2025年大學(xué)大三（化學(xué)工程與工藝）化工分離工程試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本大題共10小題，每小題3分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1.以下哪種分離方法不屬于平衡分離過(guò)程？A.精餾B.吸收C.離子交換D.萃取2.對(duì)于二元理想溶液的精餾過(guò)程，當(dāng)回流比一定時(shí)，進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q值增大，塔頂產(chǎn)品組成xD將：A.增大B.減小C.不變D.不確定3.在吸收操作中，吸收劑的選擇應(yīng)考慮多個(gè)因素，其中不包括：A.對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度B.揮發(fā)性小C.與溶質(zhì)有化學(xué)反應(yīng)D.分子量小4.萃取操作中，萃取劑的選擇性系數(shù)β越大，表明：A.萃取效果越好B.萃取效果越差C.與萃取效果無(wú)關(guān)D.不確定5.以下關(guān)于精餾塔塔板效率的說(shuō)法，正確的是：A.全塔效率等于各單板效率之和B.單板效率與氣液接觸狀態(tài)無(wú)關(guān)C.點(diǎn)效率反映了塔板上局部位置的傳質(zhì)效果D.總板效率總是大于單板效率6.在恒沸精餾中，加入的挾帶劑應(yīng)與原溶液中的組分形成：A.理想溶液體系B.具有最低恒沸點(diǎn)的體系C.具有最高恒沸點(diǎn)的體系D.不形成恒沸物的體系7.對(duì)于氣液平衡關(guān)系y=f(x)，若體系溫度升高，相平衡常數(shù)K值將：A.增大B.減小C.不變D.不確定8.吸附分離過(guò)程中，吸附劑的吸附容量與以下哪種因素?zé)o關(guān)？A.吸附質(zhì)的濃度B.吸附溫度C.吸附壓力D.吸附劑的顆粒大小9.以下哪種膜分離過(guò)程是基于溶質(zhì)分子大小的差異進(jìn)行分離的？A.反滲透B.超濾C.電滲析D.氣體滲透10.在化工分離過(guò)程中，以下哪種情況會(huì)導(dǎo)致分離過(guò)程的能耗增加？A.提高分離效率B.降低操作壓力C.減少回流比D.升高進(jìn)料溫度第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（共20分）答題要求：本大題共5小題，請(qǐng)將答案填寫在題中橫線上。1.精餾塔的進(jìn)料熱狀態(tài)有五種，分別是冷液進(jìn)料、______、氣液混合物進(jìn)料、______和過(guò)熱蒸汽進(jìn)料。2.吸收操作中，亨利定律表達(dá)式為p=Ex，其中E稱為_(kāi)_____，其值越大，表明氣體在液體中的溶解度______。3.萃取操作中，分配系數(shù)kA=yA/xA，當(dāng)kA>1時(shí)，說(shuō)明溶質(zhì)在萃取相中的濃度______在萃余相中的濃度。4.吸附等溫線主要有Langmuir等溫線、______等溫線和Freundlich等溫線等。5.膜分離過(guò)程中，截留分子量是衡量膜性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它表示膜能截留的______的分子量。三、簡(jiǎn)答題（共20分）答題要求：本大題共4小題，請(qǐng)簡(jiǎn)要回答問(wèn)題。1.簡(jiǎn)述精餾塔全塔效率的影響因素。2.說(shuō)明吸收操作中選擇吸收劑的原則。3.簡(jiǎn)述萃取操作的基本原理。4.簡(jiǎn)述吸附分離過(guò)程的特點(diǎn)。四、分析題（共15分）材料：某二元混合液，其組成為易揮發(fā)組分xA=0.4，在泡點(diǎn)溫度下進(jìn)入連續(xù)精餾塔。塔頂采用全凝器，塔底產(chǎn)品組成為xW=0.05，回流比R=3。已知該物系的相對(duì)揮發(fā)度α=2.5。答題要求：本大題共3小題，請(qǐng)根據(jù)上述材料進(jìn)行分析計(jì)算。1.計(jì)算塔頂產(chǎn)品組成xD。2.計(jì)算精餾段操作線方程。3.若進(jìn)料量F=100kmol/h，求塔頂產(chǎn)品量D和塔底產(chǎn)品量W。五、綜合題（共15分）材料：在一逆流吸收塔中，用清水吸收混合氣中的有害組分A。已知混合氣流量為1000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），其中A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.05，要求吸收率為95%。吸收劑用量為最小用量的1.5倍，操作條件下的氣液平衡關(guān)系為y=2x。答題要求：本大題共3小題，請(qǐng)根據(jù)上述材料進(jìn)行綜合分析計(jì)算。1.計(jì)算最小吸收劑用量。2.計(jì)算實(shí)際吸收劑用量。3.若吸收塔為填料塔，已知?dú)庀嗫傮w積傳質(zhì)系數(shù)KGa=200kmol/(m3·h·kPa)，求所需的填料層高度。（假設(shè)塔內(nèi)氣相總壓為101.3kPa）答案：一、選擇題1.C2.A3.D4.A5.C6.B7.A8.D9.B10.A二、填空題1.泡點(diǎn)進(jìn)料、飽和蒸汽進(jìn)料2.亨利系數(shù)、越小3.大于4.朗繆爾5.最小三、簡(jiǎn)答題1.精餾塔全塔效率的影響因素包括物系性質(zhì)（如相對(duì)揮發(fā)度）、塔板結(jié)構(gòu)、操作條件（如回流比、進(jìn)料熱狀態(tài)、操作壓力等）。2.吸收劑選擇原則：對(duì)溶質(zhì)有較大溶解度；選擇性高；揮發(fā)性?。换瘜W(xué)穩(wěn)定性好；粘度低、腐蝕性小；價(jià)格低廉、易于再生等。3.萃取操作基本原理：利用溶質(zhì)在互不相溶的兩相中溶解度的差異，使溶質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另一相，實(shí)現(xiàn)分離。4.吸附分離過(guò)程特點(diǎn)：能有效分離氣體或液體混合物；分離效率高；可在常溫下操作；設(shè)備簡(jiǎn)單；吸附劑可循環(huán)使用等。四、分析題1.由精餾段操作線方程與q線方程交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為進(jìn)料組成xf，可得：xf=0.4由精餾段操作線方程：yn+1=(R/(R+1))xn+(xD/(R+1))代入xf=0.4，R=3，可得：0.4=(3/(3+1))×0.4+(xD/(3+1))解得xD=0.952.精餾段操作線方程：yn+1=(3/(3+1))xn+(0.95/(3+1))即yn+1=0.75xn+0.23753.由物料衡算：F=D+WF×xf=D×xD+W×xW代入F=100kmol/h，xf=0.4，xD=0.95，xW=0.05可得：100=D+W100×0.4=D×0.95+W×0.05解得D=42.1kmol/h，W=57.9kmol/h五、綜合題1.最小吸收劑用量：y1=0.05y2=y1(1-η)=0.05×(1-0.95)=0.0025x2=0由平衡關(guān)系y=2x，可得x1=y1/2=0.025(L/G)min=(y1-y2)/(x1-x2)=(0.05-0.0025)/(0.025-0)=1.92.實(shí)際吸收劑用量：L=1.5×(L/G)min×GG=1000/22.4=44.64kmol/hL=1.5×1.9×44.64=127.7kmol/h3.由物料衡算可得x1=(y1-y?)/(L/G)=(0.05-0.0025)/(1.5×1.9)=0.015△ym=((y1-mx1)-(y2-mx2))/ln((y1-mx1)/(y2-mx2))=((0.05-2×0.015)-(0.0025-2×0))/ln((y1-mx1)/(y2