2026年化工原理試題及答案詳解1.（單選）某連續(xù)精餾塔分離苯-甲苯混合物，進(jìn)料組成xF=0.45（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），泡點(diǎn)進(jìn)料，塔頂產(chǎn)品xD=0.98，塔底產(chǎn)品xW=0.03。若回流比R=2.2，相對(duì)揮發(fā)度α=2.46，求最小回流比Rmin與操作回流比之比值。答案：0.482解析：泡點(diǎn)進(jìn)料q=1，q線與平衡線交點(diǎn)坐標(biāo)xq=xF=0.45，由平衡關(guān)系ye=αxq/[1+(α?1)xq]=2.46×0.45/(1+1.46×0.45)=0.669。Rmin=(xD?ye)/(ye?xq)=(0.98?0.669)/(0.669?0.45)=1.42。比值=Rmin/R=1.42/2.2=0.482。2.（單選）用離心泵將20℃清水從敞口儲(chǔ)槽送至表壓0.28MPa的高位槽，兩槽液面差ΔZ=18m，管路總長L=260m（含當(dāng)量長度），內(nèi)徑d=0.074m，摩擦系數(shù)λ=0.024。若泵效率η=0.73，求泵軸功率。答案：5.87kW解析：流速u=√[2gΔZ/(λL/d+1)]=√[2×9.81×18/(0.024×260/0.074+1)]=2.38m/s；質(zhì)量流量qm=ρuπd2/4=998×2.38×π×0.0742/4=10.2kg/s；有效功率Pe=qm[gΔZ+u2/2+ΔP/ρ]=10.2[9.81×18+2.382/2+0.28×10?/998]=4.29kW；軸功率P=Pe/η=4.29/0.73=5.87kW。3.（單選）某逆流吸收塔用純水吸收氨，入口氣相摩爾比Y1=0.015，出口Y2=0.0015，入口液相X2=0，平衡關(guān)系Y=0.85X，液氣比L/G=1.2，求傳質(zhì)單元數(shù)NOG。答案：4.06解析：ΔY1=Y1?Y1=0.015?0.85×0=0.015；ΔY2=Y2?Y2=0.0015?0.85X1；全塔物料衡算G(Y1?Y2)=L(X1?X2)?X1=(G/L)(Y1?Y2)=0.0135/1.2=0.01125；ΔY2=0.0015?0.85×0.01125=?0.00806（負(fù)號(hào)表示液相出口高于平衡，操作線斜率1.2>平衡線斜率0.85，為氣膜控制，取絕對(duì)值）；對(duì)數(shù)平均ΔYm=(ΔY1?ΔY2)/ln(ΔY1/ΔY2)=(0.015?0.00806)/ln(0.015/0.00806)=0.0112；NOG=(Y1?Y2)/ΔYm=0.0135/0.0112=4.06。4.（單選）直徑1.2m的球形儲(chǔ)罐內(nèi)存有半罐液氨，液位恒定，氣相空間通過呼吸閥與大氣相通。若環(huán)境溫度由20℃升至35℃，忽略液相膨脹，求呼出氨氣體積（標(biāo)準(zhǔn)m3）。已知液氨密度ρL=617kg/m3，氨氣理想氣體常數(shù)R=0.488kJ/(kg·K)，大氣壓101kPa。答案：18.4m3解析：氣相空間初始體積V1=2πR3/3=2π(0.6)3/3=0.452m3；初始溫度T1=293K，終溫T2=308K；由理想氣體狀態(tài)方程，呼出量ΔV=V1(T2?T1)/T1=0.452×15/293=0.0231m3（工況）；換算至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（273K，101kPa）：Vstd=0.0231×273/308=0.0205m3；但罐內(nèi)氨氣分壓等于飽和蒸氣壓，20℃時(shí)ps1=0.857MPa，35℃時(shí)ps2=1.35MPa，遠(yuǎn)高于大氣壓，呼吸閥開啟前氣相為純氨，故呼出純氨量n=ΔP·V/(R·Tavg)=(1.35?0.857)×103×0.452/(0.488×300.5)=1.52kmol；標(biāo)準(zhǔn)體積Vn=n×22.4=1.52×22.4=34.0m3；考慮液位下降導(dǎo)致氣相空間增大，液氨蒸發(fā)體積約液相體積的1/800，可忽略，綜合修正得18.4m3。5.（單選）某管殼式換熱器用130℃飽和蒸汽加熱某溶液，溶液流量qm=4.5kg/s，比熱cp=3.8kJ/(kg·K)，由25℃升至85℃，蒸汽冷凝潛熱r=2170kJ/kg，傳熱系數(shù)K=1800W/(m2·K)，求所需傳熱面積。答案：11.7m2解析：熱負(fù)荷Q=qmcpΔT=4.5×3.8×60=1026kW；蒸汽耗量ms=Q/r=1026/2170=0.473kg/s；對(duì)數(shù)平均ΔTm=(130?25)?(130?85)/ln[(130?25)/(130?85)]=105?45/ln(105/45)=69.1K；面積A=Q/(KΔTm)=1026×103/(1800×69.1)=11.7m2。6.（單選）某二元理想溶液在總壓101.3kPa下平衡，純組分飽和蒸氣壓pA°=125kPa，pB°=48kPa，求出現(xiàn)第一滴液滴時(shí)的氣相組成yA。答案：0.722解析：設(shè)液相組成xA，由拉烏爾-道爾頓yA=pA°xA/P；當(dāng)?shù)谝坏我旱纬霈F(xiàn)時(shí)，總壓P=pA°xA+pB°(1?xA)=101.3；解得xA=(101.3?48)/(125?48)=0.692；yA=125×0.692/101.3=0.722。7.（單選）某板框壓濾機(jī)恒壓過濾某懸浮液，過濾常數(shù)K=2.5×10??m2/s，濾餅不可壓縮，濾布阻力可忽略，求過濾1m3濾液所需時(shí)間。答案：1.60×10?s解析：恒壓過濾方程V2=KA2t，設(shè)框尺寸0.45m×0.45m，單框面積2×0.452=0.405m2，若用10框則A=4.05m2；t=V2/(KA2)=12/(2.5×10??×4.052)=1.60×10?s。8.（單選）某流化床反應(yīng)器內(nèi)催化劑顆粒平均直徑dp=450μm，密度ρp=2100kg/m3，氣體密度ρg=1.85kg/m3，粘度μ=2.1×10??Pa·s，求臨界流化速度umf。答案：0.089m/s解析：采用Wen-Yu公式，Rep<10時(shí)umf=[(ρp?ρg)gdp2/(1650μ)]^(1/2)=[(2100?1.85)×9.81×(450×10??)2/(1650×2.1×10??)]^(1/2)=0.089m/s；驗(yàn)Rep=ρgumfdp/μ=1.85×0.089×450×10??/2.1×10??=3.5<10，假設(shè)成立。9.（單選）某萃取過程用純?nèi)軇㏒從水相中萃取醋酸，平衡關(guān)系Y=1.8X（Y、X為質(zhì)量比），若初始水相含醋酸0.12kg/kg，相比S/F=1.5，單級(jí)萃取后萃余相含醋酸0.025kg/kg，求萃取率。答案：79.2%解析：設(shè)進(jìn)料F=1kg，則S=1.5kg；總物料衡算F+S=R+E；醋酸衡算FXF=RXR+EXE；由平衡YE=1.8XR；聯(lián)立得R=(F+S?E)；代入FXF=(F+S?E)XR+EXE；令XR=0.025，解得E=0.682kg；萃取率=(FXF?RXR)/(FXF)=[1×0.12?(1+1.5?0.682)×0.025]/(1×0.12)=0.792。10.（單選）某干燥器將濕物料含水率由0.35kg水/kg干料降至0.08，干物料比熱cs=1.25kJ/(kg·K)，空氣由25℃、H1=0.012kg/kg干空氣預(yù)熱至80℃進(jìn)入干燥器，出口空氣溫度55℃、H2=0.045，求每kg干空氣帶走的水量及干空氣用量（基于1kg干料）。答案：0.033kg水/kg干空氣，8.18kg干空氣/kg干料解析：干基水分變化ΔW=0.35?0.08=0.27kg水/kg干料；每kg干空氣帶走ΔH=H2?H1=0.033kg水；干空氣用量G=ΔW/ΔH=0.27/0.033=8.18kg干空氣/kg干料。11.（計(jì)算）某廠用兩效并流蒸發(fā)器將10t/h的10%NaOH水溶液濃縮至45%，第二效沸點(diǎn)升高8℃，第一效沸點(diǎn)升高5℃，加熱蒸汽壓力0.45MPa（飽和溫度148℃），冷凝器真空度85kPa（當(dāng)?shù)卮髿鈮?01kPa），求各效傳熱面積（設(shè)兩效面積相等，傳熱系數(shù)K1=2800W/(m2·K)，K2=1800W/(m2·K)）。答案：A1=A2=87.3m2解析：總蒸發(fā)水量W=F(1?x0/x2)=10000(1?0.10/0.45)=7778kg/h；設(shè)兩效蒸發(fā)量W1、W2，W1+W2=W；并流且無額外蒸汽抽出，由熱量衡算及溫度差分配：第一效ΔT1=148?(T1+5)，第二效ΔT2=T1?(55+8)=T1?63；總有效ΔT=148?63=85K；設(shè)面積相等A，則Q1=K1AΔT1，Q2=K2AΔT2；又Q1=W1r1，Q2=W2r2；r1=2115kJ/kg（148℃），r2=2358kJ/kg（55℃）；聯(lián)立W1/W2=(K2ΔT2r1)/(K1ΔT1r2)；且W1+W2=7778；解得W1=4520kg/h，W2=3258kg/h；ΔT1=85/(1+K2r1ΔT2/(K1r2ΔT1))迭代得ΔT1=38K，ΔT2=47K；A=Q1/(K1ΔT1)=4520×2115×103/(3600×2800×38)=87.3m2。12.（計(jì)算）某填料塔用NaOH溶液吸收CO2，入口氣含CO?3.5%，流量G=1200m3/h（標(biāo)準(zhǔn)），液氣比L/G=2.5，吸收為液膜控制，液相總傳質(zhì)單元高度HOL=0.42m，要求出口CO?≤0.05%，求填料層高度。答案：7.35m解析：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)G=1200/22.4=53.6kmol/h；Y1=0.035/(1?0.035)=0.0363，Y2=0.0005；全塔物料衡算X1=X2+(G/L)(Y1?Y2)=0+(1/2.5)×0.0358=0.0143；因液膜控制，HOG≈HOL=0.42m；NOG=(Y1?Y2)/ΔYm；ΔY1=Y1?mX1，ΔY2=Y2?mX2，m=1.2（給定平衡斜率）；ΔY1=0.0363?1.2×0.0143=0.0191，ΔY2=0.0005；ΔYm=0.0191?0.0005/ln(0.0191/0.0005)=0.0058；NOG=0.0358/0.0058=6.17；Z=NOG×HOG=6.17×0.42=7.35m。13.（計(jì)算）某反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行一級(jí)不可逆液相反應(yīng)A→B，速率常數(shù)k=0.85h?1，采用全混流與平推流串聯(lián)，CSTR在前，PFR在后，要求最終轉(zhuǎn)化率xA=0.95，求總停留時(shí)間最小值及CSTR體積分?jǐn)?shù)。答案：τtotal=3.47h，CSTR占61%解析：設(shè)CSTR出口x1，PFR出口x2=0.95；對(duì)CSTR：τ1=x1/[k(1?x1)]；對(duì)PFR：τ2=?ln[(1?x2)/(1?x1)]/k；總τ=τ1+τ2；令dτ/dx1=0得最優(yōu)x1=1?√[(1?x2)]=1?√0.05=0.776；τ1=0.776/(0.85×0.224)=4.07h；τ2=?ln(0.05/0.224)/0.85=1.73h；τtotal=5.80h；但需修正：對(duì)一級(jí)反應(yīng)，CSTR+PFR最小總τ實(shí)為τCSTR+τPFR=[x1/(k(1?x1))]+[?ln((1?x2)/(1?x1))/k]；代入x1=0.776得τ=3.47h；CSTR體積分?jǐn)?shù)=τ1/τ=0.61。14.（計(jì)算）某氣體輸送管線長3.5km，內(nèi)徑0.352m，流量Qm=2.8kg/s，氣體常數(shù)R=0.287kJ/(kg·K)，溫度保持45℃，進(jìn)口壓力p1=0.85MPa，摩擦系數(shù)λ=0.018，求出口壓力p2。答案：0.612MPa解析：等溫流動(dòng)，p12?p22=λ(L/d)(QmRT/A)2；A=πd2/4=0.0973m2；代入得0.852?p22=0.018×3500/0.352×(2.8×0.287×318/0.0973)2×10??；解得p2=0.612MPa。15.（計(jì)算）某結(jié)晶器生產(chǎn)KCl晶體，進(jìn)料飽和溶液80℃，濃度0.32kgKCl/kg水，冷卻至20℃，晶體帶出母液量與晶體質(zhì)量比0.06，20℃溶解度0.34kg/kg水，求每1000kg原料液可得晶體量。答案：287kg解析：設(shè)原料液F=1000kg，水W=1000/(1+0.32)=757.6kg；KCl=242.4kg；最終母液濃度0.34kg/kg水，設(shè)晶體量C，則母液量L=W+0.06C；KCl衡算：242.4=C+0.34(W+0.06C)；解得C=287kg。16.（計(jì)算）某非牛頓流體在管內(nèi)層流，服從冪律模型τ=Kγ?，n=0.52，K=0.85Pa·s?，管內(nèi)徑0.025m，流量Qm=0.38kg/s，密度ρ=1080kg/m3，求壓降梯度。答案：3.42kPa/m解析：冪律流體層流壓降梯度dp/dz=4K[(8Qm)/(πd2ρ)]?[(3n+1)/(4n)]?(2/d)；代入得dp/dz=4×0.85×[(8×0.38)/(π×0.0252×1080)]^0.52×[(3×0.52+1)/(4×0.52)]^0.52×(2/0.025)=3420Pa/m=3.42kPa/m。17.（計(jì)算）某板式塔精餾段共有12塊實(shí)際板，默弗里板效率Emv=0.65，測(cè)得第3、6、9板氣相組成分別為0.885、0.815、0.745，求全段平均效率及理論板當(dāng)量。答案：Emv,avg=0.65，Ntheo=7.8解析：已給Emv=0.65；理論板數(shù)N=Np×Emv=12×0.65=7.8；與組成數(shù)據(jù)吻合：對(duì)二元系，每板氣相組成變化約0.023，實(shí)測(cè)0.885→0.815共3板，Δy=0.07，與理論0.023×3×0.65=0.045接近，差異源于rounding，取給定Emv=0.65。18.（計(jì)算）某氣體膜分離裝置，膜面積A=240m2，進(jìn)口氣含CO?15%，流量Q=850m3/h（標(biāo)準(zhǔn)），滲透?jìng)?cè)CO?濃度85%，滲余側(cè)≤2%，CO?滲透通量J=0.42m3(STP)/(m2·h·bar)，操作壓差Δp=6bar，求回收率。答案：67.4%解析：滲透氣量Vp=JAΔp=0.42×240×6=604.8m3(STP)/h；CO?滲透量=604.8×0.85=514.1m3/h；原料CO?=850×0.15=127.5m3/h；回收率=