注冊(cè)化工工程師案例分析測題庫及答案選擇題1.某二元理想溶液，在一定溫度下，其相對(duì)揮發(fā)度為2.5。已知該溶液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)為0.4，則與之平衡的氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)為（）A.0.571B.0.6C.0.7D.0.8答案：A詳細(xì)解答：根據(jù)理想溶液氣-液平衡關(guān)系\(y=\frac{\alphax}{1+(\alpha-1)x}\)，其中\(zhòng)(\alpha\)為相對(duì)揮發(fā)度，\(x\)為液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，\(y\)為與之平衡的氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。已知\(\alpha=2.5\)，\(x=0.4\)，代入公式可得\(y=\frac{2.5\times0.4}{1+(2.5-1)\times0.4}=\frac{1}{1+0.6}=\frac{1}{1.6}=0.571\)。2.在一連續(xù)精餾塔中分離某二元混合物，進(jìn)料量為100kmol/h，進(jìn)料組成\(x_F=0.5\)（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），要求塔頂產(chǎn)品組成\(x_D=0.9\)，塔底產(chǎn)品組成\(x_W=0.1\)，則塔頂產(chǎn)品的采出量\(D\)為（）A.40kmol/hB.50kmol/hC.60kmol/hD.70kmol/h答案：A詳細(xì)解答：根據(jù)物料衡算，總物料衡算\(F=D+W\)，易揮發(fā)組分物料衡算\(Fx_F=Dx_D+Wx_W\)。已知\(F=100kmol/h\)，\(x_F=0.5\)，\(x_D=0.9\)，\(x_W=0.1\)，由\(F=D+W\)可得\(W=F-D\)，代入易揮發(fā)組分物料衡算方程\(Fx_F=Dx_D+(F-D)x_W\)，即\(100\times0.5=D\times0.9+(100-D)\times0.1\)，\(50=0.9D+10-0.1D\)，\(0.8D=40\)，解得\(D=40kmol/h\)。3.某套管換熱器，內(nèi)管為\(\phi25\times2.5mm\)，外管為\(\phi57\times3.5mm\)，則環(huán)隙的當(dāng)量直徑為（）A.25mmB.32mmC.38mmD.42mm答案：B詳細(xì)解答：套管換熱器環(huán)隙的當(dāng)量直徑\(d_e=d_2-d_1\)，其中\(zhòng)(d_2\)為外管內(nèi)徑，\(d_1\)為內(nèi)管外徑。外管內(nèi)徑\(d_2=57-2\times3.5=50mm\)，內(nèi)管外徑\(d_1=25mm\)，則\(d_e=50-18=32mm\)。4.離心泵的揚(yáng)程是指（）A.泵的升揚(yáng)高度B.泵所提供的能量C.液體在泵出口的壓力能D.液體在泵入口和出口的壓力差答案：B詳細(xì)解答：離心泵的揚(yáng)程是指單位重量液體從泵入口到泵出口所獲得的能量增加值，也就是泵所提供的能量。泵的升揚(yáng)高度只是揚(yáng)程的一部分，液體在泵出口的壓力能和泵入口與出口的壓力差都不能完全代表泵的揚(yáng)程。5.某反應(yīng)\(A+B\rightarrowC\)，其反應(yīng)速率方程為\(r=kC_AC_B\)，該反應(yīng)為（）A.一級(jí)反應(yīng)B.二級(jí)反應(yīng)C.三級(jí)反應(yīng)D.零級(jí)反應(yīng)答案：B詳細(xì)解答：反應(yīng)速率方程中各反應(yīng)物濃度的冪次之和為反應(yīng)級(jí)數(shù)。在\(r=kC_AC_B\)中，\(C_A\)的冪次為1，\(C_B\)的冪次為1，反應(yīng)級(jí)數(shù)\(n=1+1=2\)，所以該反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)。填空題1.流體在圓形直管中作層流流動(dòng)時(shí)，其摩擦系數(shù)\(\lambda\)與雷諾數(shù)\(Re\)的關(guān)系為\(\lambda=\)______。答案：\(\frac{64}{Re}\)詳細(xì)解答：根據(jù)流體力學(xué)知識(shí)，當(dāng)流體在圓形直管中作層流流動(dòng)時(shí)，通過理論推導(dǎo)得出摩擦系數(shù)\(\lambda\)與雷諾數(shù)\(Re\)的關(guān)系為\(\lambda=\frac{64}{Re}\)。2.精餾塔的進(jìn)料熱狀況參數(shù)\(q\)的定義式為______，當(dāng)進(jìn)料為泡點(diǎn)液體時(shí)，\(q=\)______。答案：\(q=\frac{I_V-I_F}{I_V-I_L}\)；1詳細(xì)解答：進(jìn)料熱狀況參數(shù)\(q\)的定義式為\(q=\frac{I_V-I_F}{I_V-I_L}\)，其中\(zhòng)(I_V\)為飽和蒸汽的焓，\(I_F\)為進(jìn)料的焓，\(I_L\)為飽和液體的焓。當(dāng)進(jìn)料為泡點(diǎn)液體時(shí)，\(I_F=I_L\)，則\(q=\frac{I_V-I_L}{I_V-I_L}=1\)。3.吸收過程中，亨利定律的表達(dá)式為______，其中\(zhòng)(E\)稱為______。答案：\(p^*=Ex\)；亨利系數(shù)詳細(xì)解答：亨利定律描述了稀溶液中溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓\(p^*\)與它在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)\(x\)之間的關(guān)系，表達(dá)式為\(p^*=Ex\)，\(E\)稱為亨利系數(shù)，它反映了氣體溶解度的大小，\(E\)越大，氣體的溶解度越小。4.對(duì)于恒容反應(yīng)\(aA+bB\rightarrowpP+sS\)，其反應(yīng)速率\(r_A\)與\(r_B\)的關(guān)系為\(r_A=\)______。答案：\(\frac{a}r_B\)詳細(xì)解答：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的定義，對(duì)于恒容反應(yīng)\(aA+bB\rightarrowpP+sS\)，反應(yīng)速率\(r_A=-\frac{1}{a}\frac{dC_A}{dt}\)，\(r_B=-\frac{1}\frac{dC_B}{dt}\)，由于\(\frac{dC_A}{dt}\)與\(\frac{dC_B}{dt}\)存在化學(xué)計(jì)量關(guān)系\(\frac{dC_A}{dt}=\frac{a}\frac{dC_B}{dt}\)，所以\(r_A=\frac{a}r_B\)。5.列管式換熱器按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為______、______和______三種。答案：固定管板式；浮頭式；U形管式詳細(xì)解答：列管式換熱器是化工生產(chǎn)中常用的換熱設(shè)備，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為固定管板式、浮頭式和U形管式三種。固定管板式結(jié)構(gòu)簡單，但不便于清洗和檢修；浮頭式管束可以自由伸縮，便于清洗和檢修，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高；U形管式結(jié)構(gòu)緊湊，適用于高溫高壓場合。判斷題1.流體的黏度隨溫度的升高而減小。（）答案：錯(cuò)誤詳細(xì)解答：對(duì)于液體，其黏度隨溫度的升高而減小，這是因?yàn)闇囟壬?，液體分子間的內(nèi)聚力減小。而對(duì)于氣體，其黏度隨溫度的升高而增大，因?yàn)闇囟壬?，氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的動(dòng)量交換增加。所以該說法錯(cuò)誤。2.精餾塔的塔頂產(chǎn)品采出量越大，塔頂產(chǎn)品的純度越高。（）答案：錯(cuò)誤詳細(xì)解答：在精餾塔中，塔頂產(chǎn)品采出量與塔頂產(chǎn)品純度之間并不是簡單的正相關(guān)關(guān)系。根據(jù)物料衡算和精餾原理，當(dāng)塔頂產(chǎn)品采出量過大時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致塔內(nèi)氣液平衡被破壞，使得塔頂產(chǎn)品中重組分含量增加，純度降低。所以該說法錯(cuò)誤。3.吸收過程中，增大吸收劑用量，吸收推動(dòng)力增大，吸收效果變好。（）答案：正確詳細(xì)解答：吸收過程的吸收推動(dòng)力\(\DeltaY=Y-Y^*\)（以氣相組成表示）或\(\DeltaX=X^*-X\)（以液相組成表示）。增大吸收劑用量，在其他條件不變的情況下，液相中溶質(zhì)的平衡濃度\(X^*\)會(huì)減小，氣相中溶質(zhì)的平衡濃度\(Y^*\)也會(huì)減小，從而使吸收推動(dòng)力增大，吸收效果變好。所以該說法正確。4.反應(yīng)級(jí)數(shù)一定是正整數(shù)。（）答案：錯(cuò)誤詳細(xì)解答：反應(yīng)級(jí)數(shù)可以是正整數(shù)、零、分?jǐn)?shù)或負(fù)數(shù)。例如，某些表面催化反應(yīng)可能是零級(jí)反應(yīng)；一些復(fù)雜反應(yīng)的反應(yīng)級(jí)數(shù)可能是分?jǐn)?shù)。所以反應(yīng)級(jí)數(shù)不一定是正整數(shù)，該說法錯(cuò)誤。5.套管換熱器的傳熱效率一定比列管式換熱器高。（）答案：錯(cuò)誤詳細(xì)解答：套管換熱器和列管式換熱器的傳熱效率受到多種因素的影響，如換熱器的結(jié)構(gòu)、流體的物性、流速等。雖然套管換熱器具有一定的優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡單、傳熱系數(shù)較大等，但列管式換熱器可以通過合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，如采用多管程、折流板等措施，提高傳熱效率。因此，不能簡單地說套管換熱器的傳熱效率一定比列管式換熱器高，該說法錯(cuò)誤。解答題1.用離心泵將敞口水池中的水輸送到高位槽，已知高位槽水面比水池水面高20m，管路總長度（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）為100m，管徑為\(\phi57\times3.5mm\)，摩擦系數(shù)\(\lambda=0.02\)，水的流量為\(15m^3/h\)，水的密度\(\rho=1000kg/m^3\)，求離心泵的揚(yáng)程。解：（1）首先計(jì)算管路中的流速\(u\)管徑\(d=57-2\times3.5=50mm=0.05m\)流量\(V=15m^3/h=\frac{15}{3600}m^3/s\)根據(jù)\(V=Au=\frac{\pi}{4}d^2u\)，可得\(u=\frac{V}{\frac{\pi}{4}d^2}=\frac{\frac{15}{3600}}{\frac{\pi}{4}\times0.05^2}\approx2.12m/s\)（2）計(jì)算管路的壓頭損失\(h_f\)根據(jù)范寧公式\(h_f=\lambda\frac{l+l_e}sq66k6k\frac{u^2}{2g}\)，已知\(\lambda=0.02\)，\(l+l_e=100m\)，\(d=0.05m\)，\(u=2.12m/s\)，\(g=9.81m/s^2\)\(h_f=0.02\times\frac{100}{0.05}\times\frac{2.12^2}{2\times9.81}\approx9.14m\)（3）根據(jù)柏努利方程求離心泵的揚(yáng)程\(H\)以水池水面為1-1截面，高位槽水面為2-2截面，取1-1截面為基準(zhǔn)面。\(z_1=0\)，\(z_2=20m\)，\(p_1=p_2=0\)（表壓），\(u_1\approx0\)，\(u_2\approx0\)根據(jù)柏努利方程\(H=(z_2-z_1)+\frac{p_2-p_1}{\rhog}+\frac{u_2^2-u_1^2}{2g}+h_f\)代入數(shù)據(jù)可得\(H=20+0+0+9.14=29.14m\)答：離心泵的揚(yáng)程為29.14m。2.在一連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合物，進(jìn)料量為100kmol/h，進(jìn)料組成\(x_F=0.4\)（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），進(jìn)料為泡點(diǎn)液體，塔頂餾出液組成\(x_D=0.9\)，塔底釜液組成\(x_W=0.1\)，回流比\(R=2\)。求：（1）塔頂餾出液量\(D\)和塔底釜液量\(W\)；（2）精餾段操作線方程；（3）提餾段操作線方程。解：（1）根據(jù)物料衡算總物料衡算\(F=D+W\)易揮發(fā)組分物料衡算\(Fx_F=Dx_D+Wx_W\)已知\(F=100kmol/h\)，\(x_F=0.4\)，\(x_D=0.9\)，\(x_W=0.1\)由\(F=D+W\)可得\(W=F-D\)，代入易揮發(fā)組分物料衡算方程\(Fx_F=Dx_D+(F-D)x_W\)\(100\times0.4=D\times0.9+(100-D)\times0.1\)\(40=0.9D+10-0.1D\)\(0.8D=30\)解得\(D=37.5kmol/h\)\(W=F-D=100-37.5=62.5kmol/h\)（2）精餾段操作線方程精餾段操作線方程的通式為\(y_{n+1}=\frac{R}{R+1}x_n+\frac{x_D}{R+1}\)已知\(R=2\)，\(x_D=0.9\)則\(y_{n+1}=\frac{2}{2+1}x_n+\frac{0.9}{2+1}=\frac{2}{3}x_n+0.3\)（3）提餾段操作線方程因?yàn)檫M(jìn)料為泡點(diǎn)液體，\(q=1\)\(L'=L+qF=RD+F=2\times37.5+100=175kmol/h\)\(V'=V-(1-q)F=(R+1)D=(2+1)\times37.5=112.5kmol/h\)提餾段操作線方程的通式為\(y_m=\frac{L'}{V'}x_{m-1}-\frac{Wx_W}{V'}\)代入數(shù)據(jù)可得\(y_m=\frac{175}{112.5}x_{m-1}-\frac{62.5\times0.1}{112.5}=\frac{14}{9}x_{m-1}-\frac{1}{18}\)答：（1）塔頂餾出液量\(D=37.5kmol/h\)，塔底釜液量\(W=62.5kmol/h\)；（2）精餾段操作線方程為\(y_{n+1}=\frac{2}{3}x_n+0.3\)；（3）提餾段操作線方程為\(y_m=\frac{14}{9}x_{m-1}-\frac{1}{18}\)。3.某反應(yīng)\(A\rightarrowP\)，在恒容間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)\(k=0.1min^{-1}\)，初始反應(yīng)物濃度\(C_{A0}=2mol/L\)，求反應(yīng)進(jìn)行到\(10min\)時(shí)，反應(yīng)物\(A\)的轉(zhuǎn)化率和剩余濃度。解：（1）對(duì)于一級(jí)反應(yīng)，其動(dòng)力學(xué)方程為\(-\frac{dC_A}{dt}=kC_A\)分離變量并積分\(\int_{C_{A0}}^{C_A}-\frac{dC_A}{C_A}=\int_{0}^{t}kdt\)可得\(\ln\frac{C_{A0}}{C_A}=kt\)（2）已知\(k=0.1min^{-1}\)，\(t=10min\)，\(C_{A0}=2mol/L\)\(\ln\frac{C_{A0}}{C_A}=kt=0.1\times10=1\)\(\frac{C_{A0}}{C_A}=e^1\approx2.718\)\(C_A=\frac{C_{A0}}{e}=\frac{2}{2.718}\approx0.736mol/L\)（3）反應(yīng)物\(A\)的轉(zhuǎn)化率\(x_A\)\(x_A=\frac{C_{A0}-C_A}{C_{A0}}=1-\frac{C_A}{C_{A0}}=1-\frac{1}{e}=1-\frac{1}{2.718}\approx0.632=63.2\%\)答：反應(yīng)進(jìn)行到\(10min\)時(shí)，反應(yīng)物\(A\)的轉(zhuǎn)化率為63.2%，剩余濃度為0.736mol/L。4.在一逆流吸收塔中，用清