化工工藝試題庫及答案1.單選題（每題1分，共30題）1.1在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合物，已知進(jìn)料中苯摩爾分?jǐn)?shù)為0.45，塔頂產(chǎn)品苯摩爾分?jǐn)?shù)為0.95，塔釜苯摩爾分?jǐn)?shù)為0.05。若回流比R=2.5，則精餾段操作線斜率為A.0.714?B.0.556?C.0.833?D.0.625答案：A解析：精餾段操作線斜率=R/(R+1)=2.5/3.5=0.714。1.2對(duì)于一級(jí)不可逆反應(yīng)A→P，在相同溫度下，間歇反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率所需時(shí)間A.相等?B.間歇更長(zhǎng)?C.平推流更長(zhǎng)?D.無法比較答案：A解析：一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程一致，理想平推流與間歇反應(yīng)器時(shí)間相同。1.3在換熱器中，逆流與并流相比，當(dāng)熱流體進(jìn)口溫度、流量及冷流體進(jìn)口溫度、流量均相同時(shí)，逆流平均溫差A(yù).更大?B.更小?C.相等?D.取決于傳熱系數(shù)答案：A解析：逆流對(duì)數(shù)平均溫差大于并流，故傳熱推動(dòng)力更大。1.4某氣體吸收塔用純水逆流吸收氨，若提高操作壓力，則亨利常數(shù)EA.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：B解析：亨利常數(shù)E與壓力成反比，壓力升高E減小，溶解度升高。1.5在二元理想溶液t-x-y圖中，平衡線與對(duì)角線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度稱為A.泡點(diǎn)?B.露點(diǎn)?C.共沸點(diǎn)?D.臨界溫度答案：C解析：交點(diǎn)處液相組成等于氣相組成，即共沸組成。1.6對(duì)于放熱可逆反應(yīng)，提高溫度時(shí)平衡常數(shù)KA.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：B解析：放熱反應(yīng)ΔH<0，由范特霍夫方程dlnK/dT=ΔH/RT2<0，K隨T升高而減小。1.7在離心泵特性曲線中，關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程是指A.流量為零時(shí)的揚(yáng)程?B.最大流量時(shí)的揚(yáng)程?C.效率最高時(shí)的揚(yáng)程?D.功率最大時(shí)的揚(yáng)程答案：A解析：關(guān)死點(diǎn)即出口閥全關(guān)，流量為零，對(duì)應(yīng)揚(yáng)程最高。1.8對(duì)于氣固流化床，當(dāng)表現(xiàn)氣速超過顆粒帶出速度時(shí)，床層進(jìn)入A.鼓泡區(qū)?B.湍動(dòng)區(qū)?C.快速流化區(qū)?D.氣力輸送區(qū)答案：D解析：顆粒被氣流帶走，進(jìn)入輸送狀態(tài)。1.9在萃取操作中，若選擇性系數(shù)β=1，則A.萃取劑與原溶劑互溶度為零?B.萃取劑對(duì)溶質(zhì)無選擇性?C.分配系數(shù)為零?D.萃取相與萃余相組成相同答案：B解析：β=1意味著溶質(zhì)在兩相中分配比例與稀釋劑相同，無分離能力。1.10對(duì)于管殼式換熱器，若管程流體為冷卻水，殼程為熱工藝氣，夏季冷卻水入口溫度升高，則總傳熱系數(shù)UA.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：B解析：冷卻水側(cè)溫度升高，黏度下降，湍動(dòng)減弱，膜系數(shù)降低，U減小。1.11在反應(yīng)器放大過程中，保持“相似”首先應(yīng)保證A.幾何相似?B.動(dòng)力相似?C.熱相似?D.化學(xué)相似答案：A解析：幾何相似是放大的基礎(chǔ)，后續(xù)再考慮其他相似準(zhǔn)則。1.12對(duì)于二元精餾，若進(jìn)料熱狀態(tài)q=0.6，則進(jìn)料中液相分率為A.0.4?B.0.6?C.0.5?D.1.0答案：B解析：q定義即為進(jìn)料中液相分率。1.13在氣液反應(yīng)器中，若反應(yīng)為瞬間不可逆反應(yīng)，且液相主體濃度為零，則反應(yīng)區(qū)主要位于A.液膜內(nèi)?B.氣膜內(nèi)?C.相界面?D.液相主體答案：C解析：瞬間反應(yīng)在相界面完成，液相主體無反應(yīng)物。1.14對(duì)于固定床催化反應(yīng)器，催化劑顆粒內(nèi)擴(kuò)散阻力可忽略時(shí)，其有效因子ηA.>1?B.=1?C.<1?D.趨近無窮答案：B解析：無內(nèi)擴(kuò)散限制，η=1。1.15在干燥速率曲線中，恒速階段結(jié)束對(duì)應(yīng)的含水量稱為A.平衡含水量?B.臨界含水量?C.自由含水量?D.最大吸濕含水量答案：B解析：臨界含水量是恒速與降速階段分界點(diǎn)。1.16對(duì)于理想氣體，若壓縮過程為多變指數(shù)n=1.2，則該過程A.等溫?B.絕熱?C.介于等溫與絕熱之間?D.等壓答案：C解析：1<n<γ，介于等溫與絕熱之間。1.17在萃取塔設(shè)計(jì)中，若溶劑比S/F減小，則A.理論級(jí)數(shù)減少?B.理論級(jí)數(shù)增加?C.萃取率升高?D.萃余率降低答案：B解析：溶劑比減小，分離難度加大，需更多理論級(jí)。1.18對(duì)于管式反應(yīng)器，若徑向擴(kuò)散可忽略，則其模型為A.平推流?B.全混流?C.擴(kuò)散流?D.軸向分散答案：A解析：徑向完全混合、軸向無返混即理想平推流。1.19在吸收塔操作中，若液氣比L/G小于最小液氣比(L/G)min，則A.塔高無限高仍無法達(dá)到分離要求?B.塔高減小?C.吸收率升高?D.操作線斜率增大答案：A解析：低于最小液氣比，平衡線與操作線相交，傳質(zhì)推動(dòng)力為零，需無限高。1.20對(duì)于二元系統(tǒng)，若相對(duì)揮發(fā)度α=1，則A.平衡線與對(duì)角線重合?B.無法精餾分離?C.需無限理論板?D.以上都對(duì)答案：D解析：α=1意味著氣液相組成相同，無法通過精餾分離。1.21在離心壓縮機(jī)中，發(fā)生喘振的根本原因是A.流量過小?B.轉(zhuǎn)速過高?C.氣體分子量過大?D.冷卻水溫度高答案：A解析：流量低于喘振點(diǎn)，氣流在葉輪內(nèi)分離，壓力驟降，形成周期性振蕩。1.22對(duì)于氣液鼓泡塔，當(dāng)表觀氣速增加時(shí)，液相軸向返混程度A.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：A解析：氣速升高，氣泡攪動(dòng)加劇，液相返混增強(qiáng)。1.23在催化劑失活動(dòng)力學(xué)中，若失活級(jí)數(shù)為1，反應(yīng)級(jí)數(shù)為1，則連續(xù)再生催化劑反應(yīng)器所需催化劑量與新鮮催化劑相比A.增加?B.減少?C.相等?D.先減后增答案：A解析：失活導(dǎo)致活性下降，為維持轉(zhuǎn)化率需增加催化劑循環(huán)量。1.24對(duì)于薄膜蒸發(fā)器，其蒸發(fā)強(qiáng)度主要受限于A.傳熱溫差?B.液體粘度?C.真空度?D.進(jìn)料量答案：B解析：高粘度液膜流動(dòng)困難，傳熱系數(shù)下降，蒸發(fā)強(qiáng)度受限。1.25在共沸精餾中，加入的共沸劑應(yīng)滿足A.與原組分形成新共沸物?B.提高相對(duì)揮發(fā)度?C.降低塔釜溫度?D.不與任一組分互溶答案：A解析：共沸劑與原組分形成最低或最高共沸物，從而打破原共沸。1.26對(duì)于氣固非催化反應(yīng)，縮核模型中反應(yīng)界面A.由外向內(nèi)移動(dòng)?B.由內(nèi)向外移動(dòng)?C.固定不動(dòng)?D.隨機(jī)分布答案：A解析：反應(yīng)由顆粒表面向中心推進(jìn)，界面內(nèi)縮。1.27在換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，夾點(diǎn)溫度差ΔTmin減小，則A.熱回收量增加?B.換熱面積減小?C.公用工程用量增加?D.網(wǎng)絡(luò)彈性增大答案：A解析：ΔTmin減小，可回收熱量增加，公用工程減少。1.28對(duì)于超臨界萃取，提高壓力將A.提高溶劑密度?B.降低溶劑選擇性?C.降低擴(kuò)散系數(shù)?D.降低溶解度答案：A解析：超臨界流體密度隨壓力升高而顯著增加，溶解能力增強(qiáng)。1.29在反應(yīng)器停留時(shí)間分布測(cè)定中，階躍示蹤法得到的E(t)曲線為A.出口濃度對(duì)時(shí)間微分?B.出口濃度直接積分?C.入口濃度對(duì)時(shí)間微分?D.入口濃度積分答案：A解析：E(t)=dF(t)/dt，F(xiàn)(t)為階躍響應(yīng)，即出口濃度。1.30對(duì)于多效蒸發(fā)，若效數(shù)無限增加，則單位蒸汽消耗量A.趨近于0?B.趨近于1?C.趨近于無窮?D.不變答案：B解析：理論上無限效時(shí)，1kg蒸汽可蒸發(fā)1kg水，消耗量趨近1。2.多選題（每題2分，共10題，每題至少兩個(gè)正確答案，多選少選均不得分）2.1下列措施可提高精餾塔塔頂產(chǎn)品純度的是A.增大回流比?B.提高塔釜加熱量?C.增加理論板數(shù)?D.降低操作壓力答案：A、C、D解析：增大回流比、增加理論板數(shù)、降低壓力（提高相對(duì)揮發(fā)度）均可提高分離效率；單純提高加熱量若無板數(shù)配合，反而可能降低純度。2.2關(guān)于理想攪拌釜反應(yīng)器(CSTR)特點(diǎn)，正確的是A.出口組成與釜內(nèi)一致?B.返混無限大?C.傳熱面積大?D.對(duì)自催化反應(yīng)有利答案：A、B、D解析：CSTR全混，出口=釜內(nèi)；返混最大；自催化反應(yīng)可利用高產(chǎn)物濃度；傳熱面積不一定大。2.3在干燥過程中，影響恒速干燥速率的因素有A.空氣溫度?B.空氣濕度?C.空氣流速?D.物料含水量答案：A、B、C解析：恒速階段速率由外部條件決定，與物料內(nèi)部水分無關(guān)。2.4下列屬于非理想流動(dòng)模型的是A.軸向分散模型?B.全混流模型?C.多釜串聯(lián)模型?D.平推流模型答案：A、C解析：軸向分散與多釜串聯(lián)用于描述返混，屬于非理想；平推流與全混流為理想模型。2.5關(guān)于催化劑載體功能，正確的是A.提高活性組分分散度?B.提高機(jī)械強(qiáng)度?C.提供酸性中心?D.降低反應(yīng)活化能答案：A、B、C解析：載體不直接降低活化能，而是通過分散活性組分間接影響。2.6在吸收塔設(shè)計(jì)中，提高總傳質(zhì)單元數(shù)NOG的措施有A.增加填料高度?B.提高操作壓力?C.降低液體溫度?D.減小液氣比答案：A、B、C解析：增加高度直接增加NOG；提高壓力、降低溫度可提高溶解度，增大推動(dòng)力；減小液氣比降低推動(dòng)力，NOG反而增加，但分離效果變差，故不選。2.7下列屬于強(qiáng)化傳熱技術(shù)的是A.內(nèi)插螺旋片?B.外軋螺紋管?C.增加殼程折流板間距?D.采用納米流體答案：A、B、D解析：折流板間距增大反而降低殼程流速，傳熱減弱。2.8對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度升高可能導(dǎo)致A.反應(yīng)速率常數(shù)增大?B.平衡轉(zhuǎn)化率下降?C.副反應(yīng)加劇?D.催化劑失活加快答案：A、B、C、D解析：阿倫尼烏斯關(guān)系k增大；放熱反應(yīng)平衡左移；高溫易引發(fā)副反應(yīng)并加速失活。2.9在共沸精餾中，共沸劑選擇原則包括A.與原組分形成新共沸?B.共沸劑易回收?C.熱穩(wěn)定性好?D.價(jià)格昂貴答案：A、B、C解析：價(jià)格應(yīng)低廉，D錯(cuò)誤。2.10關(guān)于超臨界流體性質(zhì)，正確的是A.密度接近液體?B.粘度接近氣體?C.擴(kuò)散系數(shù)介于氣液之間?D.表面張力為零答案：A、B、C、D解析：超臨界流體兼具氣體與液體特性，無氣液界面，表面張力為零。3.判斷題（每題1分，共10題，正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）3.1對(duì)于理想氣體，壓縮因子Z恒等于1。答案：√解析：理想氣體定義PV=nRT，Z=1。3.2在精餾塔中，進(jìn)料板位置下移，塔釜產(chǎn)品純度一定提高。答案：×解析：若進(jìn)料板下移過多，可能導(dǎo)致提餾段板數(shù)不足，反而降低釜液純度。3.3對(duì)于氣液平衡，提高系統(tǒng)壓力總會(huì)使氣相中輕組分摩爾分?jǐn)?shù)升高。答案：×解析：若形成最低共沸，壓力升高可能使共沸組成向重組分移動(dòng)，輕組分分?jǐn)?shù)反而下降。3.4在管殼式換熱器中，折流板主要作用是支撐管束并提高殼程傳熱系數(shù)。答案：√解析：折流板改變流向，增加湍動(dòng)，同時(shí)防止管子振動(dòng)。3.5對(duì)于一級(jí)反應(yīng)，半衰期與初始濃度無關(guān)。答案：√解析：t1/2=ln2/k，與C0無關(guān)。3.6在萃取操作中，分配系數(shù)越大，所需理論級(jí)數(shù)越少。答案：√解析：分配系數(shù)大，分離容易，級(jí)數(shù)減少。3.7對(duì)于氣固流化床，當(dāng)顆粒直徑減小時(shí)，最小流化速度增大。答案：×解析：最小流化速度隨粒徑減小而降低。3.8超臨界萃取中，加入少量夾帶劑可調(diào)節(jié)溶劑極性。答案：√解析：夾帶劑如乙醇可顯著改變CO?極性，提高極性物溶解度。3.9在反應(yīng)器放大中，保持相同空速即可保證相同轉(zhuǎn)化率。答案：×解析：放大后流場(chǎng)、溫度場(chǎng)可能變化，僅空速相同不能保證轉(zhuǎn)化率一致。3.10對(duì)于薄膜蒸發(fā)器，真空度越高，蒸發(fā)溫度越低，越適合熱敏物料。答案：√解析：真空降低沸點(diǎn)，減少熱分解風(fēng)險(xiǎn)。4.計(jì)算題（共5題，每題10分，共50分）4.1苯-甲苯精餾某塔分離苯-甲苯，進(jìn)料F=100kmol/h，xF=0.45，塔頂xD=0.95，塔釜xW=0.05，泡點(diǎn)進(jìn)料，R=2.5。求：(1)塔頂、塔釜產(chǎn)品流量D、W；(2)精餾段上升蒸汽量V；(3)提餾段下降液體量L′。答案：(1)總物料衡算：F=D+W；苯衡算：FxF=DxD+WxW100=D+W；100×0.45=0.95D+0.05W解得D=44.44kmol/h，W=55.56kmol/h(2)V=(R+1)D=3.5×44.44=155.54kmol/h(3)泡點(diǎn)進(jìn)料q=1，L′=L+F=RD+F=2.5×44.44+100=211.1kmol/h解析：注意q值對(duì)提餾段液體量的影響。4.2一級(jí)反應(yīng)器體積液相一級(jí)反應(yīng)A→P，k=0.2min?1，處理量Q=5m3/h，要求轉(zhuǎn)化率x=0.9。求：(1)間歇反應(yīng)器所需反應(yīng)時(shí)間t；(2)平推流反應(yīng)器體積Vp；(3)單臺(tái)CSTR體積Vc；(4)若采用2臺(tái)等體積CSTR串聯(lián)，求單臺(tái)體積V2。答案：(1)t=?ln(1?x)/k=?ln0.1/0.2=11.51min=0.192h(2)τ=Vp/Q=(?ln(1?x))/k?Vp=Qτ=5×0.192=0.96m3(3)Vc=Qx/(k(1?x))=5×0.9/(0.2×60×0.1)=3.75m3(4)2臺(tái)CSTR：x2=1?1/(1+kτ)2?0.9=1?1/(1+0.2×60τ)2解得τ=0.527min，V2=Qτ/2=5×0.527/120=0.022m3解析：串聯(lián)CSTR可顯著減小體積。4.3換熱器面積某單殼程單管程換熱器，熱流體：殼程，入口180°C，出口120°C；冷流體：管程，入口30°C，出口80°C。逆流操作，總傳熱系數(shù)U=450W/(m2·K)，熱負(fù)荷Q=1.8×10?W。求換熱面積A。答案：ΔT1=180?80=100K，ΔT2=120?30=90KΔTm=(ΔT1?ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)=10/ln(100/90)=94.9KA=Q/(UΔTm)=1.8×10?/(450×94.9)=42.2m2解析：注意逆流對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算。4.4吸收塔高度用清水逆流吸收氨，入口y1=0.03，出口y2=0.001，入口x2=0，L/G=1.2，平衡y=1.2x，Kya=0.04kmol/(m3·s)。求傳質(zhì)單元數(shù)NOG及填料高度Z。答案：操作線：y=1.2x+0.001出口液相x1=(y1?y2)/(L/G)+x2=0.029/1.2=0.0242Δy1=y1?1.2x1=0.03?0.029=0.001Δy2=y2?1.2x2=0.001Δym=(0.001?0.001)/ln(1)=0.001（實(shí)際取算術(shù)平均0.001）NOG=(y1?y2)/Δym=0.029/0.001=29Z=NOG×(G/Kya)=29×(0.01/0.04)=7.25m（設(shè)G=0.01kmol/(m2·s)）解析：當(dāng)Δy1≈Δy2時(shí)可用算術(shù)平均，否則需對(duì)數(shù)平均。4.5干燥時(shí)間某物料初始含水量X1=0.45kg/kg干料，最終X2=0.10，平衡含水量Xe=0.02，臨界含水量Xc=0.15，干料量Gs=50kg，干燥面積A=2m2，恒速速率Nc=0.25kg/(m2·h)。求總干燥時(shí)間t。答案：恒速階段：t1=Gs(X1?Xc)/(ANc)=50×0.30/(2×0.25)=30h降速階段：t2=Gs(Xc?Xe)/Nc×ln((Xc?Xe)/(X2?Xe))=50×0.13/0.25×ln(0.13/0.08)=50×0.52×0.485=12.6h總t=30+12.6=42.6h解析：降速階段速率與自由含水量成正比，積分得對(duì)數(shù)關(guān)系。5.簡(jiǎn)答題（共4題，每題10分，共40分）5.1闡述精餾塔進(jìn)料熱狀態(tài)q值對(duì)操作線及塔負(fù)荷的影響。答案：q值定義為每摩爾進(jìn)料使提餾段液體流量增加的量。q<0過熱蒸汽，q=0飽和蒸汽，0<q<1氣液混合，q=1泡點(diǎn)液體，q>1過冷液體。q增大，提餾段液體流量L′=L+qF增加，提餾段操作線斜率L′/V′增大，更接近平衡線，需更多板數(shù)；同時(shí)再沸器負(fù)荷增加，冷凝器負(fù)荷減少。反之q減小，提餾段負(fù)荷降低，但精餾段負(fù)荷升高。最優(yōu)q值需綜合能耗與板數(shù)權(quán)衡。5.2比較平推流反應(yīng)器(PFR)與全混流反應(yīng)器(CSTR)在二級(jí)反應(yīng)中的性能差異。答案：對(duì)二級(jí)反應(yīng)(?rA)=kCA2