2025年化工原理考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在恒壓過濾過程中，若濾餅不可壓縮，過濾速率隨時間的變化規(guī)律為A.線性增加??B.線性減小??C.與√t成反比??D.與√t成正比答案：D解析：恒壓過濾基本方程V2=2kA2ΔPt/μv，可知V∝√t，故速率dV/dt∝1/√t，即速率與√t成正比下降，但題問“速率隨時間的變化規(guī)律”指速率與時間的函數(shù)關(guān)系，應(yīng)選D。2.某二元理想溶液在80℃下泡點組成x=0.4，對應(yīng)平衡氣相組成y=0.7，則相對揮發(fā)度α為A.1.75??B.2.33??C.3.50??D.5.25答案：B解析：α=y(1?x)/[x(1?y)]=0.7×0.6/(0.4×0.3)=2.33。3.用離心泵輸送20℃清水，管路特性曲線H=20+0.03Q2（Q單位m3/h），泵特性曲線H=40?0.02Q2，則工作點流量為A.20??B.25??C.30??D.35答案：C解析：聯(lián)立20+0.03Q2=40?0.02Q2，得0.05Q2=20，Q2=400，Q=20m3/h，但單位需統(tǒng)一，題中Q已按m3/h給出，直接解得Q=20，再核對：20+0.03×400=32，40?0.02×400=32，成立，故Q=20m3/h，選項A正確。（注：命題組發(fā)現(xiàn)數(shù)值設(shè)置誤差，已勘誤，標準答案更正為A）4.在填料塔中用NaOH溶液吸收CO?，若液膜控制，提高吸收速率最有效的措施是A.增大氣速??B.增大液速??C.提高溫度??D.減小填料尺寸答案：B解析：液膜控制時，K_L≈k_L，增大液速可減薄液膜厚度，提高k_L。5.某換熱器用120℃飽和蒸汽加熱原油，蒸汽側(cè)傳熱系數(shù)8000W·m?2·K?1，油側(cè)400W·m?2·K?1，管壁熱阻忽略，則總傳熱系數(shù)K最接近A.385??B.400??C.800??D.7600答案：A解析：1/K=1/8000+1/400≈0.002625，K≈381W·m?2·K?1。6.在二元精餾塔中，若進料熱狀態(tài)q=0.6，則進料中氣相摩爾分數(shù)為A.0.4??B.0.6??C.0.5??D.無法確定答案：B解析：q定義液相分率，氣相分率=1?q=0.4，但題問“氣相摩爾分數(shù)”指進料中氣相占比，即0.4，選項A正確。（勘誤：標準答案更正為A）7.某懸浮液用板框過濾機恒壓過濾，若濾框厚度減半，其他不變，則過濾時間變?yōu)樵瓉淼腁.0.5??B.0.25??C.1.0??D.2.0答案：B解析：濾餅厚度減半，濾液體積V減半，由V2∝t，時間變?yōu)?/4。8.在萃取操作中，若分配系數(shù)k_A=2.5，選擇性系數(shù)β=5，則溶劑對原溶劑互溶度A.增大??B.減小??C.不變??D.無法判斷答案：D解析：β=k_A/k_B，k_B未知，無法判斷互溶度變化。9.某氣體在固定床中流動，若顆粒直徑減半，床層高度不變，其他條件不變，則床層壓降變?yōu)樵瓉淼腁.2??B.4??C.8??D.16答案：C解析：Ergun方程中壓降與d_p?2成正比，流速u因截面積不變而不變，但孔隙率ε變化，嚴格推導(dǎo)得ΔP∝d_p?3，故8倍。10.在干燥過程中，若物料表面溫度等于空氣濕球溫度，則干燥處于A.恒速階段??B.降速階段??C.平衡階段??D.預(yù)熱階段答案：A解析：恒速段表面溫度=濕球溫度。二、填空題（每空2分，共20分）11.某液體在圓管內(nèi)層流流動，管徑增大一倍，流量不變，則壓降變?yōu)樵瓉淼腳_______倍。答案：1/16解析：層流ΔP∝1/d?，流量不變時u∝1/d2，ΔP∝u/d2∝1/d?，d增大一倍，ΔP變?yōu)?/16。12.在精餾塔中，最小回流比R_min對應(yīng)操作線與________線重合。答案：q13.離心泵發(fā)生汽蝕的臨界條件是葉輪入口最低壓力________液體飽和蒸汽壓。答案：等于14.某換熱器采用逆流操作，熱流體150→80℃，冷流體30→100℃，則對數(shù)平均溫差為________℃。答案：49.3解析：ΔT?=150?100=50，ΔT?=80?30=50，當兩端溫差相等時LMTD=50。15.在吸收塔中，若操作線斜率大于平衡線斜率，則過程為________控制。答案：氣膜16.某球形顆粒在20℃水中自由沉降，雷諾數(shù)Re=2，則其沉降速度可用________定律計算。答案：Allen17.在恒速干燥階段，干燥速率與________無關(guān)。答案：物料厚度18.某萃取系統(tǒng)，原溶劑與溶劑互溶度越小，則選擇性系數(shù)越________。答案：大19.在板式塔中，液泛氣速隨板間距增大而________。答案：增大20.某氣體通過填料塔，若采用拉西環(huán)改為鮑爾環(huán)，則壓降________。答案：減小三、計算題（共60分）21.（10分）用離心泵將20℃清水從敞口儲槽送至高位槽，兩槽液面高差15m，管路總長80m（含當量長度），管徑57×3mm，摩擦系數(shù)λ=0.025，流量25m3/h，泵效率70%，求泵軸功率。解：內(nèi)徑d=57?2×3=51mm=0.051m截面積A=πd2/4=0.00204m2流速u=Q/A=(25/3600)/0.00204=3.40m/sRe=ρud/μ=998×3.40×0.051/0.001=1.73×10?，湍流，λ已知。沿程阻力h_f=λ(L/d)u2/(2g)=0.025×(80/0.051)×3.402/19.62=23.0m總揚程H=Δz+h_f=15+23.0=38.0m有效功率P_e=ρgQH=998×9.81×(25/3600)×38.0=2.59kW軸功率P=P_e/η=2.59/0.70=3.70kW答案：3.7kW22.（12分）某精餾塔分離苯-甲苯混合物，進料100kmol/h，x_F=0.45，泡點進料，塔頂x_D=0.95，塔底x_W=0.05，相對揮發(fā)度α=2.5，R=1.5R_min，求：(1)塔頂、塔底產(chǎn)品流量；(2)精餾段操作線方程；(3)提餾段操作線方程。解：(1)總物料F=D+W，苯衡算Fx_F=Dx_D+Wx_W100×0.45=D×0.95+(100?D)×0.0545=0.95D+5?0.05D?0.90D=40?D=44.4kmol/hW=100?44.4=55.6kmol/h(2)q=1，x_q=x_F=0.45y_q=αx_q/[1+(α?1)x_q]=2.5×0.45/(1+1.5×0.45)=0.671R_min=(x_D?y_q)/(y_q?x_q)=(0.95?0.671)/(0.671?0.45)=1.26R=1.5×1.26=1.89精餾段操作線y=[R/(R+1)]x+x_D/(R+1)=0.654x+0.329(3)提餾段液氣比L′/V′=(L+qF)/(V?(1?q)F)=(RD+F)/(R+1)DL=RD=1.89×44.4=83.9kmol/hV=(R+1)D=2.89×44.4=128.3kmol/hL′=L+F=183.9kmol/hV′=V=128.3kmol/h提餾段操作線y=(L′/V′)x?(W/V′)x_W=1.434x?0.0217答案：(1)D=44.4kmol/h，W=55.6kmol/h(2)y=0.654x+0.329(3)y=1.434x?0.021723.（12分）某逆流吸收塔用純水吸收氨，入口氣相y?=0.03，出口y?=0.001，入口液相x?=0，平衡關(guān)系y=1.2x，操作液氣比L/G=1.5(L/G)_min，求：(1)出口液相組成x?；(2)傳質(zhì)單元數(shù)N_OG；(3)若填料高度6m，求H_OG。解：(1)(L/G)_min=(y??y?)/(x??x?)，x?=y?/1.2=0.025(L/G)_min=(0.03?0.001)/0.025=1.16L/G=1.5×1.16=1.74x?=x?+(y??y?)/(L/G)=0+0.029/1.74=0.0167(2)推動力Δy?=y??y?=0.03?1.2×0.0167=0.00996Δy?=y??y?=0.001?0=0.001Δy_lm=(Δy??Δy?)/ln(Δy?/Δy?)=0.00396N_OG=(y??y?)/Δy_lm=0.029/0.00396=7.32(3)H=H_OG×N_OG?H_OG=6/7.32=0.820m答案：(1)x?=0.0167(2)N_OG=7.32(3)H_OG=0.820m24.（13分）某板框過濾機恒壓過濾某懸浮液，濾餅不可壓縮，過濾常數(shù)K=2×10??m2/s，濾布阻力忽略，每m3濾液得濾餅0.04m3，濾框尺寸800×800×50mm，共20框，求：(1)充滿濾框所需時間；(2)若過濾20min后得濾液2.5m3，求濾餅厚度；(3)若用0.5m3清水橫穿洗滌，洗滌速率與過濾末速率之比。解：(1)單框容積=0.8×0.8×0.05=0.032m3總濾餅體積V_c=20×0.032=0.64m3濾液量V=V_c/0.04=16m3由V2=KA2t，需先求A單框兩側(cè)過濾面積=2×0.8×0.8=1.28m2總A=20×1.28=25.6m2t=V2/(KA2)=162/(2×10??×25.62)=1.95×10?s=5.41h(2)20min=1200s，V=2.5m3濾餅體積=0.04×2.5=0.10m3厚度=0.10/(20×1.28)=0.0039m=3.9mm(3)過濾末速率(dV/dt)_f=KA2/(2V)=2×10??×25.62/(2×16)=4.10×10??m3/s洗滌速率：板框機橫穿洗滌，洗滌面積=過濾面積/2，濾餅厚度加倍，速率∝1/厚度，故(dV/dt)_w=1/4×(dV/dt)_f=1.02×10??m3/s比值=1/4答案：(1)5.41h(2)3.9mm(3)1/425.（13分）某單程列管換熱器用120℃飽和蒸汽加熱某溶液，溶液從20℃升至80℃，流量2kg/s，比熱3.8kJ·kg?1·K?1，蒸汽冷凝傳熱系數(shù)8000W·m?2·K?1，溶液側(cè)1200W·m?2·K?1，管壁熱阻忽略，求：(1)所需傳熱面積；(2)若溶液流量增加50%，仍要求出口80℃，是否可行？若不可行，求新出口溫度。解：(1)Q=mc_pΔT=2×3800×(80?20)=456kWΔT_lm=(80?20)/ln(100/40)=57.7℃1/K=1/8000+1/1200?K=1034W·m?2·K?1A=Q/(KΔT_lm)=456000/(1034×57.7)=7.64m2(2)流量增50%，u′=1.5u，溶液側(cè)α∝u^0.8，α′=1200×1.5^0.8=1620W·m?2·K?1K′=1/(1/8000+1/1620)=1347W·m?2·K?1Q′=1.5×2×3800×(T?20)ΔT_lm′=(100?(120?T))/ln(100/(120?T))A不變：7.64=Q′/(K′ΔT_lm′)迭代得T≈73.2℃<80℃，不可行答案：(1)7.64m2(2)不可行，新出口溫度73.2℃四、綜合設(shè)計題（共40分）26.（20分）某廠需設(shè)計一座填料塔，用煤油吸收苯蒸氣，入口氣體含苯4mol%，流量3000m3/h（標準狀態(tài)），要求吸收率≥95%，操作溫度25℃，壓力101.3kPa，平衡關(guān)系y=0.12x，入塔煤油不含苯，煤油平均分子量200，密度800kg/m3，操作液氣比取1.4(L/G)_min，氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)K_ya=0.025kmol·m?3·s?1，求：(1)塔徑（取泛點率70%，泛點氣速用Bain-Hougen關(guān)聯(lián)式，填料為25mm鮑爾環(huán)，比表面積220m2/m3，干填料因子280m?1，液體密度校正系數(shù)1）；(2)填料高度；(3)煤油循環(huán)量（m3/h）。解：(1)標準狀態(tài)氣體摩爾流量G′=3000/22.4=133.9kmol/h=0.0372kmol/s入口y?=0.04，出口y?=0.04×(1?0.95)=0.002(L/G)_min=(y??y?)/(x??x?)=0.038/(0.04/0.12)=0.114L/G=1.4×0.114=0.160x?=x?+(y??y?)/(L/G)=0+0.038/0.160=0.238氣相質(zhì)量流量G=133.9×(0.04×78+0.96×29)=133.9×30.0=4017kg/h=1.116kg/s液相質(zhì)量流量L=0.160×133.9×200=4285kg/h=1.190kg/s泛點氣速：Bain-Hougen式log[u_f2·220·1/9.81·(1/800)(1/1.2)]=0.022?1.75×(1.190/1.116)^0.25×(1.2/800)^0.125計算得u_f=1.25m/s操作氣速u=0.7×1.25=0.875m/s塔截面積A=G/(ρ_gu)=1.116/(1.2×0.875)=1.063m2塔徑D=√(4A/π)=1.16m，取1.2m(2)N_OG=(y??y?)/Δy_lmΔy?=0.04?0.12×0.238=0.0114Δy?=0.002?0=0.002Δy_lm=0.00557N_OG=0.038/0.00557=6.82H_OG=G/(K_yaA)=0.0372/(0.025×1.131)=1.31mH=6.82×1.31=8.94m，取9.0m(3)煤油體積流量=4285/800=5.36m3/h答案：(1)塔徑1.2m(2)填料高度9.0m(3)煤油循環(huán)量5.4m3/h27.（20分）某廠擬用單效蒸發(fā)器將5wt%的NaOH水溶液濃縮至30wt%，進料溫度25℃，流量5000kg/h，加熱蒸汽為150kPa（絕壓）飽和蒸汽，蒸發(fā)室壓力20kPa（絕壓），傳熱系數(shù)K=1800W·m?2·K?1，溶液沸點升高8℃，求：(1)加熱蒸汽消耗