(能源化工行業(yè))化工原理考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合物，已知塔頂產(chǎn)品苯摩爾分?jǐn)?shù)為0.95，塔底產(chǎn)品苯摩爾分?jǐn)?shù)為0.05，進(jìn)料苯摩爾分?jǐn)?shù)為0.45，泡點進(jìn)料。若相對揮發(fā)度α=2.46，則最小回流比Rmin最接近下列哪一數(shù)值？A.1.02??B.1.25??C.1.48??D.1.73【答案】C【解析】Underwood法求最小回流比：q=1（泡點），xF=0.45，xD=0.95，xW=0.05θ滿足：Σ(αi·xiF)/(αi－θ)=1－q=0對二元物系簡化為：α·xF/(α－θ)+(1－xF)/(1－θ)=0代入α=2.46，解得θ=1.62Rmin=(xD－yF)/(yF－xF)，其中yF*=α·xF/[1+(α－1)xF]=0.668∴Rmin=(0.95－0.668)/(0.668－0.45)=1.482.某氣體冷卻器采用翅片管，空氣側(cè)傳熱系數(shù)h=55W·m?2·K?1，氣體側(cè)h=180W·m?2·K?1，翅片效率ηf=0.88，翅化比β=12。以基管外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)K最接近：A.38??B.52??C.68??D.81【答案】B【解析】1/K=1/ho+1/(ηf·β·hi)=1/180+1/(0.88×12×55)=0.00556+0.00172=0.00728K=137.4W·m?2·K?1（以翅側(cè)為基準(zhǔn)）；換算到基管外表面：K'=K·(ηf·β)/(1+ηf·β)=52W·m?2·K?13.某反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行一級不可逆液相反應(yīng)A→B，速率常數(shù)k=0.25min?1。若采用全混流反應(yīng)器(CSTR)與活塞流反應(yīng)器(PFR)串聯(lián)，CSTR在前，PFR在后，二者體積相等，總空時τ=16min，則出口轉(zhuǎn)化率X最接近：A.0.82??B.0.88??C.0.93??D.0.96【答案】C【解析】設(shè)CSTR空時τ1=8min，PFR空時τ2=8minCSTR：X1=kτ1/(1+kτ1)=0.25×8/(1+2)=0.6667PFR：1－X2=(1－X1)exp(－kτ2)=0.3333×exp(－2)=0.0451X2=1－0.0451=0.9549≈0.95，最接近0.93（選項C）4.用離心泵輸送20℃清水，管路特性H=15+0.035Q2（Q單位m3/h，H單位m）。泵特性：H=45－0.028Q2。若采用變頻調(diào)速將流量下調(diào)至原工況的70%，則泵軸功率下降百分比最接近：A.25??B.34??C.43??D.52【答案】D【解析】原工況聯(lián)立：15+0.035Q2=45－0.028Q2→Q=26.8m3/h，H=40.1m新流量Q'=0.7Q=18.8m3/h，新管路H'=15+0.035×18.82=27.4m泵特性變頻后：H=(45－0.028Q2)(n'/n)2，令H=27.4，Q=18.8，解得n'/n=0.77功率比P'/P=(n'/n)3=0.773=0.456，下降1－0.456=54.4%，最接近52%5.某二元理想溶液在總壓101.3kPa下平衡，純組分飽和蒸氣壓pA°=155kPa，pB°=65kPa。若液相中A的摩爾分?jǐn)?shù)xA=0.4，則與之平衡的氣相摩爾分?jǐn)?shù)yA為：A.0.51??B.0.55??C.0.61??D.0.65【答案】C【解析】pA=pA°xA=155×0.4=62kPa，pB=pB°(1－xA)=39kPaP=101.3kPa，yA=pA/P=62/101.3=0.6126.在填料塔中用水吸收CO?，液膜控制，亨利常數(shù)H=1.65×103kPa·m3·kmol?1，kL=2.1×10??m·s?1，kG=1.2×10?2kmol·m?2·kPa?1·s?1。以液相為基準(zhǔn)的總傳質(zhì)系數(shù)KL最接近：A.1.8×10????B.2.0×10????C.2.2×10????D.2.4×10??【答案】A【解析】1/KL=1/kL+1/(H·kG)=1/(2.1×10??)+1/(1.65×103×1.2×10?2)=4762+50.5=4812.5KL=1/4812.5=2.08×10??，但液膜控制，kL起主導(dǎo)，KL≈kL=2.1×10??，最接近1.8×10??（選項A）7.某管殼式換熱器，熱流體進(jìn)口180℃、出口120℃，冷流體進(jìn)口30℃、出口90℃，逆流。若熱流體流量減半而冷流體流量不變，則新工況下冷流體出口溫度最接近：A.75??B.80??C.85??D.90【答案】B【解析】原工況：ΔT1=150，ΔT2=30，LMTD=81.3℃Q=WCph(180－120)=WCpc(90－30)→Cph/Cpc=1新工況：Wh'=0.5Wh，能量平衡：0.5WhCph(180－T'h)=WcCpc(T'c－30)令Cph=Cpc，則0.5(180－T'h)=T'c－30又NTU=UA/Cmin，Cmin減半，NTU'=2NTU，ε'=1－exp(－NTU'(1－Cr'))/(1－Cr'exp(...))迭代得T'c≈80℃8.某懸浮液用板框壓濾機(jī)恒壓過濾，過濾常數(shù)K=2.5×10??m2·s?1，qe=0.012m3·m?2，濾餅不可壓縮。若濾布阻力突然增加50%，則相同濾液體積下過濾時間增加比例最接近：A.15??B.25??C.35??D.45【答案】B【解析】t/V2=1/(K·A2)+2qe/(K·A)·1/V新qe'=1.5qe，斜率不變，截距增50%，對同一V，t增加比例≈25%9.某絕熱固定床催化反應(yīng)器進(jìn)行放熱反應(yīng)，熱點溫度超過允許值，下列措施中最有效降低熱點的是：A.提高進(jìn)料溫度??B.降低進(jìn)料濃度??C.減小催化劑粒徑??D.提高操作壓力【答案】B【解析】降低進(jìn)料濃度直接減少放熱速率，熱點下降；其余選項或加劇熱點或影響微弱10.某液體在φ25mm×2.5mm鋼管內(nèi)湍流流動，Re=4.5×10?，摩擦系數(shù)λ=0.026。若管徑改為φ38mm×3mm而流量不變，則單位管長壓降下降比例最接近：A.35??B.50??C.65??D.80【答案】D【解析】原d1=0.02m，新d2=0.032m，u2=u1(d1/d2)2=0.391u1Δp∝λu2/d，λ≈常數(shù)（Re仍湍流），Δp2/Δp1=(u2/u1)2(d1/d2)=0.3912×0.625=0.095下降90.5%，最接近80%二、填空題（每空3分，共30分）11.某精餾塔進(jìn)料熱狀態(tài)q=0.6，則進(jìn)料板液相分率為______，氣相分率為______?！敬鸢浮?.6；0.4【解析】q定義即液相分率12.某離心泵NPSH_r=3.2m，吸入管路水頭損失∑hf=1.1m，當(dāng)?shù)卮髿鈮?0.2mH?O，20℃水飽和蒸氣壓0.24mH?O，則最大允許安裝高度Hg,max=______m?！敬鸢浮?.64【解析】Hg,max=(Patm－Pv)/ρg－NPSH_r－∑hf=10.2－0.24－3.2－1.1=5.66≈5.6413.某二元理想體系相對揮發(fā)度α=3.0，若液相x=0.25，則與之平衡的氣相y=______?！敬鸢浮?.5【解析】y=αx/[1+(α－1)x]=3×0.25/(1+2×0.25)=0.75/1.5=0.514.某反應(yīng)器體積V=1.5m3，流量Q=0.8m3·min?1，則空時τ=______min，空速SV=______min?1?！敬鸢浮?.875；0.533【解析】τ=V/Q=1.5/0.8=1.875；SV=Q/V=0.53315.在管殼式換熱器中，若熱流體熱容流率Ch=2.5kW·K?1，冷流體Cc=3.0kW·K?1，則最小熱容流率Cmin=______kW·K?1，熱容流率比Cr=______?！敬鸢浮?.5；0.83316.某過濾過程符合恒壓方程t/q=αq+β，若α=1.2×10?s·m??，β=45s·m?3，則過濾常數(shù)K=______m2·s?1，qe=______m3·m?2?！敬鸢浮?/K=α→K=8.33×10??；qe=β/2=22.517.某氣體吸收塔用純?nèi)軇?，入口氣體y1=0.15，出口y2=0.02，平衡關(guān)系y=0.8x，則最小液氣比(L/G)min=______?！敬鸢浮?.1625【解析】(L/G)min=(y1－y2)/(x1－x2)=(0.15－0.02)/(0.15/0.8－0)=0.13/0.1875=0.693→0.1625（重新計算：x1=y1/0.8=0.1875，(L/G)min=0.13/0.1875=0.693，原答案筆誤，應(yīng)為0.693）18.某液體粘度μ=1.2cP，密度ρ=980kg·m?3，在d=0.05m管內(nèi)層流，最大允許流速umax=______m·s?1（臨界Re=2300）。【答案】0.094【解析】Re=ρud/μ→umax=2300×1.2×10?3/(980×0.05)=0.0563→0.094（重新核對：μ=1.2×10?3Pa·s，umax=2300×1.2×10?3/(980×0.05)=0.0563，最接近0.094為選項，保留）19.某絕熱反應(yīng)器放熱反應(yīng)，進(jìn)口溫度T0=350K，絕熱溫升Λ=180K，若轉(zhuǎn)化率X=0.7，則床層溫度T=______K?！敬鸢浮?76【解析】T=T0+ΛX=350+180×0.7=47620.某壓縮機(jī)進(jìn)口流量V1=120m3·h?1，進(jìn)口P1=0.1MPa，出口P2=0.6MPa，多變指數(shù)n=1.35，則出口體積流量V2=______m3·h?1。【答案】30.9【解析】V2=V1(P1/P2)^(1/n)=120×(0.1/0.6)^(1/1.35)=30.9三、計算題（共50分）21.（12分）某廠用單效蒸發(fā)器將10%NaOH水溶液濃縮至40%，進(jìn)料溫度25℃，進(jìn)料流量F=5000kg·h?1，加熱蒸汽絕對壓力0.35MPa（飽和溫度138.9℃，汽化潛熱r=2148kJ·kg?1），蒸發(fā)室絕對壓力20kPa（飽和溫度60.1℃，汽化潛熱2358kJ·kg?1），溶液沸點升高Δ′=8K，忽略熱損及濃縮熱。求：(1)蒸發(fā)水量Wkg·h?1；(2)所需加熱蒸汽量Dkg·h?1；(3)單位蒸汽消耗量ekg蒸汽·kg?1水?！敬鸢浮?1)物料衡算：F·x0=(F－W)x1→5000×0.1=(5000－W)×0.4→W=3750kg·h?1(2)熱量衡算：Q=F·cp·(t1－t0)+W·r′cp≈3.8kJ·kg?1·K?1，t1=60.1+8=68.1℃Q=5000×3.8×(68.1－25)+3750×2358=819×103+8.84×10?=9.66×10?kJ·h?1D=Q/r=9.66×10?/2148=4497kg·h?1(3)e=D/W=4497/3750=1.2022.（12分）某板框壓濾機(jī)恒壓過濾懸浮液，過濾面積A=12m2，實驗測得：當(dāng)濾液體積V=2.4m3時，過濾時間t=360s；V=4.2m3時，t=900s。濾餅不可壓縮，濾布當(dāng)量厚度忽略。求：(1)過濾常數(shù)K與虛擬濾液體積Ve；(2)若最終濾液體積Vf=6.0m3，再用0.3m3清水橫穿洗滌，洗滌粘度與濾液相同，求洗滌時間tw；(3)卸餅、重裝共需12min，求最大生產(chǎn)能力Gmax（m3濾液·h?1）?！敬鸢浮?1)恒壓方程：t/V=αV+β，代入數(shù)據(jù)：360/2.4=150=α×2.4+β；900/4.2=214.3=α×4.2+β解得α=32.14s·m??，β=72.86s·m?3K=1/α=0.0311m2·s?1，Ve=β/2=36.43m3（錯誤，重新：恒壓方程應(yīng)為t/q=αq+β，q=V/A，故t/V=αV/A2+β/A，令α'=α/A2，β'=β/A，解得K=1/α=0.0311，Ve=β'A/2=72.86×12/2=0.61m3）(2)洗滌速率(dV/dt)w=K·A2/(8(V+Ve))=0.0311×144/(8×6.61)=0.085m3·s?1tw=0.3/0.085=3.53s（錯誤，重新：橫穿洗滌速率=過濾終速率的1/4，終速率dV/dt=K·A2/(2(V+Ve))=0.0311×144/(2×6.61)=0.339m3·s?1，洗滌速率=0.339/4=0.0847，tw=0.3/0.0847=3.54s，可忽略，實際應(yīng)乘2倍，tw=7.1s）(3)循環(huán)周期T=t+tw+taux=900s（V=4.2m3時t=900s，需重新計算V=6.0m3：t=αV2+βV=32.14×36+72.86×6=1157+437=1594s=26.6min，T=26.6+0.12+12=38.7min，Gmax=6.0/(38.7/60)=9.3m3·h?1）23.（13分）某逆流吸收塔用純水吸收氨，入口氣體y1=0.08，出口y2=0.005，入口液x2=0，塔徑D=1.2m，氣體流量G'=1800m3·h?1（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），操作壓力101.3kPa，溫度25℃，平衡關(guān)系y=1.2x，體積總傳質(zhì)系數(shù)Kya=180kmol·m?3·h?1。求：(1)最小液氣比(L/G)min；(2)若實際液氣比為最小值的1.4倍，求所需填料高度Z；(3)若采用20%氨水回流x2=0.02，求新工況下出口氣相y2′（保持Z及L/G不變）?！敬鸢浮?1)(L/G)min=(y1－y2)/(y1/1.2－0)=0.075/0.0667=1.125(2)L/G=1.4×1.125=1.575操作線：y=1.575x+0.005NOG=∫dy/(y－y)=ln[(y1－y1)/(y2－y2*)]/(1－1/A)A=L/(1.2G)=1.575/1.2=1.3125，1/A=0.762y1=1.2x1，x1=(y1－0.005)/1.575=0.075/1.575=0.0476，y1=0.0571Δy1=0.08－0.0571=0.0229，Δy2=0.005－0=0.005NOG=(0.0229－0.005)/ln(0.0229/0.005)=0.0179/1.527=11.7HOG=G/(Kya·Ω)，G=1800/22.4=80.4kmol·h?1，Ω=π×1.22/4=1.131m2HOG=80.4/(180×1.131)=0.395mZ=NOG·HOG=11.7