2025年化學(xué)工程與工藝專業(yè)考試試卷及答案1.單項選擇題（每題1分，共20分）1.1在理想管式反應(yīng)器中進行一級不可逆反應(yīng)，若空時τ=10min，則反應(yīng)物出口轉(zhuǎn)化率最接近A.0.632?B.0.865?C.0.950?D.0.993答案：B1.2下列哪種塔板在相同分離任務(wù)下通常具有最小的塔徑A.篩板?B.浮閥板?C.泡罩板?D.導(dǎo)向篩板答案：D1.3對于二元理想溶液，相對揮發(fā)度α=2.5，全回流下最小理論板數(shù)Nmin的Fenske方程表達式為A.ln[(xD/(1xD))·((1xW)/xW)]/lnα?B.ln[(xD/(1xD))·(xW/(1xW))]/lnαC.ln[(1xD)/xD·(xW/(1xW))]/lnα?D.ln[(xD/xW)·((1xW)/(1xD))]/lnα答案：A1.4在相同冷卻任務(wù)下，逆流與并流換熱器對數(shù)平均溫差ΔTm之比約為A.1.0?B.1.14?C.1.25?D.1.50答案：B1.5對于氣固催化反應(yīng)，Thiele模數(shù)φ增大，則內(nèi)擴散有效因子ηA.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：B1.6在雙膜理論中，氣相傳質(zhì)分系數(shù)kg與總系數(shù)KG的關(guān)系，若平衡線斜數(shù)為m，則1/KG=A.1/kg+m/kl?B.1/kg+1/(m·kl)?C.1/kl+m/kg?D.1/kl+1/(m·kg)答案：A1.7離心泵發(fā)生汽蝕時，最先采取的措施是A.關(guān)小出口閥?B.降低吸入管高度?C.提高轉(zhuǎn)速?D.減小管徑答案：B1.8在PID控制中，積分時間TI減小，則系統(tǒng)A.響應(yīng)變慢?B.余差增大?C.振蕩加劇?D.穩(wěn)定性提高答案：C1.9對于可逆放熱反應(yīng)，溫度升高則平衡常數(shù)KA.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：B1.10在精餾塔靈敏板溫度控制中，若進料輕組分增加，則靈敏板溫度A.升高?B.降低?C.不變?D.先升后降答案：B1.11對于冪律流體，流性指數(shù)n<1，則其表觀黏度隨剪切速率增大而A.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：B1.12在氣液鼓泡塔中，表觀氣速增大，則液相軸向分散系數(shù)DLA.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：A1.13對于理想氣體，若壓縮比r=8，絕熱指數(shù)γ=1.4，則單級絕熱壓縮出口溫度與進口溫度之比為A.1.81?B.2.30?C.2.64?D.3.00答案：B1.14在萃取操作中，若分配系數(shù)K=3，相比R=1，則單級萃取理論收率E為A.0.50?B.0.60?C.0.75?D.0.80答案：C1.15對于固定床吸附，穿透時間tb與床層高度L的關(guān)系符合A.tb∝L2?B.tb∝L?C.tb∝√L?D.tb與L無關(guān)答案：B1.16在蒸發(fā)操作中，沸點升高主要導(dǎo)致A.傳熱系數(shù)增大?B.有效溫差減小?C.溶液黏度降低?D.蒸汽耗量降低答案：B1.17對于一級連串反應(yīng)A→B→C，若k1=2k2，則B的最大收率出現(xiàn)在A.t=0?B.t=∞?C.t=ln2/k1?D.t=1/(k1k2)·ln(k1/k2)答案：D1.18在氣液平衡中，若系統(tǒng)滿足亨利定律，則亨利常數(shù)H隨溫度升高而A.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：A1.19對于板框過濾機，若濾餅不可壓縮，過濾壓差ΔP提高一倍，則過濾速率變?yōu)樵瓉淼腁.1倍?B.√2倍?C.2倍?D.4倍答案：B1.20在反應(yīng)器穩(wěn)定性分析中，若放熱曲線與移熱曲線出現(xiàn)3個交點，則中間交點A.穩(wěn)定?B.不穩(wěn)定?C.臨界穩(wěn)定?D.無法判斷答案：B2.多項選擇題（每題2分，共20分；每題至少有兩個正確答案，多選少選均不得分）2.1下列措施可同時提高精餾塔頂產(chǎn)品純度xD與塔底產(chǎn)品純度xW的有A.增大回流比?B.增加理論板數(shù)?C.提高進料熱狀況q?D.降低操作壓強答案：A、B2.2關(guān)于非牛頓流體，下列說法正確的有A.賓漢流體屈服應(yīng)力大于0?B.脹塑性流體n>1?C.觸變性流體黏度隨時間減小?D.震凝性流體黏度隨時間增大答案：A、B、C、D2.3在氣固流化床中，隨著氣速增大，可依次觀察到的現(xiàn)象有A.固定床?B.鼓泡流化?C.騰涌?D.快速流化答案：A、B、C、D2.4關(guān)于反應(yīng)器熱穩(wěn)定性，下列說法正確的有A.增大冷卻介質(zhì)溫度可提高穩(wěn)定性?B.增大傳熱面積可提高穩(wěn)定性?C.降低活化能可提高穩(wěn)定性?D.增大進料溫度可降低穩(wěn)定性答案：B、C、D2.5在萃取塔設(shè)計中，提高理論級數(shù)可采用A.增加塔高?B.減小分散相液滴直徑?C.提高攪拌強度?D.增大兩相密度差答案：A、B、C2.6下列屬于膜分離推動力的有A.壓差?B.濃度差?C.電位差?D.溫度差答案：A、B、C2.7對于可逆放熱反應(yīng)，若采用多段絕熱反應(yīng)器段間間接冷卻，其優(yōu)點有A.接近最佳溫度曲線?B.降低催化劑用量?C.減少副反應(yīng)?D.降低設(shè)備費用答案：A、B、C2.8在干燥過程中，恒速干燥階段速率受哪些因素顯著影響A.空氣濕球溫度?B.空氣流速?C.物料厚度?D.物料臨界含水量答案：A、B2.9關(guān)于離心泵相似定律，下列關(guān)系正確的有A.Q2/Q1=(n2/n1)?B.H2/H1=(n2/n1)2?C.P2/P1=(n2/n1)3?D.NPSHr2/NPSHr1=(n2/n1)2答案：A、B、C2.10在化工過程強化技術(shù)中，下列屬于過程強化手段的有A.旋轉(zhuǎn)填充床?B.微通道反應(yīng)器?C.靜態(tài)混合器?D.超重力精餾答案：A、B、C、D3.填空題（每空1分，共30分）3.1對于一級反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)k與半衰期t1/2的關(guān)系為t1/2=________。答案：0.693/k3.2在精餾塔McCabeThiele法中，q線斜率為q/(q1)，當(dāng)飽和液體進料時q=________。答案：13.3根據(jù)ChiltonColburn類比，對于管內(nèi)湍流傳熱，jH=________。答案：St·Pr^(2/3)3.4對于理想氣體，等熵壓縮功Ws=________（用p1、V1、γ、r表示）。答案：(γ/(γ1))p1V1(r^((γ1)/γ)1)3.5在氣液反應(yīng)中，若反應(yīng)為瞬間不可逆，增強因子E=________。答案：1+HA·cbi/pAi3.6對于固定床反應(yīng)器，Ergun方程中壓降ΔP/L=________（用μ、u、ε、dp、ρ表示）。答案：150(1ε)2μu/(ε3dp2)+1.75(1ε)ρu2/(ε3dp)3.7在萃取操作中，若選擇性系數(shù)β=∞，則說明________。答案：溶質(zhì)與原溶劑互不相溶3.8對于二元理想溶液，若xA=0.5，α=2，則yA=________。答案：0.6673.9在干燥過程中，若物料表面溫度等于空氣________溫度，則進入降速階段。答案：濕球3.10根據(jù)MaxwellStefan方程，多組分?jǐn)U散通量與________梯度有關(guān)。答案：化學(xué)位3.11在反應(yīng)器設(shè)計中，空間速度SV=________。答案：v0/V3.12對于離心泵，若管路特性曲線為H=Hst+kQ2，則工作點為泵________曲線與管路曲線交點。答案：HQ3.13在氣固催化反應(yīng)中，若本征動力學(xué)為r=k·cA/(1+K·cA)，則當(dāng)K·cA>>1時反應(yīng)級數(shù)趨近于________。答案：03.14在精餾塔中，若回流比R=Rmin，則所需理論板數(shù)為________。答案：∞3.15對于板框過濾機，若濾液體積V與過濾時間θ滿足V2=Kθ，則K稱為________。答案：過濾常數(shù)3.16在氣液鼓泡塔中，氣含率εg與表觀氣速ug的關(guān)系通?？杀硎緸棣舋∝ug^n，其中n≈________。答案：0.71.23.17對于一級連串反應(yīng)A→B→C，若k1=k2，則B的最大濃度cB,max=________（cA0為A初始濃度）。答案：cA0/e3.18在萃取塔中，若分散相為輕相，則其應(yīng)從塔的________部進入。答案：底3.19對于膜分離過程，截留率R=1cp/cf，其中cp為________側(cè)濃度。答案：滲透3.20在蒸發(fā)操作中，若采用多效蒸發(fā)，其節(jié)能效果隨效數(shù)增加而________。答案：降低3.21對于非理想流動，停留時間分布方差σθ2=________（θ為無量綱時間）。答案：∫(θ1)2E(θ)dθ3.22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，則該穩(wěn)態(tài)點________。答案：不穩(wěn)定3.23對于氣液平衡，若系統(tǒng)形成最低恒沸物，則其相對揮發(fā)度在恒沸點處為________。答案：13.24在干燥過程中，若物料臨界含水量Xc降低，則恒速干燥階段時間________。答案：延長3.25對于固定床吸附，若傳質(zhì)區(qū)長度遠(yuǎn)小于床層高度，則穿透曲線________。答案：陡峭3.26在精餾塔中，若采用熱泵技術(shù)，其本質(zhì)是________的再利用。答案：冷凝熱3.27對于離心泵，若必需汽蝕余量NPSHr增大，則最大允許安裝高度________。答案：降低3.28在氣固流化床中，若顆粒終端速度ut<操作氣速，則顆粒將被________。答案：夾帶3.29對于反應(yīng)器放大，若保持相同轉(zhuǎn)化率，則工業(yè)裝置與實驗室裝置________數(shù)應(yīng)相等。答案：Damk?hler3.30在萃取操作中，若分配系數(shù)K<1，則采用________相作為連續(xù)相更經(jīng)濟。答案：原溶劑4.簡答題（共40分）4.1（8分）簡述雙膜理論的基本假設(shè)及其局限性。答案：假設(shè)：1.相界面兩側(cè)各存在一層靜止膜；2.傳質(zhì)阻力集中于膜內(nèi)；3.界面處達平衡；4.膜內(nèi)為穩(wěn)態(tài)分子擴散。局限性：未考慮界面湍動、表面活性劑影響、膜厚度難確定、對高度湍動系統(tǒng)誤差大。4.2（8分）寫出反應(yīng)器熱穩(wěn)定性的判據(jù)，并說明如何根據(jù)放熱與移熱曲線判斷穩(wěn)態(tài)點穩(wěn)定性。答案：判據(jù)：dQG/dT<dQR/dT，其中QG為放熱速率，QR為移熱速率。若交點處放熱曲線斜率小于移熱曲線斜率，則穩(wěn)定；反之不穩(wěn)定；相等為臨界點。4.3（8分）說明精餾塔進料熱狀況q值對q線斜率及操作線的影響。答案：q=1飽和液體，斜率∞，垂直線；q=0飽和蒸汽，斜率0，水平線；0<q<1混合進料，斜率負(fù)；q>1冷液，斜率正；q<0過熱蒸汽，斜率正。q線變化影響交點位置，從而改變操作線斜率與所需板數(shù)。4.4（8分）列舉三種常見膜污染類型并給出對應(yīng)的防治措施。答案：1.表面濾餅：反沖洗、增大錯流速度；2.孔堵塞：預(yù)處理、低操作壓；3.吸附污染：膜表面改性、調(diào)節(jié)pH離子強度。4.5（8分）闡述氣液反應(yīng)宏觀動力學(xué)與微觀動力學(xué)的區(qū)別與聯(lián)系。答案：微觀為本征化學(xué)反應(yīng)速率，宏觀包含傳質(zhì)與反應(yīng)耦合。宏觀速率=本征速率×增強因子。宏觀受傳質(zhì)限制時，表觀級數(shù)與微觀不同，需通過實驗或模型關(guān)聯(lián)。5.計算題（共60分）5.1（12分）在一臺逆流套管換熱器中，用冷卻水將有機溶液從80℃冷卻到40℃。有機溶液流量為1.5kg/s，比熱容2.0kJ/(kg·K)；冷卻水進口溫度20℃，出口溫度35℃，比熱容4.2kJ/(kg·K)?？倐鳠嵯禂?shù)K=800W/(m2·K)。求：(1)冷卻水流量；(2)對數(shù)平均溫差；(3)所需傳熱面積。答案：(1)Q=1.5×2.0×(8040)=120kJ/s；m水=120/(4.2×(3520))=1.905kg/s(2)ΔT1=8035=45K，ΔT2=4020=20K；ΔTm=(4520)/ln(45/20)=30.8K(3)A=Q/(KΔTm)=120000/(800×30.8)=4.87m25.2（12分）在一臺全混流反應(yīng)器中進行液相一級不可逆反應(yīng)A→B，k=0.25min?1，進料cA0=2mol/L，體積流量v0=10L/min。要求出口轉(zhuǎn)化率xA=0.90，求：(1)所需反應(yīng)器有效體積；(2)若采用兩臺等體積CSTR串聯(lián)，求總體積；(3)比較兩種方案體積比。答案：(1)τ=xA/(k(1xA))=0.9/(0.25×0.1)=36min；V=τv0=360L(2)對單臺CSTR：x1=11/(1+kτ1)，兩臺相同，總x=1(1/(1+kτ1))2=0.9→τ1=6min，單臺V1=60L，總體積120L(3)體積比360:120=3:1，串聯(lián)顯著減小體積5.3（12分）某二元理想溶液在常壓下精餾，xF=0.40，xD=0.95，xW=0.05，相對揮發(fā)度α=2.5，飽和液體進料。求：(1)最小回流比Rmin；(2)若實際回流比R=1.5Rmin，求精餾段操作線方程；(3)提餾段操作線方程（設(shè)塔頂產(chǎn)品流量D=50kmol/h，進料F=100kmol/h）。答案：(1)q=1，xe=xF=0.4，ye=αxe/(1+(α1)xe)=0.625；Rmin=(xDye)/(yexe)=1.44(2)R=1.5×1.44=2.16；y=(R/(R+1))x+xD/(R+1)=0.684x+0.301(3)L=RD=108kmol/h，V=L+D=158；L'=L+qF=208，V'=V=158；W=FD=50；y=(L'/V')xWxW/V'=1.316x0.01585.4（12分）用一臺板框過濾機恒壓過濾某懸浮液，實驗得過濾常數(shù)K=2×10??m2/s，濾餅不可壓縮，每m3濾液得濾餅0.04m3，濾框尺寸為800mm×800mm×50mm，共20框。求：(1)充滿框所需濾液體積；(2)過濾時間；(3)若用1/8濾液量的清水橫穿洗滌，洗滌時間（洗滌水黏度與濾液相同）。答案：(1)框總?cè)莘e=0.8×0.8×0.05×20=0.64m3；V=0.64/0.04=16m3(2)V2=KA2θ，A=2×0.8×0.8×20=25.6m2；θ=162/(2×10??×25.62)=1953s≈32.6min(3)洗滌速率=(1/4)KA2/(2V)=2×10??×25.62/(8×16)=1.024×10?3m3/s；Vw=16/8=2m3；θw=2/1.024×10?3=1953s≈32.6min5.5（12分）在一臺逆流填料塔中用清水吸收空氣中的氨，入口氨摩爾分?jǐn)?shù)y1=0.03，出口y2=0.001，操作壓強101.3kPa，溫度25℃，平衡關(guān)系y=1.2x，入口清水x2=0，氣體流量G=100kmol/(m2·h)，液體流量L=150kmol/(m2·h)?？倐髻|(zhì)單元數(shù)NOG用對數(shù)平均推動力法求：(1)出口液相組成x1；(2)傳質(zhì)單元數(shù)NOG；(3)若填料高度H=4m，求HOG。答案：(1)G(y1y2)=L(x1x2)→x1=100(0.030.001)/150=0.0193(2)Δy1=y11.2x1=0.030.0232=0.0068；Δy2=y20=0.001；Δym=(0.00680.001)/ln(0.0068/0.001)=0.0032；NOG=(y1y2)/Δym=9.06(3)HOG=H/NOG=4/9.06=0.441m6.綜合分析題（共30分）6.1（15分）某廠擬將年產(chǎn)30萬噸乙酸乙酯（EtAc）間歇反應(yīng)裝置改造為連續(xù)生產(chǎn)。現(xiàn)有反應(yīng)A+B?EtAc+H2O，酸催化，正逆均為二級，正反應(yīng)k1=8.0×10?3L/(mol·min)，逆反應(yīng)k2=2.5×10?3L/(mol·min)，50℃。原料為乙醇與乙酸等摩爾，cA0=cB0=4mol/L，目標(biāo)轉(zhuǎn)化率xA=0.65。任務(wù)：(1)計算50℃下平衡常數(shù)Kc及平衡轉(zhuǎn)化率xe；(2)若采用一臺PFR，求所需空時τ；(3)若采用一臺CSTR，求所需空時τ；(4)從反應(yīng)器體積、操作彈性、能耗三方面比較PFR與CSTR方案，給出推薦意見。答案：(1)Kc=k1/k2=3.2；設(shè)平衡時x=xe，則(4xe)2/((1xe)2×42)=3.2→xe=0.739(2)PFR：r=k1cA02(1x)(1x)k2cA02x2；積分得τ=∫dx/r=1/(k1cA0)·∫0.65dx/[(1x)2x2/3.2]=1/(0.008×4)×1.92×ln[(1+0.739x)/(1x)]|0.65=60×1.92×ln[(1+0.739×0.65)/(10.65)]=60×1.92×ln(1.48/0.35)=60×1.92×1.44=166min(3)CSTR：τ=x/(k1cA0(1x)2k2cA0x2)=0.65/(0.008×4(0.35)20.0025×4×0.652)=0.65/(0.003920.004225)→無解，說明單臺CSTR無法達0.65，需降低目標(biāo)或采用多級(4)單臺PFR可行，體積V=τv0；CSTR單臺不可行，需兩臺串聯(lián)，總體積更大；PFR