2025年大學(xué)化學(xué)工程與工藝（化工分離工程）試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共30分）（總共10題，每題3分，每題只有一個選項符合題意）1.在化工分離過程中，以下哪種分離方法基于不同物質(zhì)在兩相中分配系數(shù)的差異？A.精餾B.萃取C.吸附D.離子交換2.對于精餾塔，回流比增大時，以下說法正確的是？A.塔頂產(chǎn)品純度降低B.塔釜產(chǎn)品純度降低C.能耗降低D.分離效果可能變好3.某二元混合物，相對揮發(fā)度為2.5，采用連續(xù)精餾塔進行分離，要求塔頂產(chǎn)品組成xD=0.95，塔釜產(chǎn)品組成xW=0.05，進料組成xF=0.5，若進料為泡點進料，則最小回流比為？A.1.5B.1.8C.2.0D.無法計算4.萃取操作中，萃取劑的選擇原則不包括以下哪項？A.與原溶劑互不相溶B.對溶質(zhì)有較大的溶解度C.與溶質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)D.易于回收5.吸附分離過程中，吸附劑的比表面積越大，其吸附能力通常？A.越強B.越弱C.不變D.無法確定6.對于離子交換樹脂，其交換容量的大小與以下哪種因素關(guān)系不大？A.樹脂的交聯(lián)度B.樹脂的顆粒大小C.樹脂的活性基團數(shù)量D.溶液的pH值7.在膜分離過程中，以下哪種膜的截留分子量最小？A.微濾膜B.超濾膜C.納濾膜D.反滲透膜8.化工分離過程中，以下哪種情況會導(dǎo)致分離效率降低？A.操作溫度升高B.操作壓力降低C.進料流量增加D.以上都有可能9.對于吸收操作，吸收劑的選擇主要考慮其對溶質(zhì)的？A.溶解度B.選擇性C.揮發(fā)性D.以上都是10.精餾塔的理論塔板數(shù)與以下哪種因素?zé)o關(guān)？A.進料組成B.回流比C.塔板效率D.塔的高度第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（總共5題，每題4分，共20分）1.精餾塔的進料熱狀況有五種，分別是冷液進料、泡點進料、________________、過熱蒸氣進料和________________。2.萃取操作中，分配系數(shù)kA=________________，選擇性系數(shù)β=________________。3.吸附等溫線常見的類型有Langmuir等溫線、Freundlich等溫線和________________等溫線。4.離子交換樹脂的活性基團分為________________和________________兩類。5.膜分離過程中，濃差極化會導(dǎo)致膜的________________下降，________________升高。三、簡答題（總共3題，每題10分，共30分）1.簡述精餾塔的工作原理。2.說明萃取操作的工藝流程及關(guān)鍵設(shè)備。3.分析吸附分離過程中影響吸附效果的主要因素。四、計算題（總共1題，20分）某連續(xù)精餾塔，進料量為100kmol/h，進料組成xF=0.5（摩爾分數(shù)），要求塔頂產(chǎn)品組成xD=0.9，塔釜產(chǎn)品組成xW=0.1。已知相對揮發(fā)度α=2.5，回流比R=3。試求理論塔板數(shù)（塔頂全凝器，塔釜間接蒸汽加熱）。五、案例分析題（總共1題，20分）某化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中，需要對含有A、B兩種有機化合物的混合溶液進行分離?，F(xiàn)有兩種方案：方案一采用精餾塔進行分離；方案二采用萃取塔進行分離。請根據(jù)所學(xué)知識，分析兩種方案的優(yōu)缺點，并選擇一種合適的方案，并說明理由。答案：一、選擇題1.B2.D3.B4.C5.A6.B7.D8.D9.D10.D二、填空題1.氣液混合物進料；飽和蒸氣進料2.yA/xA；kA/kB3.BET4.陽離子交換基團；陰離子交換基團5.通量；截留率三、簡答題1.精餾塔利用混合物中各組分揮發(fā)度不同，在塔內(nèi)通過多次部分汽化和部分冷凝，使氣相中輕組分不斷增濃，液相中重組分不斷增濃，從而實現(xiàn)分離。上升的蒸氣與下降的液體在塔板上接觸傳質(zhì)傳熱，使蒸氣中輕組分向液相轉(zhuǎn)移，液相中重組分向氣相轉(zhuǎn)移。塔頂?shù)玫捷^純的輕組分產(chǎn)品，塔釜得到較純的重組分產(chǎn)品。2.萃取操作工藝流程：原料液與萃取劑在混合器中充分混合，使溶質(zhì)從原料液轉(zhuǎn)移到萃取劑中形成萃取相和萃余相；然后進入分離器進行分離，得到萃取相和萃余相。關(guān)鍵設(shè)備有混合器和分離器?；旌掀魇箖梢合喑浞纸佑|傳質(zhì)，分離器實現(xiàn)兩相分離。3.影響吸附效果的主要因素有：吸附劑的性質(zhì)，如比表面積、孔徑、活性基團等；吸附質(zhì)的性質(zhì)，如分子量、極性等；溫度，一般溫度升高吸附量減??；壓力，對氣體吸附有影響，壓力升高吸附量增加；吸附質(zhì)濃度，濃度增大吸附量增加；接觸時間，足夠的接觸時間利于吸附平衡。四、計算題1.首先求最小回流比Rmin：由q線方程y=qx/(q-1)-xF/(q-1)，泡點進料q=1，q線方程為y=xF=0.5相平衡方程y=αx/[1+(α-1)x]=2.5x/(1+1.5x)聯(lián)立相平衡方程和q線方程求交點坐標(xq,yq)：2.5x/(1+1.5x)=0.5，解得xq=0.286，yq=0.5Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.9-0.5)/(0.5-0.286)=1.87已知R=32.求精餾段操作線方程：y=Rx/(R+1)+xD/(R+1)=3x/(3+1)+0.9/(3+1)=0.75x+0.2253.求提餾段操作線方程：L'=L+qF=RD+F=3×D+100V'=V-(1-q)F=(R+1)D-0=4D由物料衡算F=D+W，100=D+W又xF=0.5，xD=0.9，xW= 0.10.5×100=0.9D+0.1W，解得D=50kmol/h，W=50kmol/h提餾段操作線方程：y=L'x/V'-WxW/V'=[(3×50+100)x-50×0.1]/(4×50)=1.25x-0.0254.逐板計算理論塔板數(shù)：從塔頂開始，y1=xD=0.9由精餾段操作線方程求x1：0.9=0.75x1+0.225，解得x1=0.9由相平衡方程求y2：y2=2.5x1/(1+1.5x1)=2.5×0.9/(1+1.5×0.9)=0.935依次類推，直到xn≤xW=0.1為止，計算得理論塔板數(shù)為10塊（包括塔釜）。五、案例分析題方案一：精餾