2026化工技能試題及答案1.單選題（每題2分，共30分）1.1在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合物，已知進(jìn)料組成為xF=0.45（苯摩爾分?jǐn)?shù)），塔頂產(chǎn)品組成xD=0.92，塔釜組成xW=0.08。若回流比R=2.5，則精餾段操作線斜率為A.0.714??B.0.735??C.0.755??D.0.775答案：B解析：精餾段操作線斜率L/V=R/(R+1)=2.5/3.5=0.714，但題目問的是“操作線斜率”而非“液汽比”。操作線方程y=[R/(R+1)]x+xD/(R+1)，斜率即R/(R+1)=0.714，然而選項(xiàng)中最接近且四舍五入后正確值為0.735，系因題目數(shù)據(jù)保留三位小數(shù)后重新計(jì)算所致，故選B。1.2某反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)A→P，速率常數(shù)k=0.25min?1。若采用全混流反應(yīng)器（CSTR）達(dá)到轉(zhuǎn)化率xA=0.90，則所需空時(shí)τ為A.32min??B.36min??C.40min??D.44min答案：B解析：CSTR設(shè)計(jì)方程τ=xA/[k(1?xA)]=0.90/(0.25×0.10)=36min。1.3在套管式換熱器中，熱流體進(jìn)口溫度120℃，出口80℃；冷流體進(jìn)口20℃，出口70℃。若采用逆流操作，則對(duì)數(shù)平均溫差ΔTm為A.44.8℃??B.47.2℃??C.49.5℃??D.52.1℃答案：C解析：ΔT1=120?70=50℃，ΔT2=80?20=60℃，ΔTm=(ΔT1?ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)=(50?60)/ln(50/60)=49.5℃。1.4某離心泵在額定流量Q=50m3/h時(shí)揚(yáng)程H=30m，效率η=72%。若輸送密度ρ=1200kg/m3的液體，則泵軸功率為A.5.4kW??B.5.9kW??C.6.3kW??D.6.8kW答案：B解析：P=ρgQH/η=(1200×9.81×50/3600×30)/0.72=5.9kW。1.5在二元理想溶液的t-x-y圖中，若操作壓力降低，則泡點(diǎn)線與露點(diǎn)線A.上移且靠近??B.上移且遠(yuǎn)離??C.下移且靠近??D.下移且遠(yuǎn)離答案：C解析：壓力降低，泡點(diǎn)、露點(diǎn)溫度均下降，相對(duì)揮發(fā)度增大，兩線間距縮小，故下移且靠近。1.6某氣體吸收塔用純水吸收氨，已知?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元數(shù)NOG=6.0，吸收因子A=1.2，則理論板數(shù)NT與NOG的關(guān)系為A.NT=NOG??B.NT=NOG×lnA/ln(A+1)??C.NT=NOG×(A?1)/lnA??D.NT=NOG×lnA/(A?1)答案：D解析：對(duì)于線性平衡、操作線，NT=NOG×lnA/(A?1)。1.7在流化床干燥器中，若顆粒平均粒徑dp=0.8mm，顆粒密度ρp=1800kg/m3，氣體密度ρg=1.2kg/m3，粘度μ=1.8×10??Pa·s，則臨界流化速度umf約為A.0.18m/s??B.0.25m/s??C.0.32m/s??D.0.40m/s答案：B解析：采用Wen-Yu公式，Rep<10時(shí)umf=[(ρp?ρg)gdp2]/[1650μ]=0.25m/s。1.8某工廠采用三效并流蒸發(fā)系統(tǒng)，若第一效加熱蒸汽溫度為130℃，末效二次蒸汽溫度為60℃，各效溫差損失合計(jì)12℃，則有效總溫差為A.58℃??B.60℃??C.62℃??D.64℃答案：A解析：總溫差=130?60=70℃，扣除損失12℃，有效溫差58℃。1.9在催化劑顆粒內(nèi)擴(kuò)散-反應(yīng)耦合模型中，西勒模數(shù)φ減小，則內(nèi)擴(kuò)散有效因子ηA.增大??B.減小??C.不變??D.先增后減答案：A解析：φ減小意味著擴(kuò)散阻力相對(duì)反應(yīng)速率變小，η趨近1，故增大。1.10某精餾塔采用全凝器，塔頂蒸汽含苯0.95（摩爾分?jǐn)?shù)），冷凝液在泡點(diǎn)下回流。若塔頂壓力為101.3kPa，苯飽和蒸氣壓為116.9kPa，則回流液溫度約為A.79℃??B.81℃??C.83℃??D.85℃答案：B解析：根據(jù)拉烏爾定律，x=0.95，P=101.3kPa，p*=116.9kPa，則t由安托因方程反推得81℃。1.11在氣體輸送管道中，若雷諾數(shù)Re=1.2×10?，相對(duì)粗糙度ε/D=0.001，則摩擦因子λ約為A.0.018??B.0.020??C.0.022??D.0.024答案：C解析：采用Colebrook公式迭代，得λ≈0.022。1.12某反應(yīng)A+B→P，速率方程?rA=kCA2CB，若CA0=CB0=1mol/L，當(dāng)CA降至0.25mol/L時(shí)，反應(yīng)時(shí)間為A.3/(k)??B.4/(k)??C.5/(k)??D.6/(k)答案：D解析：二級(jí)反應(yīng)，積分得t=1/k[1/CA?1/CA0]=1/k(4?1)=3/k，但CB同時(shí)下降，需用1/(2k)[1/CA2?1/CA02]=6/k。1.13在板框壓濾機(jī)中，若過濾常數(shù)K=2×10??m2/s，濾餅不可壓縮，過濾壓力0.3MPa，則當(dāng)濾液體積達(dá)到0.5m3/m2時(shí)，過濾時(shí)間為A.6250s??B.7500s??C.8750s??D.10000s答案：A解析：恒壓過濾t=V2/(2K)=0.25/(2×2×10??)=6250s。1.14某萃取過程，分配系數(shù)K=2.5，若采用三級(jí)錯(cuò)流萃取，每級(jí)相比O/A=1，則總萃取率E為A.0.875??B.0.912??C.0.936??D.0.954答案：C解析：?jiǎn)渭?jí)萃取率=KO/(KO+1)=0.714，三級(jí)總萃余率=(1?0.714)3=0.023，E=1?0.023=0.977，但錯(cuò)流公式E=1?[1/(1+K)]3=0.936。1.15在氣體膜分離中，若膜對(duì)CO?/N?的選擇性α=35，進(jìn)料側(cè)CO?分壓為0.15bar，滲透?jìng)?cè)為0.01bar，則CO?滲透通量與N?滲透通量之比為A.35??B.525??C.750??D.875答案：B解析：通量比=α×(ΔpCO?/ΔpN?)=35×(0.15/0.01)=525。2.多選題（每題3分，共15分）2.1關(guān)于板式塔漏液現(xiàn)象，下列措施可有效抑制的是A.增大開孔率??B.降低堰高??C.提高氣速??D.減小板間距??E.增加堰長(zhǎng)答案：BCE解析：漏液因氣速過低或液層過薄，提高氣速、增加堰長(zhǎng)、降低堰高均可提高液層阻力，抑制漏液。2.2在噴霧干燥過程中，導(dǎo)致產(chǎn)品水分含量偏高的原因有A.進(jìn)風(fēng)溫度過高??B.霧化盤轉(zhuǎn)速過低??C.進(jìn)料速率過大??D.排風(fēng)濕度偏低??E.塔內(nèi)出現(xiàn)壁粘料答案：BCE解析：霧化差、進(jìn)料快、粘壁導(dǎo)致干燥時(shí)間不足，水分升高。2.3下列屬于非牛頓流體的是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：ABD解析：番茄醬、血液、高分子溶液均呈假塑性或觸變性。2.4關(guān)于固定床反應(yīng)器熱點(diǎn)溫度控制，可行的策略有A.分段進(jìn)料??B.惰性顆粒稀釋催化劑??C.提高入口溫度??D.殼程熔鹽冷卻??E.降低操作壓力答案：ABD解析：分段、稀釋、強(qiáng)化撤熱均可平抑熱點(diǎn)。2.5在離子交換操作中，影響樹脂工作交換容量的因素有A.再生劑用量??B.原水含鹽量??C.流速??D.樹脂交聯(lián)度??E.再生液溫度答案：ABCDE解析：再生度、泄漏、動(dòng)力學(xué)、擴(kuò)散、交聯(lián)結(jié)構(gòu)均影響容量。3.計(jì)算題（共55分）3.1精餾塔設(shè)計(jì)（12分）某連續(xù)精餾塔分離乙醇-水混合物，進(jìn)料F=100kmol/h，xF=0.25（乙醇摩爾分?jǐn)?shù)），飽和液體進(jìn)料，要求xD=0.85，xW=0.03，回流比R=3.0。平衡數(shù)據(jù)可用平均相對(duì)揮發(fā)度α=2.45。求：（1）最小回流比Rmin；（2）理論板數(shù)N；（3）若采用間接蒸汽加熱，再沸器熱負(fù)荷QR（kW）。已知：乙醇汽化潛熱r=38.6kJ/mol，水r=40.7kJ/mol，塔釜溫度取純水泡點(diǎn)100℃，混合潛熱按線性加和。解：（1）q線垂直，交平衡線于(xq,yq)=(0.25,0.45)，Rmin=(xD?yq)/(yq?xq)=(0.85?0.45)/(0.45?0.25)=2.0。（2）Gilliland關(guān)聯(lián)：X=(R?Rmin)/(R+1)=0.25，查圖得Y=0.45，N?Nmin/(N+1)=0.45，Nmin=ln[(xD/(1?xD))/((xW/(1?xW)))]/lnα?1=7.2，解得N=14.2→15塊（含再沸器）。（3）物料衡算：D=F(xF?xW)/(xD?xW)=27.1kmol/h，W=72.9kmol/h。塔釜液體平均潛熱rW=0.03×38.6+0.97×40.7=40.6kJ/mol，QR=V′rW=(R+1)D?F=3×27.1?100=11.3kmol/h，QR=11.3×40.6×1000/3600=127kW。3.2反應(yīng)器選型（10分）液相反應(yīng)A→P，k=0.15min?1，CA0=2mol/L，要求xA=0.97。（1）若采用PFR，求空時(shí)τ；（2）若采用CSTR，求τ；（3）若采用兩個(gè)等體積CSTR串聯(lián)，求總τ最小值。解：（1）PFR：τ=?ln(1?x)/k=?ln(0.03)/0.15=23.1min。（2）CSTR：τ=x/[k(1?x)]=0.97/(0.15×0.03)=215.6min。（3）兩級(jí)CSTR最優(yōu)中間轉(zhuǎn)化率x1=1?√(1?x)=0.83，τ1=0.83/(0.15×0.17)=32.5min，τ2=(0.97?0.83)/(0.15×0.03)=31.1min，總τ=63.6min。3.3換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化（10分）某過程兩股熱流：H1200→80℃，CP=3kW/℃；H2150→50℃，CP=2kW/℃。兩股冷流：C130→120℃，CP=2.5kW/℃；C260→140℃，CP=3kW/℃。最小允許溫差ΔTmin=10℃。（1）求最小熱公用工程QH,min與冷公用工程QC,min；（2）畫出夾點(diǎn)溫標(biāo)圖并標(biāo)出夾點(diǎn)溫度。解：（1）劃分溫區(qū)：熱端200→150→80→50，冷端140→120→60→30。shifted溫度：熱流降5℃，冷流升5℃。計(jì)算熱級(jí)聯(lián)：區(qū)1195–145℃：ΔH=(3+2)×50=250kW區(qū)2145–85℃：ΔH=3×60=180kW區(qū)385–45℃：ΔH=2×40=80kW冷流：區(qū)A145–125℃：2.5×20=50kW區(qū)B125–65℃：(2.5+3)×60=330kW區(qū)C65–25℃：3×40=120kW級(jí)聯(lián)：輸入QH=0，赤字?250，?430，?510；負(fù)值最大510→QH,min=510kW，QC,min=510?(250+180+80?50?330?120)=120kW。（2）夾點(diǎn)出現(xiàn)在熱流85℃、冷流75℃處。3.4萃取計(jì)算（8分）用純?nèi)軇㏒從水相中萃取醋酸，分配系數(shù)K=3.0，相比S/A=1.5，進(jìn)料醋酸濃度xF=0.15kg/kg。采用三級(jí)逆流萃取，求最終萃余相濃度xN及總萃取率。解：采用Kremser方程：A=KS/A=4.5，N=3，xN/x0=(A?1)/(A^(N+1)?1)=4.5/911≈0.00494，xN=0.15×0.00494=0.00074kg/kg，E=1?xN/xF=0.995。3.5干燥動(dòng)力學(xué)（8分）某濕物料初始含水率X1=0.45kg/kg干基，最終X2=0.08，臨界含水率Xc=0.12，平衡含水率Xe=0.02。干燥表面積A=0.8m2，干物料量Gs=8kg，恒速段速率Nc=0.8kg/(m2·h)。求總干燥時(shí)間。解：恒速段：ΔX1=0.45?0.12=0.33，t1=GsΔX1/(ANc)=8×0.33/(0.8×0.8)=4.125h。降速段：線性，N=Nc(X?Xe)/(Xc?Xe)，積分得t2=Gs(Xc?Xe)/(ANc)ln[(Xc?Xe)/(X2?Xe)]=8×0.1/(0.8×0.8)ln(0.1/0.06)=0.798h?？倀=4.92h。3.6過程控制（7分）某反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)采用PID，原參數(shù)Kc=2.5，τI=4min，τD=1min?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)響應(yīng)振蕩劇烈，測(cè)得衰減比0.25，周期Pu=8min。用Ziegler-Nichols閉環(huán)法整定，求新PID參數(shù)。解：衰減比0.25對(duì)應(yīng)Ku=2.5×(4/3)=3.33，Pu=8min。ZN整定：Kc=0.6Ku=2.0，τI=0.5Pu=4min，τD=0.125Pu=1min。因原τI、τD已匹配，主要降低Kc至2.0即可抑制振蕩。4.綜合分析題（共30分）4.1綠色工藝路線評(píng)估（15分）傳統(tǒng)苯酚生產(chǎn)采用異丙苯法，每t苯酚副產(chǎn)0.61t丙酮，流程長(zhǎng)、酸耗高。新路線：苯直接羥基化制苯酚，以N?O為氧化劑，F(xiàn)e-ZSM-5催化，單程轉(zhuǎn)化率25%，苯酚選擇性90%，未反應(yīng)苯循環(huán)。任務(wù)：（1）畫出兩種路線簡(jiǎn)化方塊流圖；（2）計(jì)算新路線每t苯酚理論苯耗、N?O耗；（3）從原子經(jīng)濟(jì)性、能耗、三廢角度對(duì)比優(yōu)劣；（4）指出新路線工程化瓶頸及解決思路。解：（1）略。（2）新路線：主反應(yīng)C?H?+N?O→C?H?OH+N?，分子量78→94，選擇性90%，則每t苯酚需苯=78/(94×0.9)=0.923t，N?O=44/(94×0.9)=0.