化工基礎(chǔ)考試題及答案1.（單選）在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合液，進(jìn)料量為100kmol·h?1，苯摩爾分?jǐn)?shù)0.40，泡點(diǎn)進(jìn)料。塔頂產(chǎn)品苯摩爾分?jǐn)?shù)0.97，塔釜苯摩爾分?jǐn)?shù)0.03。若回流比取最小回流比的1.35倍，求塔頂冷凝器熱負(fù)荷（kW）。已知苯汽化潛熱r=393kJ·kg?1，甲苯r=363kJ·kg?1，塔頂溫度82℃，苯、甲苯摩爾質(zhì)量78、92g·mol?1。答案：2.18×10?kW解析：①全塔物料衡算：F=D+W，F(xiàn)xF=DxD+WxW，解得D=38.3kmol·h?1，W=61.7kmol·h?1。②q線方程：xF=0.40，泡點(diǎn)進(jìn)料q=1，q線垂直x=0.40。③平衡線：苯-甲苯相對揮發(fā)度α=2.46，y=αx/[1+(α-1)x]。④最小回流比：Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=1.19，R=1.35×1.19=1.61。⑤塔頂蒸氣量：V=(R+1)D=2.61×38.3=100kmol·h?1。⑥塔頂蒸氣平均摩爾質(zhì)量：yD=0.97，M=0.97×78+0.03×92=78.4g·mol?1。⑦平均汽化潛熱：r=0.97×393+0.03×363=392kJ·kg?1。⑧熱負(fù)荷：Q=V·M·r/3600=100×78.4×392/3600=2.18×10?kW。2.（單選）某二級不可逆反應(yīng)A→P，速率方程?rA=kcA2，在等溫間歇反應(yīng)器中反應(yīng)至轉(zhuǎn)化率0.90需30min。若改用等溫PFR，空時τ=30min，求出口轉(zhuǎn)化率。答案：0.90解析：間歇反應(yīng)器積分式：t=1/k(1/cA0?1/cA)，得k=1/cA0·t·(1/(1?X)?1)=1/cA0·30·(1/0.1?1)=0.3/cA0。PFR設(shè)計方程：τ=cA0∫??dX/(?rA)=cA0∫??dX/(kcA02(1?X)2)=1/(kcA0)·X/(1?X)，代入k得τ=1/(0.3/cA0)·cA0·X/(1?X)=3.33X/(1?X)=30min，解得X=0.90。兩者一致，因反應(yīng)級數(shù)相同且空時等于間歇時間。3.（單選）用冷卻水將150℃的某有機(jī)蒸氣冷凝并過冷至40℃，蒸氣流量2.5t·h?1，汽化潛熱400kJ·kg?1，比熱容2.1kJ·kg?1·K?1。冷卻水入口20℃，出口30℃，求所需冷卻水量（t·h?1）。答案：37.5解析：熱負(fù)荷分兩段：①冷凝段Q1=m·r=2500×400=1.0×10?kJ·h?1；②過冷段Q2=m·cp·ΔT=2500×2.1×(150?40)=5.78×10?kJ·h?1；總Q=1.578×10?kJ·h?1。冷卻水Δt=10℃，cp=4.18kJ·kg?1·K?1，m水=Q/(cp·Δt)=1.578×10?/(4.18×10)=3.75×10?kg·h?1=37.5t·h?1。4.（單選）某氣體混合物含CO?30%（體積），用30℃純水逆流吸收，塔底出口液相CO?摩爾分?jǐn)?shù)0.005。已知亨利常數(shù)E=1.88×10?kPa，總壓120kPa，求液相最大可能濃度（摩爾分?jǐn)?shù)）。答案：0.0064解析：平衡關(guān)系p=Ex，氣相CO?分壓p=0.30×120=36kPa，最大液相濃度x*=p/E=36/(1.88×10?)=1.91×10??，但題目問“最大可能濃度”指與入口氣相平衡，故xmax=0.30×120/(1.88×10?)=0.0064。5.（單選）某離心泵輸水，額定流量50m3·h?1，揚(yáng)程30m，效率72%。若改用輸送密度850kg·m?3油品，流量不變，揚(yáng)程降為28m，求軸功率（kW）。答案：4.55解析：泵理論揚(yáng)程與密度無關(guān)，但管路阻力與密度無關(guān)，實(shí)際揚(yáng)程下降因粘度影響。題目給出新?lián)P程28m，直接計算：P=ρgQH/η=850×9.81×(50/3600)×28/0.72=4.55kW。6.（單選）在BET法測催化劑比表面積實(shí)驗(yàn)中，N?分子截面積0.162nm2，某樣品在p/p?=0.20時吸附量2.5cm3(STP)·g?1，單層飽和吸附量Vm=3.8cm3(STP)·g?1，求比表面積（m2·g?1）。答案：16.7解析：BET公式：S=Vm·N?·σ/(22400·w)，其中N?=6.022×1023，σ=0.162×10?1?m2，w=1g，代入得S=3.8×6.022×1023×0.162×10?1?/(22400×1)=16.7m2·g?1。7.（單選）某管殼式換熱器用飽和蒸汽加熱空氣，空氣走管程，流量1.2kg·s?1，比熱容1.0kJ·kg?1·K?1，進(jìn)口20℃，要求出口80℃。蒸汽冷凝溫度120℃，總傳熱系數(shù)80W·m?2·K?1，求所需換熱面積（m2）。答案：18.0解析：ΔTlm=(120?20?(120?80))/ln[(120?20)/(120?80)]=65.5℃，Q=m·cp·ΔT=1.2×1000×60=72kW，A=Q/(K·ΔTlm)=72000/(80×65.5)=18.0m2。8.（單選）某反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行氣相反應(yīng)A?B，Kp=0.25，原料含A50%、惰性氣50%，總壓200kPa，求平衡轉(zhuǎn)化率。答案：0.50解析：設(shè)轉(zhuǎn)化率為X，A分壓pA=(0.5?0.5X)·200/(1?0.5X+0.5X+0.5)=100(1?X)/(1.5?0.5X)，B分壓pB=100X/(1.5?0.5X)，Kp=pB/pA=0.25，解得X=0.50。9.（單選）某液體在圓管內(nèi)湍流流動，管徑25mm，流速1.5m·s?1，密度800kg·m?3，粘度0.5mPa·s，求單位管長壓降（kPa·m?1）。答案：2.88解析：Re=ρud/μ=800×1.5×0.025/0.0005=6.0×10?，湍流，Blasius公式λ=0.3164/Re^0.25=0.020，Δp/L=λ·ρ·u2/(2d)=0.020×800×1.52/(2×0.025)=2.88kPa·m?1。10.（單選）某萃取過程用純?nèi)軇㏒從水相中萃取醋酸，分配系數(shù)K=2.5（質(zhì)量比），水相流量100kg·h?1，醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15，要求萃余相醋酸≤0.02，求最小溶劑用量（kg·h?1）。答案：280解析：最小溶劑對應(yīng)平衡級數(shù)無限，設(shè)萃取相醋酸質(zhì)量比Y，萃余相X?=0.02/(1?0.02)=0.0204，原料X?=0.15/(1?0.15)=0.176，平衡Y=KX?=2.5×0.0204=0.051，物料衡算：Smin(Y?0)=F(X??X?)，Smin=100×(0.176?0.0204)/0.051=280kg·h?1。11.（計算）某工廠擬用填料塔吸收尾氣中NH?，氣量1800m3·h?1（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），NH?體積分?jǐn)?shù)1.5%，要求吸收率≥98%，吸收劑為清水，溫度25℃，亨利常數(shù)E=0.76kPa·m3·mol?1，操作液氣比為最小液氣比的1.4倍，填料比表面積210m2·m?3，體積總傳質(zhì)系數(shù)KGa=0.85kmol·m?3·h?1·kPa?1，求所需填料高度（m）。答案：6.42解析：①入口y?=0.015，出口y?=0.015×(1?0.98)=0.0003，G=1800/22.4=80.4kmol·h?1，G′=G(1?y?)=79.2kmol·h?1。②最小液氣比：(L/G)min=(y??y?)/(y?/E?0)=E(1?y?/y?)=0.76×(1?0.0003/0.015)=0.745kmol·m?3，L/G=1.4×0.745=1.043，L=1.043×79.2=82.6kmol·h?1。③操作線：y=y?+(L/G)(x?x?)，x?=0，x?=(y??y?)/(L/G)=0.0141。④傳質(zhì)單元數(shù)：NOG=∫y?^y?dy/(y?y)，y=Ex，代入操作線得y=E(y?y?)/(L/G)，積分得NOG=ln[(y??y?)/(y??y?)]/(1?E/(L/G))，y?=0，y?*=0.76×0.0141=0.0107，NOG=ln[(0.015?0.0107)/0.0003]/(1?0.76/1.043)=6.42。⑤傳質(zhì)單元高度：HOG=G′/(KGa·P)=79.2/(0.85×101.3)=0.92m，Z=HOG·NOG=0.92×6.42=6.42m。12.（計算）某均相催化反應(yīng)A+B→P，實(shí)驗(yàn)測得速率方程r=kCACB，k=0.75m3·kmol?1·min?1，進(jìn)料CA0=CB0=1.5kmol·m?3，要求在CSTR中達(dá)到轉(zhuǎn)化率0.85，求所需空時τ（min）。答案：7.56解析：CSTR設(shè)計方程：τ=X/(kCA0(1?X)2)=0.85/(0.75×1.5×(1?0.85)2)=7.56min。13.（計算）某懸浮液用板框壓濾機(jī)恒壓過濾，濾餅不可壓縮，過濾常數(shù)K=2.5×10??m2·s?1，濾布阻力可忽略，濾框容積0.80m3，濾餅體積分?jǐn)?shù)0.25，求充滿濾框所需時間（min）。答案：21.3解析：恒壓過濾V2=KA2t，濾框充滿時濾餅體積0.80m3，濾液體積V=0.80/0.25=3.2m3，過濾面積A=2×框面積，設(shè)框尺寸0.5×0.5m，n框，則A=2×0.5×0.5×n=0.5n，濾框厚度0.05m，總?cè)莘e0.5×0.5×0.05×n=0.80，n=64，A=32m2，t=V2/(KA2)=3.22/(2.5×10??×322)=1280s=21.3min。14.（計算）某二元理想溶液在常壓下閃蒸，進(jìn)料100kmol·h?1，苯摩爾分?jǐn)?shù)0.50，閃蒸溫度95℃，已知95℃下苯飽和蒸壓pA°=157.1kPa，甲苯pB°=63.3kPa，求氣相分率及兩相組成。答案：氣相分率0.412，y=0.685，x=0.348解析：設(shè)液相分率L，氣相V=1?L，平衡關(guān)系yA=αxA/[1+(α?1)xA]，α=pA°/pB°=2.48，總壓P=101.3kPa，xA=yA·P/pA°，聯(lián)立物料衡算FzF=LxA+VyA，解得L=0.588，V=0.412，xA=0.348，yA=0.685。15.（計算）某氣體輸送管路長2.5km，內(nèi)徑150mm，流量0.8m3·s?1，密度1.2kg·m?3，粘度1.8×10??Pa·s，管壁粗糙度0.05mm，求風(fēng)機(jī)需提供壓頭（kPa）。答案：4.12解析：u=Q/A=0.8/(π×0.0752)=45.3m·s?1，Re=ρud/μ=1.2×45.3×0.15/1.8×10??=4.54×10?，Colebrook公式迭代得λ=0.017，Δp=λ·L/d·ρu2/2=0.017×2500/0.15×1.2×45.32/2=4.12kPa。16.（計算）某干燥器將濕物料從含水率0.40降至0.05（干基），處理量500kg濕料·h?1，空氣入口濕度0.01kg·kg?1干空氣，出口0.03，求干空氣用量（kg·h?1）。答案：6125解析：干物料量Gs=500/(1+0.40)=357kg干料·h?1，干基水分：X?=0.40，X?=0.05，水分蒸發(fā)W=Gs(X??X?)=357×0.35=125kg·h?1，空氣用量L=W/(H??H?)=125/(0.03?0.01)=6125kg干空氣·h?1。17.（計算）某反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行零級反應(yīng)A→P，k=0.25kmol·m?3·h?1，進(jìn)料濃度2.0kmol·m?3，流量5m3·h?1，求CSTR與PFR串聯(lián)（CSTR在前）使出口濃度降至0.20kmol·m?3所需總體積（m3）。答案：36.0解析：零級反應(yīng)速率與濃度無關(guān)，CSTR：τ?=(CA0?CA1)/k，PFR：τ?=(CA1?CA2)/k，總τ=(CA0?CA2)/k=(2.0?0.2)/0.25=7.2h，體積V=τ·Q=7.2×5=36m3。18.（計算）某結(jié)晶器生產(chǎn)硫酸銨晶體，產(chǎn)量1.2t·h?1，母液出口濃度0.45kg鹽·kg水，原料液濃度0.25，求需蒸發(fā)水量（kg·h?1）。答案：1333解析：設(shè)蒸發(fā)水量W，原料液F，鹽衡算：F×0.25=1200+(F?W)×0.45，水衡算：F(1?0.25)=W+(F?W)(1?0.45)，解得W=1333kg·h?1。19.（計算）某氣體膜分離裝置，CO?/N?選擇性α=35，原料CO?體積分?jǐn)?shù)20%，滲透側(cè)壓力10kPa，原料側(cè)800kPa，求滲透氣CO?濃度（體積分?jǐn)?shù)）。答案：0.895解析：膜分離理想級聯(lián)模型，y=αx/(1+(α?1)x)，x=0.20，y=35×0.20/(1+34×0.20)=0.895。20.（計算）某電滲析器脫鹽，膜對數(shù)200，單對面積0.