2025年大學(xué)化學(xué)工程與工藝(化工流程設(shè)計)試題及答案一、單項選擇題（每題1分，共20分。每題只有一個正確答案，請將正確選項字母填入括號內(nèi)）1.在化工流程模擬中，當(dāng)采用序貫?zāi)K法進行迭代計算時，若出現(xiàn)“撕裂流”不收斂，最先應(yīng)調(diào)整的參數(shù)是（）A.撕裂流初值B.模塊容差C.物流溫度D.反應(yīng)器體積答案：A2.對于含有恒沸物的二元體系，若采用變壓精餾分離，其必要條件是（）A.恒沸組成隨壓力變化顯著B.相對揮發(fā)度大于1.5C.恒沸物為負(fù)偏差D.塔頂產(chǎn)品純度≥99.9%答案：A3.在AspenPlus中，若使用“NRTLHOC”物性方法，HOC代表的含義是（）A.亨利系數(shù)修正B.高階立方型狀態(tài)方程C.亥姆霍茲自由能修正D.氫鍵締合校正答案：D4.對于放熱氣固催化反應(yīng)，若采用列管式固定床反應(yīng)器，下列哪項措施對降低熱點溫度最直接有效（）A.降低入口溫度B.增加管外冷卻介質(zhì)溫度C.減小催化劑粒徑D.提高反應(yīng)壓力答案：A5.在換熱網(wǎng)絡(luò)綜合中，若某熱流熱容流率CP=4kW/℃，冷流CP=3kW/℃，最小接近溫差ΔTmin=10℃，則該匹配在pinch點處的最大可交換熱量為（）A.30kWB.40kWC.120kWD.無法確定答案：A6.當(dāng)采用共沸精餾分離乙醇水體系時，通常加入的共沸劑是（）A.苯B.乙二醇C.丙酮D.醋酸甲酯答案：A7.在反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合中，若目標(biāo)產(chǎn)物為中間產(chǎn)物，則最優(yōu)反應(yīng)器類型通常為（）A.全混流串聯(lián)平推流B.平推流C.全混流D.循環(huán)流化床答案：A8.對于高壓天然氣脫酸，若選用物理溶劑法，下列溶劑中最常用的是（）A.N甲基吡咯烷酮B.單乙醇胺C.二乙醇胺D.碳酸鉀答案：A9.在精餾塔動態(tài)模擬中，若采用“stiff”積分算法，其適用場景是（）A.剛性微分方程組B.非穩(wěn)態(tài)傳熱C.氣液平衡計算D.塔板效率預(yù)測答案：A10.對于氣液兩相流管道壓降計算，若流型為環(huán)狀流，則首選的模型是（）A.LockhartMartinelliB.BeggsBrillC.DuklerD.Friedel答案：B11.在HYSYS中，若將“冷凝器”單元操作類型設(shè)為“Partial”，則其出口狀態(tài)為（）A.氣液兩相B.飽和液體C.飽和氣體D.過冷液體答案：A12.對于放熱可逆反應(yīng)，若采用反應(yīng)精餾，反應(yīng)段位置應(yīng)設(shè)在（）A.提餾段B.精餾段C.進料板D.塔頂答案：A13.在換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，若某熱流起始溫度180℃，目標(biāo)溫度80℃，冷流起始溫度30℃，目標(biāo)溫度120℃，則該熱流的溫度區(qū)間屬于（）A.高于pinchB.低于pinchC.跨越pinchD.無法判斷答案：C14.對于顆粒催化劑，當(dāng)Thiele模數(shù)Φ=6時，其內(nèi)擴散有效因子η的近似值為（）A.0.2B.0.5C.0.8D.1.0答案：A15.在化工流程經(jīng)濟評價中，若折現(xiàn)率為10%，則5年后1000萬元的凈現(xiàn)值系數(shù)為（）A.0.6209B.0.6830C.0.7513D.0.8264答案：A16.對于二元理想溶液，若相對揮發(fā)度α=2.5，則平衡曲線方程y=αx/[1+(α1)x]在x=0.5時的y值為（）A.0.714B.0.625C.0.833D.0.550答案：A17.在反應(yīng)器安全分析中，若Semenov數(shù)ψ>1，則系統(tǒng)處于（）A.熱失控區(qū)B.穩(wěn)定區(qū)C.振蕩區(qū)D.臨界區(qū)答案：A18.對于CO2捕集流程，若采用冷氨法，其吸收溫度一般控制在（）A.0~10℃B.30~40℃C.80~100℃D.120~150℃答案：A19.在精餾塔板效率預(yù)測中，若采用O’Connell關(guān)聯(lián)式，其關(guān)聯(lián)變量為（）A.相對揮發(fā)度×液體粘度B.表面張力×氣體密度C.板間距×氣速D.堰高×液體流量答案：A20.對于高壓加氫裂化反應(yīng)器，若采用滴流床，其液相滯留量隨氣速增加而（）A.減小B.增加C.不變D.先增后減答案：A二、多項選擇題（每題2分，共20分。每題有兩個或兩個以上正確答案，多選少選均不得分，請將所有正確選項字母填入括號內(nèi)）21.下列關(guān)于反應(yīng)精餾優(yōu)點的描述，正確的有（）A.可突破化學(xué)平衡限制B.降低后續(xù)分離能耗C.適用于所有反應(yīng)體系D.提高選擇性E.減少設(shè)備投資答案：ABD22.在換熱網(wǎng)絡(luò)綜合中，導(dǎo)致能量松弛技術(shù)（energyrelaxation）應(yīng)用的原因有（）A.減少換熱單元數(shù)B.降低壓降C.減少面積冗余D.提高傳熱系數(shù)E.降低ΔTmin答案：ABC23.對于氣液固三相流化床，下列參數(shù)可用于判斷流化質(zhì)量的有（）A.床層壓降波動B.最小流化速度C.床層膨脹比D.顆粒循環(huán)速率E.氣體滯留量答案：ACDE24.在AspenPlus中，可用于處理電解質(zhì)體系的物性方法有（）A.ELECNRTLB.PITZERC.UNIQUACD.ENRTLRKE.SRK答案：ABD25.對于超臨界流體萃取，下列關(guān)于CO2作為溶劑的特點，正確的有（）A.臨界溫度31℃B.無毒C.不可燃D.極性高E.易于分離答案：ABCE26.在反應(yīng)器尺度放大中，需保持相似的準(zhǔn)則有（）A.達姆科勒數(shù)B.雷諾數(shù)C.彼克列數(shù)D.格拉斯霍夫數(shù)E.停留時間分布答案：ABCE27.下列屬于化工流程動態(tài)模擬常用求解器類型的有（）A.隱式歐拉B.龍格庫塔C.牛頓拉夫遜D.擬線性化E.多步Gear答案：ABE28.對于天然氣脫水，若采用分子篩工藝，影響轉(zhuǎn)效點的主要因數(shù)有（）A.氣體流速B.入口水含量C.再生溫度D.床層高度E.分子篩類型答案：ABCE29.在精餾塔控制中，若采用“雙溫差”控制方案，其優(yōu)點包括（）A.抑制進料擾動B.減小塔壓波動影響C.提高產(chǎn)品純度D.降低能耗E.簡化儀表答案：ABC30.對于生物柴油連續(xù)生產(chǎn)流程，若采用堿催化，原料預(yù)處理必須去除的組分有（）A.游離脂肪酸B.水C.磷脂D.甘油E.甲醇答案：ABC三、填空題（每空1分，共30分。請將答案直接填入空格內(nèi)，無需單位，若涉及小數(shù)保留兩位）31.某精餾塔進料流量100kmol/h，其中輕組分摩爾分?jǐn)?shù)0.45，塔頂產(chǎn)品流量45kmol/h，輕組分回收率要求0.98，則塔頂輕組分摩爾分?jǐn)?shù)為________。答案：0.9832.對于一級不可逆反應(yīng)A→B，在CSTR中達到轉(zhuǎn)化率0.8，若反應(yīng)速率常數(shù)k=0.5min1，則所需空時τ=________min。答案：8.0033.某換熱器熱負(fù)荷Q=1200kW，對數(shù)平均溫差ΔTm=50℃，總傳熱系數(shù)U=800W/(m2·℃)，則所需面積A=________m2。答案：30.0034.在二元理想溶液中，若x=0.4，α=2.0，則平衡氣相組成y=________。答案：0.5735.某氣體在20℃、1atm下粘度為1.8×105Pa·s，若溫度升至80℃，按ChapmanEnskog理論估算粘度變?yōu)開_______×105Pa·s。答案：2.1636.對于球形顆粒，當(dāng)Rep=200時，阻力系數(shù)CD約為________。答案：0.4437.某離心泵在額定點效率75%，軸功率15kW，則其有效功率為________kW。答案：11.2538.在反應(yīng)精餾塔中，若反應(yīng)段理論板數(shù)為10，反應(yīng)速率常數(shù)kr=0.2mol/(L·min)，液相滯留量HL=0.05L/m2，則反應(yīng)段持液量換算為每平米塔截面________mol。答案：0.1039.某天然氣含CO220mol%，采用30wt%MEA吸收，若循環(huán)量0.3molMEA/mol氣體，則液氣摩爾比為________。答案：0.3040.對于板波紋填料，若比表面積250m2/m3，孔隙率0.95，則水力直徑dh=________mm。答案：7.6041.在換熱網(wǎng)絡(luò)中，若某熱流熱容流率CP=5kW/℃，溫度區(qū)間150→90℃，則其熱量為________kW。答案：30042.某精餾塔最小理論板數(shù)Nm=6，全回流下輕組分純度0.999，則相對揮發(fā)度α=________（Fenske方程）。答案：2.0043.對于氣膜控制的氣液反應(yīng)，若增強因子E=1，則反應(yīng)發(fā)生在________相。答案：液44.某反應(yīng)器體積2m3，進料流量0.5m3/min，則平均停留時間τ=________min。答案：4.0045.在分子篩吸附中，若穿透時間tB=8h，飽和區(qū)長度LUB=0.2m，床層總長2m，則未用床層長度=________m。答案：0.2046.對于管殼式換熱器，若管程流速1.5m/s，管子內(nèi)徑20mm，則單管流量=________m3/h。答案：1.7047.某離心壓縮機多變效率82%，壓比3.0，則溫升系數(shù)（T2/T1）=________。答案：1.3748.在萃取塔中，若分配系數(shù)m=2.5，溶劑比S/F=1.0，則理論級數(shù)NT=________時萃取率可達90%。答案：3.3249.對于板框過濾機，若濾餅不可壓縮，過濾常數(shù)K=5×105m2/s，則過濾1m3濾液所需時間=________s（忽略介質(zhì)阻力）。答案：20000.0050.某循環(huán)流化床床徑1m，表觀氣速5m/s，顆粒終端速度0.8m/s，則滑移速度=________m/s。答案：4.20四、簡答題（共40分。其中封閉型簡答題每題5分，開放型簡答題每題10分）51.（封閉型）寫出Fenske方程，并說明其適用條件。答案：Nm=ln[(xD/(1xD))·((1xW)/xW)]/lnα；適用條件：全回流、理想或接近理想體系、恒摩爾回流、相對揮發(fā)度恒定。52.（封閉型）解釋“pinchpoint”在換熱網(wǎng)絡(luò)中的物理意義，并給出其溫度確定方法。答案：pinch點是將復(fù)合曲線垂直移動ΔTmin后冷熱復(fù)合曲線最接近的點，此處熱流量為零，系統(tǒng)分為上下兩個獨立子系統(tǒng)；溫度確定：繪制復(fù)合曲線，垂直移動ΔTmin，取最接近點溫差等于ΔTmin。53.（封閉型）列出反應(yīng)器熱失控的三個判據(jù)，并給出各自表達式。答案：1.Semenov判據(jù)：ψ=q0·exp(E/RT0)·V/(U·A·R·T0^2)>1；2.FrankKamenetskii判據(jù)：δ=q0·exp(E/RT0)·r^2/(λ·R·T0^2)>δcrit；3.判據(jù)TR<Tcr=T0+R·T0^2/E。54.（封閉型）說明在AspenPlus中進行靈敏度分析的主要步驟。答案：1.建立流程；2.定義操縱變量（Manipulatedvariable）；3.定義采集變量（Collectedvariable）；4.設(shè)置變量范圍及步長；5.運行分析；6.查看結(jié)果表格或曲線。55.（開放型）某廠擬將現(xiàn)有間歇反應(yīng)器改造為連續(xù)生產(chǎn)，需考慮哪些工程因素？請至少從反應(yīng)動力學(xué)、設(shè)備、控制、安全、經(jīng)濟五方面論述。答案：反應(yīng)動力學(xué)：需驗證連續(xù)流動下轉(zhuǎn)化率與選擇性，考慮停留時間分布對副反應(yīng)影響；設(shè)備：選型管式或CSTR或PFR，依據(jù)粘度、熱效應(yīng)、固含量決定；控制：采用質(zhì)量流量計、在線紅外或拉曼分析，實現(xiàn)QbD控制策略；安全：評估連續(xù)化后熱累積速率，設(shè)置多級冷卻、緊急泄放、本質(zhì)安全化設(shè)計；經(jīng)濟：比較CAPEX（新泵、管道、儀表）與OPEX（人工、能耗、原料損耗），計算NPV與回收期，考慮政府補貼及環(huán)保罰款節(jié)省。56.（開放型）結(jié)合“雙碳”背景，闡述百萬噸級CO2捕集項目流程設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)路線及能量集成策略。答案：技術(shù)路線：采用復(fù)合胺+相變吸收劑，降低再生熱；設(shè)置富液分級、閃蒸預(yù)再生，回收中低溫?zé)?；能量集成：富液與貧液熱交換，MVR壓縮閃蒸蒸汽，吸收塔中間冷卻，再生塔熱泵精餾；耦合廠區(qū)低品位蒸汽（120℃），實現(xiàn)蒸汽耗<2.5GJ/tCO2；引入可再生能源驅(qū)動熱泵，進一步降低Scope2排放；采用干冷器替代水冷，減少水資源消耗；設(shè)置CO2液化與管輸，實現(xiàn)全生命周期負(fù)碳。五、計算與分析題（共40分。要求給出詳細(xì)步驟，關(guān)鍵中間結(jié)果保留三位小數(shù)，最終答案保留兩位小數(shù)）57.（綜合計算，20分）某廠擬設(shè)計一甲醇水分離精餾塔，進料流量500kmol/h，甲醇摩爾分?jǐn)?shù)0.45，飽和液體進料，要求塔頂甲醇回收率0.98，塔底水純度0.99。已知相對揮發(fā)度α=3.5，采用McCabeThiele法：(1)求最小回流比Rmin；(2)若實際回流比R=1.3Rmin，求理論板數(shù)N；(3)若塔頂冷凝器用冷卻水(20→30℃)，求冷卻水用量，塔頂冷凝負(fù)荷Qc=15000kW；(4)若再沸器用0.3MPa飽和蒸汽(133℃)，蒸汽潛熱2160kJ/kg，求蒸汽用量；(5)若塔壓0.1MPa，塔徑按最大允許氣速0.1m/s計算，求塔徑（氣相密度ρV=1.2kg/m3，液相密度ρL=750kg/m3，板間距0.5m，取0.85系數(shù)）。答案：(1)q線x=0.45，平衡線y=3.5x/(1+2.5x)，交點y=0.738，Rmin=(xDy)/(yxD回流)=1.18；(2)Gilliland關(guān)聯(lián)：X=(RRmin)/(R+1)=0.12，Y=0.5458，N=(Nm+Y)/(1Y)=12.80→13塊；(3)冷卻水ΔT=10℃，cp=4.2kJ/(kg·℃)，m=Qc/(cpΔT)=357.14kg/s=1.29×10^3t/h；(4)蒸汽m=Qc/λ=15000/2160=6.94kg/s=25.0t/h；(5)最大氣速Uf=0.1m/s，實際氣速Uv=0.085m/s，氣相流量V=R·D=1.3×1.18×225=345kmol/h=4.32m3/s，塔徑D=sqrt(4V/(πUv))=8.04m→8.0m。58.（流程綜合，20分）某化工裝置需將兩股熱流