2025年大學(xué)一年級(jí)（化學(xué)工程與工藝）化工原理試題及答案

（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）應(yīng)提供比10道更多選擇題，每題3分，共30分。在每提出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1.以下關(guān)于流體流動(dòng)的描述，正確的是（）A.層流時(shí)流體的流速分布呈拋物線形B.湍流時(shí)流體的流速分布更均勻C.雷諾數(shù)是判斷流體流動(dòng)狀態(tài)的重要參數(shù)D.以上都正確2.對(duì)于離心泵，以下說法錯(cuò)誤的是（）A.離心泵的工作點(diǎn)是由泵的特性曲線和管路特性曲線共同決定的B.離心泵啟動(dòng)時(shí)應(yīng)關(guān)閉出口閥門C.離心泵的揚(yáng)程與流量成正比D.離心泵的效率有一個(gè)最大值3.在精餾操作中，以下能提高塔頂產(chǎn)品純度的措施是（）A.增加回流比B.提高進(jìn)料溫度C.增大塔釜加熱量D.減少塔板數(shù)4.吸收操作中，吸收劑的選擇原則不包括（）A.對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度B.與溶質(zhì)有化學(xué)反應(yīng)C.揮發(fā)性小D.密度大5.以下關(guān)于傳熱的說法，正確的是（）A.熱傳導(dǎo)是固體中傳熱的主要方式B.對(duì)流只能發(fā)生在流體中C.輻射傳熱不需要介質(zhì)D.以上都正確6.對(duì)于列管式換熱器，以下哪種情況會(huì)使傳熱系數(shù)增大（）A.增加管程數(shù)B.減小管徑C.降低流體流速D.減小傳熱面積7.在干燥操作中，以下不屬于干燥介質(zhì)的是（）A.空氣B.氮?dú)釩.水蒸氣D.煙道氣8.以下關(guān)于流化床干燥器的特點(diǎn)，錯(cuò)誤的是（）A.傳熱傳質(zhì)效率高B.適合處理熱敏性物料C.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單D.操作穩(wěn)定性好9.以下關(guān)于蒸發(fā)操作的說法，正確的是（）A.蒸發(fā)是將溶液中的溶劑汽化的過程B.多效蒸發(fā)可以提高蒸發(fā)效率C.減壓蒸發(fā)可以降低溶液的沸點(diǎn)D.以上都正確10.對(duì)于過濾操作，以下哪種說法是錯(cuò)誤的（）A.過濾介質(zhì)的阻力是過濾的主要阻力之一B.增加過濾壓力可以提高過濾速度C.過濾速度與濾液的粘度成正比D.助濾劑可以改善過濾性能第II卷（非選擇題，共70分）1.填空題（每題2分，共10分）-流體在圓形直管中作層流流動(dòng)時(shí)，其摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系為______。-離心泵的主要性能參數(shù)有______、______、______、______等。-精餾塔的進(jìn)料熱狀況有______、______、______、______、______五種。-吸收操作中，亨利定律表達(dá)式為______。-傳熱的基本方式有______、______、______。2.簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）-簡(jiǎn)述離心泵的工作原理。-說明精餾塔的塔板效率的定義及影響因素。-簡(jiǎn)述吸收操作中，選擇吸收劑的主要依據(jù)。-簡(jiǎn)述傳熱過程中強(qiáng)化傳熱的途徑。3.計(jì)算題（每題10分，共30分）-某連續(xù)精餾塔，進(jìn)料量為100kmol/h，進(jìn)料組成xF=0.5（摩爾分?jǐn)?shù)），塔頂餾出液組成xD=0.95，塔釜釜液組成xW=0.05?；亓鞅萊=2，泡點(diǎn)進(jìn)料。求塔頂餾出液量D、塔釜釜液量W以及精餾段操作線方程。-用一逆流吸收塔吸收混合氣中的溶質(zhì)，混合氣流量為1000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），溶質(zhì)濃度為0.05（摩爾分?jǐn)?shù)），要求溶質(zhì)回收率為95%。吸收劑為純?nèi)軇?，吸收劑用量為最小用量?.5倍。已知操作條件下的平衡關(guān)系為y=2x，氣相總傳質(zhì)單元高度HOG=1m。求所需的填料層高度。-有一套管換熱器，內(nèi)管為φ25×2.5mm的鋼管，外管為φ57×3.5mm的鋼管。內(nèi)管走冷水，流量為1000kg/h，進(jìn)口溫度為15℃，出口溫度為55℃；外管走熱油，進(jìn)口溫度為110℃，出口溫度為60℃。已知水的比熱容cp1=4.18kJ/(kg·℃)，油的比熱容cp2=2.0kJ/(kg·℃)。求換熱器的傳熱面積。（忽略管壁熱阻及污垢熱阻，傳熱系數(shù)K=200W/(m2·℃)）4.分析題（10分）材料：在某化工生產(chǎn)過程中，需要對(duì)一種易揮發(fā)的有機(jī)液體進(jìn)行蒸餾分離?，F(xiàn)使用的精餾塔在運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)塔頂產(chǎn)品純度下降，塔釜溫度升高。問題：請(qǐng)分析可能導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因，并提出相應(yīng)的解決措施。5.設(shè)計(jì)題（10分）材料：現(xiàn)要設(shè)計(jì)一個(gè)連續(xù)逆流萃取塔，用于從某混合液中提取一種溶質(zhì)。已知混合液流量為1000kg/h，溶質(zhì)含量為10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），要求萃余相中溶質(zhì)含量不高于1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。萃取劑為一種有機(jī)溶劑，其與混合液不互溶。操作條件下，溶質(zhì)在萃取劑與混合液中的分配系數(shù)K=2。問題：請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)該萃取塔的主要尺寸（塔徑、塔高），并說明設(shè)計(jì)依據(jù)和計(jì)算過程。答案：第I卷答案1.D2.C3.A4.D5.D6.A7.C8.D9.D10.C第II卷答案1.填空題答案-λ=64/Re-流量、揚(yáng)程、功率、效率、轉(zhuǎn)速-冷液進(jìn)料、泡點(diǎn)進(jìn)料、氣液混合進(jìn)料、飽和蒸汽進(jìn)料、過熱蒸汽進(jìn)料-p=Ex-熱傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射2.簡(jiǎn)答題答案-離心泵的工作原理：離心泵依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，使泵內(nèi)液體受到離心力的作用，從葉輪中心被拋向邊緣，獲得速度能和壓力能，從而實(shí)現(xiàn)液體的輸送。-精餾塔的塔板效率定義：實(shí)際塔板的分離能力與理論塔板的分離能力之比。影響因素有物系性質(zhì)、塔板結(jié)構(gòu)、操作條件等。-選擇吸收劑的主要依據(jù)：對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度、與溶質(zhì)有化學(xué)反應(yīng)、揮發(fā)性小、粘度低、無腐蝕性、價(jià)格便宜、來源豐富等。-強(qiáng)化傳熱的途徑：增大傳熱面積、提高傳熱溫差、提高傳熱系數(shù)（增大流體流速、改變流動(dòng)狀態(tài)、采用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料、防止污垢熱阻）。3.計(jì)算題答案-由物料衡算可得：F=D+W，F(xiàn)xF=DxD+WxW即100=D+W，100×0.5=D×0.95+W×0.05解得D=50kmol/h，W=50kmol/h精餾段操作線方程：y=R/(R+1)x+xD/(R+1)=2/3x+0.95/3-最小吸收劑用量Lmin=V(y1-y2)/x1=V(y1-y2)/(y1/m)混合氣流量V=1000/22.4=44.64kmol/hy1=0.05，y2=y1(1-η)=0.05×(1-0.95)=0.0025由y=2x得m=2Lmin=44.64×(0.05-0.0025)/(0.05/2)=83.7kmol/h實(shí)際吸收劑用量L=1.5Lmin=125.55kmol/h氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG=(y1-y2)/ΔymΔym=[(y1-mx2)-(y2-mx2)]/ln[(y1-mx2)/(y2-mx2)]x2=0，代入計(jì)算得NOG=7.14填料層高度Z=HOG×NOG=1×7.14=7.14m-水的流量m1=1000kg/h，cp1=4.18kJ/(kg·℃)，Δt1=55-15=40℃油的流量m2，cp2=2.0kJ/(kg·℃)，Δt2=110-60=50℃由熱量衡算Q=m1cp1Δt1=m2cp2Δt2得m2=4180kg/h對(duì)數(shù)平均溫差Δtm=[(110-55)-(60-15)]/ln[(110-55)/(60-15)]=49.7℃?zhèn)鳠崴俾蔘=KAtmA=Q/(KΔtm)=m1cp1Δt1/(KΔtm)代入計(jì)算得A=11.6m24.分析題答案-可能原因：-塔板效率下降，可能是塔板結(jié)垢、堵塞等導(dǎo)致傳質(zhì)效率降低。-回流比減小，可能是回流泵故障等原因。-進(jìn)料組成變化，使分離難度增大。-解決措施：-清洗塔板，恢復(fù)傳質(zhì)效率。-檢查回流泵，恢復(fù)正?；亓鞅?。-調(diào)整進(jìn)料組成或優(yōu)化操作條件以適應(yīng)變化。5.設(shè)計(jì)題答案-首先進(jìn)行物料衡算：-設(shè)萃取劑用量為S，由萃取平衡關(guān)系和物料衡算可得：-Fx1=(F-S)x2+Sy2，已知x1=0.1，x2=0.01，K=2-1000×0.1=(1000-S)×0.01+S×(0.1×2/3)-解得S=1388.9kg/h-計(jì)算塔徑：-假設(shè)液泛速度uF，通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算塔徑D-一般先假設(shè)uF=0.5m/s（可根據(jù)體系調(diào)整）-混合液和萃取劑的總流量Qt=F+S=1000+1388.9=2388.9kg/h-混合液密度ρ1和萃取劑密度ρ2已知（假設(shè)）-由Qt=0.785D2uF(ρ1+ρ2)/2得D=1.2m（計(jì)算過程略，可迭代調(diào)整）-計(jì)算