2025年大學(xué)本科（化學(xué)工程與工藝）化工原理試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共40分）答題要求：每題只有一個正確答案，請將正確答案的序號填在括號內(nèi)。(總共20題，每題2分)1.流體在圓形直管中作層流流動，如果流量等其他條件不變，只是將管徑增大一倍，則阻力損失變?yōu)樵瓉淼模ǎ?。A.1/2B.1/4C.1/8D.1/162.離心泵的效率η和流量Q的關(guān)系為（）。A.Q增大，η增大B.Q增大，η先增大后減小C.Q增大，η減小D.Q增大，η先減小后增大3.某精餾塔的精餾段操作線方程為y=0.75x+0.245，則該塔的回流比R為（）。A.3B.4C.5D.64.吸收操作中，當(dāng)吸收劑用量趨于最小用量時，（）。A.回收率趨向最高B.吸收推動力趨向最大C.塔高趨向無窮大D.操作最為經(jīng)濟(jì)5.濕空氣在預(yù)熱過程中不變化的參數(shù)是（）。A.焓B.相對濕度C.露點溫度D.濕球溫度6.在管殼式換熱器中，用飽和蒸汽加熱空氣，下面判斷正確的是（）。A.傳熱管的壁溫接近加熱蒸汽溫度B.傳熱管的壁溫接近空氣溫度C.空氣走管程D.蒸汽走殼程7.恒沸精餾與萃取精餾的主要區(qū)別是（）。A.有無加入第三組分B.分離的原理不同C.操作壓力不同D.適用的物系不同8.對于一定的干球溫度的空氣，當(dāng)其相對濕度愈低時，其濕球溫度（）。A.愈高B.愈低C.不變D.不一定9.在連續(xù)精餾塔中，精餾段操作線斜率隨（）而變。A.回流比B.進(jìn)料熱狀況C.塔板效率D.進(jìn)料組成10.某二元混合物，進(jìn)料量為100kmol/h，xF=0.6，要求得到塔頂xD不小于0.9，則塔頂最大產(chǎn)量為（）。A.60kmol/hB.66.7kmol/hC.90kmol/hD.100kmol/h11.某液體在內(nèi)徑為d0的水平管路中穩(wěn)定流動，其平均流速為u0，當(dāng)它以相同的體積流量通過等長的內(nèi)徑為d2(d2=d0/2)的管子時，若流體為層流，則壓降Δp為原來的（）。A.4倍B.8倍C.16倍D.32倍12.離心泵的揚程，是指單位重量流體經(jīng)過泵后以下能量的增加值（）。A.包括內(nèi)能在內(nèi)的總能量B.機械能C.壓能D.位能（即實際的升揚高度）13.在填料吸收塔中，用純?nèi)軇┪漳郴旌蠚怏w中的溶質(zhì)組分。已知混合氣的流量為30kmol/h，組成為y1=0.06，溶質(zhì)的吸收率為95%，溶劑的流量為50kmol/h。操作條件下的氣液平衡關(guān)系為y=mx，其中m=1.5。則吸收液的組成x1為（）。A.0.038B.0.03C.0.028D.0.0214.某精餾塔精餾段理論板數(shù)為N1層，提餾段理論板數(shù)為N2層，現(xiàn)因設(shè)備改造，使精餾段理論板數(shù)增加，而提餾段理論板數(shù)不變，且F、xF、q、R、V等均不變，則此時（）。A.xD增加，xW不變B.xD增加，xW減小C.xD增加，xW增加D.xD增加，xW的變化視具體情況而定15.某濕物料經(jīng)過5.5小時進(jìn)行干燥操作。物料含水量由X1=0.35kg水/kg絕干料降至X2=0.1kg水/kg絕干料。若在相同的條件下，要求將物料含水量由X1=0.35kg水/kg絕干料降至X2'=0.05kg水/kg絕干料，試求需要的干燥時間為（）小時。（物料的臨界含水量Xc=0.15kg水/kg絕干料，平衡含水量X=0.04kg水/kg絕干料）A.10.3B.12.5C.14.7D.16.816.在一套管換熱器中，用冷卻水將一定流量的熱流體由100℃冷卻到60℃，冷卻水初溫為20℃，在設(shè)計工況下，兩流體逆流流動時的平均溫差為Δtm1，順流流動時平均溫差為Δtm2，則（）。A.Δtm1=Δtm2B.Δtm1>Δtm2C.Δtm1<Δtm2D.無法確定17.某二元理想溶液的連續(xù)精餾塔，提餾段操作線方程為：y=1.3x-0.018，系統(tǒng)的平均相對揮發(fā)度α=2.5，當(dāng)xW=0.06時，此時從塔底數(shù)起的第二塊理論板數(shù)（塔底可視為第一塊理論板）下流液體的組成為（）。A.0.124B.0.092C.0.060D.0.03518.用通風(fēng)機將溫度20℃，濕度0.005kg/kg絕干氣的新鮮空氣送入預(yù)熱器，預(yù)熱到120℃后進(jìn)入連續(xù)逆流干燥器中，空氣離開干燥器時的溫度為60℃。濕物料由20℃，含水量w1=0.015kg水/kg絕干料被干燥至35℃，含水量w2=0.002kg水/kg絕干料。干燥器內(nèi)無輸送設(shè)備，熱損失忽略不計。則新鮮空氣的消耗量接近（）kg絕干氣/h。A.1892B.1906C.2027D.178319.在一單程列管換熱器中，用飽和蒸汽加熱空氣，飽和蒸汽走殼程，空氣走管程。為強化傳熱，下列方案中最有效的是（）。A.增大空氣流速B.增大蒸汽流速C.采用翅片管D.提高蒸汽壓力20.某精餾塔的進(jìn)料熱狀況參數(shù)q=1.2，則進(jìn)料為（）。A.飽和液體B.過熱蒸汽C.氣液混合物，液相占20%D.氣液混合物，氣相占20%第II卷（非選擇題共60分）答題要求：請根據(jù)題目要求，在相應(yīng)位置準(zhǔn)確作答。填空題（每題2分，共10分）1.流體在圓形直管中作層流流動時，其速度分布呈______型曲線，中心最大流速為平均流速的______倍。2.精餾塔的進(jìn)料熱狀況有______種，分別是______、______、______、______、______。3.吸收操作中，吸收劑的選擇應(yīng)考慮______、______、______、______等因素。4.濕空氣的比容是指______濕空氣的體積，單位為______。5.換熱器的熱損失是由于______、______、______等原因造成的。簡答題（每題5分，共20分）1.簡述離心泵的工作原理。2.什么是精餾塔的全塔效率？它與單板效率有何關(guān)系？3.說明吸收操作中傳質(zhì)推動力的表示方法。4.簡述濕空氣的焓濕圖的組成及應(yīng)用。計算題（每題10分，共20分）1.某連續(xù)精餾塔，進(jìn)料量F=100kmol/h，進(jìn)料組成xF=0.5，餾出液組成xD=0.95，釜液組成xW=0.05，回流比R=2。試求：（1）餾出液流量D和釜液流量W；（2）精餾段操作線方程；（3）提餾段操作線方程。2.某填料吸收塔，用清水吸收混合氣中的有害組分A。已知混合氣流量為1000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），組成為y1=0.05，要求吸收率為95%。操作條件下的氣液平衡關(guān)系為y=2x，氣相總傳質(zhì)單元高度HOG=1.2m。試求：（1）出塔尾氣組成y2；（2）吸收劑用量L；（3）填料層高度H。分析題（10分）某化工廠擬采用精餾塔分離某二元混合物。已知進(jìn)料量為100kmol/h，進(jìn)料組成xF=0.4，泡點進(jìn)料。塔頂采用全凝器，回流比R=3。塔釜間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品組成xW=0.05。操作條件下該物系的平均相對揮發(fā)度α=2.5。試分析：（1）若精餾塔的理論板數(shù)為15塊，塔頂?shù)谝粔K板下降的液體組成為多少？（2）若實際塔板效率為60%，則實際塔板數(shù)為多少？（3）若進(jìn)料組成變?yōu)閤F=0.5，其他條件不變，對精餾塔的操作會有什么影響？答案1.D2.B3.A4.C5.C6.A7.A8.B9.A10.B11.C12.B13.A14.B15.A16.B17.B18.B19.A20.D填空題答案1.拋物線；22.5；冷液進(jìn)料；泡點進(jìn)料；氣液混合物進(jìn)料；飽和蒸汽進(jìn)料；過熱蒸汽進(jìn)料3.溶解度大；選擇性高；腐蝕性?。粨]發(fā)度低；粘度低4.1kg絕干空氣及其所帶的Hkg水汽；m3/kg絕干氣5.器壁散熱；流體流動阻力損失；泄漏簡答題答案1.離心泵的工作原理：離心泵一般由電機帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，泵內(nèi)液體在離心力作用下，從葉輪中心被甩向葉輪外周，使液體獲得動能，同時壓力能也相應(yīng)提高。當(dāng)液體離開葉輪進(jìn)入泵殼后，由于泵殼內(nèi)流道逐漸擴(kuò)大，液體流速減慢，部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能。這樣，液體以較高的壓力從泵的出口排出，同時在葉輪中心形成低壓區(qū)，外界液體在壓差作用下不斷被吸入泵內(nèi)，從而實現(xiàn)連續(xù)輸送液體的目的。2.精餾塔的全塔效率ET是指完成一定分離任務(wù)所需的理論板數(shù)NT與實際板數(shù)NP之比，即ET=NT/NP。單板效率EMV是指氣相或液相經(jīng)過一層實際塔板后組成的變化值與經(jīng)過一層理論塔板后組成的變化值之比。全塔效率反映了整個精餾塔的分離效果，而單板效率反映了每一塊塔板的傳質(zhì)效果。全塔效率與單板效率之間沒有直接的數(shù)學(xué)關(guān)系，但全塔效率與單板效率的乘積近似等于完成相同分離任務(wù)所需的理論板數(shù)與實際板數(shù)的比值。3.吸收操作中傳質(zhì)推動力的表示方法有多種。對于氣液平衡體系，常用的表示方法有：（1）氣相推動力：以氣相組成與平衡氣相組成的差值表示，即Δy=y-y，其中y為氣相主體組成，y為與液相組成x平衡的氣相組成。（2）液相推動力：以液相組成與平衡液相組成的差值表示，即Δx=x-x，其中x為液相主體組成，x為與氣相組成y平衡的液相組成。在實際計算中，可以根據(jù)具體情況選擇合適的傳質(zhì)推動力表示方法。4.濕空氣的焓濕圖由等焓線、等濕度線、等溫線、等相對濕度線等組成。其應(yīng)用主要包括：（1）確定濕空氣的狀態(tài)參數(shù)：通過已知的兩個獨立參數(shù)（如溫度、濕度等），在焓濕圖上可以查出其他狀態(tài)參數(shù)，如焓、相對濕度等。（2）分析濕空氣的加熱、冷卻、加濕、除濕等過程：在焓濕圖上可以直觀地表示出這些過程中濕空氣狀態(tài)的變化路徑，從而進(jìn)行熱量和水分的計算。（3）確定空氣調(diào)節(jié)過程的設(shè)計參數(shù)：根據(jù)工藝要求，在焓濕圖上確定合適的空氣處理過程和設(shè)備選型。（4）計算濕空氣的比容、露點溫度等參數(shù)：利用焓濕圖上的相關(guān)曲線和數(shù)據(jù)，可以方便地計算這些參數(shù)。計算題答案1.（1）由物料衡算可得：F=D+W，F(xiàn)×xF=D×xD+W×xW，代入數(shù)據(jù)解得：D=50kmol/h，W=50kmol/h。（2）精餾段操作線方程：y=R/(R+1)x+xD/(R+1)，將R=2，xD=0.95代入得：y=2/3x+0.95/3=0.667x+0.317。（3）提餾段操作線方程：y'=L'/V'x'-WxW/V'，L'=L+qF=RD+F=2×50+100=200kmol/h，V'=V-(1-q)F=(R+1)D-(1-q)F=3×50-0=150kmol/h，代入數(shù)據(jù)得：y'=200/150x'-50×0.05/150=1.333x'-0.017。2.（1）y2=y1(1-η)=0.05×(1-0.95)=0.0025。（2）由物料衡算可得：L=V(y1-y2)/x1，V=V(y1-y2)/x1，V=qnV=1000/22.4×(1-0.05)=42.41kmol/h，x1=0，代入數(shù)據(jù)解得：L=42.41×(0.05-0.0025)/0=10.6kmol/h。（3）NOG=(y1-y2)/Δym，Δym=(Δy1-Δy2)/ln(Δy1/Δy)/ln(Δy1/Δy2)，Δy1=y1-y1=0.05-2×0=0.05，Δy2=y2-y2=0.0025-2×0=0.0025，代入數(shù)據(jù)解得：NOG=4.65，H=HOG×NOG=1.2×4.65=5.58m。分析題答案（1）由精餾段操作線方程y=R/(R+1)x+xD/(R+1)，將R=3，xD=0.95代入得：y=3/4x+0.95/4=0.75x+0.2375。塔頂?shù)谝粔K板下降的液體