2026年化工原理期末考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在恒壓過濾中，若濾餅不可壓縮，過濾速率與過濾時間的關(guān)系為A.與過濾時間成正比B.與過濾時間的平方根成正比C.與過濾時間的平方根成反比D.與過濾時間成反比答案：C解析：恒壓過濾基本方程為dV/dt=K/(2V)，積分得V2=Kt，故dV/dt∝1/√t，即過濾速率與過濾時間的平方根成反比。2.某離心泵在額定流量下輸送清水，若將液體改為密度為1200kg·m?3的鹽水，忽略黏度變化，則泵的揚程A.增大20%B.減小20%C.基本不變D.無法判斷答案：C解析：離心泵理論揚程H=u?c?cosα?/g，與液體密度無關(guān)；密度變化僅影響軸功率P=ρgQH，揚程不變。3.在填料塔中，若采用拉西環(huán)改為θ環(huán)，保持相同操作條件，則液泛氣速A.顯著降低B.基本不變C.顯著升高D.先升后降答案：C解析：θ環(huán)比表面積更大、空隙率更高，流體通道更順暢，液泛氣速可提高30%–50%。4.對二元理想溶液進行平衡蒸餾，若相對揮發(fā)度α=2.5，進料輕組分摩爾分數(shù)zF=0.5，汽化率f=0.4，則塔頂輕組分摩爾分數(shù)yD約為A.0.625B.0.714C.0.769D.0.833答案：B解析：平衡蒸餾物料衡算與平衡關(guān)系聯(lián)立：yD=αx/(1+(α?1)x)，x=(zF?fyD)/(1?f)，迭代得yD≈0.714。5.在管殼式換熱器中，若熱流體走管程且流量增加一倍，忽略物性變化，則總傳熱系數(shù)K約A.增加一倍B.增加40%C.增加15%D.基本不變答案：B解析：管程湍流時αi∝u?·?，流量加倍則u加倍，αi提高2?·?≈1.74倍；殼程αo不變，以管程阻力為主，K增幅約40%。6.某懸浮液在板框壓濾機中過濾，若濾布阻力可忽略，濾餅比阻r=1.2×1011m?2，濾餅孔隙率ε=0.45，則濾餅滲透率B為A.4.2×10?12m2B.5.8×10?12m2C.7.5×10?12m2D.9.1×10?12m2答案：B解析：滲透率B=ε3/(Kozeny常數(shù)·(1?ε)2·r)，取K=5，代入得B≈5.8×10?12m2。7.在精餾塔中采用全凝器，若塔頂產(chǎn)品組成xD=0.95，回流比R=2，則塔頂?shù)诙K理論板（自上而下）液相組成x?約為A.0.88B.0.91C.0.93D.0.90答案：A解析：精餾段操作線y=R/(R+1)x+xD/(R+1)，與平衡線聯(lián)立逐板計算，第一板y?=xD=0.95，x?=0.95/(2.5?1.5×0.95)=0.905；第二板y?=0.905，x?=0.905/(2.5?1.5×0.905)=0.880。8.對空氣–水體系，若濕球溫度tw=25℃，干球溫度t=40℃，則空氣濕度H（kg水/kg干氣）約為A.0.012B.0.016C.0.020D.0.024答案：B解析：由濕球方程H=Hs(tw)?(t?tw)(cP/λ)，25℃飽和濕度Hs=0.0202，cP=1.01kJ·kg?1·K?1，λ=2440kJ·kg?1，得H≈0.016。9.在萃取塔中，若分配系數(shù)m=2.5，溶劑比S/F=1.2，則單級萃取理論級數(shù)N為A.0.36B.0.52C.0.67D.0.83答案：C解析：單級萃取Kremser式N=ln[(1?1/A)(xF/xR)+1/A]/lnA，A=mS/F=3，xR=xF/(1+A)，得N≈0.67。10.在干燥過程中，若物料臨界含水量Xc=0.12kg·kg?1，平衡含水量Xe=0.02kg·kg?1，初始含水量X?=0.25kg·kg?1，則恒速干燥階段去除水分占總?cè)コ康谋壤秊锳.48%B.52%C.58%D.62%答案：C解析：總?cè)コ?X??Xe=0.23，恒速段=X??Xc=0.13，比例=0.13/0.23≈58%。二、填空題（每空2分，共20分）11.某液體在φ25mm×2.5mm鋼管內(nèi)流動，流量為3.6m3·h?1，密度ρ=980kg·m?3，黏度μ=1.2mPa·s，則雷諾數(shù)Re=________，流態(tài)為________。答案：Re=4Qρ/(πdμ)=4×(3.6/3600)×980/(π×0.02×1.2×10?3)≈5.2×10?，湍流。12.在恒速干燥階段，物料表面溫度等于________溫度，干燥速率由________控制。答案：濕球，外部傳質(zhì)。13.對逆流吸收塔，若操作線斜率L/G=1.5，平衡線斜率m=1.2，則吸收因子A=________，氣相傳質(zhì)單元數(shù)NOG隨A增大而________。答案：1.25，減小。14.某離心泵特性曲線為H=60?0.008Q2（Q：m3·h?1），管路曲線為He=20+0.005Q2，則工作點流量Q=________m3·h?1，揚程H=________m。答案：聯(lián)立60?0.008Q2=20+0.005Q2，得Q=50m3·h?1，H=32.5m。15.在板框壓濾機中，若過濾常數(shù)K=2.5×10??m2·s?1，濾框厚度50mm，濾餅體積比v=0.02m3·m?3，則每立方米濾液形成濾餅厚度為________mm，過濾1m3濾液所需時間________s。答案：濾餅體積=0.02m3，厚度=0.02/(1×1)=0.02m=20mm；t=V2/(KA2)，設(shè)A=1m2，t=1/(2.5×10??)=4×10?s。16.精餾塔最小回流比Rmin與相對揮發(fā)度α、進料組成zF、進料熱狀況q的關(guān)系式為________。答案：Rmin=(xD/(α?1)zF)?(1?xD)/(α?1)(1?zF)·(1?q)。17.在干燥速率曲線中，若恒速段速率Nc=1.5kg·m?2·h?1，降速段線性通過(Xc,Nc)與(Xe,0)，則當含水量X=0.06kg·kg?1時干燥速率N=________kg·m?2·h?1。答案：N=Nc·(X?Xe)/(Xc?Xe)=1.5×(0.06?0.02)/(0.12?0.02)=0.6。18.某換熱器采用φ19mm×2mm鋼管，管長3m，共120根，管程對流傳熱系數(shù)αi=4500W·m?2·K?1，殼程αo=1200W·m?2·K?1，忽略管壁及污垢，則總傳熱系數(shù)K=________W·m?2·K?1。答案：1/K=1/αi+1/αo，K=1/(1/4500+1/1200)≈947W·m?2·K?1。19.在萃取操作中，若選擇性系數(shù)β=6，溶劑用量為最小用量的1.4倍，則實際萃取液中溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)與原料液中質(zhì)量分數(shù)之比為________。答案：最小溶劑比時(S/F)min=(xF?xR)/(yE?xR)，實際S/F=1.4(S/F)min，結(jié)合β=(yE/xE)/(yR/xR)及物料衡算，得比值為1.83。20.對氣體擴散，若溫度由300K升至400K，壓力由100kPa降至80kPa，則擴散系數(shù)DAB增大倍數(shù)約為________。答案：DAB∝T1·?/P，倍數(shù)=(400/300)1·?×(100/80)≈2.07×1.25≈2.6。三、計算題（共60分）21.（12分）某廠用單效蒸發(fā)器將10t·h?1的10%NaOH水溶液濃縮至30%，加熱蒸汽為120℃飽和蒸汽，冷凝水在飽和溫度下排出，蒸發(fā)室絕對壓力為20kPa，沸點升高為8℃，原料液溫度20℃，比熱容3.8kJ·kg?1·K?1，汽化潛熱2200kJ·kg?1。求：(1)蒸發(fā)水量；(2)所需蒸汽量（kg·h?1）；(3)若改用雙效并流蒸發(fā)，蒸汽經(jīng)濟性提高多少倍？解：(1)物料衡算：F=10000kg·h?1，xF=0.1，xL=0.3，L=F(1?xF/xL)=10000(1?0.1/0.3)=6667kg·h?1，W=F?L=3333kg·h?1。(2)熱量衡算：Q=FcP(tB?tF)+Wλ，20kPa下飽和溫度60℃，溶液沸點=60+8=68℃，Q=10000×3.8×(68?20)+3333×2200=1.824×10?+7.333×10?=9.157×10?kJ·h?1，120℃蒸汽潛熱r=2202kJ·kg?1，蒸汽量S=Q/r=4158kg·h?1。(3)雙效并流蒸汽經(jīng)濟性E?≈1.8×單效E?，E?=W/S=3333/4158=0.80，E?≈1.44，提高倍數(shù)=1.8。22.（12分）某逆流吸收塔用純水吸收氨–空氣混合氣中的NH?，入口氣相摩爾分數(shù)y?=0.03，出口y?=0.001，入口液相x?=0，平衡關(guān)系y=1.2x，操作液氣比L/G=1.5，總氣相傳質(zhì)單元高度HOG=0.8m。求：(1)出口液相摩爾分數(shù)x?；(2)傳質(zhì)單元數(shù)NOG；(3)填料層高度Z；(4)若L/G降至1.3，是否發(fā)生液泛？（已知液泛氣速uf=2.5m·s?1，實際氣速u=1.8m·s?1）解：(1)物料衡算：G(y??y?)=L(x??x?)，x?=G(y??y?)/L=(0.03?0.001)/1.5=0.0193。(2)吸收因子A=L/(mG)=1.5/1.2=1.25，NOG=ln[(y??mx?)/(y??mx?)(1?1/A)+1/A]/(1?1/A)=ln[(0.03/0.001)(1?0.8)+0.8]/0.2=ln[30×0.2+0.8]/0.2=ln(6.8)/0.2≈9.12。(3)Z=NOG·HOG=9.12×0.8=7.3m。(4)L/G降至1.3，A=1.3/1.2=1.08，接近1，操作彈性降低；但u=1.8<uf=2.5，未液泛，但接近上限，需校核壓降。23.（12分）某精餾塔分離苯–甲苯混合物，進料F=100kmol·h?1，zF=0.45，q=0.5（汽液混合），xD=0.97，xB=0.03，α=2.46，R=2.5Rmin。求：(1)最小回流比Rmin；(2)理論板數(shù)N（用Gilliland關(guān)聯(lián)）；(3)進料板位置NF。解：(1)q=0.5，q線斜率=q/(q?1)=?1，與平衡線交點xq=0.45，yq=αxq/(1+(α?1)xq)=0.669，Rmin=(xD?yq)/(yq?xq)=(0.97?0.669)/(0.669?0.45)=1.37。(2)R=2.5×1.37=3.43，(R?Rmin)/(R+1)=0.435，Gilliland圖得(N?Nmin)/(N+1)=0.28，Nmin=ln[(xD/(1?xD))((1?xB)/xB)]/lnα=ln[(0.97/0.03)(0.97/0.03)]/ln2.46=7.9，解得N≈11.9，取12塊。(3)精餾段Nmin,R=ln[(xD/(1?xD))((1?xF)/xF)]/lnα=4.2，NF≈(Nmin,R/Nmin)·N=5.4，取第6塊。24.（12分）某管殼式換熱器用冷卻水將80℃的乙醇由流量1.8kg·s?1冷卻至35℃，冷卻水入口20℃，出口40℃，乙醇比熱2.4kJ·kg?1·K?1，水4.2kJ·kg?1·K?1，總傳熱系數(shù)K=650W·m?2·K?1，逆流操作。求：(1)冷卻水流量；(2)對數(shù)平均溫差ΔTm；(3)所需傳熱面積A；(4)若采用1–2型結(jié)構(gòu)，修正系數(shù)F≈0.9，面積增加多少？解：(1)Q=mEtEtE=1.8×2400×(80?35)=1.944×10?W，mW=Q/(cWΔTW)=1.944×10?/(4200×20)=2.31kg·s?1。(2)ΔT?=80?40=40℃，ΔT?=35?20=15℃，ΔTm=(40?15)/ln(40/15)=25.5℃。(3)A=Q/(KΔTm)=1.944×10?/(650×25.5)=11.7m2。(4)1–2型需A′=Q/(KFΔTm)=11.7/0.9=13.0m2，增加(13.0?11.7)/11.7=11%。25.（12分）某干燥器常壓下干燥某濕物料，濕基含水量由0.25降至0.05，產(chǎn)量800kg·h?1（干基），空氣入口t?=120℃，H?=0.01kg·kg?1，出口t?=70℃，理想干燥，物料溫度恒為38℃，比熱1.5kJ·kg?1·K?1，干空氣比熱1.01kJ·kg?1·K?1，水蒸氣1.88kJ·kg?1·K?1，汽化潛熱2400kJ·kg?1。求：(1)干空氣用量L；(2)出口空氣濕度H?；(3)熱效率η；(4)若廢氣循環(huán)40%，混合后入口溫度降至95℃，節(jié)省熱量多少？解：(1)干物料量Gs=800kg·h?1，干基含水量X?=0.25/(1?0.25)=0.333，X?=0.05/(1?0.05)=0.0526，水分去除W=Gs(X??X?)=800×(0.333?0.0526)=224kg·h?1?？諝忪势胶猓篖(1.01+1.88H?)(t??t?)+L(H??H?)(2500+1.88t?)=W(2500+1.88t??4.18tM)+GscM(tM?t?)，設(shè)t?=20℃，代入得L≈1.12×10?kg·h?1。(2)濕度衡算：L(H??H?)=W，H?=0.01+224/11200=0.03kg·kg?1。(3)熱效率η=水分蒸發(fā)潛熱/空氣放熱=W(2500+1.88×70?4.18×38)/(L(1.01+1.88×0.01)(120?70))=224×2430/(11200×51.9)=0.93。(4)循環(huán)40%，混合后入口溫度95℃，新空氣量L′=0.6L，節(jié)省熱量ΔQ=L(1.01+1.88×0.01)(120?95)×0.6=1.12×10?×51.9×0.6×25=8.7×10?kJ·h?1。四、綜合分析題（共40分）26.（20分）某化工廠擬用萃取–精餾聯(lián)合流程回收廢水中的丙酮（質(zhì)量分數(shù)5%），流量5t·h?1，采用三氯甲烷為溶劑，25℃下平衡數(shù)據(jù)如下（質(zhì)量分數(shù)）：水相：丙酮5%→有機相：丙酮28%水相：丙酮1%→有機相：丙酮10%要求：(1)繪制平衡線與操作線示意圖（坐標：水相x–有機相y）；(2)若采用兩級逆流萃取，溶劑比S/F=1.0，求最終萃余相丙酮含量xR；(3)萃取相經(jīng)精餾回收溶劑，塔頂?shù)?5%丙酮，塔底氯甲烷循環(huán)，精餾塔R=2Rmin，α=6.5，求理論板數(shù)；(4)比較單級與兩級萃取的溶劑用量差異，并討論能耗。解：(2)平衡線近似直線，m=(0.28?0.10)/(0.05?0.01)=4.5，兩級逆流Kremser：xR=xF/(1+A+A2)，A=mS/F=4.5，xR=0.05/(1+4.5+20.25)=0.0019，即0.19%。(3)精餾段進料yF=0.28，xD=0.95，xB=0.001（氯甲烷純度高），Rmin=(xD?yF)/(yF?xF)=(0.95?0.28)/(0.28?0.05)=2.91，R=5.82，Gilliland得N≈8塊。(4)單級萃取需S/F=xF/(myE)=0.05/(4.5×0.28)=0.40，但xR=0.05?4.5×0.28×0.40=0.05?0.50（不合理），需無限多級；實際單級無法達標，兩級可降至0.19%，溶劑節(jié)省60%，但精餾能耗增加15%，綜合節(jié)能25%。27.（20分）某反應(yīng)器出口高溫氣體（450