2025年化學(xué)工程化工原理備考（附答案）考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題只有一個選項(xiàng)符合題意）1.對于不可壓縮流體定常流動，伯努利方程表達(dá)了流體機(jī)械能守恒，其不適用條件之一是（）。A.流動為層流B.流動存在粘性阻力C.流動存在能量損失D.流動存在局部阻力2.在圓形直管內(nèi)做強(qiáng)制層流流動，管內(nèi)流速分布呈拋物線形。若管徑增大一倍，其他條件不變，則層流底層厚度將（）。A.增加一倍B.減少一半C.不變D.增加四倍3.某流體在圓管內(nèi)做層流流動，若管長和管徑不變，流量增大一倍，則壓降將（）。A.增加一倍B.減少一半C.增加四倍D.減少一半4.在傳熱過程中，以下說法正確的是（）。A.熱量總是從低溫物體傳向高溫物體B.傳熱過程必然伴隨著能量損失C.對流傳熱系數(shù)總是大于導(dǎo)熱系數(shù)D.輻射傳熱不需要介質(zhì)5.以下關(guān)于對流傳熱系數(shù)影響說法錯誤的是（）。A.流體流動狀態(tài)（層流或湍流）影響對流傳熱系數(shù)B.流體的物理性質(zhì)（密度、粘度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)）影響對流傳熱系數(shù)C.流體的流速越高，對流傳熱系數(shù)越小D.換熱面的形狀和位置影響對流傳熱系數(shù)6.熱流體通過管壁傳給冷流體，若管壁厚度增加，在其他條件相同時，管壁內(nèi)表面溫度將（）。A.升高B.降低C.不變D.無法確定7.對于理想溶液的連續(xù)精餾塔，當(dāng)操作壓力降低時，若其他條件不變，則其最小理論板數(shù)將（）。A.增大B.減小C.不變D.可能增大也可能減小8.在使用McCabe-Thiele圖進(jìn)行雙組分理想溶液精餾計(jì)算時，確定操作線的依據(jù)是（）。A.進(jìn)料熱狀態(tài)（q值）B.理論板數(shù)C.塔頂冷凝器和塔底再沸器的操作方式D.平衡曲線9.氣體在圓形管內(nèi)做等溫擴(kuò)散，若管徑減小一半，其他條件不變，則傳質(zhì)通量將（）。A.增加一倍B.減少一半C.增加四倍D.減少四倍10.在干燥過程中，濕物料中除去的是（）。A.結(jié)合水B.非結(jié)合水C.潮濕空氣中的水蒸氣D.物料本身的一部分二、填空題（每小題2分，共20分）1.流體流動阻力的表示方法有______和______兩種。2.傳熱的基本方式有______、______和______。3.在恒定總壓下，氣液平衡時氣相中某組分的分壓與液相中該組分的摩爾分?jǐn)?shù)之比稱為______。4.簡單蒸餾的依據(jù)是______，其特點(diǎn)是______。5.在吸收過程中，氣相主體中某組分的分壓與液相主體中該組分的摩爾分?jǐn)?shù)之比稱為______。6.評價傳熱過程強(qiáng)度的指標(biāo)是______。7.對于液膜控制型的氣液傳質(zhì)過程，提高流體的流速通常會______（填“增大”或“減小”）傳質(zhì)速率。8.物料衡算和熱量衡算是進(jìn)行化工過程______和______的基礎(chǔ)。9.理想氣體常數(shù)R的值為______kJ/(kmol·K)。10.干燥過程是在______（填“等溫”或“變溫”）條件下進(jìn)行的。三、簡答題（每小題5分，共15分）1.簡述流體粘性的物理意義及其對流動和傳熱的影響。2.何謂傳熱過程的強(qiáng)化？試列舉至少三種強(qiáng)化傳熱的方法。3.在精餾塔的操作中，若進(jìn)料量突然增加，其他條件不變，塔頂和塔底的產(chǎn)物組成會發(fā)生怎樣的變化？（定性分析）四、計(jì)算題（共45分）1.（10分）某流體在直徑為0.1m的圓形管內(nèi)做湍流流動，流速為2m/s，流體密度為1200kg/m3，粘度為0.001Pa·s。試計(jì)算該流體的Reynolds數(shù)，并判斷流動狀態(tài)。若管長為10m，流體流過此管段的壓降為50kPa（不計(jì)局部阻力），試估算因流動摩擦引起的能量損失（以單位質(zhì)量流體表示，J/kg）。（取動能修正因子α=1）2.（10分）有一套管式換熱器，內(nèi)管為φ25mm×2.5mm的鋼管，外管為φ38mm×3mm的鋼管。管內(nèi)流動的是冷流體，管外用飽和水蒸氣加熱。已知管內(nèi)冷流體流量為0.5kg/s，進(jìn)料溫度為20°C，出口溫度為80°C，對流傳熱系數(shù)為1200W/(m2·K)。水蒸氣冷凝放熱對流傳熱系數(shù)為5000W/(m2·K)。試估算該換熱器的基于外表面積的總傳熱系數(shù)K（W/(m2·K)）。（鋼管導(dǎo)熱系數(shù)可取45W/(m·K)）3.（10分）某雙組分理想溶液在常壓下進(jìn)行連續(xù)精餾。已知原料液組成為0.4（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），要求塔頂產(chǎn)品純度為0.95，塔底產(chǎn)品純度為0.05。泡點(diǎn)進(jìn)料，操作回流比為2.0（L/D）。試?yán)肕cCabe-Thiele圖法（繪圖過程略，只需計(jì)算和說明）估算完成該分離任務(wù)所需的最小理論板數(shù)。（假設(shè)相對揮發(fā)度α=2.0）4.（15分）空氣以2kg/s的流量通過一個干燥器，將濕物料從含水量30%（濕基，下同）干燥到15%（濕基）。已知濕物料進(jìn)料溫度為25°C，出料溫度為50°C?？諝獬鯗貫?0°C，濕度為0.005kg水/kg干空氣，離開干燥器時溫度為60°C，濕度為0.15kg水/kg干空氣。試計(jì)算：（1）濕物料處理量（kg/h）；（2）空氣的絕熱飽和溫度。（假設(shè)空氣的比熱容為1.01kJ/(kg·K)，濕物料中水分的汽化潛熱為2440kJ/kg，忽略熱量損失）。試卷答案一、選擇題1.B2.A3.C4.D5.C6.B7.B8.A9.C10.B二、填空題1.長度平方壓降法；當(dāng)量直徑法2.熱傳導(dǎo)；對流；輻射3.相對揮發(fā)度4.恒定壓強(qiáng)下，根據(jù)氣液平衡關(guān)系，使混合物中易揮發(fā)組分在氣相中濃度逐漸增濃的過程；氣相組成沿塔自上而下逐漸降低，液相組成沿塔自下而上逐漸升高5.氣相分壓；液相平衡6.傳熱系數(shù)7.增大8.設(shè)計(jì)；操作9.8.31410.變溫三、簡答題1.答：流體的粘性是內(nèi)摩擦的表現(xiàn)，它阻礙流體的相對運(yùn)動。粘性使管內(nèi)流動出現(xiàn)層流底層，增加流動阻力（壓降）；粘性也影響熱量在流體內(nèi)部傳遞，是自然對流和傳熱過程中的重要因素。2.答：強(qiáng)化傳熱是指提高傳熱速率。方法包括：增大傳熱溫差；增大傳熱面積；提高傳熱系數(shù)。具體措施如：增加流體的流速和擾動；采用肋片；選擇合適的換熱器類型；提高流體的導(dǎo)熱性等。3.答：進(jìn)料量增加，若操作線位置不變（L/D不變），塔頂回流比可能需要調(diào)整。但題目條件“其他條件不變”通常指L/D和q值恒定。此時，操作線向遠(yuǎn)離平衡線的方向移動。為維持塔頂產(chǎn)品純度，精餾段液氣比（L/D）必須增大，導(dǎo)致塔內(nèi)上升蒸汽量增加，塔底采出液量減少。結(jié)果是塔底產(chǎn)品純度（含易揮發(fā)組分）會下降，塔頂產(chǎn)品純度（易揮發(fā)組分）基本維持不變或略有下降（取決于平衡關(guān)系和操作彈性）。四、計(jì)算題1.解：(1)計(jì)算Reynolds數(shù)：Re=(ρvd)/μ=(1200kg/m3×2m/s×0.1m)/0.001Pa·s=2.4×10?判斷流動狀態(tài)：Re=2.4×10?>4000，屬于湍流流動。(2)計(jì)算壓降引起的能量損失（以單位質(zhì)量流體表示）：ΔP=50kPa=50,000Pa流動功變化忽略不計(jì)，壓降引起的能量損失為：ε_f=-ΔP/ρ=-50,000Pa/1200kg/m3=-41.67J/kg負(fù)號表示流體克服阻力做功，能量損失為41.67J/kg。2.解：基于外表面積的總傳熱系數(shù)K的計(jì)算：1/K=1/h_i*A_i+δ/λ*A_i+1/h_o*A_o其中A_i=πd_i*L=π*0.02m*L,A_o=πd_o*L=π*0.042m*LA_i/A_o=(0.02m)/(0.042m)=0.4761/K=(1/1200)*(A_i/A_o)+(0.0025m/45W/(m·K))*(A_i/A_o)+1/50001/K=(1/1200)*0.476+(0.0025/45)*0.476+1/50001/K=0.0003967+0.0000269+0.00021/K=0.0006236K=1/0.0006236=1605W/(m2·K)（注意：此處未考慮管壁兩側(cè)污垢熱阻）3.解：(1)計(jì)算最小理論板數(shù)N_min：q=1/(L/D)=1/2.0=0.5y_q=x_F/(q-1)=0.4/(0.5-1)=-0.8y_D=x_D=0.95α=2.0查得最小理論板數(shù)N_min=5塊（根據(jù)α=2.0的McCabe-Thiele圖查找結(jié)果，具體圖略）。4.解：(1)計(jì)算濕物料處理量G（kg/h）：濕物料中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w=30/(100+30)=0.231干物料質(zhì)量G_d=G*(1-w)=G*(1-0.231)=0.769G空氣離開干燥器時的濕度H_2=0.15kg水/kg干空氣空氣進(jìn)入干燥器時的濕度H_1=0.005kg水/kg干空氣空氣流量L=2kg/s=7200kg/h根據(jù)水分衡算：G_d*(w_1-w_2)=L*(H_2-H_1)0.769G*(0.231-0.15)=7200kg/h*(0.15-0.005)0.769G*0.081=7200*0.145G=(7200*0.145)/(0.769*0.081)=16200kg/h(2)計(jì)算絕熱飽和溫度t_a：進(jìn)入干燥器的空氣狀態(tài)：T_1=20°C,H_1=0.005kg水/kg干空氣離開干燥器的空氣狀態(tài)：T_2=60°C,H_2=0.15kg水/kg干空氣空氣比熱容c_p=1.01kJ/(kg·K)水的汽化潛熱L_v=2440kJ/kg空氣離開干燥器時的焓h_2=c_p*T_2+H_2*L_v=1.01*60+0.15*2440=366+366=732kJ/kg進(jìn)入干燥器時的焓h_1=c_p*T_1=1.01*20=20.2kJ/kg絕熱飽和溫度t_a時，空氣的焓h_a=h_1=20.2kJ/kgh_a=c_p*t_a+H_a*L_v20.2=1.01*t_a+H_a*2440空氣在絕熱飽和器中達(dá)到飽和，濕度H_a等于濕空氣在t_a溫度下的飽和濕度。假設(shè)水汽分壓等于飽和壓力P_sat，則H_a=P_sat/(P-P_sat)*(R*T_a/M_water)，其中R=0.08206L·atm/(mol·K),M_water=18g/mol。但此處通常簡化處理，或查表得H_a。若近似認(rèn)為H_a與H_2接近，則：20.2=1.01*t_a+0.15*244020.2=1.01*t_a+366t_a=(20.2-366)/1.01=-334.78/1.01≈-332.4K≈-41.3°C（注：此簡化可能誤差較大，更準(zhǔn)確需查t_a時的飽和濕度H_a）更準(zhǔn)確方法：利用離開干燥器狀態(tài)點(diǎn)(T2=60°C,H2=0.15)在焓濕圖上做等焓線（h=732kJ/kg）與t_a溫度下的飽和線相交，交點(diǎn)的濕度即為H_a，再代入h_a方程求解t_a。假設(shè)查得H_a≈0.15kg水/kg干空氣（此為估算），則：20.2=1.01*t_a+0.15*2440t_a=(20.2-366)/1.01=-345.8/1.01≈-341.2K≈-70°C（實(shí)際值應(yīng)介于20°C和60°C之間，上述估算H_a不準(zhǔn)確，需用焓濕圖確定）。假設(shè)查焓濕圖得H_a≈0.05kg水/kg干空氣（估算值）：20.2=1.01*t_a+0