差。解：(1)根據(jù)熱量衡算(Q=m_1C_{p1}(T_1-T_2)=m_2C_{p2}(t_2-t_1))其中(m_1=1000kg/h)，(T_1=120^{°}C)，(T_2=40^{°}C)，(t_1=20^{°}C)，(t_2=80^{°}C)，(C_{p1}=1.01kJ/(kg?^{°}C))，(C_{p2}=4.18kJ/(kg?^{°}C))(Q=m_1C_{p1}(T_1-T_2)=1000×1.01×(120-40)=80800kJ/h)由(Q=m_2C_{p2}(t_2-t_1))可得：(m_2=QCp逆流時(shí)：(Δt_1=T_1-t_2=120-80=40^{°}C)(Δt_2=T_2-t_1=40-20=20^{°}C)根據(jù)對數(shù)平均溫度差公式(Δt_m=Δt1?Δt3.用板框壓濾機(jī)在恒壓下過濾某懸浮液。已知過濾(10min)后，得濾液(10m^3)，再過濾(10min)，又得濾液(6m^3)。若過濾介質(zhì)阻力忽略不計(jì)，試求：總共過濾(30min)可得濾液多少立方米？若要得到(30m^3)濾液，需要過濾多少分鐘？解：恒壓過濾方程（過濾介質(zhì)阻力忽略不計(jì)）為(V^2=KA^2τ)設(shè)過濾(10min)時(shí)，濾液體積為(V_1=10m^3)，過濾時(shí)間(τ_1=10min)；過濾(20min)時(shí)，濾液體積為(V_2=10+6=16m^3)，過濾時(shí)間(τ_2=20min)。由(V^2=KA^2τ)可得(K=V12A2τ1=V22A2τ2)(1)設(shè)總共過濾(30min)時(shí)，濾液體積為(V_3)，過濾時(shí)間(τ_3=30min)因?yàn)?V^2=KA^2τ)，(K)為常數(shù)，則(若要得到(V=30m^3)濾液，設(shè)過濾時(shí)間為(τ)由(V^2=KA^2τ)，(K=V12A2τ1)，則(τ=V4.在一填料塔中用清水吸收某混合氣體中的溶質(zhì)A。已知混合氣體的流量為(1000m^3/h)（標(biāo)準(zhǔn)狀況），其中溶質(zhì)A的含量為(5%)（體積分?jǐn)?shù)），要求溶質(zhì)A的吸收率為(90%)。操作條件下的平衡關(guān)系為(y=2x)，吸收劑用量為最小用量的(1.5)倍。試求：吸收劑用量；出塔吸收液的組成。解：(1)混合氣體中溶質(zhì)A的摩爾流量(V=100022.4×(1-0.05)=42.41kmol/h)(y_1=0.05)，(η=0.9)(y_2=y_1(1-η)=0.05×(1-0.9)=0.005)對于純?nèi)軇┪眨?x_2=0)根據(jù)最小吸收劑用量公式((LV){min}=y1?y2y1/m?x2=0.05?0.0050.05/2根據(jù)物料衡算(V(y_1-y_2)=L(x_1-x_2))因?yàn)?x_2=0)，(V(y_1-y_2)=Lx_1)(x_1=V(y15.某干燥器在常壓下將物料從含水量(30%)（濕基