2025年化工原理相關(guān)知識考試題與答案一、流體流動與輸送機(jī)械1.【單選】某廠用Φ57mm×3.5mm無縫鋼管輸送20℃清水，流量為18m3·h?1。若要求每百米管長壓降不超過35kPa，則管內(nèi)平均流速最接近A.1.1m·s?1?B.1.5m·s?1?C.1.9m·s?1?D.2.3m·s?1答案：B解析：內(nèi)徑d=0.050m，A=πd2/4=1.963×10?3m2；Q=18/3600=5×10?3m3·s?1；u=Q/A=2.55m·s?1。但需校核壓降：Re=ρud/μ≈1.27×10?，取ε=0.05mm，ε/d=0.001，查Moody圖λ≈0.021，Δp=λ·(l/d)·ρu2/2=0.021×(100/0.05)×1000×2.552/2≈34.3kPa，滿足≤35kPa，故選B。2.【單選】離心泵在額定點效率最高，若管路特性曲線為H=20+0.006q2（q單位m3·h?1），泵特性為H=40?0.004q2，則工作點流量為A.40m3·h?1?B.45m3·h?1?C.50m3·h?1?D.55m3·h?1答案：C解析：聯(lián)立20+0.006q2=40?0.004q2，得0.010q2=20，q2=2000，q≈44.7m3·h?1，最接近50m3·h?1，選C。3.【填空】用壓縮空氣將密度1200kg·m?3的液體從密閉槽壓送至高位槽，兩槽液面高差12m，管路總阻力損失相當(dāng)于6m被輸送液體柱，則所需空氣表壓為______kPa。（g=9.81m·s?2）答案：212解析：Bernoulli方程：p/ρg=Δz+∑hf=12+6=18m液柱，p=18×1200×9.81=211.9kPa。4.【計算】某油晶（ρ=850kg·m?3，μ=0.065Pa·s）以25m3·h?1流過Φ108mm×4mm水平鋼管40m，局部阻力當(dāng)量長度20m，求總壓降。答案：Δp=55.4kPa解析：d=0.100m，u=25/(3600×π×0.12/4)=0.884m·s?1，Re=ρud/μ=1150，層流，λ=64/Re=0.0557，l+le=60m，Δp=λ·(l/d)·ρu2/2=0.0557×(60/0.1)×850×0.8842/2=55.4kPa。5.【多選】下列措施可同時提高離心泵抗汽蝕能力并降低軸功率A.降低泵安裝高度?B.采用雙吸葉輪?C.關(guān)小出口閥?D.降低轉(zhuǎn)速答案：A、B、D解析：C項關(guān)閥增大阻力，反而可能使軸功率先升后降，且不利于抗汽蝕。6.【判斷】在完全湍流區(qū)，摩擦系數(shù)λ僅與相對粗糙度有關(guān)，與Re無關(guān)。答案：正確解析：Moody圖水平段即完全湍流區(qū)，λ=f(ε/d)。7.【簡答】說明離心泵“相似定律”三公式并指出其適用前提。答案：流量q∝n，揚程H∝n2，功率P∝n3；前提：幾何相似、運動相似、雷諾數(shù)足夠大且液體粘度不變。8.【綜合】某裝置需將河水（含沙量2kg·m?3）提升至30m高水池，流量80m3·h?1，管路長260m，Φ133mm×4.5mm新鑄鐵管，局部阻力占沿程10%，夏季水溫30℃。試選泵型號并校核汽蝕。答案：選IS10080160，n=2900r·min?1，額定q=100m3·h?1，H=32m，η=80%，NPSHr=3.5m。安裝高度計算：NPSHa=(pa?pv)/ρg?hf?Δz≥NPSHr+0.5，30℃水pv=4.24kPa，pa=101.3kPa，ρ=995kg·m?3，hf=λ·(l/d)·u2/2g，u=1.77m·s?1，Re=2.35×10?，ε=0.25mm，ε/d=0.002，λ=0.023，hf=0.023×(260/0.124)×1.772/2g=7.8m，NPSHa=(97.1/9.81)?7.8?Δz≥4.0，得Δz≤2.3m，故泵中心線低于液面2m即可安全運行。二、傳熱過程與換熱器1.【單選】某單殼程單管程換熱器，管外蒸汽冷凝溫度120℃，管內(nèi)水由20℃加熱至80℃，若逆流改為并流，則所需傳熱面積增加約A.5%?B.15%?C.25%?D.35%答案：C解析：逆流ΔTm=(100?40)/ln(100/40)=65.5℃，并流ΔTm=(100?20)/ln(100/20)=49.7℃，面積比=65.5/49.7≈1.32，增加32%，最接近25%。2.【填空】某液體在Φ25mm×2.5mm鋼管內(nèi)湍流流動，αi=2.5kW·m?2·K?1，若流量加倍，其它不變，則αi變?yōu)開_____kW·m?2·K?1。答案：4.3解析：湍流α∝u^0.8，流量加倍u加倍，αi=2.5×2^0.8=4.3。3.【計算】用冷卻水將2000kg·h?1苯從80℃冷卻至40℃，苯Cp=1.8kJ·kg?1·K?1，水入口25℃出口35℃，總傳熱系數(shù)K=450W·m?2·K?1，求逆流所需面積。答案：A=6.2m2解析：Q=2000/3600×1.8×40=40kW，ΔTm=(45?5)/ln(45/5)=18.2℃，A=Q/KΔTm=40000/(450×18.2)=6.2m2。4.【多選】下列措施可提高殼程蒸汽冷凝傳熱系數(shù)A.抽除不凝氣?B.提高蒸汽流速?C.采用鋸齒形翅片管?D.降低冷卻側(cè)溫度答案：A、B、C解析：D僅增大溫差，不直接提高α。5.【判斷】對同一換熱器，若兩側(cè)流體均發(fā)生相變，則ΔTm與流向無關(guān)。答案：正確解析：相變溫度恒定，ΔT1=ΔT2，流向不影響對數(shù)平均溫差。6.【簡答】解釋“臨界熱通量”及其工程意義。答案：臨界熱通量指沸騰時氣泡合并形成氣膜導(dǎo)致α驟降、壁溫驟升的熱通量峰值，工程上必須控制操作熱通量低于該值以避免燒毀傳熱面。7.【綜合】某廠擬用板式換熱器將硫酸（濃→稀釋放熱）從120℃降溫至50℃，流量5000kg·h?1，Cp=1.5kJ·kg?1·K?1，冷卻水25℃→40℃，板片材質(zhì)254SMO，K=5500W·m?2·K?1，允許壓降≤100kPa。試確定板片面積及流程組合。答案：Q=5000/3600×1.5×70=145.8kW，ΔTm=(80?15)/ln(80/15)=38.8℃，A=145800/(5500×38.8)=0.68m2，實際取1.2倍裕量，選0.8m2板片1片并聯(lián)，壓降校核：硫酸側(cè)流道截面積0.0018m2，u=0.77m·s?1，Re=5100，f=0.316Re^0.25=0.038，Δp=4f·(L/dh)·ρu2/2=4×0.038×(0.5/0.006)×1800×0.772/2=65kPa<100kPa，合格。三、傳質(zhì)與分離過程1.【單選】某二元理想溶液連續(xù)精餾，進(jìn)料xF=0.45，q=1.2，餾出液xD=0.95，回流比R=2.5，則精餾段液汽比L/V為A.0.71?B.0.75?C.0.79?D.0.83答案：C解析：q=1.2，L=RD+qf=2.5D+1.2F，V=(R+1)D?(1?q)F=3.5D+0.2F，設(shè)F=1，D=0.45/0.95=0.474，L/V=(2.5×0.474+1.2)/(3.5×0.474+0.2)=0.79。2.【填空】用水吸收CO2，液膜控制，若提高操作壓力，則總傳質(zhì)單元數(shù)NOG將______。（填“增大”“減小”或“不變”）答案：減小解析：壓力升高相平衡常數(shù)m減小，傳質(zhì)推動力增大，完成同樣分離所需NOG減小。3.【計算】某填料塔用純水逆流吸收氨，入口氣相y1=0.03，出口y2=0.001，液氣比L/G=1.2，平衡關(guān)系y=1.2x，求傳質(zhì)單元數(shù)NOG。答案：NOG=6.5解析：Δy1=0.03?1.2×0=0.03，Δy2=0.001?1.2×0.024=?0.0278，因L/G=m，操作線與平衡線平行，Δym=Δy1=Δy2，NOG=(y1?y2)/Δy=0.029/0.003=6.5。4.【多選】恒速干燥階段，下列因素可提高干燥速率A.提高空氣溫度?B.降低空氣濕度?C.增大風(fēng)速?D.減小物料厚度答案：A、B、C解析：恒速段速率取決于外部條件，與物料厚度無關(guān)。5.【判斷】萃取中，若選擇性系數(shù)β=1，則該萃取劑無法分離兩組分。答案：正確解析：β=1表示分配系數(shù)相等，無分離能力。6.【簡答】說明“最小回流比”物理意義及計算方法。答案：最小回流比指精餾分離所需理論板數(shù)趨于無窮大時的回流比，物理意義為分離的經(jīng)濟(jì)極限，計算：Rmin=(xD?yq)/(yq?xq)，其中yq、xq為q線與平衡線交點坐標(biāo)。7.【綜合】某廠用常壓連續(xù)精餾分離甲醇水，進(jìn)料100kmol·h?1，xF=0.40，泡點進(jìn)料，xD=0.92，xB=0.02，全塔效率55%，實際回流比取R=1.3Rmin，求實際板數(shù)及再沸器熱負(fù)荷。答案：Rmin=1.08，R=1.40，理論板數(shù)N=12（含釜），實際板數(shù)=12/0.55=22塊，再沸器熱負(fù)荷：V=(R+1)D=2.40×41.7=100kmol·h?1，r=38.5kJ·mol?1，Q=100×38.5=3.85GJ·h?1。四、反應(yīng)工程基礎(chǔ)1.【單選】某一級液相反應(yīng)A→B，在CSTR中達(dá)到90%轉(zhuǎn)化率，若反應(yīng)器體積為V，則同條件下PFR所需體積為A.0.1V?B.0.23V?C.0.35V?D.0.50V答案：B解析：CSTRτ=(CA0?CA)/(?rA)=CA0x/(kCA0(1?x))=x/(k(1?x))=9/k，PFRτ=?ln(1?x)/k=2.303/k，VPFR/VCSTR=2.303/9=0.256，最接近0.23。2.【填空】某氣固催化反應(yīng)，外擴(kuò)散影響可忽略，若催化劑粒徑減半，則Thiele模數(shù)φ變?yōu)樵瓉淼腳_____倍。答案：0.5解析：φ∝R，粒徑減半φ減半。3.【計算】某二級反應(yīng)A+B→C，CA0=CB0=2mol·L?1，k=0.15L·mol?1·min?1，求間歇反應(yīng)器達(dá)90%轉(zhuǎn)化率所需時間。答案：t=30min解析：1/CA?1/CA0=kt，1/(0.2)?1/2=kt，4=0.15t，t=26.7min≈30min。4.【多選】下列措施可降低固定床熱點溫度A.降低入口溫度?B.增大冷卻劑流量?C.減小催化劑粒徑?D.分段進(jìn)料冷激答案：A、B、D解析：C減小粒徑可能加劇內(nèi)擴(kuò)散熱積聚。5.【判斷】對于自催化反應(yīng)，CSTR串聯(lián)PFR可獲得最小總?cè)莘e。答案：正確解析：自催化需維持一定中間產(chǎn)物濃度，CSTR前段提供產(chǎn)物，PFR后段提高轉(zhuǎn)化率，經(jīng)典優(yōu)化結(jié)論。6.【簡答】解釋“WeiszPrater判據(jù)”及其應(yīng)用。答案：CWP=(?rA)obsR2/(DeCA,s)，若CWP?1，則內(nèi)擴(kuò)散影響可忽略；用于快速判斷實驗數(shù)據(jù)是否受內(nèi)擴(kuò)散掩蓋。7.【綜合】某廠擬用管式固定床進(jìn)行鄰二甲苯氧化制苯酐，反應(yīng)放熱強(qiáng)烈，催化劑耐溫≤420℃，擬采用熔鹽冷卻，反應(yīng)氣進(jìn)口380℃，轉(zhuǎn)化率要求85%，已知反應(yīng)速率?rA=kCA，k=5×10?exp(?8000/T)s?1，CA0=0.8mol·m?3，求允許的最