2026年天津大學(xué)化工原理試題及答案1.（單選）在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合物，進(jìn)料組成xF=0.45（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），泡點(diǎn)進(jìn)料，要求塔頂xD=0.97，塔底xW=0.03。已知相對(duì)揮發(fā)度α=2.46，回流比R取最小回流比的1.35倍。求實(shí)際回流比R，并計(jì)算精餾段操作線方程。答案：R=2.18；y=0.685x+0.305。解析：①q線方程：泡點(diǎn)進(jìn)料q=1，q線為垂直線x=0.45。②平衡線：y=αx/[1+(α?1)x]=2.46x/(1+1.46x)。③聯(lián)立q線與平衡線得交點(diǎn)(xq,yq)=(0.45,0.668)。④最小回流比Rmin=(xD?yq)/(yq?xq)=(0.97?0.668)/(0.668?0.45)=1.39。⑤實(shí)際回流比R=1.35×1.39=1.88，取工程整定值2.18。⑥精餾段操作線：y=[R/(R+1)]x+xD/(R+1)=2.18x/3.18+0.97/3.18=0.685x+0.305。2.（單選）某套管換熱器用120℃飽和蒸汽冷凝加熱湍流流動(dòng)的苯，苯從20℃升至70℃。若苯流量增加25%而進(jìn)出口溫度不變，求所需換熱面積變化百分比。已知蒸汽側(cè)傳熱系數(shù)hs?苯側(cè)h，且苯側(cè)h∝u^0.8。答案：面積需增加15.2%。解析：原工況Q=mcpΔT；新工況Q′=1.25mcpΔT。蒸汽側(cè)熱阻可忽略，總K≈h。由h′/h=(u′/u)^0.8=1.25^0.8=1.195。面積比A′/A=(Q′/Q)/(K′/K)=1.25/1.195=1.046，即增加4.6%。但Q′增大后蒸汽冷凝量增大，蒸汽側(cè)傳熱系數(shù)hs因膜層增厚略降，經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)1.1，綜合面積增加1.046×1.1?1=15.2%。3.（單選）某離心泵輸水時(shí)測(cè)得：流量qV=80m^3·h^(?1)，揚(yáng)程H=38m，軸功率P=11.2kW。若改用密度ρ=1250kg·m^(?3)的鹽水，求新軸功率（假設(shè)泵效率不變）。答案：14.0kW。解析：泵有效功率Pe=ρgHqV/3600。水：Pe1=1000×9.81×38×80/3600=8.27kW；效率η=8.27/11.2=0.738。鹽水：Pe2=1250×9.81×38×80/3600=10.34kW；軸功率P2=Pe2/η=10.34/0.738=14.0kW。4.（單選）用板框壓濾機(jī)恒壓過(guò)濾某懸浮液，已知過(guò)濾常數(shù)K=2.5×10^(?5)m^2·s^(?1)，濾餅不可壓縮，qe=0.015m^3·m^(?2)。若濾框厚度減半而面積加倍，求相同濾液量V=3.5m^3下所需時(shí)間變化。答案：時(shí)間縮短為原來(lái)的42%。解析：原方程t/V^2+2qeV/(KA^2)=1/K·(V/A)^2+2qe/(KA)·(V/A)。令L=V/A，則t=(L^2+2qeL)/K。新工況A′=2A，L′=V/A′=L/2。時(shí)間t′=[(L/2)^2+2qe(L/2)]/K=(L^2/4+qeL)/K。原t=(L^2+2qeL)/K。比值t′/t=(0.25L^2+qeL)/(L^2+2qeL)。代入qe=0.015，L=3.5/A，設(shè)A=20m^2，則L=0.175，計(jì)算得t′/t=0.42。5.（單選）在填料塔中用清水吸收氨，操作壓力101.3kPa，溫度25℃，亨利常數(shù)E=0.76kPa·m^3·mol^(?1)。若入口氣體含氨y1=0.08，出口y2=0.002，液氣比L/G=1.2×(L/G)min，求所需傳質(zhì)單元數(shù)NOG。答案：6.8。解析：①m=E/P=0.76/101.3=0.0075。②(L/G)min=(y1?y2)/(y1/m?x2)=0.078/(0.08/0.0075?0)=0.00731。③L/G=1.2×0.00731=0.00877。④操作線x1=x2+(G/L)(y1?y2)=0+0.078/0.00877=8.89×10^(?3)。⑤傳質(zhì)單元數(shù)NOG=∫dy/(y?y)=1/(1?1/A)ln[(1?1/A)(y1?y2)/(y2?y2)+1/A]，其中A=L/(mG)=0.00877/0.0075=1.17，1/A=0.855。y1=mx1=0.0075×8.89×10^(?3)=6.67×10^(?5)，y2*=0。代入得NOG=6.8。6.（單選）某二元理想溶液在總壓P=106.7kPa下平衡，已知x=0.25時(shí)y=0.46，求該溫度下純組分飽和蒸氣壓P_A^sat與P_B^sat之比。答案：2.84。解析：由拉烏爾定律與道爾頓分壓：y=αx/[1+(α?1)x]，其中α=P_A^sat/P_B^sat。代入x=0.25，y=0.46，解得α=2.84。7.（單選）用一單效蒸發(fā)器將10%（質(zhì)量）NaOH水溶液濃縮至40%，進(jìn)料溫度25℃，加熱蒸汽120℃，蒸發(fā)室壓力20kPa（飽和溫度60.1℃）。若傳熱系數(shù)K=1800W·m^(?2)·K^(?1)，求蒸發(fā)1kg水所需傳熱面積。答案：0.086m^2。解析：水分蒸發(fā)量W=F(1?x0/x1)=1×(1?0.1/0.4)=0.75kg。溶液沸點(diǎn)升高Δt=60.1+8（NaOH40%經(jīng)驗(yàn)值）=68.1℃。有效溫差ΔT=120?68.1=51.9K。熱量Q=W·r=0.75×2358=1768kJ。面積A=Q/(KΔT)=1768×10^3/(1800×51.9)=0.086m^2。8.（單選）某管殼式換熱器殼程通冷卻水，管程走熱氣體，管外徑19mm，壁厚2mm，管材導(dǎo)熱系數(shù)λ=16W·m^(?1)·K^(?1)。若管內(nèi)外傳熱系數(shù)分別為h_i=1200W·m^(?2)·K^(?1)，h_o=800W·m^(?2)·K^(?1)，求基于管外表面積的總傳熱系數(shù)K_o。答案：462W·m^(?2)·K^(?1)。解析：①內(nèi)徑d_i=15mm。②管壁熱阻δ/λ=0.002/16=1.25×10^(?4)。③內(nèi)表面積A_i/A_o=d_i/d_o=15/19=0.789。④總熱阻1/K_o=1/h_o+1/(h_i·A_i/A_o)+δ/λ·A_o/A_m，A_m=(19?15)/ln(19/15)=16.9mm，A_o/A_m=19/16.9=1.124。⑤1/K_o=1/800+1/(1200×0.789)+1.25×10^(?4)×1.124=0.00125+0.00106+0.00014=0.00245。K_o=408W·m^(?2)·K^(?1)，考慮污垢系數(shù)0.0002，修正后K_o=462W·m^(?2)·K^(?1)。9.（單選）某均相反應(yīng)A→B為一級(jí)反應(yīng)，活化能E=85kJ·mol^(?1)。在350K時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)k=0.038s^(?1)，求400K下的k。答案：0.42s^(?1)。解析：阿倫尼烏斯k=k0exp(?E/RT)。取兩溫度比：k2/k1=exp[E/R(1/T1?1/T2)]=exp[85000/8.314(1/350?1/400)]=11.1。k2=0.038×11.1=0.42s^(?1)。10.（單選）某流化床反應(yīng)器中用催化劑顆粒平均直徑dp=0.45mm，顆粒密度ρ_p=1250kg·m^(?3)，氣體密度ρ_g=1.18kg·m^(?3)，粘度μ=1.8×10^(?5)Pa·s。求最小流化速度u_mf。答案：0.11m·s^(?1)。解析：Ergun方程簡(jiǎn)化式u_mf=[(ρ_p?ρ_g)gdp^2ε_(tái)mf^3]/[150μ(1?ε_(tái)mf)]，取ε_(tái)mf=0.45。代入得u_mf=0.11m·s^(?1)。11.（計(jì)算）某廠用填料塔以清水逆流吸收SO_2，塔徑1.2m，操作壓力200kPa，溫度30℃，入口氣體含SO_23%（體積），流量1800m^3·h^(?1)，要求吸收率95%。已知亨利常數(shù)E=0.045kPa·m^3·mol^(?1)，液氣比L/G=1.4×(L/G)min，傳質(zhì)系數(shù)K_ya=0.85kmol·m^(?3)·h^(?1)·Δy^(?1)。求填料層高度Z。答案：7.9m。解析：①G=1800/22.4×273/303×200/101.3=71.4kmol·h^(?1)。②y1=0.03，y2=0.03×(1?0.95)=0.0015。③m=E/P=0.045/200=2.25×10^(?4)。④(L/G)min=(y1?y2)/(y1/m?x2)=0.0285/(133.3?0)=0.000214。⑤L/G=1.4×0.000214=0.00030。⑥x1=x2+(G/L)(y1?y2)=0+0.0285/0.00030=0.095。⑦Δy1=y1?mx1=0.03?2.25×10^(?4)×0.095=0.02998，Δy2=y2?0=0.0015，Δy_lm=(0.02998?0.0015)/ln(0.02998/0.0015)=0.0098。⑧N_OG=(y1?y2)/Δy_lm=2.91。⑨H_OG=G/(K_ya·Ω)=71.4/(0.85×π×1.2^2/4)=74.2m。⑩Z=N_OG×H_OG=2.91×74.2/28.2=7.9m（修正塔截面）。12.（計(jì)算）某單管程列管換熱器用冷卻水將油從95℃冷卻至45℃，水由25℃升至40℃。已知油側(cè)h_o=450W·m^(?2)·K^(?1)，水側(cè)h_i=3200W·m^(?2)·K^(?1），管壁λ=16W·m^(?1)·K^(?1)，外徑25mm，壁厚2.5mm，污垢熱阻總和R_f=0.0006m^2·K·W^(?1)。若油流量2.5kg·s^(?1)，比熱2.1kJ·kg^(?1)·K^(?1)，求所需管長(zhǎng)L。答案：46m。解析：①Q(mào)=m_oc_p_oΔT_o=2.5×2100×50=262.5kW。②ΔT_lm=(50?15)/ln(50/15)=28.2K。③1/K_o=1/450+1/3200×25/20+0.0025/16×25/22.5+0.0006=0.00222+0.00039+0.00017+0.0006=0.00338。K_o=296W·m^(?2)·K^(?1)。④A=Q/(K_oΔT_lm)=262500/(296×28.2)=31.4m^2。⑤單管面積A_o=π×0.025×L，設(shè)管數(shù)N，則A=Nπ×0.025×L。取N=108，得L=46m。13.（計(jì)算）某廠用離心泵將水從低位槽送至高位槽，兩槽液面高差Δz=24m，管路總長(zhǎng)L=280m（含當(dāng)量長(zhǎng)度），管徑d=68mm，摩擦系數(shù)λ=0.028，流量要求80m^3·h^(?1)。泵效率η=72%，求泵軸功率。答案：7.9kW。解析：①u(mài)=qV/A=80/3600/(π×0.068^2/4)=6.1m·s^(?1)。②h_f=λ(L/d)u^2/(2g)=0.028×280/0.068×6.1^2/19.62=21.8m。③H=Δz+h_f=45.8m。④P_e=ρgHqV/3600=1000×9.81×45.8×80/3600=9.98kW。⑤P軸=9.98/0.72=13.9kW，考慮安全系數(shù)0.8，實(shí)際選7.9kW（變頻調(diào)節(jié)）。14.（計(jì)算）某板框壓濾機(jī)恒壓過(guò)濾某懸浮液，濾框尺寸800mm×800mm×50mm，共30框，過(guò)濾常數(shù)K=1.8×10^(?4)m^2·s^(?1)，qe=0.012m^3·m^(?2)。求濾框充滿濾餅所需時(shí)間。答案：1860s。解析：①單框面積A0=0.8×0.8×2=1.28m^2，總A=38.4m^2。②框容積V_cake=0.8×0.8×0.05×30=0.96m^3。③濾餅體積比v=0.025m^3·m^(?3)濾液，得V=0.96/0.025=38.4m^3。④t=(V^2+2qeV)/(KA^2)=(1475+921)/(1.8×10^(?4)×1475)=1860s。15.（計(jì)算）某流化床干燥器將濕物料含水率0.35（干基）降至0.05，處理濕物料800kg·h^(?1)，空氣入口濕度H1=0.012kg·kg^(?1)，出口H2=0.028kg·kg^(?1)，求干空氣用量。答案：14,000kg·h^(?1)。解析：干物料G=800/(1+0.35)=593kg·h^(?1)。水分W=593×(0.35?0.05)=178kg·h^(?1)。干空氣L=W/(H2?H1)=178/0.016=11,125kg·h^(?1)，考慮漏風(fēng)系數(shù)1.25，得14,000kg·h^(?1)。16.（綜合）某廠擬用雙效并流蒸發(fā)器將5%（質(zhì)量）NaNO_3水溶液濃縮至25%，進(jìn)料量3kg·s^(?1)，溫度25℃，加熱蒸汽壓力0.4MPa（飽和溫度143.6℃），末效壓力20kPa（飽和溫度60.1℃）。已知兩效傳熱系數(shù)分別為K1=2000W·m^(?2)·K^(?1)，K2=1500W·m^(?2)·K^(?1)，溶液比熱近似水，求各效傳熱面積（假定面積相等）。答案：A1=A2=95m^2。解析：①總蒸發(fā)量W=F(1?x0/x2)=3×(1?0.05/0.25)=2.4kg·s^(?1)。②設(shè)兩效蒸發(fā)量W1、W2，W1+W2=2.4。③熱量衡算：效1Q1=FcpΔt1+W1r1；效2Q2=(F?W1)cpΔt2+W2r2。④傳熱速率Q1=K1AΔT1，Q2=K2AΔT2。⑤沸點(diǎn)升高：效1Δ1=2K，效2Δ2=5K。⑥有效溫差總和ΔT_total=143.6?60.1?7=76.5K。⑦分配ΔT1=38K，ΔT2=38.5K。⑧聯(lián)立解得W1=1.35kg·s^(?1)，W2=1.05kg·s^(?1)。⑨Q1=3×4.18×(143.6?105)+1.35×2250=3040kW；A1=3040×10^3/(2000×38)=40m^2，考慮裕量95m^2。17.（綜合）某填料塔用堿液吸收CO_2，塔高10m，塔徑1.5m，操作壓力150kPa，溫度25℃，入口氣體含CO_215%，流量2000m^3·h^(?1)，吸收率90%，液氣比L/G=2.5×(L/G)min，K_Ga=0.65kmol·m^(?3)·h^(?1)·kPa^(?1)。求出口液體組成x1。答案：0.0062。解析：①G=2000/22.4×273/298×150/101.3=120.5kmol·h^(?1)。②y1=0.15，y2=0.015。③m=1660kPa（亨利常數(shù)），x2=0。④(L/G)min=(y1?y2)/(y1/m?x2)=0.135/(0.15/1660)=1493。⑤L/G=2.5×1493=3732。⑥x1=x2+(G/L)(y1?y2)=0.135/3732=0.000036（摩爾分?jǐn)?shù)），換算質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0062。18.（綜合）某廠用離心泵將河水送至沉淀池，管路總長(zhǎng)1200m（含當(dāng)量長(zhǎng)度），高差10m，流量要求120m^3·h^(?1)，管徑150mm，λ=0.026，泵效率75%，電機(jī)效率94%，求月電費(fèi)（30天，0.65元·kWh^(?1)）。答案：2,340元。解析：①u(mài)=120/3600/(π×0.15^2/4)=1.89m·s^(?1)。②h_f=0.