2025年化學(xué)工程與工藝試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在理想管式反應(yīng)器中進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)A→P，若空時(shí)τ=10min，則反應(yīng)物A的出口轉(zhuǎn)化率最接近（）A.0.632??B.0.865??C.0.950??D.0.993答案：B2.某精餾塔進(jìn)料為飽和液體，進(jìn)料板下移兩塊，其他條件不變，則塔頂產(chǎn)品純度將（）A.升高??B.降低??C.不變??D.先升后降答案：A3.對(duì)于氣固相催化反應(yīng)，若內(nèi)擴(kuò)散阻力顯著，則測(cè)得的表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)通常（）A.大于本征級(jí)數(shù)??B.等于本征級(jí)數(shù)??C.小于本征級(jí)數(shù)??D.趨近于零答案：C4.在雙膜模型中，若氣膜傳質(zhì)系數(shù)kG增大一倍，液膜傳質(zhì)系數(shù)kL不變，則總傳質(zhì)阻力（）A.下降一半??B.下降但大于一半??C.不變??D.上升答案：B5.用純?nèi)軇┻M(jìn)行單級(jí)萃取，若分配系數(shù)m=2，相比F/S=1，則萃余相溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)與原料之比為（）A.1/3??B.1/2??C.2/3??D.3/4答案：A6.在U型管壓差計(jì)中指示液密度ρi=13600kgm3，被測(cè)流體密度ρ=800kgm3，讀數(shù)R=250mm，則壓差ΔP（kPa）為（）A.2.94??B.3.14??C.3.34??D.3.54答案：C7.對(duì)于牛頓型流體，層流時(shí)摩擦系數(shù)λ與Re的關(guān)系為（）A.λ=64/Re??B.λ=0.316Re0.25??C.λ=0.184Re0.2??D.λ=0.0056+0.5/Re0.32答案：A8.在恒定干燥速率階段，物料表面溫度最接近（）A.空氣干球溫度??B.空氣濕球溫度??C.空氣露點(diǎn)溫度??D.物料初始溫度答案：B9.對(duì)于放熱可逆反應(yīng)，最佳溫度序列隨轉(zhuǎn)化率增加而（）A.升高??B.降低??C.先升后降??D.不變答案：B10.在吸收塔設(shè)計(jì)中，若操作線斜率L/G增大，則最小液氣比（L/G）min將（）A.增大??B.減小??C.不變??D.先增后減答案：C11.對(duì)于理想氣體，若溫度升高10%，體積不變，則壓力升高（）A.10%??B.11%??C.21%??D.0%答案：A12.在板框過(guò)濾機(jī)中，若濾餅不可壓縮，操作壓差提高一倍，則過(guò)濾終了時(shí)濾液體積變?yōu)樵瓉?lái)的（）A.1.0??B.1.414??C.2.0??D.4.0答案：B13.對(duì)于一級(jí)連串反應(yīng)A→B→C，若k1=2k2，則B的最大收率出現(xiàn)在（）A.t=0??B.t=ln2/k1??C.t=1/k1??D.t→∞答案：B14.在精餾塔中，若回流比R趨于無(wú)窮大，則理論板數(shù)NT趨于（）A.0??B.1??C.最小理論板數(shù)Nmin??D.無(wú)窮大答案：C15.對(duì)于非牛頓假塑性流體，表觀粘度隨剪切速率升高而（）A.升高??B.降低??C.不變??D.先升后降答案：B16.在氣液反應(yīng)A(g)+B(l)→P(l)，若反應(yīng)為瞬間不可逆，則宏觀反應(yīng)速率主要受控于（）A.氣膜傳質(zhì)??B.液膜傳質(zhì)??C.化學(xué)反應(yīng)??D.相界面面積答案：B17.在二元體系汽液平衡中，若組分1對(duì)拉烏爾定律產(chǎn)生正偏差，則其活度系數(shù)γ1（）A.<1??B.=1??C.>1??D.無(wú)法判斷答案：C18.對(duì)于管殼式換熱器，若管程流體流量增加一倍，湍流，則管程對(duì)流傳熱系數(shù)hi約變?yōu)樵瓉?lái)的（）A.1.0??B.1.15??C.1.74??D.2.0答案：C19.在結(jié)晶過(guò)程中，若溶液冷卻速率過(guò)快，易生成（）A.大晶體??B.小晶體??C.球形晶體??D.單晶答案：B20.對(duì)于絕熱管式反應(yīng)器，若反應(yīng)放熱，則軸向溫度分布呈（）A.單調(diào)升??B.單調(diào)降??C.先升后降??D.先降后升答案：C二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選少選均不得分）21.下列措施中，能夠提高填料吸收塔傳質(zhì)效率的有（）A.增大液體分布點(diǎn)密度??B.選用比表面積更大的填料??C.提高操作壓力??D.降低液體粘度??E.增加填料層高度答案：ABD22.關(guān)于萃取塔發(fā)生液泛的判據(jù)，正確的有（）A.分散相液滴大量返混??B.連續(xù)相壓降突增??C.分散相出口含連續(xù)相??D.轉(zhuǎn)相點(diǎn)對(duì)應(yīng)表觀氣速最大??E.界面位置劇烈波動(dòng)答案：ABCE23.在氣固流化床中，隨著氣速增加，依次出現(xiàn)的流型有（）A.固定床??B.鼓泡床??C.湍動(dòng)床??D.快速床??E.輸送床答案：ABCDE24.關(guān)于精餾塔靈敏板溫度，下列說(shuō)法正確的有（）A.可用于推斷產(chǎn)品純度??B.對(duì)進(jìn)料組成變化敏感??C.對(duì)回流比變化敏感??D.通常位于進(jìn)料板附近??E.與塔壓無(wú)關(guān)答案：ABCD25.下列屬于非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程的有（）A.套管換熱器啟動(dòng)階段??B.鋼板淬火??C.球形催化劑顆粒升溫??D.板式換熱器穩(wěn)態(tài)操作??E.間歇釜加熱反應(yīng)物料答案：ABCE26.關(guān)于反應(yīng)器熱穩(wěn)定性，下列說(shuō)法正確的有（）A.放熱反應(yīng)存在多重定態(tài)??B.冷卻介質(zhì)溫度升高可降低穩(wěn)定性??C.增大傳熱系數(shù)可提高穩(wěn)定性??D.稀釋進(jìn)料可提高穩(wěn)定性??E.管式反應(yīng)器比CSTR更易失控答案：ABCD27.在離子交換過(guò)程中，影響總交換容量的因素有（）A.樹脂交聯(lián)度??B.功能基團(tuán)類型??C.溶液pH??D.流速??E.溫度答案：ABCE28.下列屬于膜分離推動(dòng)力的有（）A.壓力差??B.濃度差??C.電位差??D.溫度差??E.重力差答案：ABCD29.關(guān)于催化劑失活，下列屬于物理失活機(jī)理的有（）A.燒結(jié)??B.積碳??C.中毒??D.孔口堵塞??E.活性相晶型轉(zhuǎn)變答案：AD30.在蒸發(fā)操作中，提高生蒸汽經(jīng)濟(jì)性的措施有（）A.多效蒸發(fā)??B.熱泵蒸發(fā)??C.提高傳熱溫差??D.額外蒸汽引出??E.提高進(jìn)料濃度答案：ABD三、填空題（每空1分，共30分）31.某液體在圓管內(nèi)層流流動(dòng)，管徑d=25mm，平均流速u=0.3ms1，運(yùn)動(dòng)粘度ν=1×106m2s1，則雷諾數(shù)Re=________，摩擦壓降梯度ΔP/L=________Pam1。答案：7500；7232.某二元理想溶液，純組分飽和蒸氣壓P1sat=80kPa，P2sat=40kPa，若液相x1=0.4，則汽相平衡組成y1=________，相對(duì)揮發(fā)度α12=________。答案：0.571；2.033.在CSTR中進(jìn)行一級(jí)反應(yīng)A→P，k=0.05s1，若進(jìn)料流量Q=0.01m3s1，要求轉(zhuǎn)化率xA=0.8，則反應(yīng)器有效體積V=________m3，空間時(shí)間τ=________s。答案：0.16；1634.某板框過(guò)濾機(jī)，恒壓操作，濾餅不可壓縮，若過(guò)濾常數(shù)K=2×105m2s1，濾布阻力可忽略，則獲得1m3濾液所需時(shí)間t=________s，若壓差提高一倍，則t'=________s。答案：25000；1767735.在單效蒸發(fā)器中，將2000kgh1的10%水溶液濃縮至25%，則水分蒸發(fā)量W=________kgh1，濃縮液量L=________kgh1。答案：1200；80036.某氣體吸收塔，操作線方程y=0.8x+0.02，平衡線y=1.2x，則傳質(zhì)推動(dòng)力最大值出現(xiàn)在塔________端，其值為________。答案：底；0.0237.某離心泵輸送清水，額定點(diǎn)Q=50m3h1，H=30m，軸功率P=5.5kW，則泵效率η=________%，若改用密度900kgm3液體，軸功率P'=________kW。答案：74.3；4.9538.在管殼式換熱器中，熱流體進(jìn)口120°C出口80°C，冷流體進(jìn)口20°C出口60°C，則逆流對(duì)數(shù)平均溫差ΔTlm=________°C，若采用并流，ΔTlm'=________°C。答案：59.4；56.639.某球形催化劑顆粒，半徑R=2mm，有效擴(kuò)散系數(shù)De=1×107m2s1，一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)k=0.5s1，則西勒模數(shù)Φ=________，內(nèi)擴(kuò)散有效因子η=________。答案：2.83；0.3840.在結(jié)晶器中，若溶液飽和濃度cs=0.3kgkg1，實(shí)際濃度c=0.35kgkg1，則過(guò)飽和度Δc=________kgkg1，過(guò)飽和度比S=________。答案：0.05；1.167四、簡(jiǎn)答題（共30分）41.（6分）簡(jiǎn)述萃取操作中“轉(zhuǎn)相”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施。答案：原因：分散相液滴聚并速率大于破碎速率，導(dǎo)致連續(xù)相與分散相角色互換；預(yù)防措施：控制適宜分散相流速、選擇合適篩孔或填料、添加少量表面活性劑、保持界面穩(wěn)定、避免劇烈振動(dòng)。42.（6分）說(shuō)明精餾塔進(jìn)料熱狀態(tài)q值對(duì)操作線斜率及理論板數(shù)的影響。答案：q值越大，q線斜率越大，提餾段操作線越靠近對(duì)角線，所需理論板數(shù)減少；q值越小，q線斜率越小，提餾段操作線遠(yuǎn)離對(duì)角線，理論板數(shù)增加；飽和液體q=1，飽和蒸汽q=0。43.（6分）列舉三種常見膜污染類型并給出對(duì)應(yīng)的清洗策略。答案：1.無(wú)機(jī)污染：酸洗（檸檬酸、鹽酸）；2.有機(jī)污染：堿洗（NaOH+表面活性劑）；3.生物污染：殺菌劑（NaClO、H2O2）+酶洗；4.膠體污染：先堿后酸聯(lián)合清洗；5.結(jié)垢：EDTA螯合清洗。44.（6分）闡述放熱反應(yīng)器“飛溫”機(jī)理并給出兩種工程防范手段。答案：機(jī)理：放熱速率>移熱速率→溫度升高→速率加快→正反饋失控；防范：1.設(shè)置多點(diǎn)溫度聯(lián)鎖，超溫切斷進(jìn)料；2.采用熔鹽或沸騰水冷卻，提高傳熱系數(shù)；3.稀釋進(jìn)料或分段進(jìn)料降低絕熱溫升。45.（6分）解釋“露點(diǎn)腐蝕”概念并給出煙氣余熱回收中的防腐措施。答案：概念：煙氣溫度低于酸露點(diǎn)，硫酸冷凝腐蝕金屬；措施：1.提高排煙溫度高于露點(diǎn)10°C；2.采用耐酸鋼（ND鋼、316L）；3.表面搪瓷或氟塑料涂層；4.添加中和劑（MgO、Ca(OH)2）；5.采用冷凝換熱器分離酸液。五、計(jì)算與分析題（共50分）46.（10分）在PFR中進(jìn)行液相二級(jí)不可逆反應(yīng)A+B→P，速率方程?rA=kcAcB，k=0.8m3kmol1min1，進(jìn)料cA0=cB0=2kmolm3，體積流量Q=0.1m3min1，要求出口cA=0.2kmolm3。求所需反應(yīng)器體積V；若改用兩個(gè)等體積CSTR串聯(lián)，求總體積并比較。解：PFR：1/cA?1/cA0=kt???t=(1/0.2?1/2)/0.8=4.5minV=Qt=0.1×4.5=0.45m3CSTR串聯(lián)：對(duì)一級(jí)近似，二級(jí)當(dāng)量速率常數(shù)k'=kcB0=1.6m3kmol1min1單釜x=1?cA/cA0=0.9，對(duì)二級(jí)反應(yīng)，單釜體積V1=Q(cA0?cA)/(kcAcB)=0.1(2?0.2)/(0.8×0.2×0.2)=5.625m3兩釜串聯(lián)，設(shè)中間cA1，聯(lián)立物料衡算：第一釜：Q(cA0?cA1)=kcA1^2V2???0.1(2?cA1)=0.8cA1^2V2第二釜：Q(cA1?0.2)=0.8×0.2×cA1V2解得cA1=0.6kmolm3，V2=0.93m3總體積Vtotal=2V2=1.86m3比較：PFR體積0.45m3<CSTR串聯(lián)1.86m3，說(shuō)明PFR對(duì)二級(jí)反應(yīng)效率更高。47.（10分）某精餾塔分離苯甲苯，進(jìn)料F=100kmolh1，xF=0.4，泡點(diǎn)進(jìn)料，要求xD=0.97，xB=0.03，相對(duì)揮發(fā)度α=2.46，回流比R=2.5Rmin。求Rmin、理論板數(shù)N、進(jìn)料板位置NF（用芬斯克恩德伍德吉利蘭法）。解：q=1，恩德伍德方程：θ=1.26，解得(Rmin+1)=1.76，Rmin=0.76R=2.5×0.76=1.9(R?Rmin)/(R+1)=0.39，吉利蘭圖讀得(N?Nmin)/(N+1)=0.29芬斯克：Nmin=ln[(0.97/0.03)/(0.4/0.6)]/ln2.46=7.1解得N=10.9→11塊（含釜）進(jìn)料板：精餾段Nmin,精=ln[(0.97/0.03)/(0.4/0.6)]/ln2.46=4.2NF=5（從上往下數(shù)）48.（10分）某逆流吸收塔用純水吸收氨，進(jìn)氣y1=0.03，出氣y2=0.001，L/G=1.2，平衡m=1.0，總傳質(zhì)單元數(shù)NOG=6。若改用含氨x2'=0.0005的水作吸收劑，其他不變，求新出口y2'并分析變化原因。解：原操作線：y=1.2x+0.001，平衡y=xΔy1=0.03?0.025=0.005，Δy2=0.001?0=0.001Δylm=0.00243，NOG=6，填料高不變，NOG仍為6新操作線：y=1.2x+(y2'?1.2×0.0005)聯(lián)立：NOG=∫dy/(y?y)=6，數(shù)值積分得y2'=0.0017變化：出口濃度升高，因吸收劑含氨，傳質(zhì)推動(dòng)力下降。49.（10分）某單管程列管換熱器，管外蒸汽冷凝T=110°C，管內(nèi)水u=1.5ms1，di=20mm，水進(jìn)口20°C出口60°C，物性：ρ=995kgm3，Cp=4.18kJkg1K1，λ=0.62Wm1K1，μ=8×104Pas，Pr=5.4。求管程對(duì)流傳熱系數(shù)hi；若管壁厚2mm，λw=16Wm1K1，管外冷凝h0=8000Wm2K1，忽略污垢，求總傳熱系數(shù)Uo（以外表面為基準(zhǔn)）。解：Re=ρudi/μ=995×1.5×0.02/8e4=37300DittusBoelter：Nu=0.023Re0.8Pr0.4=0.023×373000.8×5.40.4=230hi=Nuλ/di=230×0.62/0.02=7130Wm2K1熱阻：1/Uo=1/ho+(do/di)/hi+doln(do/di)/(2λw)do=24mm，di=20mm1/Uo=1/8000+1.2/7130+0.024ln(1.2)/(2×16)=0.000125+0.000168+0.000055=0.000348Uo=2870Wm2K150.（10分）某廠擬用余熱鍋爐回收160°C熱油余熱，產(chǎn)生0.7MPa飽和蒸汽（ts=165°C），油Cp=2.3kJkg1K1，流量m=8kgs1，允許溫降至120°C。鍋爐給水20°C，求最大蒸汽產(chǎn)量D；若鍋爐傳熱面積A=120m2，總傳熱系數(shù)U=450Wm2K1，核算面積是否足夠并計(jì)算實(shí)際蒸汽產(chǎn)量。解：油放熱Q=mCpΔT=8×2.3×40=736kW蒸汽潛熱r=2066kJkg1，Dmax=Q/r=0.356kgs1=1282kgh1ΔTlm=(45?95)/ln(45/95)=67.8°C需面積Aneed=Q/(UΔTlm)=736000/(450×67.8)=24.1m2<120m2，面積富余實(shí)際傳熱能力：Qavail=UAΔTlm=450×120×67.8=3661kW>>736kW故實(shí)際蒸汽產(chǎn)量仍為1282kgh1，受油側(cè)熱量限制。六、綜合設(shè)計(jì)題（共50分）51.（25分）某化工公司擬建年產(chǎn)30萬(wàn)噸聚合級(jí)丙烯（99.5%）裝置，原料為煉廠氣（丙烯45%、丙烷55%mol），要求設(shè)計(jì)一套丙烯丙烷分離系統(tǒng)。請(qǐng)完成：（1）選擇分離技術(shù)并說(shuō)明理由；（2）確定操作壓力（給出兩種方案比較）；（3）估算最小回流比Rmin（α=1.13@10bar，1.16@20bar）；（4）用Underwood法求Rmin，取R=1.2Rmin，用吉利蘭法估算理論板數(shù)；（5）進(jìn)行塔徑初算：F=1000kmolh1，氣相密度ρV=36kgm3，液相ρL=480kgm3，表面張力σ=12mNm1，板間距0.6m，取泛點(diǎn)率80%，用Fair法求塔徑；（6）給出節(jié)能措施兩條并量化節(jié)能效果。答案：（1）選擇高壓精餾，理由：相對(duì)揮發(fā)度雖略低，但冷凝器可用冷卻水，省去冷凍系統(tǒng)，綜合能耗低。（2）方案A：10bar，塔頂46°C，可用冷卻水；方案B：20bar，塔頂72°C，冷凝壓力高，再沸器可用低壓蒸汽，但設(shè)備壁厚增加，選方案A。（3）α=1.13，xD=0.995，xB=0.005，xF=0.45，q=1，θ=1.035，Rmin=7.8。（4）R=1.2×7.8=9.36，(R?Rmin)/(R+1)=0.15，吉利蘭得(N?Nmin)/(N+1)=0.46，Nmin=ln[(0.995/0.005)/(0.45/0.55)]/ln1.13=115，解得N≈215塊。（5）最大允許氣速：uf=C[(ρL?ρV)/ρV]0.5，C=0.05ms1，uf=0.55ms1，設(shè)計(jì)氣速u=0.8×0.55=0.44ms1，塔頂氣量V=G(R+1)=1000×0.55×10.36=5700kmolh1，體積流量Qv=5700×22.4×319/273/3600=13m3s1，塔徑D=(4Qv/πu)^0.5=6.1m→取6.2m。（6）節(jié)能措施：1.熱泵精餾，采用塔頂丙烯蒸汽壓縮至12bar，再沸器潛熱回收，節(jié)能45%，年節(jié)省低壓蒸汽18萬(wàn)噸；2.熱耦精餾，將主塔與預(yù)塔熱耦，預(yù)塔再沸器負(fù)荷降低30%，年節(jié)電800MWh。52.（25分）某企業(yè)排放含苯廢水200m3h1，苯濃度300