化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐綜合試題及參考答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在精餾塔設(shè)計(jì)中，若進(jìn)料為飽和液體，則進(jìn)料板的氣相組成與液相組成的關(guān)系為：A.氣相組成大于液相組成B.氣相組成等于液相組成C.氣相組成小于液相組成D.無(wú)法確定【答案】A【解析】飽和液體進(jìn)料時(shí)，進(jìn)料板的氣相組成由平衡關(guān)系決定，根據(jù)相對(duì)揮發(fā)度定義，輕組分在氣相中富集，故氣相組成大于液相組成。2.某反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)A→B，若反應(yīng)速率常數(shù)k=0.2min?1，初始濃度CA0=2mol/L，求反應(yīng)進(jìn)行10min后A的濃度。A.0.27mol/LB.0.37mol/LC.0.50mol/LD.0.73mol/L【答案】A【解析】一級(jí)反應(yīng)積分式：CA=CA0·e^(?kt)=2·e^(?0.2×10)=2·e^(?2)=2×0.135=0.27mol/L。3.在傳熱過(guò)程中，若管壁熱阻可忽略，管內(nèi)對(duì)流給熱系數(shù)hi=1000W/(m2·K)，管外ho=500W/(m2·K)，則總傳熱系數(shù)K最接近：A.333W/(m2·K)B.500W/(m2·K)C.667W/(m2·K)D.1000W/(m2·K)【答案】A【解析】1/K=1/hi+1/ho=1/1000+1/500=0.001+0.002=0.003，K=1/0.003≈333W/(m2·K)。4.某離心泵在額定流量下?lián)P程為30m，若改用密度為1200kg/m3的液體，則揚(yáng)程將：A.增加20%B.不變C.減少20%D.無(wú)法判斷【答案】B【解析】離心泵揚(yáng)程與密度無(wú)關(guān)，僅與葉輪幾何、轉(zhuǎn)速及流量有關(guān)，故不變。5.在吸收塔設(shè)計(jì)中，若操作線斜率大于平衡線斜率，則該過(guò)程：A.發(fā)生液泛B.發(fā)生夾帶C.推動(dòng)力為負(fù)D.推動(dòng)力為正【答案】D【解析】操作線斜率大于平衡線斜率，說(shuō)明液相濃度變化快于平衡濃度，推動(dòng)力(C*?C)為正，吸收可行。6.某二元理想混合物相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，若塔頂產(chǎn)品xD=0.95，則最小回流比Rmin為：A.0.5B.0.8C.1.0D.1.25【答案】C【解析】Rmin=(xD/y?xD)/(xD?xF)，設(shè)xF=0.5，y=αxF/[1+(α?1)xF]=2.5×0.5/(1+1.5×0.5)=1.25/1.75=0.714，Rmin=(0.95/0.714?0.95)/(0.95?0.5)=0.38/0.45≈0.84，最接近1.0。7.在管殼式換熱器中，若冷流體走管程且溫升較大，則設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用：A.并流B.逆流C.錯(cuò)流D.折流【答案】B【解析】逆流可獲得最大平均溫差，傳熱效率最高。8.某反應(yīng)器體積為2m3，進(jìn)料流量1m3/h，則空間時(shí)間τ為：A.0.5hB.1hC.2hD.4h【答案】C【解析】τ=V/v0=2/1=2h。9.在萃取操作中，若分配系數(shù)K=3，相比R=1，則單級(jí)萃取后溶質(zhì)在萃余相中的回收率為：A.25%B.33%C.50%D.75%【答案】A【解析】設(shè)初始質(zhì)量1，萃取相E=1，萃余相R=1，平衡時(shí)E·y=R·x，K=y/x=3，y=3x，物料衡算：1·1=1·y+1·x=3x+x=4x，x=0.25，回收率=1?0.25=75%，但題問(wèn)“萃余相回收率”，即留在萃余相的分?jǐn)?shù)，為25%。10.在干燥過(guò)程中，若物料臨界含水量Xc=0.15kg水/kg干料，平衡含水量Xe=0.02，則降速干燥階段開(kāi)始于：A.X=0.02B.X=0.15C.X=0.17D.X=0.00【答案】B【解析】臨界含水量是恒速段與降速段分界點(diǎn)，X=Xc時(shí)進(jìn)入降速階段。二、判斷題（每題1分，共10分）11.在精餾塔中，全回流時(shí)理論板數(shù)最少?！敬鸢浮俊獭窘馕觥咳亓鲿r(shí)操作線與對(duì)角線重合，推動(dòng)力最大，所需板數(shù)最少。12.離心泵的NPSH越大，越容易發(fā)生汽蝕?！敬鸢浮俊痢窘馕觥縉PSH為泵入口必需汽蝕余量，NPSH越大，泵抗汽蝕能力越強(qiáng)。13.對(duì)于放熱反應(yīng)，提高溫度總是使轉(zhuǎn)化率下降?！敬鸢浮俊痢窘馕觥靠赡娣艧岱磻?yīng)存在最佳溫度，過(guò)低速率慢，過(guò)高平衡左移，需綜合動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)。14.在過(guò)濾操作中，恒壓過(guò)濾后期濾液流量逐漸減小?！敬鸢浮俊獭窘馕觥繛V餅厚度增加，阻力增大，流量下降。15.對(duì)于理想氣體，壓縮因子Z恒等于1?！敬鸢浮俊獭窘馕觥坷硐霘怏w狀態(tài)方程PV=nRT，Z=PV/nRT=1。16.在萃取中，選擇性系數(shù)β越大，分離越難?！敬鸢浮俊痢窘馕觥喀略酱?，分離越易。17.管殼式換熱器加裝折流板可提高殼程給熱系數(shù)?！敬鸢浮俊獭窘馕觥空哿靼逶黾油膭?dòng)，提高h(yuǎn)o。18.反應(yīng)器停留時(shí)間分布越窄，越接近平推流?！敬鸢浮俊獭窘馕觥科酵屏鳠o(wú)返混，停留時(shí)間一致。19.在干燥中，提高空氣溫度可降低相對(duì)濕度，加快干燥速率?！敬鸢浮俊獭窘馕觥繙囟壬撸柡驼羝麎荷?，相對(duì)濕度降低，推動(dòng)力增大。20.對(duì)于二元精餾，最小回流比與進(jìn)料熱狀況無(wú)關(guān)?！敬鸢浮俊痢窘馕觥縬值影響進(jìn)料板組成，進(jìn)而影響Rmin。三、計(jì)算題（共70分）21.（12分）某一級(jí)不可逆液相反應(yīng)A→B在CSTR中進(jìn)行，已知k=0.15min?1，CA0=2mol/L，要求轉(zhuǎn)化率xA=0.9，求所需空間時(shí)間τ與反應(yīng)器有效體積V（進(jìn)料流量v0=0.5m3/h）?！窘獯稹緾STR設(shè)計(jì)方程：τ=(CA0?CA)/(?rA)=CA0xA/(kCA0(1?xA))=xA/[k(1?xA)]=0.9/(0.15×0.1)=60min=1hV=τ·v0=1h×0.5m3/h=0.5m3【答案】τ=1h，V=0.5m322.（12分）某精餾塔分離苯-甲苯混合物，進(jìn)料F=100kmol/h，xF=0.45，泡點(diǎn)進(jìn)料，要求xD=0.95，xB=0.05，相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，R=1.5Rmin，求理論板數(shù)（用簡(jiǎn)化的Fenske-Underwood-Gilliland法）?！窘獯稹?.求全回流最小板數(shù)NmNm=ln[(xD/(1?xD))·((1?xB)/xB)]/lnα=ln[(0.95/0.05)·(0.95/0.05)]/ln2.5=ln(19×19)/0.916=ln361/0.916=5.89/0.916≈6.43→7塊2.求Rminq=1，xF=0.45，y*=αxF/[1+(α?1)xF]=2.5×0.45/(1+1.5×0.45)=1.125/1.675=0.672Rmin=(xD?y)/(y?xF)=(0.95?0.672)/(0.672?0.45)=0.278/0.222≈1.253.實(shí)際R=1.5×1.25=1.8754.Gilliland關(guān)聯(lián)：X=(R?Rmin)/(R+1)=(1.875?1.25)/2.875=0.217Y=0.545827?0.591422X+0.002743/X=0.5458?0.1284+0.0126≈0.43N=(Nm+Y)/(1?Y)=(7+0.43)/0.57≈13.0→14塊（含釜）【答案】理論板數(shù)約14塊（含再沸器）23.（12分）某逆流套管換熱器，內(nèi)管Φ25×2mm，長(zhǎng)3m，冷水走管程，流量0.6kg/s，入口20℃，出口40℃；熱油走殼程，流量0.8kg/s，cp=2.1kJ/(kg·K)，入口100℃，出口60℃。已知hi=3000W/(m2·K)，ho=400W/(m2·K)，管壁λ=16W/(m·K)，忽略污垢，求總傳熱系數(shù)K與所需管長(zhǎng)是否足夠。【解答】1.熱負(fù)荷QQ=m水cp水ΔT=0.6×4180×(40?20)=50.16kW2.油側(cè)驗(yàn)證Q=m油cp油ΔT=0.8×2100×(100?60)=67.2kW>50.16kW，矛盾，說(shuō)明油出口溫度需重新計(jì)算由Q=50.16kW，得油出口Tout=100?50.16/(0.8×2.1)=100?29.9=70.1℃3.對(duì)數(shù)平均溫差ΔTmΔT1=100?40=60，ΔT2=70.1?20=50.1ΔTm=(60?50.1)/ln(60/50.1)=9.9/0.182≈54.4℃4.總傳熱系數(shù)K1/K=1/hi+δ/λ+1/ho=1/3000+0.002/16+1/400=0.000333+0.000125+0.0025=0.002958K=338W/(m2·K)5.需面積AA=Q/(KΔTm)=50160/(338×54.4)=2.73m26.現(xiàn)有面積內(nèi)徑d=21mm，A=πdL=π×0.021×3=0.198m2?2.73m2，不足【答案】K=338W/(m2·K)，現(xiàn)有管長(zhǎng)不足，需延長(zhǎng)至約14m24.（12分）某板框過(guò)濾機(jī)恒壓過(guò)濾某懸浮液，實(shí)驗(yàn)測(cè)得過(guò)濾常數(shù)K=2×10??m2/s，qe=0.01m3/m2，濾餅不可壓縮，濾布阻力相當(dāng)，求過(guò)濾1h后每m2過(guò)濾面積的濾液量V，并求若用0.5m3水洗滌，洗滌時(shí)間tw（洗滌水粘度與濾液相同，壓力相同）。【解答】1.恒壓方程：V2+2qeV=KA2τ，令A(yù)=1m2V2+2×0.01V=2×10??×3600=0.72V2+0.02V?0.72=0V=[?0.02+√(0.0004+2.88)]/2=√2.8804?0.02/2=1.697/2=0.848m3/m22.洗滌速率終了速率(dV/dτ)e=KA2/[2(V+qeA)]=2×10??×1/[2(0.848+0.01)]=1.17×10??m3/(m2·s)洗滌速率=(dV/dτ)e/4=2.92×10??m3/(m2·s)tw=0.5/2.92×10??=17120s≈4.76h【答案】V=0.848m3/m2，tw≈4.76h25.（10分）某填料塔用清水逆流吸收氨-空氣混合物中的氨，入口y1=0.03，出口y2=0.001，入口x2=0，平衡關(guān)系y=1.2x，求最小液氣比(L/G)min，若實(shí)際L/G=1.5(L/G)min，求出口液相濃度x1及傳質(zhì)單元數(shù)NOG（用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法）。【解答】1.(L/G)min=(y1?y2)/(x1?x2)，x1=y1/1.2=0.025(L/G)min=(0.03?0.001)/0.025=1.162.實(shí)際L/G=1.5×1.16=1.74物料衡算：G(y1?y2)=L(x1?x2)x1=x2+G(y1?y2)/L=0+(0.029)/1.74=0.01673.推動(dòng)力Δy1=y1?y1*=0.03?1.2×0.0167=0.03?0.0200=0.0100Δy2=y2?y2*=0.001?0=0.001Δym=(0.0100?0.001)/ln(0.0100/0.001)=0.009/ln10=0.00391NOG=(y1?y2)/Δym=0.029/0.00391=7.42【答案】(L/G)min=1.16，x1=0.0167，NOG=7.426.（12分）某絕熱固定床反應(yīng)器進(jìn)行氣相放熱反應(yīng)，入口溫度T0=350℃，轉(zhuǎn)化率xA=0.6時(shí)，實(shí)測(cè)溫度T=420℃，已知反應(yīng)熱ΔHR=?120kJ/mol，反應(yīng)物比熱容cp=1.8kJ/(kg·K)，分子量M=30kg/kmol，求絕熱溫升Λ及若出口溫度不超450℃，求最大允許轉(zhuǎn)化率?！窘獯稹?.絕熱溫升Λ=?ΔHR/(cp·M)=120/(1.8×30)=2.22K·kmol/kg=2220K·kmol/kg換算為每摩爾：Λ=120/0.0018=66.7K（每摩爾反應(yīng)物）2.實(shí)測(cè)ΔT=70℃，對(duì)應(yīng)x=0.6，則Λ=ΔT/x=70/0.6=116.7℃與上式差異因cp取平均，修正：Λ=120/(1.8×0.03)=2222K·kmol/kg→每kmol反應(yīng)物溫升2222K，每摩爾2.22K實(shí)測(cè)70℃/0.6=116.7K，說(shuō)明cp隨溫度變化，取平均1.8kJ/(kg·K)合理3.限制T≤450℃，ΔT≤100℃xmax=ΔT/Λ=100/116.7=0.856【答案】絕熱溫升約117K，最大允許轉(zhuǎn)化率85.6%四、綜合設(shè)計(jì)題（共30分）27.（30分）某化工廠需設(shè)計(jì)一套年產(chǎn)5萬(wàn)噸苯乙烯的脫氫裝置，原料為乙苯，反應(yīng)式：C?H???C?H?+H?，ΔH=+124kJ/mol，為強(qiáng)吸熱可逆反應(yīng)，常采用多段絕熱固定床+段間加熱方式。已知：進(jìn)料乙苯純度98%，水蒸氣與乙苯摩爾比10:1（惰性稀釋?zhuān)┓磻?yīng)溫度580–640℃，壓力0.12MPa（絕）催化劑為Fe-K系，單程轉(zhuǎn)化率45%，選擇性92%年操作8000h，產(chǎn)物經(jīng)冷凝、油水分離、精餾得99.8%苯乙烯任務(wù)：（1）計(jì)算每小時(shí)乙苯進(jìn)料量（kg/h）；（2）若反應(yīng)器出口氣量12000kmol/h，求苯乙烯摩爾分?jǐn)?shù)；（3）為控制溫降不超過(guò)30℃/段，求至少需幾段絕熱床；（4）簡(jiǎn)述后續(xù)精餾分離順序及關(guān)鍵塔設(shè)計(jì)要點(diǎn)；（5）從節(jié)能角度提出兩條優(yōu)化措施?！窘獯稹?.苯乙烯產(chǎn)量：50000t/a=50000×1000/8000=6250kg/h=6250/104=60.1kmo