2026大學(xué)化工原理期末考試題庫(kù)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，最小回流比Rmin為多少？若實(shí)際回流比取1.3Rmin，所需理論板數(shù)是多少？答案：Rmin=1.32；N=11.4≈12塊。解析：泡點(diǎn)進(jìn)料q=1，xq=xF=0.45，yq=αxq/[1+(α-1)xq]=2.46×0.45/(1+1.46×0.45)=0.668；Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.97-0.668)/(0.668-0.45)=1.32。實(shí)際R=1.3×1.32=1.72，用Gilliland關(guān)聯(lián)：X=(R-Rmin)/(R+1)=0.156，查圖得Y=0.46，Nmin=ln[(xD/(1-xD))·((1-xW)/xW)]/lnα-1=7.8，N=(Nmin+Y)/(1-Y)=11.4，取整12塊。2.（單選）用填料塔用清水吸收氨-空氣混合氣中的NH3，入口y1=0.015，出口y2=0.001，平衡關(guān)系y=1.2x，液氣比L/G=1.5(L/G)min，求傳質(zhì)單元數(shù)NOG。答案：NOG=6.92。解析：(L/G)min=(y1-y2)/(x1*-x2)=(0.015-0.001)/(0.015/1.2-0)=1.12，L/G=1.5×1.12=1.68；操作線x1=x2+(G/L)(y1-y2)=0+1/1.68×0.014=0.00833；Δy1=y1-mx1=0.015-1.2×0.00833=0.0050；Δy2=y2-mx2=0.001；Δym=(Δy1-Δy2)/ln(Δy1/Δy2)=0.0025；NOG=(y1-y2)/Δym=0.014/0.0025=6.92。3.（填空）某液體在φ25mm×2.5mm鋼管內(nèi)流動(dòng)，ρ=960kg·m-3，μ=0.08Pa·s，流量6m3·h-1，則流型為_(kāi)___，摩擦系數(shù)λ=____。答案：層流；λ=0.064。解析：內(nèi)徑d=0.02m，u=Q/A=6/3600/(π/4×0.022)=5.31m·s-1；Re=ρud/μ=960×5.31×0.02/0.08=1274<2000，層流；λ=64/Re=64/1274=0.0502（原數(shù)據(jù)μ較大，按題給μ=0.08修正Re=1274，λ=0.064）。4.（計(jì)算）用板框過(guò)濾機(jī)恒壓過(guò)濾某懸浮液，過(guò)濾常數(shù)K=2×10-4m2·s-1，濾餅不可壓縮，濾布阻力可忽略，濾框厚度50mm，邊長(zhǎng)0.3m，共20框，求充滿(mǎn)濾框所需時(shí)間。若改用回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)，轉(zhuǎn)速0.5r·min-1，浸沒(méi)度0.35，轉(zhuǎn)鼓直徑1.2m，長(zhǎng)0.9m，求生產(chǎn)能力（m3濾液·h-1）。答案：板框t=1125s=18.8min；回轉(zhuǎn)Q=5.42m3·h-1。解析：板框單框容積=0.3×0.3×0.05=0.0045m3，總餅容Vcake=20×0.0045=0.09m3，設(shè)餅-液體積比v=0.02m3餅/m3液，則濾液V=Vcake/v=4.5m3；恒壓忽略介質(zhì)，V2=KAt，A=2×20×0.3×0.3=3.6m2，t=V2/(KA2)=4.52/(2×10-4×3.6)=1125s?；剞D(zhuǎn)：鼓面積A=πDL=π×1.2×0.9=3.39m2，有效浸沒(méi)Aeff=0.35×3.39=1.19m2，轉(zhuǎn)速n=0.5/60=0.00833s-1，單周期濾液q=√(Kφ/n)=√(2×10-4×0.35/0.00833)=0.029m3·m-2，Q=qAeffn×3600=0.029×1.19×0.00833×3600=5.42m3·h-1。5.（簡(jiǎn)答）說(shuō)明離心泵發(fā)生汽蝕的機(jī)理，并給出工程上防止汽蝕的具體措施。答案：汽蝕是葉輪入口局部壓力降至液體飽和蒸汽壓以下，產(chǎn)生汽泡，隨液流到高壓區(qū)瞬間潰滅，產(chǎn)生高頻沖擊，造成金屬剝蝕、振動(dòng)、性能下降。防止措施：①降低泵安裝高度，使NPSHa>NPSHr+0.5m；②減小吸入管路阻力，如縮短管長(zhǎng)、加大管徑、減少?gòu)濐^閥門(mén)；③降低液體溫度，降低飽和蒸汽壓；④采用誘導(dǎo)輪或雙吸葉輪；⑤選汽蝕余量小的泵型；⑥泵入口加壓（如倒灌）。6.（推導(dǎo)）從湍流邊界層動(dòng)量積分方程出發(fā)，推導(dǎo)光滑圓管湍流區(qū)Blasius摩擦系數(shù)公式λ=0.3164/Re0.25，并說(shuō)明適用范圍。答案：取1/7次速度分布u/uτ=8.74(yuτ/ν)1/7，動(dòng)量積分得壁面剪應(yīng)力τw=0.0225ρu2(uδ/ν)-1/4，結(jié)合管流定義λ=8τw/(ρu2)，Re=ρud/μ，積分邊界層厚度δ與半徑關(guān)系，最終得λ=0.3164/Re0.25；適用4000<Re<1×105光滑管。7.（綜合）某廠用單效蒸發(fā)器將10t·h-1的10%NaOH水溶液濃縮至30%，加熱蒸汽為0.2MPa（表）飽和蒸汽，冷凝水在飽和溫度下排出，蒸發(fā)室真空度為80kPa，當(dāng)?shù)卮髿鈮?00kPa，溶液沸點(diǎn)升高12℃，忽略熱損，求：①所需加熱蒸汽量；②蒸發(fā)器傳熱面積（基于管內(nèi)沸騰α=4000W·m-2·K-1，管外蒸汽冷凝α=8000W·m-2·K-1，管壁δ=3mm，λ=16W·m-1·K-1）。答案：①D=2840kg·h-1；②A=28.4m2。解析：①水分蒸發(fā)量W=F(1-x0/x1)=10000(1-0.1/0.3)=6667kg·h-1；0.2MPa表=0.3MPa絕，飽和溫度T=133.5℃，汽化潛熱r=2163kJ·kg-1；蒸發(fā)室絕壓=100-80=20kPa，對(duì)應(yīng)飽和溫度t0=60.1℃，溶液沸點(diǎn)t=t0+Δ=72.1℃；NaOH溶液比熱按cp=3.77kJ·kg-1·K-1，料液從20℃升至72.1℃需熱Q1=FcΔT=10000×3.77×52.1=1.96×106kJ·h-1；蒸發(fā)潛熱Q2=Wr′=6667×2358=1.57×107kJ·h-1；總熱Q=Q1+Q2=1.77×107kJ·h-1=4.91×106W；蒸汽量D=Q/r=1.77×107/2163=2840kg·h-1。②總傳熱系數(shù)1/K=1/4000+0.003/16+1/8000→K=2420W·m-2·K-1；ΔTm=133.5-72.1=61.4K；A=Q/(KΔTm)=4.91×106/(2420×61.4)=28.4m2。8.（判斷并改錯(cuò)）“在萃取操作中，分配系數(shù)越大，則所需溶劑比越小，理論級(jí)數(shù)越多?！贝鸢福哄e(cuò)誤。應(yīng)改為“分配系數(shù)越大，相平衡越有利，所需溶劑比越小，理論級(jí)數(shù)越少?！?.（選擇）下列哪種攪拌器最適合高黏度非牛頓假塑性流體？A.推進(jìn)式；B.渦輪式；C.錨式；D.布魯馬金式。答案：C。解析：錨式攪拌器貼近壁面刮底，剪切分布均勻，適合高黏度層流。10.（計(jì)算）用逆流填料塔以煤油吸收苯蒸氣，入口氣體含苯4%，流量2000m3·h-1（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），吸收率95%，操作溫度25℃，常壓，平衡m=0.125，采用L/G=1.4(L/G)min，填料為25mm陶瓷拉西環(huán)，KGa=30kmol·m-3·h-1·atm-1，求填料層高度。答案：Z=4.86m。解析：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)kmol流量G=2000/22.4=89.3kmol·h-1，惰性氣G′=89.3×0.96=85.7kmol·h-1；Y1=0.0417，Y2=0.0417×0.05=0.00209；(L/G)min=(Y1-Y2)/(Y1/m-0)=0.0396/(0.0417/0.125)=0.1187，L/G=1.4×0.1187=0.166；X1=X2+(G′/L)(Y1-Y2)=0+6.02×0.0396=0.238；ΔY1=Y1-mX1=0.0417-0.125×0.238=0.0119；ΔY2=Y2-mX2=0.00209；ΔYm=0.00605；NOG=(Y1-Y2)/ΔYm=6.55；HOG=G′/(KGaPΩ)=85.7/(30×1×π/4×0.62)=0.743m；Z=NOG·HOG=4.86m。11.（填空）某反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行一級(jí)不可逆液相反應(yīng)A→B，k=0.02s-1，采用全混流與活塞流串聯(lián)，全混流體積占總體積40%，總空時(shí)τ=50s，則出口轉(zhuǎn)化率XA=____。答案：0.787。解析：設(shè)總流量Q，V=Vcstr+Vpfr=0.4V+0.6V；τ=V/Q=50s；對(duì)CSTR：kτcstr=k×0.4×50=0.4，XA1=kτcstr/(1+kτcstr)=0.4/1.4=0.2857；對(duì)PFR：1-XA2=(1-XA1)exp(-kτpfr)=0.7143exp(-0.02×30)=0.7143×0.5488=0.392；XA2=0.608；總XA=1-(1-XA1)(1-XA2)=0.787。12.（簡(jiǎn)答）闡述氣體非理想性對(duì)吸收塔設(shè)計(jì)的影響，并給出校正方法。答案：高壓下氣體逸度偏離理想，平衡線斜率m=f(P,T,組成)，若仍用理想亨利定律將低估溶解度，導(dǎo)致塔高不足。校正：①用狀態(tài)方程（PR、SRK）計(jì)算氣相逸度系數(shù)φ，修正yP=φHx；②實(shí)驗(yàn)測(cè)定高壓溶解度數(shù)據(jù)，回歸溫度壓力關(guān)聯(lián)式；③采用活度系數(shù)模型（NRTL、UNIQUAC）描述液相非理想；④設(shè)計(jì)軟件內(nèi)嵌熱力學(xué)包自動(dòng)迭代。13.（計(jì)算）用單管程單殼程換熱器將80℃熱水從150t·h-1冷卻至45℃，冷卻水從20℃升至35℃，傳熱系數(shù)K=1800W·m-2·K-1，熱水比熱4.18kJ·kg-1·K-1，求換熱面積。若改為1-2程，K提高10%，求新面積。答案：①A=157m2；②A=123m2。解析：①熱負(fù)荷Q=150000/3600×4.18×35=6.1×106W；ΔTlm=(45-25)/ln(45/25)=33.9℃；R=(80-45)/(35-20)=2.33，P=0.25，查圖Ft≈0.86，ΔTm=29.2K；A=Q/(KΔTm)=6.1×106/(1800×29.2)=157m2。②1-2程Ft≈0.98，K=1980W·m-2·K-1，ΔTm=33.9×0.98=33.2K，A=6.1×106/(1980×33.2)=123m2。14.（選擇）在干燥速率曲線中，恒速階段去除的水分是：A.結(jié)合水；B.非結(jié)合水；C.自由水；D.平衡水。答案：C。解析：恒速階段物料表面保持連續(xù)水膜，水分遷移速率受外部條件控制，去除的是自由水。15.（填空）某旋風(fēng)分離器對(duì)10μm顆粒的臨界粒徑dc=4μm，若處理氣量加倍，入口速度不變，則新臨界粒徑為_(kāi)___μm。答案：5.66μm。解析：dc∝(Q/ut)1/2，Q加倍，ut不變，dc變?yōu)椤?×4=5.66μm。16.（計(jì)算）用噴霧干燥器將40%固含量陶瓷漿料干燥至2%濕基，進(jìn)料溫度20℃，熱風(fēng)入口200℃，出口90℃，蒸發(fā)潛熱2400kJ·kg-1，干料比熱0.9kJ·kg-1·K-1，忽略熱損，求單位干料所需風(fēng)量。答案：L=18.4kg干氣·kg-1干料。解析：干基換算：X1=0.667，X2=0.0204；水分蒸發(fā)W=X1-X2=0.6466kg·kg-1干料；熱衡：干料升溫?zé)?1×0.9×(90-20)=63kJ；總需熱Q=0.6466×2400+63=1615kJ；空氣供熱火用ΔH=1.01+1.88H，設(shè)H0=0.01，H2未知，L(1.01+1.88H0)(200-90)=1615，解得L=18.4kg干氣。17.（簡(jiǎn)答）解釋“液泛”與“載點(diǎn)”的區(qū)別，并給出填料塔液泛速度的工程估算式。答案：載點(diǎn)是氣流增大使液體持液量開(kāi)始顯著增加的點(diǎn)，壓降曲線斜率突變；液泛是氣流進(jìn)一步增大，液體無(wú)法下流，壓降陡升，塔無(wú)法正常操作。液泛速度常用Eckert圖或generalizedpressuredropcorrelation，估算式：UG,f=√[4g(ρL-ρG)ε3/(ρGaμL0.2)]·C，其中C為填料常數(shù)，可查手冊(cè)。18.（推導(dǎo)）從雙膜理論出發(fā)，推導(dǎo)總傳質(zhì)系數(shù)KG與分系數(shù)kG、kL的關(guān)系，并說(shuō)明何時(shí)KG≈kG。答案：1/KG=1/kG+H/kL；當(dāng)溶質(zhì)難溶，H很小，則1/kG>>H/kL，KG≈kG。19.（計(jì)算）某反應(yīng)器進(jìn)行氣固催化一級(jí)反應(yīng)A→B，球形顆粒dp=3mm，有效擴(kuò)散系數(shù)De=2×10-6m2·s-1，本征k=0.8s-1，求Thiele模數(shù)φ與有效因子η，并判斷內(nèi)擴(kuò)散影響。答案：φ=dp/6√(k/De)=0.003/6√(0.8/2×10-6)=31.6；η=3/φ(1/tanhφ-1/φ)=0.094；η<<1，內(nèi)擴(kuò)散阻力嚴(yán)重。20.（填空）在離子交換過(guò)程中，若選擇性系數(shù)KAB=2.5，樹(shù)脂全交換容量2eq·L-1，液相A初始濃度0.1eq·L-1，平衡時(shí)樹(shù)脂相A離子當(dāng)量分?jǐn)?shù)yA=____。答案：0.714。解析：KAB=yA(1-xA)/[xA(1-yA)]，設(shè)xA=0.1，解得yA=0.714。21.（綜合）設(shè)計(jì)一套從發(fā)酵液中連續(xù)萃取乙酸的流程，已知發(fā)酵液流量5m3·h-1，乙酸濃度4%，采用乙酸乙酯為溶劑，分配系數(shù)m=2.8，要求萃余液濃度≤0.2%，求最小溶劑流量、理論級(jí)數(shù)（采用Kremser方程），并畫(huà)出流程簡(jiǎn)圖（文字描述）。答案：Smin=714kg·h-1；N=5級(jí)。解析：Xf=0.0417，Xr=0.002，Y0=0；m=2.8，最小溶劑比(S/F)min=(Xf-Xr)/(mXf-0)=0.0397/(2.8×0.0417)=0.34，Smin=0.34×5000=1700kg·h-1，取1.2倍，S=2040kg·h-1；萃取因子E=mS/F=2.8×2040/5000=1.14；Kremser：N=ln[(Xf-Y0/m)/(Xr-Y0/m)(1-1/E)+1/E]/lnE=4.6，取5級(jí)。流程：發(fā)酵液→5級(jí)逆流萃取塔→萃余液去廢水；溶劑→塔頂→載乙酸溶劑→蒸餾回收乙酸→溶劑循環(huán)。22.（填空）某板翅式換熱器用于液化天然氣，傳熱系數(shù)K=120W·m-2·K-1，溫差-150℃～-110℃，若熱負(fù)荷1MW，所需面積____m2。答案：208m2。解析：ΔTm=40K，A=1×106/(120×40)=208m2。23.（簡(jiǎn)答）說(shuō)明超臨界流體萃取中“可調(diào)溶劑強(qiáng)度”原理，并舉工業(yè)實(shí)例。答案：超臨界CO2密度隨壓力溫度連續(xù)變化，介電常數(shù)、溶解度參數(shù)隨之改變，從而調(diào)節(jié)對(duì)溶質(zhì)的溶解能力。實(shí)例：脫咖啡因咖啡，壓力15-30MPa，溫度40-80℃，分段降壓分離咖啡因。24.（計(jì)算）用氣流輸送將聚乙烯顆粒（ρp=920kg·m-3，dp=3mm）垂直提升20m，空氣質(zhì)量流量2kg·s-1，管徑0.15m，顆粒質(zhì)量流量8kg·s-1，求所需風(fēng)機(jī)全壓升。忽略摩擦，設(shè)顆粒勻速，氣體空隙率ε=0.98。答案：ΔP=12.4kPa。解析：固氣比8/2=4；單顆粒終端ut=√[4gdp(ρp-ρg)/(3ρgCD)]，Rep≈800，CD=0.44，ut=11.2m·s-1；實(shí)際氣速u(mài)g=ut/(1-ε)=11.2/0.02=560m·s-1（過(guò)高，需修正），工程取ug=25m·s-1，則ε=1-Gs/(ρpug)=0.978；靜壓升ΔP=[ερg+(1-ε)ρp]gH=[0.978×1.2+0.022×920]×9.81×20=12.4kPa。25.（填空）在膜分離中，若截留率R=0.95，體積濃縮因子VCF=10，則溶質(zhì)透過(guò)液濃度與原料濃度比Cp/Cf=____。答案：0.005。解析：物料衡算：CfQf=CpQp+CrQr，R=(Cr-Cp)/Cr，VCF=Qf/Qr=10，解得Cp/Cf=0.005。26.（選擇）下列哪種塔板壓降最?。篈.篩板；B.浮閥；C.泡罩；D.垂直篩板。答案：D。解析：垂直篩板氣流垂直通過(guò)，干板壓降最低。27.（計(jì)算）用離子交換樹(shù)脂軟化水，原水硬度2.5mmol·L-1，樹(shù)脂工作交換容量1.2eq·L-1，柱徑0.3m，床層高1.2m，流量5m3·h-1，求每周期運(yùn)行時(shí)間。答案：T=8.14h。解析：樹(shù)脂體積=π/4×0.32×1.2=0.0848m3，總?cè)萘?0.0848×1.2×1000=101.8eq；每小時(shí)硬度負(fù)荷=5×2.5=12.5eq·h-1；T=101.8/12.5=8.14h。28.（簡(jiǎn)答）闡述多效蒸發(fā)“沸點(diǎn)升高損失”對(duì)蒸汽經(jīng)濟(jì)性的影響，并給出提高經(jīng)濟(jì)性的工程手段。答案：沸點(diǎn)升高使有效溫差減小，效數(shù)增加時(shí)溫差損失累積，導(dǎo)致總溫差不足，限制效數(shù)，蒸汽經(jīng)濟(jì)性下降。手段：①采用熱力再壓縮（TVR）或機(jī)械再壓縮（MVR）；②增加預(yù)熱級(jí)，回收冷凝液顯