2025化學(xué)工程考研化工原理專項(xiàng)訓(xùn)練試卷及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.某流體在圓管內(nèi)做層流流動(dòng)，若流量不變，管徑減小一半，則摩擦系數(shù)λ和Reynolds數(shù)Re變化情況為：(A)λ不變，Re減小一半(B)λ增大4倍，Re減小一半(C)λ不變，Re增大一倍(D)λ增大4倍，Re增大一倍2.在穩(wěn)定傳熱過(guò)程中，以下說(shuō)法正確的是：(A)導(dǎo)熱系數(shù)大的材料，其絕熱性能一定好(B)對(duì)流傳熱系數(shù)總是小于導(dǎo)熱系數(shù)(C)熱量傳遞的方向總是從高溫物體到低溫物體(D)黑體的輻射能力總是大于灰體的輻射能力3.在常壓下，將100℃的水蒸氣冷卻為100℃的水，該過(guò)程傳熱系數(shù)k的大致變化趨勢(shì)是：(A)顯著增大(B)顯著減小(C)基本不變(D)先增大后減小4.對(duì)于理想物系的連續(xù)精餾塔，當(dāng)操作回流比R逐漸減小時(shí)，以下說(shuō)法正確的是：(A)精餾段操作線斜率增大，提餾段操作線斜率減小(B)精餾段操作線斜率減小，提餾段操作線斜率增大(C)精餾段操作線與提餾段操作線交點(diǎn)升高(D)精餾段操作線與提餾段操作線交點(diǎn)降低5.在其他條件不變的情況下，提高吸收塔中填料層的有效高度，將導(dǎo)致：(A)總傳質(zhì)系數(shù)Kya增大(B)氣體出口濃度增大(C)液體出口濃度增大(D)填料層壓降增大6.以下干燥過(guò)程中，物料含水量通常以濕基含水量表示的是：(A)干燥器出口物料的含水量(B)露點(diǎn)干燥器中水蒸氣分壓達(dá)到飽和時(shí)的物料含水量(C)廂式干燥器中物料表面達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的含水量(D)流化床干燥器中物料濕含量最低時(shí)的含水量7.對(duì)于某液相不可逆反應(yīng)A→P，在間歇反應(yīng)釜中進(jìn)行，當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)n=1時(shí)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%所需的反應(yīng)時(shí)間t與初始濃度CA0的關(guān)系是：(A)t與CA0成正比(B)t與CA0成反比(C)t與CA0無(wú)關(guān)(D)t與1/CA0成正比8.在列管式換熱器中，若管內(nèi)流體被加熱，管外流體被冷卻，則管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)α1與管外對(duì)流傳熱系數(shù)α2的關(guān)系通常是：(A)α1>α2(B)α1<α2(C)α1=α2(D)無(wú)法確定9.以下關(guān)于流化床的說(shuō)法錯(cuò)誤的是：(A)流化床中顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)介于固定床和懸浮床之間(B)流化床適用于處理熱敏性物料(C)流化床的傳熱傳質(zhì)效率通常高于固定床(D)流化床的顆粒層空隙率小于固定床10.在進(jìn)行傳質(zhì)過(guò)程計(jì)算時(shí)，若物系符合雙膜理論，則氣膜阻力與液膜阻力的大小關(guān)系取決于：(A)氣相分壓與液相平衡分壓的差值(B)氣相傳質(zhì)系數(shù)ky與液相傳質(zhì)系數(shù)kx的大小(C)氣相濃度梯度與液相濃度梯度的大小(D)氣相與液相接觸面積的大小二、填空題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題后的橫線上）1.流體在管內(nèi)做層流流動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部不存在________應(yīng)力。2.傳熱基本方式有傳導(dǎo)、對(duì)流和________。3.在恒定總壓下進(jìn)行精餾時(shí)，若塔頂采用全凝器，塔底采用再沸器，則塔頂蒸汽組成________（填“大于”、“小于”或“等于”）塔底液體組成。4.對(duì)于低濃度氣體吸收過(guò)程，總傳質(zhì)系數(shù)Kya可近似表示為Ky=Hm*G/P，其中G為氣相流量，P為系統(tǒng)總壓，Hm為_(kāi)_______。5.物料在干燥過(guò)程中，其表面溫度通常________（填“高于”、“低于”或“等于”）周圍干燥介質(zhì)的溫度（忽略輻射傳熱）。6.對(duì)于液相反應(yīng)A+B→P，在等溫間歇反應(yīng)釜中，反應(yīng)物A和B的初始濃度相等，轉(zhuǎn)化率為x時(shí)，其反應(yīng)速率v=k*CA*CB，則該反應(yīng)的反應(yīng)級(jí)數(shù)n=________。7.在列管式換熱器中，為提高傳熱效率，常采用________、增加流速等措施。8.某流體的粘度為η，密度為ρ，運(yùn)動(dòng)粘度為ν，則ν=________。9.在填料塔中，氣液兩相的接觸方式通常為_(kāi)_______接觸。10.非理想溶液的汽液相平衡關(guān)系通常用________來(lái)描述。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述影響管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流給熱系數(shù)的主要因素。2.簡(jiǎn)述全凝器在精餾塔中的作用。3.簡(jiǎn)述流化床干燥過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)。四、計(jì)算題（共45分）1.（10分）水在φ108mm×4mm的鋼管內(nèi)做湍流流動(dòng)（Re>4000），流量為50m3/h，管長(zhǎng)10m，入口水溫為20℃，環(huán)境溫度為30℃。試估算管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。假設(shè)水的平均物性參數(shù)如下：密度ρ=998kg/m3，比熱容Cp=4.18kJ/(kg·K)，粘度η=1.002×10?3Pa·s，導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.607W/(m·K)。（提示：可使用Dittus-Boelter公式估算α1）2.（10分）某二元理想溶液在常壓下進(jìn)行連續(xù)精餾。原料液流量為100kmol/h，組成為0.4（摩爾分率，下同），要求塔頂產(chǎn)品組成為0.95，塔底產(chǎn)品組成為0.05。操作回流比為最小回流比的1.5倍。試求：(1)精餾段操作線方程；(2)若塔頂采用全凝器，求塔頂?shù)谝粔K理論塔板上升蒸汽的組成。3.（10分）在逆流操作的填料塔中，用純?nèi)軇┪栈旌蠚庵械娜苜|(zhì)。氣體處理量為200m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況），溶質(zhì)在氣相中的組成為0.08（摩爾分率），要求溶質(zhì)回收率為95%。操作條件下氣液平衡關(guān)系符合亨利定律，亨利系數(shù)KH=1.2atm，塔頂采用噴淋裝置，塔底采用再分布器。試估算完成該吸收任務(wù)所需的理論填料層高度。假設(shè)氣相總傳質(zhì)系數(shù)Kya=0.05kmol/(m2·h·atm)，液相體積傳質(zhì)系數(shù)KLa=0.1m3/(m2·h)。（提示：可先求出氣相分傳質(zhì)系數(shù)ky，再結(jié)合氣液平衡關(guān)系計(jì)算）4.（15分）某濕物料含水量為50%（濕基，下同），經(jīng)干燥后要求降至5%（濕基）。物料絕干密度為750kg/m3，比熱容為1.67kJ/(kg·K)。干燥過(guò)程為等溫恒速干燥，干燥介質(zhì)的溫度為150℃，濕度為0.02kg水/kg絕干空氣，空氣經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至120℃后進(jìn)入干燥器。試計(jì)算：(1)每千克絕干物料所需消耗的絕干空氣量；(2)若絕干空氣流量為1.5kg絕干空氣/kg絕干物料，求濕空氣出口溫度。（假設(shè)濕物料進(jìn)出干燥器溫度變化不大）---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.D5.C6.A7.B8.A9.B10.B二、填空題1.剪切2.輻射3.大于4.溶質(zhì)在氣相中的分傳質(zhì)系數(shù)（或y*與y之差與氣相濃度梯度的比值）5.低于6.27.列管束采用逆流布置、增加管程數(shù)（或采用螺旋管式換熱器）8.η/ρ9.混合10.活度系數(shù)（或汽液平衡常數(shù)）三、簡(jiǎn)答題1.影響管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流給熱系數(shù)的主要因素包括：流體的物理性質(zhì)（如密度、粘度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)）、流體的流動(dòng)狀態(tài)（層流或湍流）、管子的幾何尺寸（管徑、管長(zhǎng)、管壁粗糙度）、流體的相態(tài)（單相流或沸騰/冷凝）、流體的物性變化（如溫度對(duì)粘度、密度、比熱容的影響）、管子的排列方式（單管、管束）以及是否存在入口效應(yīng)、出口效應(yīng)、管壁粗糙度等。2.全凝器的作用是將精餾塔頂出來(lái)的氣相產(chǎn)品冷卻并冷凝為液相，作為回流液返回塔內(nèi)參與精餾過(guò)程。這有助于維持塔頂液相組成穩(wěn)定，提高塔的分離效率，使塔內(nèi)能獲得更輕的產(chǎn)品。3.流化床干燥過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)包括：(1)物料與熱空氣接觸面積大，傳熱傳質(zhì)效率高；(2)物料溫度分布均勻，不易產(chǎn)生局部過(guò)熱現(xiàn)象，適用于處理熱敏性物料；(3)物料流動(dòng)性好，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化操作；(4)可處理各種形狀和大小的物料，適應(yīng)性強(qiáng)。四、計(jì)算題1.解：(1)計(jì)算水的流量：Q=50m3/h=50/3600m3/s=1.39×10?2m3/s(2)計(jì)算管內(nèi)流速：u=Q/(π/4*d2)=1.39×10?2/(π/4*(0.108-0.004)×10?3)=1.53m/s(3)計(jì)算Reynolds數(shù)：Re=u*d*ρ/η=1.53*0.1*998/(1.002×10?3)=1.51×10?>4000，為湍流。(4)選用Dittus-Boelter公式計(jì)算α1（假定管內(nèi)流動(dòng)為充分發(fā)展湍流）：α1=0.023*(998*1.53)^(0.8)*(0.607/0.1)^(0.4)/(0.1*0.1)=3683W/(m2·K)(5)計(jì)算管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)：由于管壁溫度未知，通常采用平均對(duì)流傳熱系數(shù)或近似取管內(nèi)對(duì)流系數(shù)。此處按管內(nèi)對(duì)流系數(shù)計(jì)算。答案：管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)約為3683W/(m2·K)。2.解：(1)計(jì)算最小回流比Rmin：L'/D=(1-xD)/(xW-xD)=(1-0.95)/(0.05-0.95)=0.05L/D=L'/D+(xD-xF)/(xD-xW)=0.05+(0.95-0.4)/(0.95-0.05)=0.556q=(1-xF)/(1-xW)=(1-0.4)/(1-0.05)=0.702Rmin=(q*(xD-xF)/(xW-xF))/(1-q*(xD-xF)/(xW-xF))=(0.702*(0.95-0.4)/(0.05-0.4))/(1-0.702*(0.95-0.4)/(0.05-0.4))=0.5L=(Rmin+1)*D=(0.5+1)*100=150kmol/hR=1.5*Rmin=1.5*0.5=0.75L/R=150/75=2精餾段操作線斜率=L/(L+D)=150/(150+100)=0.6精餾段操作線方程：y=0.6x+0.4(2)求塔頂?shù)谝粔K理論塔板上升蒸汽的組成：y1=(R*x0+xD)/(R+1)=(0.75*1+0.95)/(0.75+1)=0.86答案：(1)精餾段操作線方程為y=0.6x+0.4；(2)塔頂?shù)谝粔K理論塔板上升蒸汽的組成為0.86。3.解：(1)計(jì)算氣相分傳質(zhì)系數(shù)ky：ky=Kya*P/G=0.05*1atm/200/3600m3/s=9×10??atm?1s?1(2)計(jì)算液相分傳質(zhì)系數(shù)kx：kx=KLa*ρ*L/G=0.1m3/(m2·h)*998kg/m3*1.5kg絕干空氣/kg絕干物料/(200/3600m3/s)=8.98m2/s(3)計(jì)算氣液平衡常數(shù)M：M=ky/kx=(9×10??)/8.98=1×10??atm(4)計(jì)算氣相組成y1（塔頂處）：y1=yG/(1+M*(yG-yL))=0.08/(1+1×10??*(0.08-0.05))≈0.08(5)計(jì)算氣相組成y2（塔底處）：y2=xW/(1+M*(xW-yL))=0.05/(1+1×10??*(0.05-0.05))=0.05(6)計(jì)算平均推動(dòng)力Δym：Δym1=y1-y*1=y1-M*y1=(1-M)y1=(1-1×10??)*0.08≈0.08Δym2=y2-y*2=y2-M*y2=(1-M)y2=(1-1×10??)*0.05≈0.05Δym_avg=(Δym1+Δym2)/2=(0.08+0.05)/2=0.065(7)計(jì)算理論填料層高度HETP：HETP=(G/Kya)*(Δym_avg/(y1-y2))=(200/0.05)*(0.065/(0.08-0.05))=820m(8)計(jì)算理論填料層高度Z：Z=HETP*(N_theory/η)=HETP*(ln((1-y2)/(1-y1))/ln((1-y1)/(1-y*1)))*η其中η為塔板效率，對(duì)于填料塔，若無(wú)數(shù)據(jù)，可假設(shè)η=0.7(或使用其他數(shù)據(jù))Z=820*(ln((1-0.05)/(1-0.08))/ln((1-0.08)/(1-0.08*1×10??)))*0.7Z≈820*(ln(0.95/0.92)/ln(0.92/0.9999))*0.7Z≈820*(ln(1.0435)/ln(920.09))*0.7Z≈820*(0.042/6.744)*0.7Z≈820*0.00624*0.7≈36.1m答案：完成該吸收任務(wù)所需的理論填料層高度約為36.1m。4.解：(1)計(jì)算濕物料中絕干物料質(zhì)量：絕干物料質(zhì)量=100/(1+0.5)=66.67kg(2)計(jì)算濕物料中水分質(zhì)量：水分質(zhì)量=100-66.67=33.33kg(3)計(jì)算干燥過(guò)程所需絕干空氣量：絕干空氣量Gs=水分質(zhì)量/水分比濕度ΔH預(yù)熱前濕空氣比濕度H1=0.02kg水/kg絕干空氣預(yù)熱后濕空氣比濕度H2=H1=0.02kg水/kg絕干空氣(忽略空氣中水蒸氣分壓變化)水分比濕度ΔH=H2-H1=0.02-0.02=0Gs=33.33/ΔH=33.33/0=∞(此結(jié)果不合理，說(shuō)明計(jì)算假設(shè)有誤，需重新考慮)正確計(jì)算方法：絕干空氣量Gs=水分質(zhì)量/(H2-H1)Gs=33.33/(0.02-0.02)=33.33/0=∞(仍然不合理，說(shuō)明干空氣量無(wú)窮大，這在實(shí)際中不可能，表明物料初始濕含量過(guò)高或計(jì)算方式有誤)更合理的計(jì)算：干燥過(guò)程消耗的絕干空氣量等于離開(kāi)干燥器的濕空氣中絕干空氣量。離開(kāi)干燥器的濕空氣比濕度H3=水分質(zhì)量/絕干空氣量Gs=33.33/Gs離開(kāi)干燥器的濕空氣總質(zhì)量G=Gs+H3=Gs+33.33/GsG=1.5*66.67=100kg/h(干空氣+水)Gs+33.33/Gs=100