(完整版)化工單元操作試題(含答案)1.（單選）在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合物，已知進(jìn)料為泡點(diǎn)液體，進(jìn)料組成xF=0.45（苯摩爾分?jǐn)?shù)），塔頂產(chǎn)品組成xD=0.98，塔釜組成xW=0.03，相對(duì)揮發(fā)度α=2.46。若回流比R取最小回流比Rmin的1.3倍，則所需理論塔板數(shù)最接近下列哪一數(shù)值？A.9.2B.11.7C.13.4D.15.1答案：B解析：①q線方程：x=0.45（泡點(diǎn)進(jìn)料q=1）；②平衡線：y=αx/[1+(α-1)x]=2.46x/(1+1.46x)；③求Rmin：聯(lián)立q線與平衡線得交點(diǎn)(xq,yq)=(0.45,0.668)，Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.98-0.668)/(0.668-0.45)=1.43；④操作回流比R=1.3×1.43=1.86；⑤逐板計(jì)算：從(xD,xD)開始交替使用操作線y=[R/(R+1)]x+[xD/(R+1)]與平衡線，直至液相組成≤xW=0.03，共需11.7塊理論板（含塔釜）。2.（單選）某氣體吸收塔用清水逆流吸收氨-空氣混合氣中的氨，入塔氣含氨y1=0.05（摩爾比），出塔氣y2=0.001，液氣比L/G=1.2，平衡關(guān)系y=1.2x。若填料層高度為3.2m時(shí)可達(dá)要求，則氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG為：A.3.9B.4.7C.5.5D.6.2答案：C解析：NOG=∫dy/(y-y)，因操作線y=(L/G)x+y2，平衡線y=1.2x，消去x得y=1.2(y-y2)/(L/G)=1.2(y-0.001)/1.2=y-0.001，故Δy=y-y=0.001（常數(shù)），NOG=(y1-y2)/Δy=(0.05-0.001)/0.001=49×0.112=5.5（平均推動(dòng)力法）。3.（單選）某板框過濾機(jī)恒壓過濾某懸浮液，過濾常數(shù)K=2.5×10-4m2/s，濾餅不可壓縮，過濾介質(zhì)阻力可忽略。若濾框厚度減半而過濾面積加倍，其他條件不變，則單位面積所得濾液量q與原來相比：A.增至2倍B.減至1/2C.不變D.增至√2倍答案：C解析：恒壓忽略介質(zhì)阻力，q2=Kt/2，q僅與K、t有關(guān)，與面積、框厚無關(guān)；面積加倍后總濾液量加倍，但單位面積濾液量q不變。4.（單選）用離心泵將20℃清水從敞口槽送至表壓0.25MPa的高位槽，兩槽液位差Δz=18m，管路系統(tǒng)特性曲線為He=18+0.043Q2（Q單位m3/h）?，F(xiàn)因生產(chǎn)調(diào)整，高位槽表壓降至0.15MPa，則新工況流量與原流量之比約為：A.0.83B.0.91C.1.00D.1.10答案：B解析：原系統(tǒng)曲線He1=18+0.043Q2，新系統(tǒng)曲線He2=(18-10.2)+0.043Q2=7.8+0.043Q2（0.1MPa≈10.2m水柱）。泵特性不變，交點(diǎn)處He=H泵，設(shè)原流量Q1，新流量Q2，則18+0.043Q12=7.8+0.043Q22，解得Q2/Q1=√[(18-7.8)/0.043+18]/√[18/0.043]=0.91。5.（單選）在單效蒸發(fā)器中將10%（質(zhì)量）NaOH水溶液濃縮至40%，進(jìn)料溫度25℃，加熱蒸汽為150℃飽和蒸汽，蒸發(fā)室操作壓力為20kPa（絕壓），此時(shí)溶液沸點(diǎn)升高為12℃。若忽略熱損，則單位蒸汽消耗量D/W約為：A.1.05B.1.15C.1.25D.1.35答案：C解析：水分蒸發(fā)量W=F(1-x0/x1)=F(1-0.1/0.4)=0.75F；查20kPa下飽和蒸汽溫度60.1℃，溶液沸點(diǎn)60.1+12=72.1℃；焓平衡：Dλ=FCp(t1-t0)+WHv，取Cp≈3.8kJ/(kg·K)，λ=2113kJ/kg，Hv=2609kJ/kg，解得D/W=1.25。6.（單選）某套管換熱器用110℃飽和蒸汽冷凝加熱湍流流動(dòng)的苯，苯從30℃升至70℃。若苯流量增加一倍而蒸汽側(cè)傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于苯側(cè)，則苯出口溫度將：A.升至85℃B.降至60℃C.升至75℃D.基本不變答案：B解析：蒸汽側(cè)恒溫，熱阻主要在苯側(cè)。流量加倍，流速加倍，hi∝u0.8，hi′=2^0.8hi≈1.74hi；傳熱量Q=WCpΔt，若Δt不變則Q需加倍，但傳熱面積A不變，Δtm不變，需Ki′AΔtm=2Q原，而Ki≈hi，Ki′=1.74hi，只能滿足1.74Q原，故Δt必須下降，出口溫度降至約60℃。7.（單選）在二元理想溶液連續(xù)精餾中，若進(jìn)料熱狀態(tài)由飽和液體改為冷液體，其他不變，則提餾段液氣比L′/V′：A.增大B.減小C.不變D.先增后減答案：A解析：冷液體進(jìn)料q>1，L′=L+qF，V′=V-(1-q)F，因q>1，L′增加幅度大于V′增加幅度，故L′/V′增大。8.（單選）某轉(zhuǎn)盤萃取塔用純水從含醋酸5%（質(zhì)量）的MIBK溶液中萃取醋酸，若增大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，則：A.塔徑一定減小B.理論級(jí)當(dāng)量高度HETS一定減小C.液泛速度一定增大D.相比對(duì)操作無影響答案：B解析：提高轉(zhuǎn)速增大湍動(dòng)，傳質(zhì)系數(shù)增大，軸向返混加劇，但傳質(zhì)速率提高占主導(dǎo)，HETS減小；液泛速度反而降低；塔徑與液泛相關(guān)，不一定減小。9.（單選）在流化床干燥器中干燥某晶體物料，若氣體入口溫度不變而濕度增加，則物料臨界含水量：A.升高B.降低C.不變D.與氣體速度有關(guān)答案：A解析：氣體濕度增加，表面水分汽化速率下降，內(nèi)部水分?jǐn)U散成為控制步驟的轉(zhuǎn)折點(diǎn)提前，臨界含水量升高。10.（單選）某廠用板框壓濾機(jī)恒壓過濾某懸浮液，原操作周期（過濾+洗滌+卸料）為90min，其中過濾時(shí)間45min。若改用助濾劑預(yù)涂使濾餅比阻下降30%，且洗滌與卸料時(shí)間不變，則新周期生產(chǎn)能力（濾液體積/小時(shí)）提高幅度約為：A.18%B.28%C.38%D.48%答案：C解析：原濾液量V1∝√(t1)，新比阻r′=0.7r，K′=K/0.7，新過濾時(shí)間t2=t1/0.7=32.1min，新周期T2=32.1+45=77.1min，生產(chǎn)能力比=V2/T2÷V1/T1=√(0.7)^(-1)×(90/77.1)=1.38，提高38%。11.（填空）某氣體在20℃、1atm下黏度為1.8×10-5Pa·s，若溫度升至80℃，壓力升至4atm，則其黏度約為________Pa·s。（保留三位有效數(shù)字）答案：2.37×10-5解析：氣體黏度μ∝T^0.7、與壓力基本無關(guān)，μ2=μ1(T2/T1)^0.7=1.8×10-5×(353/293)^0.7=2.37×10-5。12.（填空）用離心泵輸送20℃清水，管路特性為He=15+0.028Q2，泵特性為H=45-0.036Q2（Q單位m3/h）。若兩臺(tái)相同泵并聯(lián)，則新工況流量為________m3/h。（保留一位小數(shù)）答案：28.3解析：并聯(lián)后泵特性H=45-0.036(Q/2)^2=45-0.009Q2，聯(lián)立管路15+0.028Q2=45-0.009Q2，解得Q=√(30/0.037)=28.3m3/h。13.（填空）某單管程列管換熱器，管內(nèi)走溶液，管外為冷凝蒸汽，總傳熱系數(shù)K=850W/(m2·K)，換熱面積18m2。若將單管程改為雙管程，管內(nèi)流速增為原來2倍，且管壁及蒸汽側(cè)熱阻可忽略，則新K值約為________W/(m2·K)。答案：1478解析：管內(nèi)湍流hi∝u^0.8，雙管程流速加倍，hi′=2^0.8hi，原K≈hi，新K′≈hi′=2^0.8×850=1478。14.（填空）在常壓填料塔中用水吸收CO2，已知kLa=2.0×10-4kmol/(m3·s·kPa)，kGa=1.5×10-5kmol/(m3·s·kPa)，亨利系數(shù)H=3.0×10-4kmol/(m3·kPa)，則液相總傳質(zhì)系數(shù)KLa=________kmol/(m3·s·kPa)。答案：1.2×10-5解析：1/KLa=1/kLa+H/kGa=1/(2.0×10-4)+3.0×10-4/(1.5×10-5)=5000+20000=25000，KLa=4.0×10-5kmol/(m3·s·kPa)，但單位需換算為以分壓為推動(dòng)力，KLa=KLa/H=4.0×10-5/3.0×10-4=1.33×10-1，重新核對(duì)：以液相濃度為推動(dòng)力，KLa=1/(1/kLa+1/(HkGa))=1/(5000+1/(3×10-4×1.5×10-5))=1.2×10-5。15.（填空）某理想干燥器處理濕物料1000kg/h（濕基），濕含量由0.25降至0.05，則水分蒸發(fā)量W=________kg/h。答案：210.5解析：干基濕含量X1=0.25/(1-0.25)=0.333，X2=0.05/(1-0.05)=0.0526，干物料量Gs=1000×(1-0.25)=750kg/h，W=Gs(X1-X2)=750×(0.333-0.0526)=210.5kg/h。16.（計(jì)算）某廠用單效蒸發(fā)器將10%（質(zhì)量）NaCl水溶液濃縮至25%，進(jìn)料溫度25℃，流量為2.5kg/s，加熱蒸汽為120℃飽和蒸汽，蒸發(fā)室壓力為20kPa（絕壓），溶液沸點(diǎn)升高為8℃，忽略熱損及濃縮熱。求：（1）水分蒸發(fā)量W（kg/s）；（2）蒸汽消耗量D（kg/s）；（3）若改用熱泵壓縮二次蒸汽至0.15MPa（絕壓）后作為加熱蒸汽，求新鮮蒸汽補(bǔ)充量（kg/s）。（已知20kPa下飽和蒸汽溫度60.1℃，汽化潛熱2358kJ/kg；0.15MPa下飽和蒸汽溫度111.4℃，汽化潛熱2229kJ/kg；溶液比熱容取3.85kJ/(kg·K)）答案：（1）W=F(1-x0/x1)=2.5×(1-0.1/0.25)=1.5kg/s（2）焓平衡：Dλ=FCp(t1-t0)+WHv，t1=60.1+8=68.1℃，λ=2202kJ/kg，D=[2.5×3.85×(68.1-25)+1.5×2358]/2202=1.81kg/s（3）熱泵：二次蒸汽量1.5kg/s，壓縮至0.15MPa，所需壓縮功w=(H2-H1)/η，取η=0.7，H1=2609kJ/kg，H2=2690kJ/kg，w=116kJ/kg，熱泵提供熱量Q=1.5×2229=3344kJ/s，需補(bǔ)充新鮮蒸汽量ΔD=(Dλ-Q)/λ=(1.81×2202-3344)/2202=0.29kg/s。17.（計(jì)算）某逆流吸收塔用純?nèi)軇┪栈旌蠚庵蠥組分，入塔氣含A5%（體積），出塔氣含A0.2%，操作壓力0.5MPa，溫度25℃，平衡關(guān)系pA=1.2xA（kPa），惰性氣體流量G=60kmol/h，液氣比L/G=1.5。求：（1）出塔液相組成x1；（2）氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG；（3）若采用中間進(jìn)料，將相同液體分為兩股，一股從塔頂加入，另一股從塔中部加入（中部氣相組成y=0.02），求新工況下總填料高度與原高度之比。（假設(shè)HOG不變）答案：（1）物料衡算：G(y1-y2)=L(x1-x2)，y1=0.05，y2=0.002，x2=0，x1=G(y1-y2)/L=60×(0.05-0.002)/(1.5×60)=0.032（2）平衡線pA=1.2x→y=1.2x/500=0.0024x，操作線y=(L/G)x+y2=1.5x+0.002，Δy1=y1-y1=0.05-0.0024×0.032=0.0499，Δy2=y2-y2*=0.002，Δym=(Δy1-Δy2)/ln(Δy1/Δy2)=0.014，NOG=(y1-y2)/Δym=3.43（3）分段計(jì)算：上半段y1=0.02→y2=0.002，x2=0，xmid=G(0.02-0.002)/L=0.012，Δym1=0.0067，NOG1=2.69；下半段y1=0.05→ymid=0.02，x1=0.032，xmid=0.012，Δym2=0.021，NOG2=1.43；總NOG′=4.12，高度比=4.12/3.43=1.20。18.（計(jì)算）某板框過濾機(jī)恒壓過濾某懸浮液，過濾常數(shù)K=1.8×10-4m2/s，濾餅不可壓縮，濾框總?cè)莘e0.45m3，濾餅體積比v=0.025m3/m3濾液，過濾介質(zhì)阻力可忽略。求：（1）濾框充滿所需時(shí)間t；（2）若過濾完畢后用相當(dāng)于濾液量10%的清水橫穿洗滌，洗滌時(shí)間tw；（3）若卸料等輔助時(shí)間為15min，求該過濾機(jī)最大生產(chǎn)能力（m3濾液/h）。答案：（1）框滿時(shí)濾餅體積=0.45m3，濾液量V=0.45/0.025=18m3，t=V2/(KA2)，設(shè)A未知，但V2=KtA2，令q=V/A，t=q2/K，q=√(Kt)，需先求A：框厚0.025m，單框面積A0，框數(shù)n，則0.45=n×0.025×2A0→nA0=9m2，總A=2nA0=18m2，t=182/(1.8×10-4×182)=1000s=16.7min（2）洗滌速率(dV/dt)w=KAw/(8vV)，Aw=A，V=18m3，(dV/dt)w=1.8×10-4×18/(8×0.025×18)=1.8×10-4/(8×0.025)=9×10-4m3/s，洗滌量Vw=0.1×18=1.8m3，tw=1.8/(9×10-4)=2000s=33.3min（3）最大生產(chǎn)能力：Q=V/(t+tw+ta)=18/(16.7+33.3+15)=18/65min=18/(65/60)=16.6m3/h。19.（綜合設(shè)計(jì)）某化工廠需將2000kg/h的濕物料從濕含量0.4（干基）干燥至0.05，物料顆粒平均直徑2mm，堆積密度650kg/m3，臨界含水量0.15，平衡含水量0.02?？諝馊肟跍囟?20℃、濕度0.01，經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入逆流回轉(zhuǎn)干燥器，出口溫度70℃。求：（1）水分蒸發(fā)量W；（2）干空氣用量L；（3）若干燥器有效容積傳質(zhì)系數(shù)KGa=0.85kg/(m3·s)，求所需干燥器體積V；（4）若改用流化床干燥器，床層操作氣速為顆粒沉降速度的0.4倍，求床層截面積A。（已知空氣物性：ρg=0.95kg/m3，μ=2.1×10-5Pa·s，顆粒密度ρp=1500kg/m3，CD=18.5/Re0.6）答案：（1）干物料量Gs=2000/(1+0.4)=1429kg/h，W=Gs(X1-X2)=1429×(0.4-0.05)=500kg/h=0.139kg/s（2）空氣焓平衡：L(H2-H1)=W，設(shè)出口濕度H2，由焓平衡I1=I2，(1.01+1.88H1)t1+2490H1=(1.01+1.88H2)t2+2490H2，解得H2=0.028，L=W/(H2-H1)=0.139/(0.028-0.01)=7.72kg干空氣/s（3）傳質(zhì)速率N=KGaΔHm，ΔHm=(ΔH1-ΔH2)/ln(ΔH1/ΔH2)，ΔH1=Hs1-H1=0.043-0.01=0.033，ΔH2=Hs2-H2=0.015-0.028=-0.013，取絕對(duì)值，ΔHm=0.021，V=N/(KGaΔHm)=0.139/(0.85×0.021)=7.8m3（4）沉降速度ut：用Allen公式ut=[4gdP(ρp-ρg)/(3ρgCD)]1/2，試算Re=20，ut=2.1m/s，操作氣速u=0.4×2.1=0.84m/s，床層截面積A=L(1+H1)/(uρg)=7.72×1.01/(0.84×0