2025年化學(xué)工程與工藝專業(yè)試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分）1.在連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器（CSTR）中進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)A→B，若進(jìn)料濃度cA0=2kmol·m?3，反應(yīng)速率常數(shù)k=0.5min?1，體積流量Q=1m3·min?1，要求出口轉(zhuǎn)化率xA=0.8，則反應(yīng)器有效體積V（m3）為A.2.4??B.3.2??C.4.0??D.5.0答案：B2.下列關(guān)于精餾塔q線斜率的表述，正確的是A.q=0時(shí)斜率為0??B.q=1時(shí)斜率為∞??C.q<0時(shí)斜率為正??D.q>1時(shí)斜率為負(fù)答案：D3.在二元理想溶液的汽液平衡中，若相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，液相摩爾分?jǐn)?shù)x=0.4，則與之平衡的汽相摩爾分?jǐn)?shù)y為A.0.615??B.0.625??C.0.635??D.0.645答案：B4.對(duì)于管殼式換熱器，當(dāng)管程流體被加熱且殼程為飽和蒸汽冷凝時(shí)，總傳熱系數(shù)U的主要控制側(cè)為A.管程對(duì)流??B.殼程冷凝??C.管壁導(dǎo)熱??D.污垢熱阻答案：A5.在吸收塔設(shè)計(jì)中，若操作液氣比L/G等于最小液氣比(L/G)min，則塔高將A.趨于0??B.趨于無窮??C.不變??D.先降后升答案：B6.某氣體混合物含CO?10%（體積），用30%（質(zhì)量）MEA水溶液逆流吸收，若亨利常數(shù)H=120kPa·m3·kmol?1，液相主體CO?濃度cL=0.02kmol·m?3，則相界面CO?分壓p(kPa)為A.1.2??B.2.4??C.3.6??D.4.8答案：B7.在催化劑顆粒內(nèi)擴(kuò)散反應(yīng)模型中，Thiele模數(shù)φ增大，則有效因子η的變化趨勢(shì)為A.單調(diào)增??B.單調(diào)減??C.先增后減??D.不變答案：B8.對(duì)于離心泵，若管路特性曲線為H=20+0.5Q2（Q單位m3·h?1，H單位m），泵特性曲線為H=400.3Q2，則工作點(diǎn)流量Q（m3·h?1）為A.4.47??B.5.00??C.5.48??D.6.00答案：C9.在雙膜理論中，若氣膜傳質(zhì)系數(shù)kG=2×10?3kmol·m?2·s?1·kPa?1，液膜傳質(zhì)系數(shù)kL=1×10??m·s?1，亨利常數(shù)H=100kPa·m3·kmol?1，則總氣相傳質(zhì)阻力中液膜阻力所占比例為A.33%??B.50%??C.67%??D.80%答案：C10.對(duì)于可逆放熱反應(yīng)A?B，最優(yōu)溫度序列應(yīng)遵循A.沿反應(yīng)器逐漸升高??B.沿反應(yīng)器逐漸降低??C.先升后降??D.恒溫答案：B11.在流化床中，若顆粒平均直徑dp=0.5mm，顆粒密度ρp=1800kg·m?3，氣體密度ρg=1.2kg·m?3，氣體粘度μ=1.8×10??Pa·s，則最小流化速度umf（m·s?1）最接近A.0.05??B.0.10??C.0.15??D.0.20答案：B12.對(duì)于一級(jí)連串反應(yīng)A→B→C，若k1=0.6h?1，k2=0.2h?1，則B的最大收率yB,max為A.0.75??B.0.80??C.0.85??D.0.90答案：A13.在萃取操作中，若分配系數(shù)m=3，溶劑比S/F=1，進(jìn)料組成xF=0.3，則單級(jí)萃取后萃余相組成xR（無溶劑基）為A.0.10??B.0.15??C.0.20??D.0.25答案：B14.對(duì)于板框過濾機(jī)，若濾餅不可壓縮，過濾常數(shù)K=5×10??m2·s?1，操作壓差ΔP=200kPa，則當(dāng)濾液體積V=2m3時(shí)，過濾時(shí)間t（s）為A.800??B.1000??C.1200??D.1600答案：D15.在干燥過程中，若物料臨界含水量Xc=0.15kg水·kg干料?1，平衡含水量Xe=0.02kg水·kg干料?1，則恒速干燥階段去除的水分主要為A.結(jié)合水??B.非結(jié)合水??C.吸附水??D.結(jié)晶水答案：B16.對(duì)于管式反應(yīng)器中進(jìn)行的一級(jí)反應(yīng)，若采用n段等體積串聯(lián)CSTR替代，則當(dāng)n→∞時(shí)，總轉(zhuǎn)化率將趨近于A.0??B.與PFR相同??C.與單段CSTR相同??D.0.632答案：B17.在精餾塔靈敏板溫度控制中，若進(jìn)料苯摩爾分?jǐn)?shù)zF下降，則靈敏板溫度將A.升高??B.降低??C.不變??D.先升后降答案：A18.對(duì)于氣體膜分離，若膜對(duì)CO?/N?的選擇性α=30，進(jìn)料側(cè)CO?分壓pF=100kPa，滲透?jìng)?cè)分壓pP=10kPa，則CO?滲透?jìng)?cè)摩爾分?jǐn)?shù)yP（忽略滲透?jìng)?cè)壓降）為A.0.75??B.0.80??C.0.85??D.0.90答案：A19.在反應(yīng)器熱穩(wěn)定性分析中，若放熱曲線斜率大于移熱曲線斜率，則該操作點(diǎn)A.穩(wěn)定??B.不穩(wěn)定??C.臨界穩(wěn)定??D.無法判斷答案：B20.對(duì)于超臨界萃取，若溶劑為CO?，其臨界溫度Tc=31.1°C，臨界壓力Pc=7.38MPa，則操作溫度T=40°C時(shí)，最小操作壓力應(yīng)高于A.7.0MPa??B.7.38MPa??C.8.0MPa??D.10MPa答案：B二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共10分；每題至少有兩個(gè)正確答案，多選少選均不得分）21.下列關(guān)于理想管式反應(yīng)器（PFR）與連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器（CSTR）的比較，正確的有A.對(duì)同一一級(jí)反應(yīng)，PFR所需體積小于CSTR??B.對(duì)同一二級(jí)反應(yīng)，PFR與CSTR體積相等??C.PFR內(nèi)物料無返混??D.CSTR內(nèi)濃度均一??E.PFR熱穩(wěn)定性優(yōu)于CSTR答案：A、C、D22.在精餾塔設(shè)計(jì)中，若進(jìn)料熱狀態(tài)q值增大，則A.q線斜率增大??B.提餾段液氣比增大??C.再沸器熱負(fù)荷減小??D.冷凝器熱負(fù)荷增大??E.最小回流比減小答案：B、C、E23.下列屬于非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散模型的有A.Fick第二定律??B.雙膜理論??C.滲透模型??D.表面更新模型??E.邊界層理論答案：A、C、D24.關(guān)于催化劑失活，下列說法正確的有A.積碳失活可通過燒焦再生??B.燒結(jié)失活不可逆??C.中毒失活均不可逆??D.失活速率與反應(yīng)速率無關(guān)??E.失活函數(shù)Φ(t)常用指數(shù)形式答案：A、B、E25.在離子交換操作中，影響總交換容量的因素有A.樹脂交聯(lián)度??B.溶液pH??C.溫度??D.流速??E.樹脂粒徑答案：A、B、C、E三、填空題（每空1分，共20分）26.對(duì)于一級(jí)反應(yīng)A→B，速率方程可寫為(rA)=________，其積分形式為kt=________。答案：k·cA；ln(cA0/cA)27.在精餾塔中，若回流比R=2，餾出液流量D=50kmol·h?1，則塔頂回流量L=________kmol·h?1。答案：10028.根據(jù)Colburn類比，傳質(zhì)j因子jD與摩擦因子f的關(guān)系為jD=________。答案：f/229.對(duì)于球形催化劑，Thiele模數(shù)φ=(R/3)·sqrt(k/D_e)，其中R為________，D_e為________。答案：顆粒半徑；有效擴(kuò)散系數(shù)30.在干燥速率曲線中，恒速干燥階段汽化的水分主要為________水，降速階段去除的水分主要為________水。答案：非結(jié)合；結(jié)合31.若氣體混合物中SO?體積分?jǐn)?shù)為0.1，操作壓強(qiáng)P=100kPa，則SO?分壓為________kPa。答案：1032.在萃取操作中，若選擇性系數(shù)β=5，則當(dāng)萃余相組成xR=0.05時(shí)，萃取相組成yE（無溶劑基）為________。答案：0.2533.對(duì)于板框過濾機(jī)，若濾餅壓縮指數(shù)s=0.6，則過濾常數(shù)K與壓差ΔP的關(guān)系為K∝ΔP^(________)。答案：1s=0.434.在氣體吸收中，若操作線位于平衡線下方，則傳質(zhì)方向?yàn)開_______。答案：解吸35.對(duì)于離心泵，若葉輪直徑從D1=200mm切割至D2=180mm，則流量Q2/Q1≈________（假設(shè)效率不變）。答案：(D2/D1)=0.936.在反應(yīng)器熱穩(wěn)定性判據(jù)中，若放熱速率Qg=α·exp(E/RT)，移熱速率Qr=β·(TTc)，則穩(wěn)定點(diǎn)需滿足dQg/dT________dQr/dT。答案：<37.對(duì)于膜分離過程，若滲透系數(shù)P=5×10?1?m3(STP)·m·m?2·s?1·kPa?1，膜厚δ=0.1mm，則滲透通量J與壓差ΔP的關(guān)系為J=________。答案：P·ΔP/δ38.在流化床中，若床層壓降ΔP=ρp·g·(1ε)·L，則當(dāng)流化數(shù)N=umf/umf=1時(shí)，床層處于________狀態(tài)。答案：起始流化39.對(duì)于可逆放熱反應(yīng)，最優(yōu)溫度Topt與平衡溫度Te的關(guān)系為1/Topt1/Te=________。答案：(R/E2E1)·ln(E2/E1)40.在超臨界萃取中，若溶劑密度ρ=800kg·m?3，溶質(zhì)在溶劑中質(zhì)量分?jǐn)?shù)w=0.02，則溶質(zhì)濃度c=________kg·m?3。答案：16四、簡(jiǎn)答題（共30分）41.（6分）簡(jiǎn)述雙膜理論的基本假設(shè)，并指出其局限性。答案：假設(shè)：①相界面兩側(cè)各存在一層靜止膜；②膜內(nèi)傳質(zhì)為穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散；③界面處達(dá)到相平衡；④膜外主體濃度均一。局限性：未考慮界面湍動(dòng)、膜厚難定、不適用高湍流及伴隨化學(xué)反應(yīng)體系。42.（6分）寫出反應(yīng)器熱穩(wěn)定性的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)判據(jù)，并解釋其物理意義。答案：靜態(tài)：dQg/dT<dQr/dT，保證溫度微擾后系統(tǒng)能回到原平衡點(diǎn)；動(dòng)態(tài)：特征方程所有根實(shí)部為負(fù)，保證溫度擾動(dòng)隨時(shí)間衰減。43.（6分）說明精餾塔進(jìn)料熱狀態(tài)q值對(duì)提餾段操作線斜率的影響，并給出斜率表達(dá)式。答案：q增大→提餾段液氣比L'/V'增大→斜率增大；斜率=L'/V'=(L+qF)/(V(1q)F)。44.（6分）列舉三種常見催化劑失活類型，并給出工業(yè)再生措施。答案：積碳：空氣燒焦；中毒：酸洗或更換原料；燒結(jié)：無法再生，需更換催化劑。45.（6分）比較恒速干燥與降速干燥階段的傳質(zhì)機(jī)理差異。答案：恒速：表面汽化，速率受外部氣象條件控制，傳質(zhì)阻力在外部氣膜；降速：內(nèi)部水分遷移控制，傳質(zhì)阻力在物料內(nèi)部，速率與物料結(jié)構(gòu)、水分結(jié)合方式有關(guān)。五、計(jì)算與綜合應(yīng)用題（共70分）46.（15分）在一臺(tái)等溫PFR中進(jìn)行液相反應(yīng)A→B，速率方程(rA)=0.8·cAkmol·m?3·min?1，進(jìn)料cA0=4kmol·m?3，體積流量Q=0.5m3·min?1，要求出口cA=1kmol·m?3。（1）計(jì)算所需反應(yīng)器體積V；（2）若改用兩等體積CSTR串聯(lián)，求每釜體積；（3）比較兩種方案總體積，說明差異原因。答案：（1）PFR：τ=(1/k)·ln(cA0/cA)=(1/0.8)·ln4=1.733min，V=τ·Q=1.733×0.5=0.866m3（2）CSTR串聯(lián)：對(duì)一級(jí)反應(yīng)，1xA=1/(1+kτi)2，令xA=0.75，得10.75=0.25=1/(1+0.8τi)2→1+0.8τi=2→τi=1.25min，每釜Vi=1.25×0.5=0.625m3，總V=1.25m3（3）PFR體積更小，因CSTR存在返混，平均反應(yīng)速率低。47.（15分）某苯甲苯混合物在常壓連續(xù)精餾塔中分離，進(jìn)料100kmol·h?1，zF=0.45，xD=0.95，xB=0.05，泡點(diǎn)進(jìn)料，相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，回流比R=1.3Rmin。（1）用Fenske方程求最小理論板數(shù)Nmin；（2）用Underwood法求最小回流比Rmin；（3）若實(shí)際板效率Emv=0.6，求實(shí)際板數(shù)。答案：（1）Nmin=ln[(xD/(1xD))·((1xB)/xB)]/lnα=ln[(0.95/0.05)·(0.95/0.05)]/ln2.5=ln361/ln2.5=5.89/0.916=6.43→6.4塊（2）Underwood：q=1，θ=1.3，解得Rmin=(xDy)/(yxF)=1.17（3）R=1.3×1.17=1.52，用Gilliland關(guān)聯(lián)：X=(RRmin)/(R+1)=0.135，查圖得Y=0.47，NNmin/(N+1)=0.47→N=13.3→14塊理論板，實(shí)際板=14/0.6=23.3→24塊48.（10分）用30%（質(zhì)量）MEA水溶液逆流吸收CO?，塔徑1m，G=1000m3(STP)·h?1，y1=0.10，y2=0.01，L/G=1.2(L/G)min，平衡關(guān)系y=1.2x，Kya=80kmol·m?3·h?1。（1）求最小液氣比(L/G)min；（2）求傳質(zhì)單元數(shù)NOG；（3）求填料層高度Z。答案：（1）(L/G)min=(y1y2)/(x1x2)=(0.100.01)/(0.10/1.20)=1.08（2）L/G=1.2×1.08=1.296，操作線斜率A=L/(mG)=1.296/1.2=1.08，NOG=ln[(y1mx2)/(y2mx2)·(11/A)+1/A]/(11/A)=ln[(0.100)/(0.010)·(10.926)+0.926]/(0.074)=3.72（3）Z=HOG·NOG，G'=1000/22.4=44.6kmol·h?1，Ω=0.785m2，HOG=G'/(Kya·Ω)=44.6/(80×0.785)=0.71m，Z=0.71×3.72=2.64m49.（15分）在一臺(tái)單管程單殼程換熱器中，用飽和蒸汽（110°C）加熱某油品，油品從30°C升至90°C，流量m=8000kg·h?1，cp=2.5kJ·kg?1·K?1，蒸汽冷凝傳熱系數(shù)hO=8000W·m?2·K?1，油側(cè)hI=800W·m?2·K?1，忽略管壁及污垢熱阻。（1）求熱負(fù)荷Q；（2）求對(duì)數(shù)平均溫差ΔTm；（3）求所需換熱面積A；（4）若改用雙管程，hI變?yōu)?400W·m?2·K?1，求新面積。答案：（1）Q=m·cp·ΔT=8000×2.5×60=1.2×10?kJ·h?1=333.3kW（2）ΔT1=11030=80K，ΔT2=11090=20K，ΔTm=(8020)/ln(80/20)=43.3K（3）1/U=1/hO+1/hI=1/8000+1/800=1.375×10?3→U=727W·m?2·K?1，A=Q/