化工類專業(yè)模擬試題(有答案)1.單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.1在理想管式反應(yīng)器（PFR）中進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)A→B，若進(jìn)料濃度cA0=2mol·L?1，反應(yīng)速率常數(shù)k=0.35min?1，要求出口轉(zhuǎn)化率xA=0.90，則所需空時(shí)τ最接近A.3.0min?B.4.2min?C.6.6min?D.9.5min答案：C解析：PFR一級(jí)反應(yīng)設(shè)計(jì)式τ=(1/k)ln[1/(1–xA)]=(1/0.35)ln10≈6.58min。1.2某二元理想溶液在80°C下平衡，已知純組分飽和蒸氣壓p?=120kPa，p?=60kPa，若液相摩爾分?jǐn)?shù)x?=0.4，則系統(tǒng)總壓P為A.72kPa?B.84kPa?C.96kPa?D.108kPa答案：B解析：P=x?p?+(1–x?)p?=0.4×120+0.6×60=48+36=84kPa。1.3在列管式換熱器中，管程走冷卻水，殼程走熱氣體。若將冷卻水流量提高一倍，其他條件不變，則總傳熱系數(shù)U的變化趨勢(shì)為A.基本不變?B.提高約5%?C.提高約40%?D.提高一倍答案：C解析：水側(cè)傳熱系數(shù)h_i∝u^0.8，流量加倍→u加倍→h_i提高2^0.8≈1.74倍；但殼程氣膜熱阻仍占主導(dǎo)，綜合U提高約40%。1.4對(duì)可逆放熱反應(yīng)A?B，ΔH<0，為提高平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)A.升高溫度?B.降低溫度?C.提高壓力?D.加入惰性氣體答案：B解析：放熱反應(yīng)降溫使平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)。1.5某離心泵在額定流量Q=50m3·h?1時(shí)揚(yáng)程H=30m，若管路特性曲線為H=20+0.008Q2（Q單位m3·h?1），則工作點(diǎn)流量為A.25?B.35?C.45?D.55答案：B解析：聯(lián)立30=20+0.008Q2→Q2=1250→Q≈35.4m3·h?1。1.6在精餾塔設(shè)計(jì)中，若回流比R從1.5降至1.2，其他不變，則再沸器熱負(fù)荷A.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：B解析：R減小，塔內(nèi)汽相流量V=(R+1)D減小，再沸器熱負(fù)荷Q=Vλ隨之減小。1.7某氣體混合物含CO?20%（體積），用30°C純水逆流吸收，亨利常數(shù)H=1.8×103atm。若操作壓力為5atm，則液相最大摩爾分?jǐn)?shù)x_CO?為A.5.6×10???B.1.1×10?3?C.2.8×10?3?D.5.5×10?3答案：A解析：p_CO?=0.2×5=1atm，x=p/H=1/(1.8×103)=5.56×10??。1.8對(duì)非牛頓冪律流體，若稠度系數(shù)K=0.8Pa·s?，流動(dòng)指數(shù)n=0.6，則在直徑20mm管內(nèi)平均流速1m·s?1時(shí)，管壁剪切速率γ?為A.200s?1?B.400s?1?C.600s?1?D.800s?1答案：D解析：冪律管內(nèi)γ?=8u/d·(3n+1)/(4n)=8×1/0.02×(3×0.6+1)/(4×0.6)=400×2.8/2.4≈800s?1。1.9某反應(yīng)器出口流股用冷激水直接冷卻，若熱流股比熱容2.2kJ·kg?1·K?1、流量1000kg·h?1，溫度從150°C降至50°C，冷激水入口20°C，忽略熱損失，則所需水量最接近A.880?B.1100?C.1320?D.1540kg·h?1答案：C解析：Q=1000×2.2×(150–50)=220MJ；水ΔT=30°C，m=220/(4.18×30)≈1.32t·h?1。1.10在催化裂化裝置中，若催化劑微孔孔徑2nm，則內(nèi)擴(kuò)散主要屬于A.分子擴(kuò)散?B.Knudsen擴(kuò)散?C.表面擴(kuò)散?D.湍流擴(kuò)散答案：B解析：孔徑<10nm時(shí)，分子平均自由程遠(yuǎn)大于孔徑，Knudsen擴(kuò)散占優(yōu)。2.多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分；每題至少兩個(gè)正確答案，多選少選均不得分）2.1關(guān)于萃取操作中分配系數(shù)K與選擇性系數(shù)β，下列正確的是A.K越大越易分離?B.β越大越易分離?C.β=1時(shí)無(wú)法分離?D.K與β均無(wú)量綱答案：B、C解析：β=(yA/yB)/(xA/xB)決定分離難易；β=1兩相組成相同，無(wú)法分離；K有單位。2.2在氣固流化床中，下列措施可提高床層膨脹比A.提高氣速?B.降低顆粒密度?C.增加床高?D.減小粒徑答案：A、B、D解析：膨脹比隨氣速增加、顆粒密度減小、粒徑減小而增大，與靜床高無(wú)關(guān)。2.3關(guān)于精餾塔板效率，下列說(shuō)法正確的是A.Murphree板效率可能>100%?B.點(diǎn)效率≤1?C.全塔效率一定小于1?D.液沫夾帶降低效率答案：B、C、D解析：Murphree效率可因濃度躍遷>100%，但點(diǎn)效率≤1；全塔效率綜合各種不可逆因素<1；液沫夾帶造成返混降低效率。2.4在反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)合成中，對(duì)自催化反應(yīng)A+P→P+P，最優(yōu)結(jié)構(gòu)通常包含A.全混釜串聯(lián)?B.循環(huán)反應(yīng)器?C.側(cè)線進(jìn)料?D.反應(yīng)精餾答案：B、C、D解析：自催化需保持P濃度，循環(huán)或側(cè)線可維持；反應(yīng)精餾及時(shí)移走P推動(dòng)平衡。2.5關(guān)于超臨界流體萃取，下列正確的是A.常用CO?因其臨界溫度低?B.壓力升高溶解度單調(diào)增?C.溫度升高一定降低溶解度?D.可耦合夾帶劑提高選擇性答案：A、B、D解析：超臨界CO?臨界31°C，近室溫操作；壓力升高壓縮性增強(qiáng)溶解度增；溫度升高在高壓區(qū)可能提高溶解度；夾帶劑可調(diào)節(jié)極性。3.判斷題（每題1分，共10分；正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）3.1對(duì)同一離心泵，若改用密度大20%的液體，則軸功率提高20%。答案：√解析：N∝ρQH/η，Q、H不變，ρ增20%，N增20%。3.2在層流區(qū)，球形顆粒沉降速度ut與粒徑平方成正比。答案：√解析：Stokes區(qū)ut=d2(ρp–ρ)g/(18μ)。3.3對(duì)二元理想溶液，若相對(duì)揮發(fā)度α=1，則不能用普通精餾分離。答案：√解析：α=1氣液相組成相同，無(wú)法分離。3.4反應(yīng)器停留時(shí)間分布E(t)曲線下面積恒等于1。答案：√解析：定義∫?^∞E(t)dt=1。3.5對(duì)放熱反應(yīng)，采用絕熱操作一定導(dǎo)致溫度飛升。答案：×解析：若反應(yīng)速率低或熱容大，溫升有限。3.6在填料塔設(shè)計(jì)中，載點(diǎn)氣速是操作上限。答案：×解析：泛點(diǎn)才是操作上限，載點(diǎn)為傳質(zhì)區(qū)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。3.7對(duì)同一管路，若管徑減半，則層流時(shí)壓降增大為原來(lái)的32倍。答案：√解析：層流ΔP∝1/d?，流量不變，d減半→ΔP增2?=16倍；但u增4倍，Q=常數(shù)，LaminarΔP∝u/d2，綜合32倍。3.8催化劑孔徑越大，內(nèi)擴(kuò)散限制越顯著。答案：×解析：孔徑大擴(kuò)散阻力小，限制減弱。3.9對(duì)氣液反應(yīng)，八田數(shù)Ha>3表示反應(yīng)主要在液膜內(nèi)完成。答案：√解析：Ha=√(kL·D)/kL，Ha>3為快反應(yīng)，液膜內(nèi)完成。3.10在萃取塔中，若連續(xù)相為有機(jī)相，分散相為水相，則稱為“油包水”體系。答案：×解析：應(yīng)為水包油（O/W），油包水為W/O。4.計(jì)算題（共55分）4.1反應(yīng)器設(shè)計(jì)（12分）液相不可逆反應(yīng)A→B，速率方程–rA=kcA，k=0.45h?1。現(xiàn)有兩股進(jìn)料：一股cA0=2mol·L?1，流量2m3·h?1；另一股cA0=0.5mol·L?1，流量3m3·h?1。兩股先混合后進(jìn)入PFR，要求出口cA≤0.1mol·L?1。求所需PFR體積。解：混合后總流量Q=2+3=5m3·h?1混合濃度cA,mix=(2×2+0.5×3)/5=(4+1.5)/5=1.1mol·L?1PFR設(shè)計(jì)式：τ=(1/k)ln(cA,in/cA,out)=1/0.45ln(1.1/0.1)=2.222ln11=2.222×2.398=5.33h體積V=Qτ=5×5.33=26.65m3答案：26.7m34.2精餾塔板數(shù)（10分）用McCabe-Thiele法求二元理想精餾所需理論板數(shù)。已知：xF=0.4，xD=0.95，xB=0.05（摩爾分?jǐn)?shù)），飽和液體進(jìn)料，相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，回流比R=1.8Rmin。解：q線垂直x=0.4平衡線y=2.5x/(1+1.5x)交點(diǎn)：x=0.4，y=2.5×0.4/(1+1.5×0.4)=1/(1+0.6)=0.625Rmin=(xD–y)/(y–xF)=(0.95–0.625)/(0.625–0.4)=0.325/0.225=1.444R=1.8×1.444=2.6操作線斜=R/(R+1)=2.6/3.6=0.722，截距xD/(R+1)=0.95/3.6=0.264階梯作圖得理論板數(shù)N≈8.2，取9塊，進(jìn)料板第5塊。答案：9塊，第5塊進(jìn)料4.3換熱網(wǎng)絡(luò)合成（10分）兩股熱流：H1180→80°C，CP=3kW·K?1；H2150→50°C，CP=2kW·K?1。兩股冷流：C130→120°C，CP=2.5kW·K?1；C260→140°C，CP=3kW·K?1。最小允許溫差ΔTmin=10°C。用問(wèn)題表法求最小熱公用工程QH,min與夾點(diǎn)溫度。解：劃分溫度區(qū)間：熱端180,150,80,50；冷端120,140,30,60；修正ΔTmin/2=5°Cshifted熱：185,155,85,55shifted冷：125,145,35,65排序：185,155,145,125,85,65,55,35計(jì)算熱級(jí)聯(lián)：185→155：ΔH=(3+2)×30=150kW155→145：ΔH=3×10–2.5×10=5kW145→125：ΔH=3×20–(2.5+3)×20=60–110=–50125→85：ΔH=3×40–5.5×40=120–220=–10085→65：ΔH=2×20–5.5×20=40–110=–7065→55：ΔH=2×10–3×10=–1055→35：ΔH=0–3×20=–60最大負(fù)值–100，QH,min=100kW夾點(diǎn)shifted125°C，實(shí)際熱125–5=120°C，冷120+5=125°C答案：QH,min=100kW，夾點(diǎn)120/125°C4.4氣液吸收塔高（8分）用填料塔逆流吸收SO?，入口y?=0.03，出口y?=0.001，入口x?=0，液氣比L/G=1.2(L/G)min，平衡y=0.8x，KGa=0.8kmol·m?3·s?1，P=1atm，G=60kmol·m?2·h?1。求填料高度Z。解：(L/G)min=(y?–y?)/(y?/0.8–x?)=0.029/(0.03/0.8)=0.029/0.0375=0.773L/G=1.2×0.773=0.928操作線斜0.928，過(guò)(y?,x?)=(0.001,0)x?=x?+(G/L)(y?–y?)=0+(1/0.928)×0.029=0.0312Δy?=y?–0.8x?=0.03–0.8×0.0312=0.0050Δy?=y?–0=0.001Δym=(0.0050–0.001)/ln5=0.004/1.609=0.00249NOG=(y?–y?)/Δym=0.029/0.00249=11.65HOG=G/KGa=60/3600/0.8=0.0208mZ=HOG×NOG=0.0208×11.65=0.243m答案：0.24m4.5非理想反應(yīng)器（8分）用擴(kuò)散模型描述Peclet數(shù)Pe=8的管式反應(yīng)器，一級(jí)反應(yīng)kτ=3，求出口轉(zhuǎn)化率，并與理想PFR比較。解：擴(kuò)散模型方程：1/Pe·d2c/dz2–dc/dz–kcτ=0邊界條件：z=0,c–1/Pe·dc/dz=1;z=1,dc/dz=0解析解：x=1–c?=1–4βexp(Pe/2)/[(1+β)2exp(Peβ/2)–(1–β)2exp(–Peβ/2)]β=√(1+4kτ/Pe)=√(1+12/8)=√2.5=1.581代入得x=0.938理想PFR：x=1–e?3=0.950差值：0.950–0.938=0.012答案：擴(kuò)散模型93.8%，理想95.0%，降低1.2%4.6萃取級(jí)聯(lián)（7分）用純?nèi)軇㏒逆流萃取AfromB，含A30%的料液100kg·h?1，溶劑比S/F=1.5，要求萃余相xAN≤0.05。平衡數(shù)據(jù)：yA=0.6xA（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。求理論級(jí)數(shù)N。解：操作線：yA,n+1=yA1+(F/S)(xA,n–xA1)xA0=0.30，xAN=0.05，yA1=0F/S=1/1.5=0.667操作線：yA=0.667(xA–0.05)平衡：yA=0.6xA聯(lián)立：0.6xA=0.667xA–0.0333→0.067xA=0.0333→xA=0.497階梯作圖：x0=0.30→y1=0.667(0.30–0.05)=0.167x1=y1/0.6=0.278y2=0.667(0.278–0.05)=0.152→x2=0.253y3=0.667(0.253–0.05)=0.135→x3=0.225y4=0.667(0.225–0.05)=0.117→x4=0.195y5=0.667(0.195–0.05)=0.097→x5=0.161y6=0.667(0.161–0.05)=0.074→x6=0.123y7=0.667(0.123–0.05)=0.049→x7=0.082>0.05y8=0.667(0.082–0.05)=0.021→x8=0.035<0.05取N=8答案：8級(jí)5.綜合設(shè)計(jì)題（20分）某廠擬用甲苯為溶劑，通過(guò)萃取+精餾聯(lián)合流程從含40%苯酚廢水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）中回收苯酚，要求苯酚回收率≥98%，產(chǎn)品苯酚純度≥99%。已知：1.苯酚-甲苯-水體系在40°C下平衡數(shù)據(jù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：水相：苯酚0.05，甲苯0.001；有機(jī)相：苯酚0.25，甲苯0.74。2.苯酚-甲苯溶液可視為理想體系，常壓下相對(duì)揮發(fā)度α=2.1。3.廢水流量5000kg·h?1，操作溫度40°C。任務(wù)：a.確定單級(jí)萃取所需最小溶劑比S/F及實(shí)際取1.8倍時(shí)的萃余相苯酚含量；b.若采用多級(jí)逆流萃取，理論級(jí)數(shù)取4，求實(shí)際溶劑比；c.對(duì)有機(jī)相進(jìn)行精餾，塔頂?shù)眉兗妆窖h(huán)，塔釜得苯酚產(chǎn)品，R=1.5Rmin，求理論板數(shù)及進(jìn)料位置；d.估算整個(gè)流程能耗（僅考慮精餾再沸器），苯酚汽化潛熱λ=520kJ·kg?1，甲苯λ=360kJ·kg?1，塔頂冷凝器用30°C冷卻水，塔釜加熱用150°C飽和蒸汽，蒸汽潛熱r=2113kJ·kg?1。解：a.單級(jí)最小S/F：總苯酚5000×0.4=2000kg·h?1設(shè)萃余相苯酚xR，則萃取相苯酚yE=0.25物料衡算：5000×0.4=F·xR+S·yE最小S/F時(shí)xR=0.05（平衡）2000=5000×0.05+Smin×0.25→Smin=1750/0.25=7000kg·h?1S/Fmin=7000/5000=1.4實(shí)際S=1.8×7000=12600kg·h?1新xR：2000=5000xR+12600×0.25→xR=(2000–3150)/5000→負(fù)，不可行，需多級(jí)。b.多級(jí)逆流4級(jí)：用Kremser方程：萃取因子E=KS/F，K=y/x=0.25/0.05=5設(shè)S/F=m，E=5m(xF–