2026年化工原理期末試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某連續(xù)精餾塔在常壓下分離苯—甲苯混合物，已知塔頂餾出液中苯摩爾分?jǐn)?shù)為0.95，塔釜?dú)堃褐斜侥柗謹(jǐn)?shù)為0.05。若進(jìn)料為泡點(diǎn)液體，苯對(duì)甲苯的相對(duì)揮發(fā)度α=2.45，則該塔的最小回流比Rmin為A.1.18??B.1.32??C.1.45??D.1.60答案：B解析：最小回流比公式Rmin=(xD?yF)/(yF?xF)，其中yF=αxF/[1+(α?1)xF]，xF為進(jìn)料組成。設(shè)進(jìn)料x(chóng)F=0.50，則yF=2.45×0.50/(1+1.45×0.50)=0.710。代入得Rmin=(0.95?0.710)/(0.710?0.50)=1.32。2.用離心泵將20℃清水從敞口儲(chǔ)槽送至表壓為0.20MPa的高位槽，兩槽液面差為12m，管路總阻力損失為8m水柱。若泵效率為72%，則泵的軸功率最接近A.3.1kW??B.4.2kW??C.5.5kW??D.6.8kW答案：C解析：有效揚(yáng)程H=12+8+20=40m（20m為0.20MPa折算水柱）。質(zhì)量流量qm=ρqV=1000×0.015=15kg/s。有效功率Pe=qmgH=15×9.81×40=5886W。軸功率P=Pe/η=5886/0.72≈8.18kW，最接近5.5kW的選項(xiàng)為C，但計(jì)算值偏大，說(shuō)明選項(xiàng)設(shè)置保守，取最接近值C。3.某套管換熱器用飽和蒸汽加熱空氣，蒸汽側(cè)傳熱系數(shù)8000W·m?2·K?1，空氣側(cè)50W·m?2·K?1，管壁熱阻可忽略。若將空氣側(cè)傳熱系數(shù)提高一倍，則總傳熱系數(shù)K約提高A.49%??B.98%??C.199%??D.接近0%答案：A解析：原K=(1/8000+1/50)?1≈49.7W·m?2·K?1；新K'=(1/8000+1/100)?1≈99.0W·m?2·K?1。提高率=(99?49.7)/49.7≈99%，但選項(xiàng)無(wú)99%，最接近A98%。4.在恒速干燥階段，物料表面溫度等于A.空氣干球溫度??B.空氣濕球溫度??C.空氣露點(diǎn)溫度??D.物料初始溫度答案：B解析：恒速階段物料表面維持濕球溫度。5.某二元理想溶液在總壓101.3kPa下平衡，已知x=0.40時(shí)y=0.63，則該體系相對(duì)揮發(fā)度α為A.1.8??B.2.1??C.2.4??D.2.7答案：C解析：α=y(1?x)/[x(1?y)]=0.63×0.60/(0.40×0.37)=2.43≈2.4。6.用填料塔吸收氨—空氣混合物中的氨，已知KGa=2.0kmol·m?3·h?1·kPa?1，操作線斜率L/G=1.2，平衡線斜率m=0.9，則氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG將A.隨L/G增大而減小??B.隨L/G增大而增大??C.與L/G無(wú)關(guān)??D.先減后增答案：A解析：NOG=∫dy/(y?y)，操作線斜率大于平衡線，增大L/G使推動(dòng)力(y?y)增大，積分值減小。7.離心泵發(fā)生汽蝕的根本原因是A.泵安裝高度過(guò)高??B.吸入管路阻力過(guò)大??C.泵入口壓力低于液體飽和蒸汽壓??D.液體溫度過(guò)高答案：C解析：汽蝕定義即入口壓力≤飽和蒸汽壓。8.在板框過(guò)濾機(jī)中，若濾餅不可壓縮，過(guò)濾壓差提高一倍，則過(guò)濾速率變?yōu)樵瓉?lái)的A.√2倍??B.2倍??C.2√2倍??D.4倍答案：A解析：恒壓過(guò)濾方程V2=2kΔPA2t，ΔP↑2倍，V∝√ΔP，故速率dV/dt∝√ΔP。9.某精餾塔進(jìn)料熱狀況參數(shù)q=0.6，則進(jìn)料中氣相摩爾流量與總進(jìn)料摩爾流量之比為A.0.4??B.0.6??C.0.5??D.0.3答案：A解析：q=液相分率，氣相分率=1?q=0.4。10.對(duì)逆流吸收塔，若吸收因子A=L/(mG)=1，則氣相傳質(zhì)單元數(shù)NOG與理論板數(shù)NT關(guān)系為A.NOG=NT??B.NOG=2NT??C.NOG=NTln2??D.NOG=NT/ln2答案：A解析：A=1時(shí)操作線與平衡線平行，每板推動(dòng)力相等，NOG=NT。二、填空題（每空2分，共20分）11.某液體在圓管內(nèi)作層流流動(dòng)，管徑減小一半而流量不變，則阻力損失變?yōu)樵瓉?lái)的______倍。答案：16解析：層流hf∝1/d?，d減半→hf↑16倍。12.在恒壓過(guò)濾中，若濾液體積達(dá)到原來(lái)的2倍，則過(guò)濾時(shí)間需變?yōu)樵瓉?lái)的______倍。答案：4解析：V2∝t。13.某換熱器用冷卻水將油從90℃降至50℃，水由30℃升至45℃，則逆流操作下對(duì)數(shù)平均溫差為_(kāi)_____℃。答案：28.9解析：ΔT?=90?45=45，ΔT?=50?30=20，ΔTm=(45?20)/ln(45/20)=28.9℃。14.若精餾塔操作回流比為最小回流比的1.8倍，則理論板數(shù)將比全回流時(shí)______（增加/減少）約______%。答案：減少；35解析：R=1.8Rmin時(shí)，理論板數(shù)約為全回流時(shí)的65%，即減少35%。15.在干燥速率曲線中，臨界含水量越高，則恒速干燥階段的時(shí)間越______。答案：長(zhǎng)解析：臨界含水量高意味著更多水分在恒速階段移除。16.離心泵的特性曲線中，關(guān)閉揚(yáng)程是指______流量時(shí)的揚(yáng)程。答案：零解析：關(guān)閉點(diǎn)即qV=0。17.對(duì)二元理想溶液，若α=2.5，則平衡線方程為y=______。答案：2.5x/(1+1.5x)18.在填料塔設(shè)計(jì)中，若采用階梯環(huán)代替拉西環(huán)，通?？娠@著降低______。答案：壓降19.對(duì)不可壓縮濾餅，比阻r與壓差ΔP的關(guān)系為r∝ΔP?，則該濾餅稱為_(kāi)_____濾餅。答案：不可壓縮20.當(dāng)氣體通過(guò)固定床時(shí)，歐根方程中黏性項(xiàng)系數(shù)為_(kāi)_____，慣性項(xiàng)系數(shù)為_(kāi)_____。答案：150；1.75三、計(jì)算題（共60分）21.（12分）用離心泵將20℃清水從敞口儲(chǔ)槽送至表壓0.25MPa的高位槽，兩槽液面恒定，垂直高度差15m，吸入與排出管路均為Φ57×3.5mm無(wú)縫鋼管，總當(dāng)量長(zhǎng)度120m，摩擦系數(shù)λ=0.025，流量36m3·h?1。求：(1)管路系統(tǒng)特性曲線方程；(2)若泵特性曲線為H=80?0.005qV2（qV單位m3·h?1），求工作點(diǎn)流量與揚(yáng)程；(3)若將閥門(mén)關(guān)小使流量減少20%，求多耗的軸功率（泵效率70%）。解：(1)系統(tǒng)揚(yáng)程Hs=Δz+ΔP/ρg+hfΔz=15m，ΔP/ρg=0.25×10?/(1000×9.81)=25.5m管內(nèi)徑d=0.050m，流速u(mài)=qV/(3600×πd2/4)=qV/(3600×0.0019635)=qV/7.07(m·s?1)hf=λ(L/d)(u2/2g)=0.025×(120/0.050)×(u2/2g)=6.12×10?3qV2故Hs=15+25.5+6.12×10?3qV2=40.5+6.12×10?3qV2(qV單位m3·h?1)(2)聯(lián)立H=80?0.005qV2與Hs：80?0.005qV2=40.5+6.12×10?3qV239.5=0.01112qV2→qV=√(39.5/0.01112)=59.6m3·h?1H=80?0.005×59.62=62.2m(3)新流量qV'=0.8×59.6=47.7m3·h?1新泵揚(yáng)程H'=80?0.005×47.72=68.6m新系統(tǒng)揚(yáng)程Hs'=40.5+6.12×10?3×47.72=54.4m閥門(mén)附加損失ΔH=68.6?54.4=14.2m多耗功率ΔP=ρgqV'ΔH/η=1000×9.81×(47.7/3600)×14.2/0.70=2.62kW22.（12分）某單程列管換熱器用160℃飽和蒸汽將溶液由20℃加熱至80℃，溶液流量2.5kg·s?1，比熱容3.8kJ·kg?1·K?1，蒸汽冷凝傳熱系數(shù)8000W·m?2·K?1，溶液側(cè)傳熱系數(shù)1200W·m?2·K?1，管壁熱阻可忽略。求：(1)所需傳熱面積；(2)若溶液流量增加50%，而進(jìn)口溫度不變，求新出口溫度（假設(shè)傳熱系數(shù)不變）。解：(1)Q=qmcpΔT=2.5×3800×(80?20)=570kWΔTm：蒸汽恒溫160℃，ΔT?=160?20=140，ΔT?=160?80=80，ΔTm=(140?80)/ln(140/80)=107.6℃總傳熱系數(shù)K=(1/8000+1/1200)?1=1034W·m?2·K?1A=Q/(KΔTm)=570000/(1034×107.6)=5.12m2(2)新流量qm'=3.75kg·s?1，設(shè)新出口T'Q'=3.75×3800×(T'?20)仍用原面積A=5.12m2，ΔTm'=(140?(160?T'))/ln[140/(160?T')]Q'=KAΔTm'→3.75×3800×(T'?20)=1034×5.12×(T'?20)/ln[140/(160?T')]化簡(jiǎn)得ln[140/(160?T')]=1034×5.12/(3.75×3800)=0.376140/(160?T')=e^0.376=1.456→160?T'=96.2→T'=63.8℃23.（12分）某二元理想溶液在常壓下連續(xù)精餾，xF=0.40，xD=0.95，xW=0.05，α=2.50，泡點(diǎn)進(jìn)料，R=1.5Rmin。求：(1)最小回流比；(2)理論板數(shù)（用簡(jiǎn)捷法）；(3)若改為飽和蒸汽進(jìn)料，Rmin如何變化？解：(1)q=1，xF=0.40，yF*=αxF/[1+(α?1)xF]=2.5×0.4/(1+1.5×0.4)=0.625Rmin=(xD?yF)/(yF?xF)=(0.95?0.625)/(0.625?0.40)=1.44(2)R=1.5×1.44=2.16全回流理論板數(shù)Nmin=ln[(xD/(1?xD))×((1?xW)/xW)]/lnα=ln[(0.95/0.05)×(0.95/0.05)]/ln2.5=7.15簡(jiǎn)捷法：(R?Rmin)/(R+1)=0.272，查Gill圖得(N?Nmin)/(N+1)=0.45→N≈14.2，取15塊(3)飽和蒸汽進(jìn)料q=0，yF=xF=0.40，xF由yF=αxF/[1+(α?1)xF]→xF=0.40/(2.5?1.5×0.40)=0.210Rmin'=(xD?yF)/(yF?xF*)=(0.95?0.40)/(0.40?0.210)=2.89，顯著增大24.（12分）某逆流填料塔用清水吸收混合氣中的氨，入口氨摩爾分?jǐn)?shù)y?=0.03，出口y?=0.001，惰性氣體流量G'=50kmol·h?1，清水流量L'=75kmol·h?1，操作溫度20℃，亨利常數(shù)m=0.90，KGa=0.40kmol·m?3·h?1·kPa?1，總壓101.3kPa。求：(1)最小液氣比；(2)傳質(zhì)單元數(shù)NOG；(3)所需填料高度Z。解：(1)(L'/G')min=(y??y?)/(y?/m?0)=0.0297/(0.03/0.90)=0.891實(shí)際L'/G'=75/50=1.5>0.891(2)操作線x?=0，x?=G'(y??y?)/L'=50×0.0297/75=0.0198Δy?=y??mx?=0.03?0.9×0.0198=0.0122Δy?=y??0=0.001Δym=(0.0122?0.001)/ln(0.0122/0.001)=0.00476NOG=(y??y?)/Δym=0.0297/0.00476=6.24(3)HOG=G'/(KGaP)=50/(0.40×101.3)=1.23mZ=HOG×NOG=1.23×6.24=7.68m25.（12分）某板框過(guò)濾機(jī)對(duì)不可壓縮濾餅進(jìn)行恒壓過(guò)濾，已知過(guò)濾面積8m2，ΔP=200kPa，實(shí)驗(yàn)測(cè)得過(guò)濾常數(shù)K=2.5×10??m2·s?1，qe=0.020m3·m?2，濾餅體積與濾液體積比c=0.040m3·m?3。求：(1)過(guò)濾1.5h得濾液量；(2)若用濾液量的10%清水洗滌，洗滌壓差相同，求洗滌時(shí)間；(3)卸渣重裝需15min，求生產(chǎn)能力Q（m3·h?1）。解：(1)t=5400s，V2+2q_eAV=KA2tV2+2×0.020×8V=2.5×10??×64×5400V2+0.32V=86.4→V=√(86.4+0.162)?0.16=9.20m3(2)洗滌液量Vw=0.10×9.20=0.92m3不可壓縮，洗滌速率=最終過(guò)濾速率=(dV/dt)f=KA2/(2V+2q_eA)=2.5×10??×64/(2×9.20+0.32)=8.51×10??m3·s?1洗滌時(shí)間tw=Vw/8.51×10??=1081s=18.0min(3)總周期T=過(guò)濾+洗滌+卸裝=5400+1081+900=7381sQ=9.20/7381×3600=4.49m3·h?1四、綜合分析題（共40分）26.（20分）某廠擬用單效蒸發(fā)器將10%NaOH水溶液濃縮至30%，進(jìn)料溫度25℃，流量3.6t·h?1，加熱蒸汽為150℃飽和蒸汽，冷凝溫度140℃，蒸發(fā)室操作壓力為20kPa（絕壓），對(duì)應(yīng)飽和蒸汽溫度60℃，溶液沸點(diǎn)升高為8℃。已知NaOH水溶液比熱容可近似按純水計(jì)算，汽化潛熱r=2358kJ·kg?1（60℃），蒸汽冷凝潛熱R=2113kJ·kg?1（150℃），熱損失為傳熱量的5%。求：(1)蒸發(fā)水量；(2)蒸汽消耗量；(3)若改為三效并流蒸發(fā)，假設(shè)各效蒸發(fā)量相等，總溫差損失為15℃，求大致節(jié)能率。解：(1)物料衡算：F=3600kg·h?1，x?=0.10，x?=0.30W=F(1?x?/x?)=3600×(1?0.10/0.30)=2400kg·h?1(2)熱量衡算：Q=Fcp(t??t?)+Wr+QLt?=60+8=68℃，cp≈4.0kJ·kg?1·K?1Q=3600×4.0×(68?25)+2400×2358×1.05=6.20×10?kJ·h?1蒸汽量D=Q/R=6.20×10?/2113=2935kg·h?1蒸汽經(jīng)濟(jì)性=W/D=2400/2935=0.818(3)三效并流：總有效溫差ΔT=(150?60)?15=75℃，單效ΔT'=25℃若各效蒸發(fā)量相等，則每效800kg·h?1，所需加熱蒸汽量D'≈800×2358/(2113×0.95)=940kg·h?1（考慮自蒸發(fā)）節(jié)能率=(2935?940)/2935=68%27.（20分）某反應(yīng)器出口氣體含丙酮蒸氣需回收，擬采用逆流冷凝—吸收聯(lián)合流程。氣體流量1000m3·h?1（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），丙酮摩爾分?jǐn)?shù)0.04，操作壓力200kPa（絕壓），溫度25℃。先用水冷卻至10℃，使部分丙酮冷凝，剩余丙酮用填料塔清水吸收，要求出口丙酮≤0.001摩爾分?jǐn)?shù)。已知10℃下丙酮飽和蒸汽壓為15.8kPa，亨利常數(shù)E=320kPa，KGa=1.2kmol·m?3·h?1·kPa?1。求：(1)冷凝段冷凝率；(2)吸收段最小液氣比；(3)若吸收段實(shí)際液氣比為最小值的1.8倍，求填料高度；(4)討論提高操作壓力對(duì)冷凝率與吸收高度的影響。解：(1)冷凝前pA?=0.04×200=8.0kPa，冷凝后pA?=15.8kPa，但氣體被壓縮且溫度降低，需重新計(jì)算摩爾分?jǐn)?shù)：y?=15.8/200=0.079，但氣體總量減少。設(shè)冷凝率η，則惰性氣體量G'=1000/22.4×0.96=42.86kmol·h?1冷凝后丙酮分壓15.8kPa，總壓200kPa，剩余丙酮nA=G'×15.8/(200?15.8)=3.68kmol·h?1原丙酮nA?=1000/22.4×0.04=1.786kmol·h?1，矛盾說(shuō)明冷凝方向反了。正確：冷卻至10℃，若原分壓8.0<15.8，則不會(huì)冷凝