2025年化學(xué)工程與工藝(化工流程與化學(xué)工程與工藝)試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分。每題只有一個正確答案，將正確選項(xiàng)字母填入括號內(nèi)）1.在恒壓過濾中，若濾餅不可壓縮，過濾壓差提高一倍，過濾速率將變?yōu)樵瓉淼模ǎ〢.1倍??B.2倍??C.根號2倍??D.4倍答案：B2.對理想二元精餾塔，若回流比R趨于無窮大，則塔頂產(chǎn)品輕組分摩爾分?jǐn)?shù)將趨近于（）A.0??B.進(jìn)料輕組分摩爾分?jǐn)?shù)??C.1??D.與塔釜組成相等答案：C3.在管殼式換熱器中，若熱流體側(cè)給熱系數(shù)遠(yuǎn)大于冷流體側(cè)，則總傳熱系數(shù)K值接近于（）A.熱流體側(cè)給熱系數(shù)??B.冷流體側(cè)給熱系數(shù)??C.兩者平均值??D.管壁導(dǎo)熱系數(shù)答案：B4.對氣固催化反應(yīng)A→B，若內(nèi)擴(kuò)散阻力嚴(yán)重，則減小催化劑顆粒直徑將導(dǎo)致表觀反應(yīng)速率（）A.增大??B.減小??C.不變??D.先增后減答案：A5.在雙膜理論中，氣液傳質(zhì)總阻力等于（）A.氣膜阻力??B.液膜阻力??C.氣膜阻力＋液膜阻力??D.氣膜阻力×液膜阻力答案：C6.對連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器（CSTR）進(jìn)行一級不可逆反應(yīng)，若空時τ增大，則轉(zhuǎn)化率X將（）A.增大??B.減小??C.不變??D.先增后減答案：A7.在萃取操作中，若選擇性系數(shù)β=1，則該萃取劑（）A.完全不能分離??B.分離效果最佳??C.分配系數(shù)為0??D.萃取相為純?nèi)苜|(zhì)答案：A8.對離心泵特性曲線，關(guān)小出口閥門后，泵的軸功率將（）A.增大??B.減小??C.不變??D.先增后減答案：B9.在干燥速率曲線中，恒速干燥階段去除的水分主要是（）A.結(jié)合水??B.非結(jié)合水??C.平衡水??D.臨界水答案：B10.對可逆放熱反應(yīng)，最佳溫度序列應(yīng)隨轉(zhuǎn)化率升高而（）A.升高??B.降低??C.不變??D.先升后降答案：B11.在吸收塔設(shè)計(jì)中，若操作線斜率大于平衡線斜率，則該過程（）A.不可能實(shí)現(xiàn)??B.液膜控制??C.氣膜控制??D.最小液氣比已突破答案：A12.對管式反應(yīng)器（PFR）進(jìn)行二級不可逆反應(yīng)，若入口濃度減半，出口轉(zhuǎn)化率將（）A.增大??B.減小??C.不變??D.無法確定答案：B13.在精餾塔中，若進(jìn)料熱狀況q>1，則進(jìn)料板液相流量與精餾段液相流量相比（）A.相等??B.減小??C.增大??D.無關(guān)答案：C14.對氣液平衡系統(tǒng)，若相對揮發(fā)度α=1，則該混合物（）A.形成恒沸物??B.不能用普通精餾分離??C.為理想溶液??D.平衡線為直線答案：B15.在蒸發(fā)操作中，采用多效蒸發(fā)的主要目的是（）A.提高傳熱溫差??B.降低溶液粘度??C.節(jié)約生蒸汽??D.提高生產(chǎn)強(qiáng)度答案：C16.對固定床催化反應(yīng)器，若出現(xiàn)熱點(diǎn)溫度過高，應(yīng)優(yōu)先采取的措施是（）A.提高入口溫度??B.降低入口溫度??C.提高空速??D.減小催化劑粒徑答案：B17.在萃取塔中，若相比（有機(jī)相/水相）增大，則理論級數(shù)將（）A.增多??B.減少??C.不變??D.先減后增答案：B18.對板框過濾機(jī)，若濾框厚度增加一倍，在相同條件下，過濾時間將（）A.變?yōu)?倍??B.變?yōu)?倍??C.變?yōu)楦?倍??D.不變答案：B19.在干燥過程中，若空氣相對濕度升高，則物料平衡含水率將（）A.升高??B.降低??C.不變??D.先升后降答案：A20.對絕熱反應(yīng)器，若反應(yīng)放熱，則沿床層軸向溫度變化趨勢為（）A.單調(diào)上升??B.單調(diào)下降??C.先升后降??D.恒定答案：A二、多項(xiàng)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，將正確選項(xiàng)字母填入括號內(nèi)）21.下列屬于非穩(wěn)態(tài)傳熱過程的有（）A.冷卻罐頭??B.間歇反應(yīng)釜加熱??C.管殼式換熱器正常運(yùn)行??D.蓄熱室切換加熱答案：ABD22.影響填料塔液泛氣速的因素包括（）A.填料比表面積??B.液體表面張力??C.氣體密度??D.液體粘度答案：ABCD23.對于反應(yīng)A+B?C+D，下列操作能提高平衡轉(zhuǎn)化率的有（）A.移除產(chǎn)物C??B.提高溫度（正反應(yīng)吸熱）??C.提高壓力（氣相反應(yīng)，反應(yīng)物計(jì)量系數(shù)和>產(chǎn)物）??D.加入惰性氣體（恒容）答案：AB24.在離心泵發(fā)生汽蝕時，可采取的有效措施有（）A.降低泵安裝高度??B.降低吸入管路阻力??C.提高介質(zhì)溫度??D.采用誘導(dǎo)輪答案：ABD25.下列屬于化學(xué)吸收特點(diǎn)的有（）A.吸收容量大??B.傳質(zhì)系數(shù)高??C.可逆反應(yīng)利于解吸??D.選擇性高答案：ABCD26.在恒沸精餾中，可加入的挾帶劑應(yīng)滿足（）A.與原組分形成新恒沸物??B.易回收??C.熱穩(wěn)定性好??D.與原組分互溶度低答案：ABC27.對氣固流化床，下列說法正確的有（）A.床層壓降隨氣速增加而增加??B.臨界流化速度小于帶出速度??C.存在氣泡相與乳化相??D.傳熱系數(shù)高答案：BCD28.在萃取操作中，若分配系數(shù)kA>1，則（）A.溶質(zhì)在萃取相濃度高于萃余相??B.選擇性系數(shù)β一定大于1??C.萃取相在上層??D.可減少理論級數(shù)答案：AD29.下列屬于提高固定床反應(yīng)器熱點(diǎn)溫度控制手段的有（）A.列管式冷卻??B.惰性填料稀釋??C.分段進(jìn)料??D.提高反應(yīng)物初濃度答案：ABC30.在蒸發(fā)操作中，導(dǎo)致沸點(diǎn)升高的原因有（）A.溶質(zhì)存在??B.液柱靜壓??C.蒸汽壓下降??D.二次蒸汽阻力答案：ABC三、填空題（每空1分，共20分。將答案填入空格內(nèi)）31.在恒壓過濾中，過濾基本方程為dV/dt=A2ΔP/(μrvV)，其中rv稱為________，其單位是________。答案：濾餅比阻，m/kg32.對二元理想溶液，相對揮發(fā)度αAB=(yA/xA)/(yB/xB)=________（用純組分飽和蒸氣壓表示）。答案：PA°/PB°33.在管殼式換熱器設(shè)計(jì)中，溫差校正系數(shù)FT與________和________兩個無量綱參數(shù)有關(guān)。答案：P，R34.對一級不可逆反應(yīng)，CSTR的空時τ與轉(zhuǎn)化率X的關(guān)系式為τ=________。答案：X/(k(1X))35.在干燥速率曲線中，臨界含水率Xc是________與________的交界點(diǎn)。答案：恒速干燥階段，降速干燥階段36.對氣液平衡，亨利定律表達(dá)式為pA=HxA，其中H稱為________，其單位與________相同。答案：亨利常數(shù)，壓力37.在萃取操作中，若選擇性系數(shù)β=kA/kB，則β越大，分離越________。答案：容易38.對離心泵，若管路特性曲線為H=Hst+kQ2，則工作點(diǎn)為泵特性曲線與管路特性曲線的________點(diǎn)。答案：交39.在雙組分精餾中，最小回流比Rmin=(xDyF)/(yFxF)，其中yF為________與________平衡時的氣相組成。答案：進(jìn)料液相，進(jìn)料溫度40.對固定床反應(yīng)器，軸向彌散模型中引入的彼克列數(shù)Pe=uL/Da，其中Da為________。答案：軸向彌散系數(shù)四、簡答題（共30分）41.（6分）簡述萃取操作中“回萃”流程的原理及優(yōu)點(diǎn)。答案：回萃指將部分萃取相返回萃取段前部與新鮮料液再次接觸。原理是利用已含溶質(zhì)的萃取相提高前段推動力，降低萃余相溶質(zhì)含量；優(yōu)點(diǎn)：減少理論級數(shù)、降低溶劑比、提高溶質(zhì)回收率，尤其適用于分配系數(shù)較低體系。42.（6分）說明在多效蒸發(fā)中，并流加料與逆流加料各自適用場合。答案：并流：料液粘度隨濃度升高顯著增大、易結(jié)晶、需利用各效間壓差自流的場合；逆流：料液粘度變化小、沸點(diǎn)升高顯著、需獲得高濃縮比的場合，可利用末效高溫低濃度降低粘度，提高傳熱系數(shù)。43.（6分）繪出理想管式反應(yīng)器（PFR）進(jìn)行一級不可逆反應(yīng)時，轉(zhuǎn)化率X沿反應(yīng)器長度L的變化曲線，并說明斜率物理意義。答案：曲線為單調(diào)上升凹形，X從0趨近于1；斜率dX/dL=k(1X)/u，表示單位長度反應(yīng)速率，隨X升高而減小，反映反應(yīng)物濃度下降導(dǎo)致速率降低。44.（6分）列舉三種工業(yè)上常用的破恒沸方法，并各舉一例物系。答案：①變壓精餾：水四氫呋喃；②萃取精餾：苯環(huán)己烷（加DMF）；③恒沸精餾：乙醇水（加苯挾帶劑）。45.（6分）解釋離心泵“汽蝕余量”NPSH的物理意義，并給出安裝高度計(jì)算公式。答案：NPSH指泵入口總水頭超過液體飽和蒸汽壓的富余量，用以防止汽蝕；安裝高度公式：zs=(patmpv)/(ρg)NPSHrhf，其中zs為泵允許幾何安裝高度，NPSHr為泵必需汽蝕余量，hf為吸入管路阻力損失。五、計(jì)算題（共60分）46.（12分）某板框過濾機(jī)恒壓過濾某懸浮液，已知：A=10m2，μ=1.2mPa·s，ΔP=0.2MPa，rv=2×1011m/kg，v=0.02m3濾液/m3濾餅，忽略介質(zhì)阻力。求：（1）過濾1h得濾液量V；（2）若濾餅不可壓縮，ΔP提高至0.4MPa，再過濾1h得總濾液量。答案：（1）由恒壓方程V2=2A2ΔPt/(μrv)，代入得V=sqrt(2×102×0.2×10?×3600/(1.2×10?3×2×1011))=3.46m3。（2）ΔP加倍，新方程V2=2A2(2ΔP)t/(μrv)，總時間2h，得V=sqrt(2×102×0.4×10?×7200/(1.2×10?3×2×1011))=6.93m3。47.（12分）某單效蒸發(fā)器濃縮NaOH溶液，進(jìn)料F=2kg/s，w0=5%，w1=20%，加熱蒸汽溫度T0=120°C，溶液沸點(diǎn)T1=105°C，料液初溫Tfeed=40°C，比熱cp=3.8kJ/(kg·K)，汽化潛熱r=2200kJ/kg。求：（1）水分蒸發(fā)量W；（2）加熱蒸汽消耗量S（忽略熱損）。答案：（1）物料衡算：Fw0=(FW)w1?W=F(1w0/w1)=2(10.05/0.2)=1.5kg/s。（2）熱量衡算：Q=Fcp(T1Tfeed)+Wr=2×3.8×(10540)+1.5×2200=494+3300=3794kW；S=Q/r=3794/2200=1.72kg/s。48.（12分）某逆流吸收塔用清水吸收氨，y1=0.03，η=95%，G=100kmol/(m2·h)，L/G=1.2(L/G)min，平衡ye=0.8x。求：（1）出口液相x1；（2）傳質(zhì)單元數(shù)NOG。答案：（1）y2=y1(1η)=0.0015，(L/G)min=(y1y2)/(x10)=0.0285/(0.03/0.8)=0.76，L/G=1.2×0.76=0.912，x1=(y1y2)/(L/G)=0.0285/0.912=0.03125。（2）Δy1=y10.8x1=0.030.025=0.005，Δy2=y20=0.0015，Δym=(0.0050.0015)/ln(0.005/0.0015)=0.00298，NOG=(y1y2)/Δym=0.0285/0.00298=9.56。49.（12分）某一級不可逆反應(yīng)A→B在PFR中進(jìn)行，k=0.2min?1，CA0=2kmol/m3，要求轉(zhuǎn)化率X=0.9。若采用兩個等體積PFR串聯(lián)，求總空時τ；若改為一個CSTR達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率，求其空時τ′，并比較體積。答案：PFR：τ=ln(1X)/k=ln(0.1)/0.2=11.51min；兩等體積串聯(lián)，每級τ1=τ2=5.76min，總τ仍為11.51min。CSTR：τ′=X/(k(1X))=0.9/(0.2×0.1)=45min；體積比V′/V=τ′/τ=45/11.51=3.91，CSTR體積約為PFR的3.9倍。50.（12分）某管殼式換熱器用冷卻水將油從90°C冷卻至50°C，油流量m_h=3kg/s，cp_h=2.1kJ/(kg·K)，水入口20°C，出口40°C，cp_c=4.2kJ/(kg·K)，總傳熱系數(shù)U=400W/(m2·K)。求：（1）冷卻水流量m_c；（2）對數(shù)平均溫差ΔTm；（3）所需傳熱面積A。答案：（1）熱量Q=m_hcp_h(9050)=3×2.1×40=252kW；m_c=Q/(cp_cΔT_c)=252/(4.2×20)=3kg/s。（2）ΔT1=9040=50°C，ΔT2=5020=30°C，ΔTm=(5030)/ln(50/30)=39.15°C。（3）A=Q/(UΔTm)=252000/(400×39.15)=16.1m2。六、綜合設(shè)計(jì)題（共50分）51.（25分）某廠需設(shè)計(jì)一座年產(chǎn)30萬噸聚合級乙烯的精餾塔，原料為裂解氣經(jīng)前處理后C2餾分，組成如下（mol%）：C2H475%，C2H624%，CH40.5%，C3+0.5%。要求產(chǎn)品乙烯純度≥99.9%，回收率≥99%，塔頂采用全凝器，塔釜采用再沸器。給定：相對揮發(fā)度α(C2H4/C2H6)=1.75，進(jìn)料溫度30°C，泡點(diǎn)進(jìn)料，塔頂壓力1.8MPa，塔釜壓力1.85MPa。試完成：（1）進(jìn)行全塔物料衡算，確定塔頂、塔釜流量及組成；（2）用簡捷法估算最小理論板數(shù)Nmin；（3）用Underwood法計(jì)算最小回流比Rmin；（4）取R=1.2Rmin，用Gilliland關(guān)聯(lián)估算實(shí)際理論板數(shù)N；（5）確定進(jìn)料板位置（Kirkbride法）；（6）估算塔徑：取板間距0.6m，表面張力σ=12mN/m，C因子取0.09m/s，塔頂物性ρV=25kg/m3，ρL=450kg/m3；（7）若采用高通量規(guī)整填料250Y，比表面積250m2/m3，等板高度HETP=0.35m，求填料層總高度；（8）討論若進(jìn)料中含少量CO（0.1%）對產(chǎn)品質(zhì)量的潛在影響及脫除措施。答案：（1）年操作8000h，乙烯產(chǎn)品流量P=300000×103/(28×8000)=1339kmol/h。設(shè)塔頂D，塔釜W，全塔衡算：F=D+W，F(xiàn)xF=DxD+WxW，回收率0.99=DxD/(FxF)。解得：F=1785kmol/h，D=1339kmol/h，W=446kmol/h，xD=0.999，xW=0.003（C2H4）。（2）Nmin=ln[(xD/(1xD))((1xW)/xW)]/lnα=ln[999×0.997/0.003]/ln1.75=22.1，取23。（3）Underwood：θ=1.34，Rmin=(xDyF)/(yFxF)=(0.9990.75)/(0.750.75/1.75)=0.82。（4）R=1.2×0.82=0.98，X=(RRmin)/(R+1)=0.08，Gilliland：Y=0.545，N=42。（5）Kirkbride：ln(Nr/Ns)=0.206ln[(W/D)(xFHK/xFLK)]=0.206ln[0.333×0.24/0.75]=0.25，Nr/Ns=0.78，Nr=18，Ns=24，進(jìn)料板第19塊。（6）最大允許氣速uV=C[(ρLρV)/ρV]^0.5=0.09×(425/25)^0.5=0.37m/s，塔頂氣相流量V=D(R+1)=2650kmol/h=26.5kmol/s，體積流量Q=26.5×22.4×(27330)/273×101/18=3.0m3/s，塔徑D=sqrt(4Q/(πuV))=sqrt(4×3.0/(π×0.37))=3.2m。（7）填料高度H=N×HETP=42×0.35=14.7m，取15m。（8）CO為輕組分，易富集于塔頂，可能使乙烯產(chǎn)品CO超標(biāo)，影響聚合催化劑；措施：前加氫反應(yīng)器將CO甲烷化，或設(shè)置CO選擇性吸附塔。52.（25分）某企業(yè)擬采用氣固循環(huán)流化床反應(yīng)器進(jìn)行丙烷脫氫制丙烯，反應(yīng)式：C3H8?C3H6+H2，ΔH=124kJ/mol，反應(yīng)溫度580°C，壓力0.15MPa，催化劑為Cr2O3/Al2O3，平均粒徑dp=80μm，顆粒密度ρp=1500kg/m3，堆積密度ρb=900kg/m3，臨界流化速度umf=0.03m/s，終端速度ut=0.45m/s。進(jìn)料純丙烷，流量F=10kmol/s，要求單程轉(zhuǎn)化率X=35%，選擇性S=90%。試完成：（1）計(jì)算反應(yīng)器出口各組分流率；（2）若采用理想鼓泡床模型，求催化劑藏量W；給定速率方程：r=kpC3H8，k=0.12mol/(s·kg·MPa)，催化劑失活系數(shù)φ=0.85；（3）若床層高度H=4m，截面積A=20m2，求操作氣速u，并判斷床層流化狀態(tài)；