2025年注冊(cè)化工工程師考試化學(xué)工程及工藝試卷及答案1.單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分）1.1在理想管式反應(yīng)器中進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)A→B，若反應(yīng)速率常數(shù)k=0.2min?1，停留時(shí)間τ=5min，則出口轉(zhuǎn)化率X最接近A.0.632?B.0.865?C.0.950?D.0.993答案：B1.2對(duì)氣固催化反應(yīng)，內(nèi)擴(kuò)散影響顯著時(shí)，增大催化劑粒徑將導(dǎo)致表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)A.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：B1.3在二元精餾中，若回流比R趨于無窮大，則操作線將A.與平衡線重合?B.與對(duì)角線重合?C.與q線重合?D.與進(jìn)料線重合答案：B1.4用純?nèi)軇㏒進(jìn)行單級(jí)萃取，原料F含溶質(zhì)30%（質(zhì)量分率），若平衡聯(lián)結(jié)線斜率為1.5，則萃取相中溶質(zhì)的最大理論濃度為A.0.30?B.0.45?C.0.60?D.0.75答案：C1.5在氣體吸收塔設(shè)計(jì)中，若液氣比L/G增大，則傳質(zhì)單元數(shù)NOG將A.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：B1.6對(duì)放熱可逆反應(yīng)A?B，若采用多段絕熱固定床，段間采用冷激，則冷激介質(zhì)最佳溫度應(yīng)A.低于下段入口溫度?B.等于下段入口溫度?C.高于下段入口溫度?D.等于進(jìn)料溫度答案：A1.7在蒸發(fā)操作中，若沸點(diǎn)升高ΔT_b=5℃，加熱蒸汽飽和溫度120℃，二次蒸汽飽和溫度75℃，則有效溫差為A.40℃?B.45℃?C.50℃?D.55℃答案：A1.8對(duì)非牛頓冪律流體，在層流區(qū)壓降Δp與管徑d的關(guān)系為Δp∝d??，則n等于A.1?B.2?C.3?D.4答案：C1.9在結(jié)晶器中，若成核速率B?與生長速率G之比增大，則產(chǎn)品平均粒徑將A.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：B1.10對(duì)管殼式換熱器，若管程流體被冷卻，殼程為冷卻水，則溫度校正因子FtA.恒等于1?B.恒小于1?C.恒大于1?D.可能大于或小于1答案：B1.11在反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合中，目標(biāo)轉(zhuǎn)化率為0.95，若采用CSTR后接PFR，則CSTR最優(yōu)出口轉(zhuǎn)化率約為A.0.50?B.0.65?C.0.80?D.0.90答案：B1.12對(duì)理想氣體，若壓縮過程為n=1.3的多變過程，則技術(shù)功與軸功之比為A.1.0?B.1.3?C.1.5?D.2.0答案：B1.13在干燥過程中，若物料臨界含水量Xc=0.08kg水/kg干料，平衡含水量Xe=0.02，則降速干燥階段起始含水率為A.0.02?B.0.06?C.0.08?D.0.10答案：C1.14對(duì)滲透汽化膜，若分離因子α=15，則滲透液中易透過組分摩爾分?jǐn)?shù)y與料液中x的關(guān)系為A.y=15x?B.y=15x/(1+14x)?C.y=x/15?D.y=(1+14x)/15答案：B1.15在生物反應(yīng)器中，若Monod常數(shù)Ks=0.5g/L，底物濃度S=1g/L，則比生長速率μ與最大比生長速率μmax之比為A.1/3?B.1/2?C.2/3?D.3/4答案：C1.16對(duì)氣液反應(yīng)A(g)+B(l)→C(l)，若八田數(shù)Ha>3，則反應(yīng)區(qū)主要位于A.液膜內(nèi)?B.液相主體?C.氣膜內(nèi)?D.相界面答案：A1.17在精餾塔控制中，若采用溫差控制，則溫差設(shè)定值應(yīng)A.隨塔壓升高而增大?B.隨塔壓升高而減小?C.與塔壓無關(guān)?D.隨進(jìn)料組成變化答案：B1.18對(duì)超臨界萃取，若溶劑密度ρ增大，則溶質(zhì)溶解度A.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：A1.19在聚合反應(yīng)中，若鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)Cs增大，則數(shù)均聚合度Pn將A.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：B1.20對(duì)電滲析，若膜對(duì)電壓降為0.2V，則能耗主要與A.電流密度成正比?B.電流密度平方成正比?C.電流密度立方成正比?D.電流密度無關(guān)答案：B2.多項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分；每題至少有兩個(gè)正確答案，多選少選均不得分）2.1關(guān)于理想混合反應(yīng)器(CSTR)與理想排擠反應(yīng)器(PFR)的比較，正確的是A.對(duì)一級(jí)反應(yīng)，相同τ下PFR轉(zhuǎn)化率更高?B.對(duì)零級(jí)反應(yīng)，兩者轉(zhuǎn)化率相同?C.對(duì)負(fù)級(jí)數(shù)反應(yīng)，CSTR轉(zhuǎn)化率更高?D.對(duì)自催化反應(yīng)，CSTR串PFR可能最優(yōu)?E.對(duì)平行反應(yīng)，選擇性一定相同答案：ABCD2.2在精餾塔設(shè)計(jì)中，若進(jìn)料熱狀態(tài)q=0.5，則A.q線為水平線?B.提餾段液氣比大于精餾段?C.最小回流比Rm與q無關(guān)?D.進(jìn)料板位置影響Rm?E.q線斜率為1答案：BD2.3關(guān)于傳熱系數(shù)h，下列說法正確的是A.湍流時(shí)h與流速的0.8次方成正比?B.層流時(shí)h與管徑平方成反比?C.相變傳熱h與溫差無關(guān)?D.非牛頓流體h與n值有關(guān)?E.自然對(duì)流h與Gr^0.25成正比答案：ADE2.4在氣體吸附中，若吸附等溫線符合Langmuir型，則A.飽和吸附量與溫度無關(guān)?B.低壓時(shí)呈線性?C.高壓時(shí)趨近飽和?D.多組分吸附需用擴(kuò)展Langmuir?E.吸附熱恒定答案：BCD2.5關(guān)于萃取塔液泛，正確的是A.液泛速度與界面張力成正比?B.填料比表面積越大液泛速度越小?C.密度差越大液泛速度越大?D.粘度越大液泛速度越小?E.液滴平均直徑越小液泛速度越大答案：BCD2.6在反應(yīng)器放大中，若保持幾何相似，則A.表觀流速不變時(shí)雷諾數(shù)隨直徑增大而增大?B.保持停留時(shí)間不變則反應(yīng)結(jié)果一定相同?C.熱模放大需考慮徑向梯度?D.氣含率可能變化?E.混合時(shí)間可能延長答案：ACDE2.7關(guān)于膜分離，下列說法正確的是A.微濾截留粒徑>超濾?B.納濾可去除二價(jià)離子?C.反滲透需克服滲透壓?D.滲透汽化受溫度影響大?E.膜污染使通量不可逆下降答案：ABCD2.8在流化床中，若操作氣速u=2umf，則A.床層膨脹比約1.4?B.氣泡直徑隨床高增大而增大?C.顆粒夾帶顯著?D.傳熱系數(shù)達(dá)最大?E.顆粒循環(huán)量增大答案：ABC2.9關(guān)于結(jié)晶，正確的是A.過飽和度越大成核越快?B.添加晶種可控制粒徑?C.冷卻速率影響最終粒徑?D.溶劑極性影響晶型?E.粒徑分布與攪拌強(qiáng)度無關(guān)答案：ABCD2.10在化工過程安全中，下列屬于本質(zhì)安全設(shè)計(jì)的是A.降低存量?B.使用高活性催化劑?C.提高操作溫度?D.替代有毒溶劑?E.強(qiáng)化傳熱答案：AD3.填空題（每空2分，共30分）3.1對(duì)一級(jí)連串反應(yīng)A→B→C，若k?=0.1min?1，k?=0.2min?1，則B的最大濃度出現(xiàn)時(shí)間tmax=________min，此時(shí)CBmax/CA0=________。答案：6.93，0.3683.2在精餾塔中，若相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，進(jìn)料xF=0.5，塔頂xD=0.95，塔釜xW=0.05，則最小理論板數(shù)Nmin=________（取整數(shù)）。答案：63.3某換熱器用冷卻水將油從120℃冷卻到60℃，冷卻水入口20℃出口40℃，則對(duì)數(shù)平均溫差ΔTm=________℃，若總傳熱系數(shù)U=500W/(m2·K)，熱負(fù)荷Q=200kW，則所需面積A=________m2。答案：44.8，8.933.4在雙膜理論中，若氣膜傳質(zhì)分系數(shù)kG=0.02mol/(m2·s·kPa)，液膜kL=2×10??m/s，亨利常數(shù)H=0.1kPa·m3/mol，則總氣相傳質(zhì)系數(shù)KG=________mol/(m2·s·kPa)。答案：0.0153.5對(duì)冪律流體，在層流區(qū)壓降公式為Δp=4KLV?/(d3??1)·[(3n+1)/(πn)]?，若n=0.5，流量V=1×10?3m3/s，管徑d=0.02m，管長L=10m，K=0.1Pa·s?·?，則Δp=________kPa。答案：126.53.6在理想氣體循環(huán)中，若壓縮比r=8，比熱比γ=1.4，則奧托循環(huán)熱效率η=________%。答案：56.53.7對(duì)全混流反應(yīng)器，若進(jìn)行二級(jí)反應(yīng)，速率方程rA=kCA2，k=0.05L/(mol·min)，CA0=2mol/L，體積流量v0=10L/min，要求轉(zhuǎn)化率X=0.8，則反應(yīng)器體積V=________L。答案：8003.8在干燥實(shí)驗(yàn)中，若恒速干燥速率Rc=0.3kg/(m2·h)，物料表面積A=0.5m2，干料量Gs=2kg，則恒速階段除去0.6kg水所需時(shí)間t=________h。答案：43.9對(duì)滲透汽化，若膜通量J=0.5kg/(m2·h)，分離因子α=10，料液乙醇質(zhì)量分率0.1，則滲透液乙醇質(zhì)量分率=________%。答案：52.63.10在電化學(xué)反應(yīng)中，若陽極過電位ηa=0.1V，陰極ηc=0.05V，電流密度i=100A/m2，陽極Tafel斜率ba=0.12V/dec，則陽極交換電流密度i0a=________A/m2。答案：3.98×10??4.簡(jiǎn)答題（共40分）4.1（8分）簡(jiǎn)述反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合的“目標(biāo)法”步驟，并說明如何用于自催化反應(yīng)A+B→2B+P。答案：步驟：1.建立速率濃度曲線，識(shí)別最大速率點(diǎn)；2.構(gòu)造“速率轉(zhuǎn)化率”圖，確定最優(yōu)軌跡；3.設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)化率，用幾何法求最小反應(yīng)器體積；4.選擇CSTR與PFR組合，使操作線貼近最優(yōu)軌跡。對(duì)自催化反應(yīng)，需先以低轉(zhuǎn)化率CSTR獲得足夠B，再串PFR快速達(dá)到高轉(zhuǎn)化率，最后以高轉(zhuǎn)化率CSTR收尾，總體積最小。4.2（8分）說明精餾塔多組分分離中“關(guān)鍵組分”概念，并寫出Fenske方程通用形式。答案：關(guān)鍵組分指對(duì)分離順序起決定作用的兩個(gè)組分，輕關(guān)鍵(lk)為希望塔頂回收的主要輕組分，重關(guān)鍵(hk)為希望塔釜回收的主要重組分。Fenske方程：Nmin=ln[(xD,lk/xD,hk)(xW,hk/xW,lk)]/lnαlk,hk，其中αlk,hk為相對(duì)揮發(fā)度。4.3（8分）列舉三種強(qiáng)化傳熱技術(shù)，并說明其機(jī)理。答案：1.微翅片管：增大表面積并促進(jìn)湍流，提高h(yuǎn)；2.扭轉(zhuǎn)帶插入件：產(chǎn)生二次流，破壞邊界層；3.納米流體：提高導(dǎo)熱系數(shù)與擾動(dòng)，增強(qiáng)導(dǎo)熱與對(duì)流。4.4（8分）說明膜生物反應(yīng)器(MBR)相比傳統(tǒng)活性污泥法的優(yōu)勢(shì)與局限。答案：優(yōu)勢(shì)：出水水質(zhì)高(SS<1mg/L)，占地省，污泥產(chǎn)量低，可截留慢速生長菌。局限：膜污染導(dǎo)致通量下降，需定期清洗，能耗高，初期投資大。4.5（8分）闡述本質(zhì)安全設(shè)計(jì)“替代”原則，并舉兩例。答案：替代指用無害或低危害物料/條件取代高危害。例1：用水性涂料替代有機(jī)溶劑涂料，降低火災(zāi)與毒性；例2：用低溫低壓反應(yīng)替代高溫高壓，降低設(shè)備等級(jí)與泄漏風(fēng)險(xiǎn)。5.計(jì)算與分析題（共90分）5.1（15分）在一根內(nèi)徑50mm的水平管中，輸送密度ρ=900kg/m3、粘度μ=0.05Pa·s的原油，流量Q=10m3/h。判斷流態(tài)；若管長100m，求沿程壓降；若管壁粗糙度ε=0.2mm，求新的壓降。答案：流速u=1.415m/s，Re=1274<2300，層流；層流Δp=64μLu/d2=18.1kPa；粗糙區(qū)λ=0.3164Re??·2?=0.032，Δp=λρu2L/2d=36.2kPa。5.2（15分）某二級(jí)不可逆液相反應(yīng)A+B→R，速率常數(shù)k=0.02L/(mol·min)，CA0=CB0=1.5mol/L，體積流量v0=100L/min，要求轉(zhuǎn)化率X=0.9?，F(xiàn)有兩個(gè)1000LCSTR可串可并，亦可加一個(gè)2000LPFR，比較三種方案所需總體積并選最優(yōu)。答案：方案1：?jiǎn)蜟STR，V=CA0v0X/kCA02(1X)2=2000L；方案2：兩CSTR串聯(lián)，設(shè)第一級(jí)X1=0.6，V1=1000L，第二級(jí)X2=0.9，需V2=1000L，總體積2000L；方案3：PFR，V=∫dX/rA=v0/kCA0·X/(1X)=4500L；最優(yōu)為方案1或2，體積最小2000L。5.3（20分）用填料塔清水吸收空氣中氨，入口y1=0.02，出口y2=0.001，入口水x2=0，平衡y=1.2x，L/G=1.5倍最小液氣比，KGa=0.04mol/(m3·s·kPa)，P=101.3kPa，G=100kmol/(h·m2)。求最小液氣比、實(shí)際用水量、傳質(zhì)單元數(shù)NOG、填料高度Z。答案：(L/G)min=(y1y2)/(y1/1.20)=1.14；L/G=1.5×1.14=1.71；L=171kmol/(h·m2)；NOG=ln[(y1y1)/(y2y2)]/(11/A)=6.15，其中A=1.2G/L=0.702；HOG=G/(KGaP)=0.694m；Z=NOG·HOG=4.27m。5.4（20分）某精餾塔分離苯甲苯，進(jìn)料F=100kmol/h，xF=0.5，飽和液體進(jìn)料，α=2.5，要求xD=0.95，xW=0.05，實(shí)際回流比