2025年制藥化工原理試題及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.制藥生產中輸送75℃藥液（密度980kg/m3，粘度0.8mPa·s），選用內徑50mm的不銹鋼管，若流速為1.2m/s，此時流動形態(tài)為（）。A.層流B.過渡流C.湍流D.無法判斷2.某離心泵在額定轉速下輸送清水時揚程為30m，現(xiàn)用于輸送密度1100kg/m3的藥液（粘度與水相近），則實際揚程（）。A.大于30mB.等于30mC.小于30mD.無法確定3.制藥車間蒸汽加熱藥液的套管換熱器中，若蒸汽側給熱系數(shù)遠大于藥液側，則總傳熱系數(shù)K主要取決于（）。A.蒸汽側給熱系數(shù)B.藥液側給熱系數(shù)C.管壁熱阻D.污垢熱阻4.對頭孢類原料藥結晶母液進行過濾，若過濾壓力差增大1倍（仍為恒壓過濾，且濾餅不可壓縮），則過濾速率變?yōu)樵瓉淼模ǎ?。A.2倍B.√2倍C.1/√2倍D.4倍5.乙醇-水混合液常壓精餾時，若進料熱狀態(tài)參數(shù)q=1.2，說明進料為（）。A.過冷液體B.飽和液體C.氣液混合物D.過熱蒸汽6.干燥中藥浸膏時，若干燥介質（空氣）的濕球溫度不變，提高其溫度，則物料表面的臨界含水量會（）。A.升高B.降低C.不變D.先升后降7.制藥用壓縮空氣系統(tǒng)中，為去除油霧和微生物，常采用的分離設備是（）。A.旋風分離器B.袋濾器C.靜電除塵器D.膜過濾器8.某雙效蒸發(fā)系統(tǒng)濃縮藥液，若第二效蒸發(fā)室壓力低于第一效，則溶液的沸點（）。A.第一效高于第二效B.第一效低于第二效C.兩效相等D.無法比較9.測定某濾餅的比阻r=2×1012m?2，說明該濾餅屬于（）。A.不可壓縮濾餅B.可壓縮濾餅C.高阻濾餅D.低阻濾餅10.流化床干燥器處理顆粒狀原料藥時，若床層壓降突然下降，最可能的原因是（）。A.顆粒團聚B.氣流速度過高C.物料含水量降低D.分布板堵塞二、填空題（每空1分，共20分）1.雷諾數(shù)Re的物理意義是（）與（）的比值。2.離心泵啟動前需灌泵，否則會發(fā)生（）現(xiàn)象；若流量調節(jié)時關小出口閥，泵的軸功率會（）。3.間壁式換熱器中，當兩流體呈逆流流動時，對數(shù)平均溫差Δtm比并流時（）；若兩流體均為變溫，Δtm計算需采用（）公式。4.恒壓過濾方程V2+2VVe=KA2τ中，K的物理意義是（），其單位為（）。5.精餾操作中，全回流時理論板數(shù)（）；最小回流比時理論板數(shù)（）。6.濕空氣的相對濕度φ=100%時，表明空氣為（）狀態(tài)；此時濕球溫度（）干球溫度。7.制藥用超純水制備中，反滲透膜分離的驅動力是（）；電滲析的分離原理是（）。8.斯托克斯定律適用于（）沉降，其適用條件為（）。9.空氣通過干燥器預熱器后，濕度H（），焓I（）。10.萃取操作中，分配系數(shù)kA=（）；選擇性系數(shù)β越大，萃取效果（）。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述制藥生產中選用離心泵輸送藥液時，需重點考慮的性能參數(shù)及原因。2.比較板式塔與填料塔在制藥精餾過程中的適用性，舉例說明。3.解釋“干燥速率曲線”中恒速干燥階段與降速干燥階段的主要區(qū)別，并說明控制因素。4.過濾操作中，為何需對濾餅進行洗滌？簡述恒壓洗滌與恒速洗滌的優(yōu)缺點。5.制藥結晶過程中，過飽和度對晶體質量（如粒度、晶型）的影響規(guī)律是什么？生產中如何控制過飽和度？四、計算題（共30分）1.（8分）某制藥車間需將5m3/h的純化水從低位槽輸送至高位槽，兩槽液面高度差為15m，管道總長度（含當量長度）為80m，管徑為φ57mm×3.5mm（內徑50mm）。已知水的密度為1000kg/m3，粘度為1mPa·s，管壁絕對粗糙度ε=0.02mm。求：（1）管道內水的流速；（2）管路總阻力損失（J/kg）；（3）離心泵所需的揚程（m）。2.（8分）采用套管換熱器用120℃飽和蒸汽加熱某藥液（比熱容4.2kJ/(kg·℃)），藥液流量為5000kg/h，入口溫度20℃，出口溫度80℃。蒸汽側給熱系數(shù)α1=10000W/(m2·℃)，藥液側給熱系數(shù)α2=800W/(m2·℃)，管壁及污垢熱阻可忽略。求：（1）換熱器的熱負荷（kW）；（2）對數(shù)平均溫差Δtm（℃）；（3）總傳熱系數(shù)K（W/(m2·℃)）；（4）所需換熱面積A（m2）。3.（7分）某乙醇-水混合液含乙醇30%（摩爾分數(shù)，下同），常壓下在連續(xù)精餾塔中分離，要求塔頂產品乙醇含量95%，塔底殘液乙醇含量≤0.5%。已知物系的平均相對揮發(fā)度α=2.5，進料為泡點液體（q=1），操作回流比R=2Rmin。求：（1）最小回流比Rmin；（2）用芬斯克方程計算全回流時的最少理論板數(shù)（包括再沸器）。4.（7分）某原料藥懸浮液在0.3MPa下恒壓過濾，已知過濾常數(shù)K=4×10??m2/s，Ve=0.02m3/m2（過濾介質當量濾液體積），過濾面積A=10m2。求：（1）過濾至濾液體積V=2m3所需時間τ（s）；（2）若用0.5m3的清水（粘度與濾液相同）進行恒壓洗滌，洗滌時間τw（s）；（3）若過濾與洗滌時間總和為1200s，是否滿足生產要求？答案一、選擇題1.C（Re=duρ/μ=0.05×1.2×980/(0.8×10?3)=73500>4000，湍流）2.B（離心泵揚程與流體密度無關，僅與流量、轉速有關）3.B（總傳熱系數(shù)K≈1/α2，藥液側熱阻為主）4.B（恒壓過濾速率dV/dτ=KA2/(2(V+Ve))，壓力差Δp增大1倍，K=2kΔp（不可壓縮濾餅k為常數(shù)），故K增大1倍，初始速率與√Δp成正比）5.A（q>1為過冷液體）6.B（空氣溫度升高，濕球溫度不變時，表面汽化推動力增大，臨界含水量降低）7.D（膜過濾器可截留微米級油霧和微生物）8.A（壓力越低，沸點越低，第二效壓力低，沸點低）9.C（比阻r>101?m?2為高阻濾餅）10.A（顆粒團聚導致床層空隙率減小，壓降下降）二、填空題1.慣性力；粘性力2.氣縛；減?。髁繙p小，軸功率降低）3.大；積分平均（或嚴格計算）4.過濾常數(shù)（反映過濾速率與壓力差、濾餅性質的關系）；m2/s5.最少；無窮多6.飽和；等于7.壓力差；離子在電場作用下的遷移8.層流（或斯托克斯區(qū)）；Re≤19.不變；增大（預熱器加熱空氣，濕度不變，焓增加）10.萃取相中A的濃度/萃余相中A的濃度；越好三、簡答題1.重點考慮參數(shù)：（1）流量：匹配生產所需藥液輸送量；（2）揚程：滿足位差、壓力差及管路阻力要求；（3）耐腐蝕性：藥液可能含酸堿，需選不銹鋼或工程塑料材質；（4）密封性：避免藥液泄漏污染，采用機械密封；（5）轉速：高轉速可能破壞藥液中活性成分（如蛋白質），需低轉速設計。2.板式塔：適用于處理量大、物料清潔、操作彈性要求高的場合（如大噸位維生素C溶劑回收），塔板可定期清洗；填料塔：適用于熱敏性物料（如抗生素精餾）、壓降小、持液量少，填料表面潤濕效果好，可減少物料分解。3.恒速干燥階段：物料表面濕潤，干燥速率由表面汽化控制，速率恒定，與物料性質無關；降速干燥階段：物料內部水分遷移速率小于表面汽化速率，干燥速率下降，由內部擴散控制?？刂埔蛩兀汉闼匐A段為空氣的溫度、濕度、流速；降速階段為物料結構（如孔隙率、厚度）。4.洗滌目的：去除濾餅中殘留的母液（含雜質或有效成分），提高產品純度或回收率。恒壓洗滌：操作簡單，洗滌液流量逐漸減小，洗滌均勻但時間較長；恒速洗滌：洗滌速率恒定，時間短但需額外加壓設備，易破壞濾餅結構。5.過飽和度低：晶體生長速率>成核速率，晶體粒度大、晶型完整；過飽和度高：成核速率>生長速率，晶體細小、易團聚?？刂品椒ǎ海?）緩慢冷卻或蒸發(fā)（控制溫度變化速率）；（2）添加晶種（引導晶體生長）；（3）調節(jié)溶劑組成（改變溶解度）；（4）控制攪拌速率（影響傳質和過飽和度分布）。四、計算題1.（1）流速u=V/(3600×(πd2/4))=5/(3600×0.785×0.052)=0.707m/s（2）Re=duρ/μ=0.05×0.707×1000/(1×10?3)=35350（湍流）；ε/d=0.02/50=0.0004，查莫迪圖得λ=0.021；阻力損失hf=λ(l/d)(u2/2)=0.021×(80/0.05)×(0.7072/2)=8.32J/kg（3）揚程H=Δz+Δp/(ρg)+hf/g=15+0+8.32/9.81≈15.85m2.（1）熱負荷Q=qmcpΔt=5000×4.2×(80-20)/3600=350kW（2）逆流時，蒸汽溫度120℃，藥液入口20℃→出口80℃，Δt1=120-80=40℃，Δt2=120-20=100℃；Δtm=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=(100-40)/ln(100/40)=60/0.916=65.5℃（3）K=1/(1/α1+1/α2)=1/(1/10000+1/800)=740.7W/(m2·℃)（4）A=Q/(KΔtm)=350×103/(740.7×65.5)=7.2m23.（1）泡點進料q=1，q線為垂直線x=x_F=0.3；相平衡方程y=αx/(1+(α-1)x)=2.5x/(1+1.5x)精餾段操作線與q線交點：x=0.3，y=2.5×0.3/(1+1.5×0.3)=0.652Rmin=(xD-yq)/(yq-xF)=(0.95-0.652)/(0.652-0.3)=0.847（2）全回流時，Nmin+1=log[(xD(1-xW))/(xW(1-xD))]/logα=log[(0.95×0.995)/(0.005×0.05)]/log2.5=log(3781)/0.3979=3.577/0.3979≈9.0，故Nmin=8塊（含再沸器）4.（1）由V2+2VVe=KA2τ，代入數(shù)據(jù)：22+2×2×0.02=4×10??×102×τ4+0.08=0.004τ→τ=4.08/0.