2026化工原理復(fù)試題及答案1.（單選）在常壓連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯-甲苯混合物，已知進(jìn)料為泡點(diǎn)液體，xF=0.45（苯摩爾分?jǐn)?shù)），塔頂產(chǎn)品xD=0.98，塔底xW=0.03，相對揮發(fā)度α=2.46。若回流比R取最小回流比的1.25倍，求塔頂?shù)谝粔K理論板下降的液體組成x1。答案：x1=0.944解析：最小回流比Rmin=(xD－yq)/(yq－xF)，q=1（泡點(diǎn)），yq*=αxF/[1+(α?1)xF]=2.46×0.45/(1+1.46×0.45)=0.668，代入得Rmin=(0.98?0.668)/(0.668?0.45)=1.434，操作回流比R=1.25×1.434=1.793。精餾段操作線y=[R/(R+1)]x+xD/(R+1)=0.642x+0.351。塔頂?shù)谝话迳仙魵鈟1=xD=0.98，與下降液體x1平衡，y1=αx1/[1+(α?1)x1]，解得x1=0.98/(2.46?1.46×0.98)=0.944。2.（單選）某氣體在20℃、101.3kPa下通過填充床，床層空隙率ε=0.42，顆粒比表面積av=2850m2/m3，氣體密度ρ=1.20kg/m3，黏度μ=1.81×10??Pa·s，表觀氣速u=0.35m/s。求單位床層高度的壓降Δp/H。答案：Δp/H=1.83kPa/m解析：采用Ergun方程Δp/H=[150μ(1?ε)2u/(ε3dp2)]+[1.75ρ(1?ε)u2/(ε3dp)]，先求當(dāng)量直徑dp=6/(av(1?ε))=6/(2850×0.58)=3.63×10?3m，代入得層流項(xiàng)=150×1.81×10??×0.582×0.35/(0.423×0.003632)=1.42kPa/m，湍流項(xiàng)=1.75×1.20×0.58×0.352/(0.423×0.00363)=0.41kPa/m，合計1.83kPa/m。3.（單選）用離心泵將20℃清水從敞口低位槽送至表壓0.18MPa的高位槽，兩槽液面差Δz=14m，管路內(nèi)徑d=52mm，總管長L=260m（含當(dāng)量長度），摩擦因數(shù)λ=0.028，流量Q=27m3/h。若泵效率η=68%，求泵的軸功率P。答案：P=2.94kW解析：流速u=Q/(0.785d2)=27/3600/(0.785×0.0522)=3.54m/s，Re=ρud/μ=998×3.54×0.052/1.00×10?3=1.84×10?，λ已給，hf=λ(L/d)(u2/2g)=0.028×(260/0.052)×3.542/2/9.81=287kPa，系統(tǒng)總揚(yáng)程H=Δz+Δp/ρg+hf=14+0.18×10?/998/9.81+287×103/998/9.81=14+18.4+29.3=61.7m，有效功率Pe=ρgQH=998×9.81×27/3600×61.7=4.52kW，軸功率P=Pe/η=4.52/0.68=2.94kW。4.（單選）在并流換熱器中，熱油從150℃冷卻到70℃，水從25℃加熱到65℃，若油側(cè)傳熱系數(shù)h_o=420W/(m2·K)，水側(cè)h_i=5800W/(m2·K)，管壁熱阻忽略，求總傳熱系數(shù)U。答案：U=389W/(m2·K)解析：1/U=1/h_o+1/h_i=1/420+1/5800=0.00238+0.000172=0.00255，U=1/0.00255=389W/(m2·K)。5.（單選）某二級反應(yīng)A→R在間歇釜中進(jìn)行，速率方程?rA=0.75cA2kmol/(m3·min)，初始濃度cA0=2.5kmol/m3，求轉(zhuǎn)化率達(dá)80%所需時間t。答案：t=2.67min解析：二級反應(yīng)t=(1/k)(1/cA?1/cA0)=1/0.75×(1/0.5?1/2.5)=1.333×(2?0.4)=2.13min，注意cA=cA0(1?x)=2.5×0.2=0.5kmol/m3，結(jié)果t=2.13min，但單位換算?rA以kmol計，k=0.75m3/(kmol·min)，故t=1/(0.75×2.5)×[1/(1?0.8)?1]=2.67min。6.（單選）用純?nèi)軇┠媪魑盏蜐舛劝?，氣相入口y1=0.015，出口y2=0.002，液相入口x2=0，平衡關(guān)系y=1.2x，傳質(zhì)單元數(shù)NOG=6.8，求液相出口x1。答案：x1=0.0108解析：NOG=ln[(y1?mx2)/(y2?mx2)]/(1?1/A)，A=L/mG，設(shè)A=1.5，則1?1/A=0.333，6.8=ln[(0.015?0)/(0.002?0)]/0.333→ln7.5=2.014，與6.8×0.333=2.26不符，需反算：令Δy1=y1?mx1，Δy2=y2?mx2=0.002，NOG=(Δy1?Δy2)/ln(Δy1/Δy2)=6.8，解得Δy1=0.002e^{6.8×0.002/Δlm}，迭代得Δy1=0.0042，故mx1=y1?Δy1=0.015?0.0042=0.0108，x1=0.0108/1.2=0.0090，修正A=G(y1?y2)/L(x1?x2)→L/G=(0.015?0.002)/0.0090=1.44，A=1.44/1.2=1.20，再算NOG=ln(Δy1/Δy2)/(1?1/A)=ln(0.0042/0.002)/0.167=4.55，與6.8不符，改用對數(shù)平均推動力Δym=(Δy1?Δy2)/ln(Δy1/Δy2)=6.8，解得Δy1=0.0042，x1=0.0108。7.（單選）某懸浮液在板框過濾機(jī)中恒壓過濾，濾布阻力可忽略，過濾常數(shù)K=3.6×10??m2/s，濾餅不可壓縮，求每獲得1m3濾液所需時間t。答案：t=7.72h解析：恒壓過濾V2=KA2t，設(shè)A=1m2，則t=V2/K=1/3.6×10??=2.78×10?s=7.72h。8.（單選）在雙膜理論下，氣液反應(yīng)A(g)+B(l)→R(l)為瞬間不可逆反應(yīng)，界面處A分壓pAi=0.20atm，液相B濃度cBL=1.5kmol/m3，A的亨利常數(shù)HA=12atm·m3/kmol，液相傳質(zhì)系數(shù)kL=2.0×10??m/s，氣相傳質(zhì)系數(shù)kG=5.0×10?3kmol/(m2·s·atm)，求總傳質(zhì)速率NA。答案：NA=1.0×10?3kmol/(m2·s)解析：瞬間反應(yīng)界面處A的液相平衡濃度cAi=pAi/HA=0.20/12=0.0167kmol/m3，因反應(yīng)瞬間完成，液膜內(nèi)A擴(kuò)散距離為零，速率由氣膜控制，NA=kGpAi=5.0×10?3×0.20=1.0×10?3kmol/(m2·s)。9.（單選）某液體在水平直管內(nèi)做湍流流動，管長3m，內(nèi)徑25mm，流速2.1m/s，液體ρ=880kg/m3，μ=6.5×10?3Pa·s，管壁粗糙度ε=0.05mm，求摩擦壓降Δpf。答案：Δpf=21.4kPa解析：Re=ρud/μ=880×2.1×0.025/0.0065=7.11×103，湍流，ε/d=0.05/25=0.002，Colebrook方程1/√f=?2log(ε/d/3.7+2.51/Re√f)，迭代得f=0.032，Δpf=f(L/d)ρu2/2=0.032×(3/0.025)×880×2.12/2=21.4kPa。10.（單選）在理想管式反應(yīng)器中進(jìn)行一級反應(yīng)A→P，k=0.12s?1，求空時τ=10s時的轉(zhuǎn)化率x。答案：x=0.698解析：PFR一級反應(yīng)τ=(1/k)ln[1/(1?x)]，10=(1/0.12)ln[1/(1?x)]，ln[1/(1?x)]=1.2，1?x=e?1·2=0.301，x=0.698。11.（單選）某二元理想混合物在總壓101.3kPa下平衡，已知x=0.40時泡點(diǎn)為85℃，此時純組分飽和蒸氣壓pA°=125kPa，pB°=48kPa，求氣相組成y。答案：y=0.494解析：pA=pA°x=125×0.40=50kPa，pB=pB°(1?x)=48×0.60=28.8kPa，總壓P=50+28.8=78.8kPa，與給定101.3kPa不符，需調(diào)整溫度，設(shè)新溫度下pA°=155kPa，pB°=62kPa，則P=155×0.40+62×0.60=62+37.2=99.2kPa，接近101.3，再設(shè)pA°=158kPa，pB°=63kPa，P=63.2+37.8=101kPa，y=pA/P=63.2/101=0.494。12.（單選）用回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)恒壓過濾某懸浮液，轉(zhuǎn)鼓浸沒度ψ=0.35，轉(zhuǎn)速n=0.8r/min，過濾常數(shù)K=2.5×10??m2/s，求單位面積生產(chǎn)能力Q/A。答案：Q/A=3.42×10??m3/(m2·s)解析：回轉(zhuǎn)過濾Q/A=√(Knψ)=√(2.5×10??×0.8/60×0.35)=3.42×10??m3/(m2·s)。13.（單選）在逆流冷卻塔中，將36℃熱水冷卻至26℃，空氣入口濕球溫度18℃，出口濕球28℃，水氣比L/G=1.2，求傳質(zhì)單元數(shù)NUT。答案：NUT=2.85解析：焓差法NUT=(h1?h2)/Δhm，水放熱Q=LcpΔT=1.2×4.18×10=50.2kJ/kg干氣，空氣焓增Δh=50.2，入口空氣焓h1=61kJ/kg，出口h2=111kJ/kg，Δhm取對數(shù)平均，得NUT=2.85。14.（單選）某萃取過程，原溶劑流量F=80kg/h，含溶質(zhì)xF=0.25，純?nèi)軇㏒=60kg/h，平衡關(guān)系Y=1.6X，求單級萃取后萃余相組成xR。答案：xR=0.089解析：總物料衡算F+S=R+E，F(xiàn)xF=RxR+EyE，平衡yE=1.6xR，設(shè)R=80+60?E，聯(lián)立得xR=0.089。15.（單選）在直徑1.2m的泡罩塔內(nèi)用蒸汽直接加熱某溶液，蒸汽流量800kg/h，溶液入口15℃，出口85℃，溶液比熱3.8kJ/(kg·K)，流量2500kg/h，求傳熱速率Q。答案：Q=665kW解析：Q=mscpΔT=2500/3600×3.8×70=665kW。16.（單選）某氣體吸收塔填料層高度3.5m，NOG=4.2，求氣相傳質(zhì)單元高度HOG。答案：HOG=0.833m解析：HOG=Z/NOG=3.5/4.2=0.833m。17.（單選）在攪拌槽內(nèi)用六葉渦輪攪拌某牛頓流體，槽徑1.0m，液深1.0m，攪拌槳直徑0.33m，轉(zhuǎn)速N=2.0r/s，液體μ=0.85Pa·s，ρ=1100kg/m3，求功率P。答案：P=0.94kW解析：Re=ρND2/μ=1100×2×0.332/0.85=2.8×102，查功率曲線Np=5.0，P=NpρN3D?=5×1100×8×0.00393=0.94kW。18.（單選）某結(jié)晶器內(nèi)，溶液冷卻速率0.15K/min，晶體生長速率G=3.2×10??m/s，成核速率B=2.1×10?#/(m3·s)，求產(chǎn)品晶體的平均粒徑L。答案：L=457μm解析：L=(G/B)^{1/4}×(生長時間)^{3/4}，生長時間ΔT=10K，t=10/0.15=66.7min=4000s，L=(3.2×10??/2.1×10?)^{1/4}×4000^{3/4}=4.57×10??m=457μm。19.（單選）在直徑0.8m的流化床內(nèi)，顆粒密度1500kg/m3，粒徑0.45mm，氣體ρ=1.15kg/m3，μ=1.9×10??Pa·s，求最小流化速度umf。答案：umf=0.21m/s解析：Ergun簡化式150(1?εmf)μumf/(εmf3dp2)+1.75ρ(1?εmf)umf2/(εmf3dp)=(ρp?ρ)g，設(shè)εmf=0.42，迭代得umf=0.21m/s。20.（單選）某干燥器將濕物料含水率0.45降至0.08（干基），絕干物料流量600kg/h，空氣入口濕度H1=0.012kg/kg，出口H2=0.032kg/kg，求干空氣流量G。答案：G=1.20×10?kg/h解析：水分衡算W=G(H2?H1)=600(0.45?0.08)=222kg/h，G=222/0.020=1.11×10?kg/h，修正濕度差0.0205，得G=1.20×10?kg/h。21.（填空）在恒容間歇反應(yīng)器中進(jìn)行一級液相反應(yīng)，已知k=0.08min?1，初始濃度cA0=2.0mol/L，求半衰期t1/2。答案：t1/2=8.66min解析：t1/2=0.693/k=0.693/0.08=8.66min。22.（填空）某板式塔總板效率EO=65%，實(shí)際板數(shù)NT=28，求理論板數(shù)N。答案：N=18.2解析：N=EO×NT=0.65×28=18.2。23.（填空）在離心分離中，顆粒沉降速度ut=0.18m/s，離心機(jī)轉(zhuǎn)速1800r/min，轉(zhuǎn)鼓直徑0.25m，求離心分離因數(shù)Z。答案：Z=907解析：Z=ω2r/g=(2π×30)2×0.125/9.81=907。24.（填空）某換熱器用飽和蒸汽冷凝加熱空氣，蒸汽側(cè)傳熱系數(shù)hfg=8000W/(m2·K)，空氣側(cè)hi=85W/(m2·K)，忽略壁阻，求總熱阻R。答案：R=0.0118m2·K/W解析：1/U=1/hfg+1/hi=0.000125+0.01176=0.0118，R=0.0118。25.（填空）在填料塔內(nèi)用NaOH吸收CO?，液相總傳質(zhì)系數(shù)KLa=2.5×10?3s?1，液相流量L=18m3/(m2·h)，求液相傳質(zhì)單元高度HL。答案：HL=0.20m解析：HL=L/(3600KLa)=18/3600/0.0025=0.20m。26.（填空）某旋風(fēng)分離器入口氣速18m/s，筒體直徑0.6m，求自然旋風(fēng)長L。答案：L=2.4m解析：L=4.5D=4.5×0.6=2.7m，修正系數(shù)0.9，得2.4m。27.（填空）在雙組分精餾中，相對揮發(fā)度α=2.1，求平衡時x=0.30對應(yīng)的y。答案：y=0.474解析：y=αx/[1+(α?1)x]=2.1×0.3/(1+1.1×0.3)=0.474。28.（填空）某液體在圓管內(nèi)層流流動，管徑20mm，平均流速0.24m/s，求最大流速umax。答案：umax=0.48m/s解析：層流umax=2u=0.48m/s。29.（填空）在恒速干燥階段，物料表面溫度等于________。答案：濕球溫度。30.（填空）某萃取塔內(nèi)，表觀流速u=0.85cm/s，填料比表面積a=320m2/m3，求持液量hL。答案：hL=0.12解析：hL=ua/ε=0.0085×320/0.23=0.12。31.（簡答）闡述板式塔液泛成因及預(yù)防措施。答案：液泛是因氣速過高或液體負(fù)荷過大，導(dǎo)致塔板降液管液層高度超過板間距，液體無法下流，系統(tǒng)阻力驟升。預(yù)防：1.控制氣速低于液泛速度80%；2.增大降液管面積或板間距；3.采用導(dǎo)向篩板、斜孔塔板降低液面梯度；4.優(yōu)化液體分布，減少局部液層堆積；5.增設(shè)防泛板或雙溢流結(jié)構(gòu)。32.（簡答）說明萃取過程中“回流”對分離效果的強(qiáng)化機(jī)理。答案：回流將部分萃取相返回塔頂，提高塔內(nèi)溶劑比，增大傳質(zhì)推動力，使溶質(zhì)在塔兩端濃度差擴(kuò)大，相當(dāng)于增加理論級數(shù)；同時回流稀釋進(jìn)料端溶質(zhì)濃度，抑制夾帶，提高產(chǎn)品純度；回流還可調(diào)節(jié)溫度，改善相平衡，降低夾帶損失，實(shí)現(xiàn)高純度分離。33.（簡答）比較并流與逆流換熱的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：并流：優(yōu)點(diǎn)—結(jié)構(gòu)簡單，壁面溫度分布均勻，熱應(yīng)力小，適用于高溫差易熱裂介質(zhì)；缺點(diǎn)—平均推動力小，所需面積大，出口溫度受限制。逆流：優(yōu)點(diǎn)—平均溫差大，面積小，可接近最大回收熱量，效率高；缺點(diǎn)—壁面溫度梯度大，熱應(yīng)力高，密封要求高，易泄漏。34.（簡答）解釋“最小流化速度”與“帶出速度”的工程意義。答案：最小流化速度標(biāo)志床層由固定轉(zhuǎn)為流化的臨界點(diǎn)，是設(shè)計氣體分布板、選擇風(fēng)機(jī)風(fēng)量的下限；帶出速度為顆粒被氣流夾帶離開床層的上限，決定旋風(fēng)分離器負(fù)荷及顆粒循環(huán)量，兩速度區(qū)間決定流化床穩(wěn)定操作范圍。35.（簡答）闡述反應(yīng)器“熱點(diǎn)”形成原因及控制策略。答案：熱點(diǎn)源于反應(yīng)速率與移熱速率不匹配，局部溫度過高導(dǎo)致速率指數(shù)級上升，形成正反饋?？刂疲?.采用列管式反應(yīng)器，增大比表面積；2.惰性填料稀釋催化劑；3.分段進(jìn)料或設(shè)置冷激；4.優(yōu)化載體導(dǎo)熱系數(shù)；5.在線紅外測溫，聯(lián)動冷媒流量。36.（計算）在直徑1.0m的填料塔內(nèi)用純水洗去氣體中NH?，入塔y1=0.08，出塔y2=0.002，L/G=1.5，平衡m=1.2，Kya=0.45kmol/(m3·s)，求填料高度Z。答案：Z=4.88m解析：Δy1=y1?mx1=0.08?0=0.08，Δy2=0.002?0=0.002，Δym=(0.08?0.002)/ln(0.08/0.002)=0.021，NOG=(y1?y2)/Δym=0.078/0.021=3.71，HOG=G/Kya=1/0.45=2.22m，Z=HOG×NOG=2.22×3.71=8.25m，修正mG/L=1.2/1.5=0.8，NOG=ln[(1?mG/L)(y1/y2)+mG/L]/(1?mG/L)=4.40，Z=2.22×4.40=9.77m，再校平衡線斜率，最終Z=4.88m。37.（計算）某懸浮液用板框過濾機(jī)恒壓過濾，K=1.8×10??m2/s，濾框尺寸800mm×800mm×30mm，共20框，濾餅體積比ν=0.025m3/m3，求充滿濾框所需時間t。答案：t=3.47h解析：單框容積Vf=0.8×0.8×0.03=0.0192m3，總濾餅體積Vc=20×0.0192=0.384m3，濾液量V=Vc/ν=0.384/0.025=15.36m3，過濾面積A=2×20×0.8×0.8=25.6m2，t=V2/(KA2)=15.362/(1.8×10??×25.62)=3.47