2025年化學工程與工藝考試相關試卷及答案一、單項選擇題（每題1分，共20分）1.在連續(xù)攪拌釜反應器(CSTR)中進行一級不可逆反應A→B，若進料濃度cA0=2kmol·m?3，體積流量Q=1m3·h?1，反應速率常數(shù)k=0.5h?1，為使出口轉(zhuǎn)化率xA=0.8，所需反應器體積V最接近A.2.0m3?B.3.2m3?C.4.0m3?D.5.6m3答案：B2.對理想氣體，下列狀態(tài)方程中正確的是A.pV=nRT?B.pV=znRT?C.pV=RT?D.pV=zRT答案：A3.在二元精餾塔設計中，若回流比R從最小回流比Rmin增加到1.5Rmin，則理論板數(shù)NT將A.增加?B.減少?C.不變?D.先減后增答案：B4.對氣固流化床，當表觀氣速u超過臨界流化速度umf后，床層壓降Δp隨u增大而A.線性增加?B.線性減小?C.基本不變?D.指數(shù)增加答案：C5.在管殼式換熱器中，若熱流體走管程，冷流體走殼程，為降低殼程壓降，可優(yōu)先采用A.折流板缺口25%?B.折流板缺口45%?C.雙弓形折流板?D.螺旋折流板答案：D6.對反應A+B?C，已知ΔG°(298K)=15kJ·mol?1，則298K下平衡常數(shù)K最接近A.1.2?B.12?C.120?D.1200答案：C7.在萃取操作中，若分配系數(shù)m=3.0，相比O/A=1:1，單級萃取理論收率E為A.0.50?B.0.60?C.0.75?D.0.80答案：C8.對離心泵，若管路特性曲線不變，僅將泵轉(zhuǎn)速從n1降至0.8n1，則新工作點流量Q2與原流量Q1之比約為A.0.51?B.0.64?C.0.80?D.1.00答案：B9.在催化劑顆粒內(nèi)擴散反應模型中，Thiele模數(shù)φ增大，則有效因子ηA.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：B10.對絕熱管式反應器進行放熱反應，若進口溫度T0升高，則熱點溫度A.升高?B.降低?C.不變?D.不確定答案：A11.在干燥過程中，若物料進入降速階段，則干燥速率主要受控于A.空氣濕度?B.空氣溫度?C.物料內(nèi)部水分擴散?D.空氣流速答案：C12.對理想溶液，相對揮發(fā)度αAB與純組分蒸氣壓之比關系為A.αAB=pA°/pB°?B.αAB=pB°/pA°?C.αAB=(pA°+pB°)/2?D.αAB=(pA°pB°)/pB°答案：A13.在吸收塔設計中，若采用純?nèi)軇肟跉怏w溶質(zhì)濃度y1=0.15，出口y2=0.03，則最小液氣比(L/G)min為A.0.80?B.0.90?C.1.00?D.1.20答案：B14.對管式換熱器，若管內(nèi)湍流對流換熱系數(shù)hi=2000W·m?2·K?1，管外ho=800W·m?2·K?1，忽略管壁熱阻，則總傳熱系數(shù)U最接近A.480?B.570?C.680?D.1200答案：B15.在反應器穩(wěn)定性分析中，若放熱曲線斜率大于移熱曲線斜率，則該定態(tài)點A.穩(wěn)定?B.不穩(wěn)定?C.臨界穩(wěn)定?D.無法判斷答案：B16.對二元理想溶液，若xA=0.4，pA°=60kPa，pB°=40kPa，則泡點總壓為A.44?B.48?C.52?D.56答案：B17.在結(jié)晶操作中，若溶液冷卻速率過快，易導致A.晶習改變?B.粒度變細?C.純度提高?D.收率下降答案：B18.對氣體膜分離，若膜選擇性αAB=5，原料側(cè)yA=0.3，滲透側(cè)壓力比θ=0.1，則最大理論分離因子為A.5?B.4.2?C.3.5?D.2.8答案：B19.在精餾塔靈敏板溫度控制中，若進料組成zF突然變重，則靈敏板溫度將A.升高?B.降低?C.不變?D.先升后降答案：A20.對連續(xù)逆流萃取，若理論級數(shù)NT=3，萃取因子ε=1.5，則總萃取率最接近A.0.80?B.0.85?C.0.90?D.0.95答案：C二、多項選擇題（每題2分，共10分；每題至少有兩個正確答案，多選少選均不得分）21.下列措施可提高填料塔傳質(zhì)效率的有A.減小填料尺寸?B.提高液體噴淋密度?C.提高氣體流速?D.選用高比表面積填料?E.降低操作溫度答案：A、B、D22.關于反應器停留時間分布(RTD)，下列說法正確的有A.脈沖示蹤可直接得到E(t)曲線?B.階躍示蹤可直接得到F(t)曲線?C.方差σ2越大，返混越小?D.tanksinseries模型中N越大，越接近平推流?E.軸向擴散模型中Pe越大，越接近全混流答案：A、B、D23.在蒸發(fā)操作中，多效蒸發(fā)相對單效蒸發(fā)的優(yōu)點有A.蒸汽經(jīng)濟性提高?B.傳熱面積減小?C.操作溫度低，適合熱敏物料?D.設備投資降低?E.操作彈性大答案：A、C24.下列屬于非牛頓流體的有A.聚丙烯酰胺水溶液?B.番茄醬?C.空氣?D.血液?E.甘油水溶液答案：A、B、D25.關于催化劑失活，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.失活速率與溫度無關?E.失活函數(shù)常用Φ=exp(αt)描述答案：A、B、E三、填空題（每空1分，共20分）26.對一級不可逆反應A→P，在CSTR中達到xA=0.9，若k=0.2min?1，則空間時間τ=________min。答案：4527.某精餾塔進料為飽和液體，q線方程斜率為________。答案：∞28.在管殼式換熱器設計中，若管外流體允許壓降為50kPa，則殼程最大質(zhì)量流速Gmax≈________kg·m?2·s?1(ρ=800kg·m?3，f=0.02，Ns=1)。答案：15.829.對理想氣體，絕熱指數(shù)γ=cp/cv，空氣(雙原子)在常溫下γ≈________。答案：1.430.在吸收塔中，若操作液氣比為最小液氣比的1.5倍，則實際塔板數(shù)NT與最小塔板數(shù)NTmin之比約為________。答案：0.631.對氣固催化反應，若粒內(nèi)有效擴散系數(shù)De=1×10??m2·s?1，k=0.1s?1，顆粒直徑dp=2mm，則Thiele模數(shù)φ=________。答案：1.032.在干燥速率曲線中，恒速階段干燥速率Nc=0.8kg·m?2·h?1，物料表面積A=0.5m2，絕干物料量Gs=2kg，則臨界含水率Xc=0.2kg·kg?1時，所需時間tc=________h。答案：0.233.對二元理想溶液，若相對揮發(fā)度α=2.5，進料xF=0.5，飽和液體進料，則最小回流比Rmin=________。答案：0.6734.在膜分離中，若截留率R=0.9，體積濃縮因子CF=5，則溶質(zhì)損失率=________%。答案：235.某反應器體積V=4m3，進料流量Q=2m3·h?1，則平均停留時間tˉ=________h。答案：236.對離心泵，若原葉輪直徑D1=200mm，切割后D2=180mm，則新流量Q2與原流量Q1之比約為________。答案：0.8137.在結(jié)晶收率計算中，若原料濃度c0=30%，飽和濃度c=10%，母液濃度c1=12%，則每100kg原料可得晶體________kg。答案：20.538.對管式反應器進行二級反應A→P，cA0=1kmol·m?3，k=0.5m3·kmol?1·h?1，若要求xA=0.8，則空間時間τ=________h。答案：439.在氣體吸收中，若采用填料塔，泛點氣速uF=2m·s?1，則設計氣速通常取u=________m·s?1。答案：0.50.840.對連續(xù)逆流萃取，若萃取因子ε=1，理論級數(shù)NT→∞，則萃取率E=________。答案：0.5四、簡答題（每題6分，共30分）41.簡述反應器熱穩(wěn)定性判據(jù)，并說明如何判斷多定態(tài)點的穩(wěn)定性。答案：熱穩(wěn)定性判據(jù)為放熱曲線斜率(dQG/dT)小于移熱曲線斜率(dQR/dT)。若在某定態(tài)點滿足dQG/dT<dQR/dT，則該點穩(wěn)定；反之不穩(wěn)定。對多定態(tài)，中間定態(tài)點通常不滿足該條件，故為不穩(wěn)定點，上下兩點穩(wěn)定。42.說明精餾塔靈敏板溫度控制原理，并給出進料組成變化時的調(diào)節(jié)策略。答案：靈敏板溫度對組成變化響應最快。當進料變重，靈敏板溫度升高，控制器應增大回流量L以提純塔頂產(chǎn)品；反之減小L。同時可微調(diào)再沸器蒸汽量保持塔底純度。43.比較CSTR與PFR在相同轉(zhuǎn)化率下進行一級反應時的體積大小，并解釋原因。答案：PFR所需體積小于CSTR。因PFR內(nèi)濃度沿軸向逐漸降低，反應速率始終高于出口濃度對應的速率；而CSTR全釜濃度等于出口濃度，速率最低，故需更大體積。44.闡述氣液反應雙膜理論基本假設，并給出增強因子E的定義及影響因素。答案：假設：1.相界面兩側(cè)各有一靜止膜；2.傳質(zhì)為穩(wěn)態(tài)分子擴散；3.反應僅在液膜或液相主體進行。增強因子E=有反應時的傳質(zhì)速率/無反應時的物理傳質(zhì)速率。影響因素：反應速率常數(shù)、擴散系數(shù)、膜厚、反應級數(shù)。45.說明蒸發(fā)操作中沸點升高的成因及計算方法，并給出降低沸點升高的措施。答案：成因：溶質(zhì)存在降低溶劑蒸氣壓，導致沸點高于純?nèi)軇?。計算方法：Δb=Kb·m·i，其中Kb為溶劑沸點升高常數(shù)，m為質(zhì)量摩爾濃度，i為范特霍夫因子。措施：降低操作壓力、減少溶質(zhì)濃度、選用低Kb溶劑。五、計算與分析題（共70分）46.(12分)在等溫PFR中進行氣相反應A→2B，速率方程為(rA)=k·cA，k=0.5min?1，進料純A，流量FA0=10kmol·h?1，壓力P=0.1MPa，溫度T=500K。(1)推導轉(zhuǎn)化率xA與反應器體積V的關系式；(2)若要求xA=0.9，求所需V；(3)若反應改為A→B，其它條件不變，V需如何變化？答案：(1)對變分子反應，δ=1，εA=yA0·δ=1，cA=cA0(1xA)/(1+εA·xA)，τ=V/v0=∫0^xAdx/[k(1xA)/(1+xA)]=1/k·[ln(1xA)xA]，得V=v0/k·[ln(1xA)xA]。(2)v0=FA0·RT/P=10×8.314×500/0.1=415.7m3·h?1，代入xA=0.9，V=415.7/0.5·[ln0.10.9]=831.4×1.402=1165m3。(3)若A→B，δ=0，εA=0，τ=ln(1xA)/k，V減小為415.7/0.5·ln10=1915m3→1915m3，反而增大，因體積膨脹效應消失，濃度下降慢，速率降低慢，但本題xA高，需重新核算，實際V=415.7/0.5·ln10=1915m3，比(2)大，故需更大體積。47.(12分)某苯甲苯精餾塔，常壓操作，F(xiàn)=100kmol·h?1，xF=0.5，xD=0.95，xB=0.05，飽和液體進料，R=1.2Rmin。(1)用芬斯克方程求NTmin；(2)用吉利蘭關聯(lián)求實際NT；(3)若塔頂采出率D/F改為0.55，定性說明xD能否維持0.95。答案：(1)αavg=2.5，NTmin=ln[(0.95/0.05)/(0.5/0.5)]/ln2.5=ln19/ln2.5=2.944/0.916=3.2，取4(含釜)。(2)Rmin=1/(α1)[xD/xFα(1xD)/(1xF)]=1/1.5[0.95/0.52.5×0.05/0.5]=1/1.5[1.90.25]=1.1，R=1.32，(RRmin)/(R+1)=0.22/2.32=0.0948，查吉利蘭圖得(NTNTmin)/(NT+1)=0.45，解得NT≈8(含釜)。(3)D/F=0.55>0.5，意味著塔頂需抽出更多苯，若NT不變，xD將下降，需增大R或NT才能維持0.95。48.(12分)某逆流吸收塔用純水吸收氨，y1=0.05，y2=0.001，G=50kmol·h?1，L=60kmol·h?1，T=25℃，P=0.1MPa，平衡y=1.2x。(1)求出口液相濃度x1；(2)求傳質(zhì)單元數(shù)NOG；(3)若L降至40kmol·h?1，定性說明y2變化趨勢。答案：(1)物料衡算G(y1y2)=L(x1x2)，50(0.050.001)=60(x10)，x1=0.0408。(2)Δy1=y1y1=0.051.2×0.0408=0.0010，Δy2=y2y2=0.0010=0.001，Δym=0.0010，NOG=(y1y2)/Δym=49，因Δy1≈Δy2，近似49。(3)L下降，操作線斜率L/G減小，靠近平衡線，傳質(zhì)推動力減小，NOG需增大，若塔高不變，y2將升高。49.(12分)某單效蒸發(fā)器將10%NaOH濃縮至30%，進料F=5000kg·h?1，溫度40℃，沸點升高Δb=15℃，加熱蒸汽為0.2MPa飽和蒸汽，冷凝水飽和溫度120℃，蒸發(fā)室壓力為0.02MPa，對應飽和溫度60℃。(1)求水分蒸發(fā)量W；(2)求溶液沸點；(3)求蒸汽消耗量S(忽略熱損，cp=3.8kJ·kg?1·K?1)。答案：(1)物料衡算：5000×0.1=(5000W)×0.3，W=3333kg·h?1。(2)沸點=60+15=75℃。(3)熱量衡算：Q=F·cp·(ttf)+W·r，其中r(60℃)=2358kJ·kg?1，Q=5000×3.8×(7540)+3333×2358=665×103+7860×103=8525×103kJ·h?1，蒸汽潛熱r(120℃)=2202kJ·kg?1，S=Q/r=8525/2202=3870kg·h?1。50.(10分)某氣固流化床反應器，dp=0.5mm，ρp=1500kg·m?3，ρg=1.2kg·m?3，μ=1.8×10??Pa·s，床層直徑D=2m，靜床高Lmf=1m，εmf=0.5。(1)求臨界流化速度umf(用Ergun簡式)；(2)求帶出速度ut(用Stokes區(qū))；(3)若操作氣速u=0.3m·s?1，判斷床層狀態(tài)。答案：(1)Ergun簡式：umf=[(ρpρg)g·dp2·εmf3/(150μ(1εmf))]^(1/1)=[(15001.2)×9.81×(0.5×10?3)2×0.53/(150×1.8×10??×0.5)]^(1/1)=0.113m·s?1。(2)Stokes：ut=(ρpρg)g·dp2/(18μ)=1500×9.81×(0.5×10?3)2/(18×1.8×10??)=11.4m·s?1。(3)umf<u<ut，床層處于鼓泡流化區(qū)。51.(12分)某二級反應A+B→P，在間歇釜中進行，cA0=cB0=1kmol·m?3，k=0.2m3·kmol?1·min?1。(1)推導轉(zhuǎn)化率x與時間t關系；(2)若要求x=0.9，求t；(3)若cA0提高到2kmol·m?3，cB0=1kmol?3，求x=0.9所需t。答案：(1)二級等摩爾：dcA/dt=k·cA2，積分得1/cA1/cA0=kt，即x/(1x)=k·cA0·t。(2)x=0.9，0.9/0.1=0.2×1×t，t=45min。(3)此時為二級不等摩爾，令cA=cA0x，cB=cB0x，dcA/dt=k(cA0x)(cB0x)，積分得1/(cA0cB0)·ln[cB0(cA0x)/(cA0(cB0x))]=kt，代入cA0=2，cB0=1，x=0.9，得t=ln[1×0.2/(2×0.1)]/(1×0.2)=ln1/0.2=0，重新核算：x=0.9時cA=1.1，cB=0.1，積分式=ln[1×1.1/(2×0.1)]/1=ln5.5/0.2=1.705/0.2=8.52min。六、綜合設計題（共40分）52.(20分)某廠需設計一座年產(chǎn)30萬噸聚合級丙烯(純度99.5%)的丙烷脫氫裝置，反應式C3H8?C3H6+H2，反應溫度580℃，壓力0.05MPa，平衡常數(shù)Kp=0.1MPa。進料為純丙烷，單程轉(zhuǎn)化率35%，選擇性92%，催化劑再生周期7天，要求氫氣作為副產(chǎn)品外送。(1)計算每小時丙烷進料量；(2)確定反應器類型并說明理由；(3)給出熱量集成初步方案；(4)列出關鍵分離序列并說明順序；(5)估算催化劑用量(給出基準：催化劑活性0.15kmol·kg?1·h?1)。答案：(1)丙烯產(chǎn)量=30×10?×103/(8000×42)=892.9kmol·h?1，考慮選擇性92%，需生成丙烷=892.9/0.92=970.5kmol·h?1，單程轉(zhuǎn)化率35%，則進料=970.5/0.35=2773kmol·h?1，即122t·h?1。(2)采用徑向流固定床反應器，理由：高溫低壓氣相反應，催化劑易失活，徑向床壓降低，便于大型化，且可在線再生。(3)熱量集成：高溫反應出口氣(580℃)預熱進料，再與蒸汽發(fā)生系統(tǒng)換熱產(chǎn)0.5MPa蒸汽，進一步預熱鍋爐給水；低溫段用冷卻水冷卻至40℃進分離。(4)分離序列：反應氣→壓縮→冷卻→干燥→低溫精餾(脫甲烷→脫乙烷→丙烯丙烷分離)→聚合級丙烯。(5)催化劑用量=970.5kmol·h?1/0.15=6470kg，考慮再生周期7天，實際裝量=6470×(7×24)/168=6470kg，即6.5t。53.(20分)某煤化工項目需配套年產(chǎn)20萬噸甲醇的CO?加氫裝置，反應CO?+3H??CH?OH+H?O，放熱，ΔH=49.5kJ·mol?1，采用Cu/Zn/Al?O?催化劑，操作壓力5MPa，溫度250℃，進口n(H?)/n(CO