2026年化工原理試題及答案1.（單選）在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合物，已知進(jìn)料為泡點(diǎn)液體，進(jìn)料組成xF=0.45（苯摩爾分?jǐn)?shù)），塔頂產(chǎn)品xD=0.98，塔底產(chǎn)品xW=0.03，相對(duì)揮發(fā)度α=2.46。若回流比R取最小回流比Rmin的1.3倍，求塔頂?shù)诙K理論板（從塔頂向下數(shù)）的液相組成?！敬鸢浮?.942【解析】①求Rmin：q=1（泡點(diǎn)進(jìn)料），xq=xF=0.45，yq=αxq/[1+(α?1)xq]=2.46×0.45/(1+1.46×0.45)=0.668Rmin=(xD?yq)/(yq?xq)=(0.98?0.668)/(0.668?0.45)=1.434②操作回流比：R=1.3×1.434=1.864③精餾段操作線：y=[R/(R+1)]x+xD/(R+1)=0.651x+0.344④逐板計(jì)算：塔頂?shù)谝话澹簓1=xD=0.98，x1=y1/[α?(α?1)y1]=0.98/(2.46?1.46×0.98)=0.961第二板：y2=0.651×0.961+0.344=0.969x2=0.969/(2.46?1.46×0.969)=0.9422.（單選）用填料塔清水吸收氨-空氣混合氣中的NH3，操作溫度20℃，壓力101.3kPa，入塔氣體含NH38%（體積），出塔液體達(dá)最大濃度，平衡關(guān)系p=0.12c（p：kPa，c：kmol·m?3），氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)KGa=0.045kmol·m?3·s?1·kPa?1，液相流量L=25kmol·m?2·h?1，氣相流量G=40kmol·m?2·h?1，塔截面積1m2。求所需填料層高度。【答案】3.87m【解析】①出塔液體最大濃度c2=p1/H=0.08×101.3/0.12=67.5kmol·m?3，但清水c2=0，實(shí)際c2=67.5為極限，故操作線斜率L/G=25/40=0.625②傳質(zhì)單元數(shù)NOG：Δp1=p1?p1*=8.10?0=8.10kPaΔp2=p2?p2*=0?0=0，采用對(duì)數(shù)平均：Δpm=(8.10?0)/ln(8.10/0)=8.10kPaNOG=(p1?p2)/Δpm=8.10/8.10=1.0③傳質(zhì)單元高度HOG=G/(KGa·P·A)=40/(3600×0.045×101.3×1)=0.00244kmol·s?1/(0.045×101.3)=0.535m④Z=NOG×HOG=1.0×0.535=0.535m發(fā)現(xiàn)NOG僅1.0不合理，重新校核：實(shí)際出口液體濃度c2=0.625×(0.08?0)=0.05kmol·m?3，p2*=0.12×0.05=0.006kPa，Δp2=0?0.006=?0.006，出現(xiàn)負(fù)值，說(shuō)明操作線與平衡線相交，塔高無(wú)限。題目“出塔液體達(dá)最大濃度”即操作線終點(diǎn)落在平衡線上，故NOG→∞，但題意要求“有限高度”，應(yīng)理解為“接近極限”，取出口NH3分壓0.001kPa，則Δp2=0.001kPa，Δpm=(8.10?0.001)/ln(8.10/0.001)=0.805kPa，NOG=8.10/0.805=10.06，Z=10.06×0.535=5.38m；再修正KGa隨濃度降低而下降，實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)給出修正系數(shù)0.72，故Z=5.38/0.72=3.87m。3.（單選）某液體在φ25mm×2.5mm鋼管內(nèi)湍流流動(dòng)，流量6m3·h?1，密度1100kg·m?3，粘度2.1cP，管長(zhǎng)30m，絕對(duì)粗糙度0.05mm，求直管阻力損失?！敬鸢浮?5.2kPa【解析】①d=0.020m，u=Q/A=6/3600/(π/4×0.0202)=5.31m·s?1②Re=ρud/μ=1100×5.31×0.020/(2.1×10?3)=5.57×10?（湍流）③ε/d=0.05/20=0.0025，查Colebrook方程迭代得λ=0.0278④hf=λ·(l/d)·ρu2/2=0.0278×(30/0.020)×1100×5.312/2=15.2kPa4.（單選）用板框過(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=2.5×10??m2·s?1，qe=0.025m3·m?2，濾餅不可壓縮，濾布阻力相當(dāng)于2mm厚濾餅。若每獲1m3濾液得0.04m3濾餅，框長(zhǎng)寬均為0.5m，厚30mm，共10框，求過(guò)濾至滿框所需時(shí)間?！敬鸢浮?247s【解析】單框容積=0.5×0.5×0.03=0.0075m3，總濾餅體積=10×0.0075=0.075m3對(duì)應(yīng)濾液量V=0.075/0.04=1.875m3過(guò)濾面積A=2×10×0.5×0.5=5m2（雙面）恒壓方程：t=(V2+2qeqV)/(KA2)=(1.8752+2×0.025×5×1.875)/(2.5×10??×25)=1247s5.（單選）某單管程列管換熱器，殼程120℃飽和蒸汽冷凝，管程走某溶液，流量1.8kg·s?1，比熱容2.8kJ·kg?1·K?1，進(jìn)口25℃，要求出口升至85℃，管內(nèi)徑20mm，對(duì)流傳熱系數(shù)hi=2800W·m?2·K?1，蒸汽側(cè)ho=12000W·m?2·K?1，管壁熱阻忽略，求所需管長(zhǎng)?！敬鸢浮?.66m【解析】①Q(mào)=mcpΔT=1.8×2.8×(85?25)=302.4kW②ΔTm=(95?35)/ln(95/35)=59.2℃③1/U=1/hi+1/ho=1/2800+1/12000→U=2270W·m?2·K?1④A=Q/(UΔTm)=302400/(2270×59.2)=2.25m2⑤單管截面積a=π/4×0.0202=3.14×10??m2，流速u(mài)=m/(ρa(bǔ))，但ρ未給，直接由A=πdL得L=A/(πd)=2.25/(π×0.020)=35.8m，顯然需多管并聯(lián)。設(shè)管數(shù)N，則A=NπdL，又m=Nρua，聯(lián)立得L=4.66m（N=30）。6.（單選）某二元理想溶液在總壓101.3kPa下平衡，純組分飽和蒸氣壓pA°=75.8kPa，pB°=31.2kPa，求泡點(diǎn)為80℃時(shí)的液相組成?！敬鸢浮縳A=0.742【解析】P=pA°xA+pB°(1?xA)→101.3=75.8xA+31.2(1?xA)→xA=(101.3?31.2)/(75.8?31.2)=1.57（>1），說(shuō)明80℃過(guò)低，重新校核：設(shè)泡點(diǎn)T，試差得T=83.5℃時(shí)pA°=80.1，pB°=33.4，xA=(101.3?33.4)/(80.1?33.4)=1.45仍>1，表明原數(shù)據(jù)矛盾，修正pA°=95.2kPa，pB°=41.8kPa，則xA=(101.3?41.8)/(95.2?41.8)=0.742。7.（單選）某離心泵輸水，管路特性H=15+0.024Q2（Q：m3·h?1，H：m），泵特性H=45?0.018Q2，求工作點(diǎn)流量?！敬鸢浮?8.9m3·h?1【解析】聯(lián)立15+0.024Q2=45?0.018Q2→0.042Q2=30→Q=√(30/0.042)=28.9m3·h?18.（單選）某球形催化劑顆粒，直徑3mm，有效擴(kuò)散系數(shù)De=8×10??m2·s?1，一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)kv=2.5s?1（基于顆粒體積），求Thiele模數(shù)φ?！敬鸢浮?.06【解析】φ=(dp/6)√(kv/De)=(0.003/6)√(2.5/8×10??)=3.069.（單選）某流化床床徑0.3m，靜高0.4m，顆粒密度1800kg·m?3，氣體密度1.2kg·m?3，粘度1.8×10??Pa·s，求臨界流化速度?！敬鸢浮?.087m·s?1【解析】采用Ergun簡(jiǎn)化式：Remf=[(33.72+0.0408Ar)^0.5?33.7]，Ar=dp3ρg(ρp?ρ)/μ2，取dp=0.0002m，Ar=0.00023×9.81×(1800?1.2)×1.2/(1.8×10??)2=52300Remf=52300^0.5?33.7=12.0，umf=Remf·μ/(ρdp)=12.0×1.8×10??/(1.2×0.0002)=0.087m·s?110.（單選）某精餾塔再沸器用0.4MPa飽和蒸汽加熱，蒸汽潛熱2138kJ·kg?1，塔底產(chǎn)品流量1500kg·h?1，汽化潛熱350kJ·kg?1，熱損失5%，求蒸汽用量?！敬鸢浮?59kg·h?1【解析】Q=1500×350×1.05=551250kJ·h?1m=Q/r=551250/2138=259kg·h?111.（填空）某氣體在填料塔內(nèi)逆流吸收，操作線斜率L/G=1.2，平衡線斜度m=0.8，求氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG的積分表達(dá)式為_(kāi)_______?！敬鸢浮縉OG=∫(y2→y1)dy/(y?y*)=∫dy/[(1?1.2/0.8)y+1.2y2/0.8?x2]12.（填空）某轉(zhuǎn)子流量計(jì)出廠標(biāo)定介質(zhì)為20℃水，密度998kg·m?3，現(xiàn)測(cè)空氣（ρ=1.2kg·m?3），流量計(jì)讀數(shù)30m3·h?1，則空氣實(shí)際流量為_(kāi)_______m3·h?1?！敬鸢浮?66【解析】Qair=Qwater√(ρwater/ρa(bǔ)ir)=30√(998/1.2)=866m3·h?113.（填空）某板框過(guò)濾機(jī)恒壓過(guò)濾，濾布阻力忽略，濾餅不可壓縮，若過(guò)濾壓差提高一倍，則過(guò)濾速率變?yōu)樵瓉?lái)的________倍?！敬鸢浮俊?【解析】恒壓過(guò)濾dV/dt=KA2/(2V)，K∝ΔP，ΔP↑2倍→K↑2倍→速率↑√2倍14.（填空）某單效蒸發(fā)器處理2000kg·h?1溶液，固形物10%濃縮至30%，沸點(diǎn)升高5℃，加熱蒸汽120℃，溶液沸點(diǎn)85℃，求單位蒸汽消耗量________kg·kg?1水。【答案】1.25【解析】水分蒸發(fā)量W=F(1?x0/x1)=2000(1?0.1/0.3)=1333kg·h?1蒸汽量S=Q/r=(FcpΔT+Wr′)/r，取cp≈4kJ·kg?1·K?1，r=2208kJ·kg?1S=(2000×4×(85?25)+1333×2338)/2208=1.25kg·kg?115.（填空）某離心泵輸油（ρ=800kg·m?3），實(shí)測(cè)排壓0.35MPa，入口真空度4.5m油柱，流量54m3·h?1，效率68%，求軸功率________kW?！敬鸢浮?.35【解析】H=(0.35×10?)/(800×9.81)+4.5=49.2mP=ρgQH/η=800×9.81×54/3600×49.2/0.68=7.35kW16.（計(jì)算）某廠采用兩效并流蒸發(fā)系統(tǒng)濃縮NaOH溶液，第一效加熱蒸汽0.4MPa（飽和），第二效二次蒸汽冷凝溫度70℃，進(jìn)料2.5kg·s?1，濃度10%，出料濃度35%，沸點(diǎn)升高分別為6℃與12℃，比熱容取4kJ·kg?1·K?1，進(jìn)料溫度25℃，求各效蒸發(fā)量及蒸汽經(jīng)濟(jì)性。【答案】總蒸發(fā)量W=2.5(1?0.1/0.35)=1.786kg·s?1設(shè)第一效蒸發(fā)量W1，第二效W2，W1+W2=1.786熱量衡算：效1：Sλ=Fcp(T1?25)+W1λ1效2：(F?W1)cp(T2?T1)=W2λ2并流T2=T1?Δb2+Δb1迭代得W1=1.02kg·s?1，W2=0.766kg·s?1蒸汽經(jīng)濟(jì)性=W/S=1.786/1.43=1.2517.（計(jì)算）某精餾塔分離甲醇-水，進(jìn)料F=100kmol·h?1，xF=0.45，q=1，xD=0.92，xW=0.03，R=2.0，求提餾段操作線方程及進(jìn)料板液相組成?！敬鸢浮刻狃s段液流量L′=L+qF=RD+F=2×100×0.92+100=284kmol·h?1汽流量V′=V?(1?q)F=(R+1)D=276kmol·h?1D=F(xF?xW)/(xD?xW)=100(0.45?0.03)/(0.92?0.03)=47.2kmol·h?1提餾線：y=[L′/V′]x?[WxW/V′]=1.029x?0.0010進(jìn)料板液相組成由精餾線與q線交點(diǎn)：xq=0.45，yq=0.655，x=0.4518.（計(jì)算）某逆流吸收塔用純?nèi)軇┪誗O2，入口y1=0.08，出口y2=0.004，L/G=1.5，平衡y=0.12x，Kya=0.045kmol·m?3·s?1，G=30kmol·m?2·h?1，求填料高度?！敬鸢浮喀1=0.08?0.12×0=0.08Δy2=0.004?0.12×(0.08?0.004)/1.5=0.004?0.00608=?0.00208（負(fù)值，操作線斜率大于平衡線，理論上可無(wú)限高，實(shí)際取y2*=0.003，Δy2=0.001）Δym=0.0087，NOG=8.74，HOG=G/(KyaP)=30/(3600×0.045×1)=0.185m，Z=1.62m19.（計(jì)算）某管殼式換熱器，管外冷凝蒸汽110℃，管內(nèi)水由20℃升至80℃，流量2.5kg·s?1，cp=4.18kJ·kg?1·K?1，U=1800W·m?2·K?1，求逆流與并流所需面積比?！敬鸢浮磕媪鳓m=(90?30)/ln(90/30)=54.1℃并流ΔTm=(90?10)/ln(90/10)=36.4℃面積比=54.1/36.4=1.4920.（計(jì)算）某反應(yīng)器進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)，CSTR與PFR體積比為3:1，求相同轉(zhuǎn)化率0.85下的空時(shí)比。【答案】CSTR：τ=C0X/(kC0(1?X))=0.85/(k×0.15)=5.67/kPFR：τ=?ln(1?X)/k=1.897/k體積比=空時(shí)比=5.67/1.897=2.99≈321.（綜合）某廠擬用離心泵將河水送至高位槽，液面差18m，管路總長(zhǎng)260m（含當(dāng)量），φ57mm×3.5mm鋼管，λ=0.028，流量要求25m3·h?1，現(xiàn)庫(kù)存兩臺(tái)泵：A泵H=35?0.028Q2，B泵H=42?0.035Q2（Q：m3·h?1，H：m），問(wèn)哪臺(tái)適用，并求工作點(diǎn)效率（給出A泵效率ηA=0.72，B泵ηB=0.68）?！敬鸢浮抗苈诽匦裕篐=18+0.028×(260/0.050)×(25/3600)2/(2×9.81×(π/4×0.0502)2)=18+6.8=24.8mA泵：35?0.028×252=17.5m<24.8，不可用B泵：42?0.035×252=20.1m<24.8，仍不足需串聯(lián)：兩臺(tái)B串聯(lián)H=2×42?2×0.035Q2=84?0.070Q2工作點(diǎn)84?0.070Q2=18+0.028×260/0.050×(Q/3600)2/(2gA2)解得Q=28.4m3·h?1，H=27.4m，滿足25m3·h?1要求，此時(shí)單臺(tái)B工作點(diǎn)H=20.1m，效率0.68，軸功率P=ρgQH/η=1000×9.81×25/3600×24.8/0.68=2.49kW22.（綜合）某干燥器將濕物料含水率從0.35降至0.05（干基），處理濕物料500kg·h?1，空氣入口t0=25℃，H0=0.01kg·kg?1，經(jīng)預(yù)熱至90℃進(jìn)入干燥器，絕熱干燥，出口空氣相對(duì)濕度60%，求空氣用量及預(yù)熱器熱負(fù)荷?！敬鸢浮扛晌锪螱s=500/(1+0.35)=370kg·h?1水分W=370(0.35?0.05)=111kg·h?1出口空氣t2由絕熱飽和線查得45℃，H2=0.052kg·kg?1L=W/(H2?H0)=111/(0.052?0.01)=2640kg干氣·h?1預(yù)熱器Q=Lcp(t1?t0)=2640×1.01×(90?25)=173500kJ·h?1=48.2kW23.（綜合）某萃取流程用純?nèi)軇㏒從A-B混合液中提取A，進(jìn)料F=100kg·h?1，xF=0.25，采用兩級(jí)錯(cuò)流，每級(jí)溶劑比1:1，平衡關(guān)系y=1.6x，求最終萃余相組成及總萃取率?！敬鸢浮繂渭?jí)：E1=100kg，R1=100，x1=xF/(1+1.6)=0.25/2.6=0.096二級(jí)：R2=100，x2=0.096/2.6=0.037總萃取率=(0.25?0.037)/0.25=0.852=85.2%24.（綜合）某結(jié)晶器生產(chǎn)KCl晶體，進(jìn)料飽和溶液1000kg·h?1（40℃），冷卻至20℃，溶解度分別為40℃40g/100g水，20℃25g/100g水，求晶體產(chǎn)量及母液量。【答案】設(shè)水Wkg，溶質(zhì)Skg，40℃時(shí)S/W=0.4→S=0.4W，總1000=1.4W→W=714kg，S=286kg20℃時(shí)剩余溶質(zhì)25×7.14=178.5kg晶體產(chǎn)量=286?178.5=107.5kg母液量=714+178.5=892.5kg25.（綜合）某氣體膜分離裝置，入口CO?20%，滲透?jìng)?cè)壓力0.05MPa，滯留側(cè)0.3MPa，膜選擇性α=50，求CO?回收率90%時(shí)滲透氣濃度?！敬鸢浮吭O(shè)原料10