化工工程師試題《化工工程》輔導(dǎo)重點(diǎn)及答案選擇題1.流體在圓形直管內(nèi)流動(dòng)，當(dāng)雷諾數(shù)Re=3000時(shí)，流動(dòng)類型為（）A.層流B.湍流C.過渡流D.無法確定答案：C解析：雷諾數(shù)（Re）是判斷流體流動(dòng)類型的無量綱數(shù)，計(jì)算公式為Re=ρvd/μ（ρ為流體密度，v為流速，d為管徑，μ為動(dòng)力黏度）。當(dāng)Re≤2000時(shí)為層流，流體質(zhì)點(diǎn)沿軸向分層流動(dòng)，無橫向混合；當(dāng)Re≥4000時(shí)為湍流，流體質(zhì)點(diǎn)劇烈混合，存在徑向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)2000<Re<4000時(shí)為過渡流，流動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定，可能出現(xiàn)層流與湍流交替。本題中Re=3000，處于過渡流范圍，故選C。2.在蒸汽冷凝加熱過程中，若蒸汽中含有不凝性氣體，會(huì)導(dǎo)致傳熱系數(shù)（）A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小答案：B解析：蒸汽冷凝時(shí)，若存在不凝性氣體（如空氣），會(huì)在冷凝壁面形成氣膜。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于液體（蒸汽冷凝液膜），氣膜會(huì)顯著增加熱阻，導(dǎo)致傳熱系數(shù)減小。例如，1atm下飽和水蒸氣中含1%空氣時(shí)，傳熱系數(shù)可降低50%以上。工業(yè)中常在冷凝器頂部設(shè)置排氣口，以排除不凝性氣體，提高傳熱效率，故選B。3.蒸餾操作中，相對(duì)揮發(fā)度α=1表示（）A.兩組分易分離B.兩組分難分離C.兩組分不能用普通蒸餾分離D.兩組分揮發(fā)度相等答案：D解析：相對(duì)揮發(fā)度α定義為兩組分揮發(fā)度之比，即α=(yA/xA)/(yB/xB)，其中y為氣相摩爾分?jǐn)?shù)，x為液相摩爾分?jǐn)?shù)。當(dāng)α>1時(shí)，A組分揮發(fā)度大于B，可通過蒸餾分離；α=1時(shí)，兩組分揮發(fā)度相等，氣液相組成相同（yA/xA=yB/xB），普通蒸餾無法實(shí)現(xiàn)分離，需采用特殊精餾（如萃取精餾、共沸精餾）或其他分離方法（如膜分離），故選D。4.某反應(yīng)的速率方程為r=kCA2CB，其中CA、CB為反應(yīng)物濃度，該反應(yīng)的總級(jí)數(shù)為（）A.1級(jí)B.2級(jí)C.3級(jí)D.無法確定答案：C解析：反應(yīng)級(jí)數(shù)為速率方程中各反應(yīng)物濃度項(xiàng)的指數(shù)之和。本題中CA的指數(shù)為2，CB的指數(shù)為1，總級(jí)數(shù)=2+1=3級(jí)。反應(yīng)級(jí)數(shù)表示反應(yīng)物濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響程度，與反應(yīng)分子數(shù)（基元反應(yīng)中參加反應(yīng)的分子數(shù)）不同，非基元反應(yīng)的級(jí)數(shù)需通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，故選C。5.離心泵的安裝高度超過允許安裝高度時(shí)，可能發(fā)生的現(xiàn)象是（）A.流量增大B.揚(yáng)程升高C.氣蝕D.電機(jī)過載答案：C解析：離心泵的允許安裝高度（Hg）是為避免氣蝕而規(guī)定的最大安裝高度，計(jì)算公式為Hg=Pa/ρg-Pv/ρg-Hf0-Δh（Pa為大氣壓，Pv為液體飽和蒸氣壓，Hf0為吸入管路阻力，Δh為安全余量）。若實(shí)際安裝高度超過Hg，泵入口處壓力可能降至Pv以下，液體汽化產(chǎn)生氣泡，氣泡隨流體進(jìn)入高壓區(qū)破裂，沖擊壁面導(dǎo)致氣蝕（表現(xiàn)為噪聲、振動(dòng)、流量下降、葉輪腐蝕），故選C。6.吸收操作中，若操作溫度升高，亨利系數(shù)E（）A.增大B.減小C.不變D.與溫度無關(guān)答案：A解析：亨利定律描述氣液平衡關(guān)系，表達(dá)式為p*=Ex（p*為溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，x為液相摩爾分?jǐn)?shù)，E為亨利系數(shù)）。E值取決于溶質(zhì)和溶劑性質(zhì)及溫度，溫度升高時(shí)，溶質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，從液相逸出能力增強(qiáng)，平衡分壓p*增大，故E增大。例如，20℃時(shí)CO2在水中的E=1.44×105kPa，40℃時(shí)E=2.73×105kPa，溫度升高導(dǎo)致E顯著增大，不利于吸收（需降低溫度或增大壓力以提高溶解度），故選A。7.干燥過程中，臨界含水率Xc的大小與（）無關(guān)A.物料性質(zhì)B.干燥速率C.干燥介質(zhì)狀態(tài)D.物料厚度答案：B解析：臨界含水率Xc是干燥過程中恒速階段與降速階段的分界點(diǎn)含水率。恒速階段，水分以自由水形式存在，干燥速率由表面汽化控制，速率恒定；降速階段，水分以結(jié)合水形式存在，干燥速率由內(nèi)部擴(kuò)散控制，速率隨含水率降低而減小。Xc與物料性質(zhì)（如多孔性、親水性）、物料厚度（厚度增大，內(nèi)部擴(kuò)散路徑變長，Xc增大）、干燥介質(zhì)狀態(tài)（溫度升高、濕度降低，表面汽化加快，可能提前進(jìn)入降速階段，Xc增大）有關(guān)，與干燥速率本身無關(guān)（干燥速率是Xc的結(jié)果而非影響因素），故選B。8.1mol理想氣體在恒溫下膨脹，從V1=10L到V2=20L，過程的熵變?chǔ)為（）（R=8.314J/(mol·K)）A.5.76J/KB.-5.76J/KC.0D.無法計(jì)算答案：A解析：理想氣體恒溫過程熵變公式為ΔS=nRln(V2/V1)（n為物質(zhì)的量，R為氣體常數(shù)，V為體積）。因恒溫下理想氣體內(nèi)能不變（ΔU=0），膨脹過程吸熱（Q=W=nRTln(V2/V1)），熵變?chǔ)=Q/T=nRln(V2/V1)。代入數(shù)據(jù)：n=1mol，R=8.314J/(mol·K)，V2/V1=20/10=2，ΔS=1×8.314×ln2≈5.76J/K，熵變大于0，符合自發(fā)過程（恒溫膨脹為自發(fā)過程，熵增），故選A。9.某可燃?xì)怏w的爆炸下限為5%（體積分?jǐn)?shù)），爆炸上限為15%，當(dāng)該氣體在空氣中的體積分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，（）A.遇火源會(huì)爆炸B.遇火源不會(huì)爆炸C.處于爆炸危險(xiǎn)區(qū)D.會(huì)發(fā)生不完全燃燒答案：B解析：爆炸極限是可燃?xì)怏w與空氣混合后遇火源能發(fā)生爆炸的濃度范圍（體積分?jǐn)?shù)），低于下限（5%）時(shí)，可燃物濃度不足，無法形成持續(xù)燃燒爆炸；高于上限（15%）時(shí)，氧氣不足，也無法爆炸。本題中氣體濃度為3%，低于爆炸下限，遇火源只會(huì)發(fā)生局部燃燒（如火焰一閃即滅），不會(huì)爆炸，故選B。工業(yè)中需控制可燃?xì)怏w濃度在爆炸極限外，例如通過惰性氣體稀釋或通風(fēng)換氣。10.化工過程控制中，PID控制器的“P”參數(shù)指（）A.比例度B.積分時(shí)間C.微分時(shí)間D.偏差系數(shù)答案：A解析：PID控制器是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的控制器，由比例（P）、積分（I）、微分（D）三個(gè)環(huán)節(jié)組成。比例環(huán)節(jié)（P）的作用是根據(jù)偏差大小成比例輸出控制信號(hào)，參數(shù)為比例度（δ），δ越小，比例作用越強(qiáng)（控制靈敏度越高，但易超調(diào)）；積分環(huán)節(jié)（I）消除穩(wěn)態(tài)偏差，參數(shù)為積分時(shí)間（Ti）；微分環(huán)節(jié)（D）預(yù)測(cè)偏差變化趨勢(shì)，參數(shù)為微分時(shí)間（Td）。“P”對(duì)應(yīng)比例度，故選A。填空題1.流體流動(dòng)中，層流的摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re的關(guān)系為λ=______（適用于光滑管）。答案：64/Re解析：層流時(shí)，流體在管內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)泊肅葉定律，摩擦系數(shù)λ=64/Re（僅適用于圓形直管、層流（Re≤2000）、光滑管）。該式表明層流摩擦系數(shù)僅與Re有關(guān)，與管壁粗糙度無關(guān)；而湍流時(shí)，λ與Re和相對(duì)粗糙度（ε/d）均有關(guān)，需通過莫迪圖或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算（如Blasius公式λ=0.3164/Re^0.25，適用于4000≤Re≤10^5光滑管）。2.離心泵的工作點(diǎn)是______曲線與______曲線的交點(diǎn)。答案：泵特性；管路特性解析：泵特性曲線表示泵在一定轉(zhuǎn)速下，揚(yáng)程H與流量Q的關(guān)系（H-Q曲線）；管路特性曲線表示管路系統(tǒng)中，流量Q與所需揚(yáng)程He的關(guān)系（He=ΔZ+ΔP/(ρg)+λ(L+ΣLe)v2/(2gd)，其中ΔZ為位差，ΔP為壓差，λ為摩擦系數(shù)，L+ΣLe為管路總長度（含局部阻力當(dāng)量長度），v為流速）。工作點(diǎn)是泵提供的揚(yáng)程等于管路所需揚(yáng)程時(shí)的流量點(diǎn)，可通過調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速、改變管路閥門開度（改變管路特性曲線）或并聯(lián)/串聯(lián)泵（改變泵特性曲線）來改變工作點(diǎn)。3.理想釜式反應(yīng)器（CSTR）的返混程度______（填“最大”或“最小”）。答案：最大解析：返混是指不同停留時(shí)間的流體微團(tuán)在反應(yīng)器內(nèi)的混合。理想反應(yīng)器中，平推流反應(yīng)器（PFR）無返混（流體微團(tuán)沿軸向流動(dòng)，無徑向混合，停留時(shí)間均一）；CSTR為全混流，進(jìn)料與反應(yīng)器內(nèi)物料瞬間完全混合，返混程度最大（停留時(shí)間分布最寬，符合E(θ)=e^(-θ)，θ為無量綱停留時(shí)間）。實(shí)際反應(yīng)器返混程度介于PFR和CSTR之間，如管式反應(yīng)器（接近PFR）、攪拌釜（接近CSTR）。4.亨利定律的表達(dá)式之一為p*=Ex，其中E為______系數(shù)，單位為______。答案：亨利；Pa（或kPa、atm等壓強(qiáng)單位）解析：亨利定律描述稀溶液中溶質(zhì)在氣液兩相間的平衡關(guān)系，表達(dá)式有p*=Ex（E為亨利系數(shù)）、p*=c/H（H為溶解度系數(shù)）、y*=mx（m為相平衡常數(shù)），三者關(guān)系為E=ρsRT/H=Msm/ρ（ρs為溶劑密度，Ms為溶劑摩爾質(zhì)量，ρ為溶液密度，稀溶液中ρ≈ρs）。E值隨溫度升高而增大（溶質(zhì)溶解度降低），單位與壓強(qiáng)單位一致（如Pa、atm），用于判斷吸收過程方向：當(dāng)氣相溶質(zhì)分壓p>p*時(shí)，溶質(zhì)從氣相向液相轉(zhuǎn)移（吸收）；p<p*時(shí)，解吸。5.過濾操作中，恒壓過濾的過濾速率與濾餅厚度L的關(guān)系為dV/dt=______（忽略介質(zhì)阻力，濾餅不可壓縮）。答案：ΔP/(μrL)（或K/(2L)，其中K=2ΔP/(μr)）解析：過濾速率u=dV/(Adt)=ΔP/(μ(rL+rm))，其中A為過濾面積，ΔP為過濾壓差，μ為濾液黏度，r為濾餅比阻，L為濾餅厚度，rm為過濾介質(zhì)比阻。忽略介質(zhì)阻力（rm=0）時(shí)，u=ΔP/(μrL)；濾餅不可壓縮時(shí)，r為常數(shù)，恒壓過濾下ΔP為常數(shù)，故過濾速率與濾餅厚度L成反比。積分可得恒壓過濾方程：V2=KA2t（K=2ΔP/(μr)為過濾常數(shù)）。6.反應(yīng)A→B為一級(jí)反應(yīng)，速率常數(shù)k=0.1min?1，當(dāng)反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率x=0.9時(shí)，所需反應(yīng)時(shí)間t=______min（ln10≈2.303）。答案：23.03解析：一級(jí)反應(yīng)的積分速率方程為ln(1/(1-x))=kt，代入x=0.9，k=0.1min?1，得t=ln(1/(1-0.9))/k=ln10/0.1≈2.303/0.1=23.03min。一級(jí)反應(yīng)的特點(diǎn)是半衰期t1/2=ln2/k，與初始濃度無關(guān)，常見一級(jí)反應(yīng)有放射性衰變、大多數(shù)熱分解反應(yīng)等。7.干燥過程得以進(jìn)行的必要條件是：物料表面水汽分壓______干燥介質(zhì)中的水汽分壓。答案：大于解析：干燥是利用熱能使?jié)裎锪现械乃制⒈粴饬鲙ё叩倪^程。水分傳遞的推動(dòng)力為物料表面水汽分壓（ps）與干燥介質(zhì)中水汽分壓（pv）的差值（ps-pv>0）。若ps=pv，達(dá)到平衡，干燥速率為0；ps<pv時(shí)，物料會(huì)吸濕（如潮濕天氣衣物不易干）。工業(yè)中通過提高介質(zhì)溫度（降低pv）或降低介質(zhì)濕度（降低pv）來增大推動(dòng)力，加快干燥速率。8.管殼式換熱器中，當(dāng)殼程流體為高溫高壓、腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)選擇______（填“固定管板式”或“浮頭式”）換熱器。答案：浮頭式解析：固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，但殼程與管程溫差大時(shí)易產(chǎn)生熱應(yīng)力（管子與殼體膨脹量不同），導(dǎo)致泄漏；且殼程不易清洗，不適用于易結(jié)垢或腐蝕性介質(zhì)。浮頭式換熱器的一端管板可自由浮動(dòng)，能消除熱應(yīng)力，且殼程可拆卸清洗，適用于高溫高壓、腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)垢的殼程流體（如合成氨裝置中的廢熱鍋爐，殼程走高溫合成氣），但造價(jià)較高。9.爆炸極限的范圍越寬，氣體的爆炸危險(xiǎn)性越______。答案：大解析：爆炸極限范圍（上限-下限）是衡量可燃?xì)怏w爆炸危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)。范圍越寬，氣體在更多濃度下可爆炸，危險(xiǎn)性越大。例如，氫氣的爆炸極限為4%~75%（范圍71%），甲烷為5%~15%（范圍10%），氫氣的爆炸危險(xiǎn)性遠(yuǎn)大于甲烷。此外，爆炸下限越低、點(diǎn)火能量越小，危險(xiǎn)性也越大，工業(yè)中需嚴(yán)格控制可燃?xì)怏w濃度、溫度、壓力及點(diǎn)火源。10.化工設(shè)計(jì)中，“三廢”處理應(yīng)遵循的原則是______、______、______。答案：減量化；資源化；無害化解析：“三廢”（廢水、廢氣、固廢）處理的“3R”原則：減量化（Reduce）通過工藝優(yōu)化減少廢物產(chǎn)生（如采用清潔生產(chǎn)技術(shù)）；資源化（Reuse/Recycle）將廢物轉(zhuǎn)化為有用資源（如廢水處理后回用、廢氣中VOCs回收）；無害化（Dispose）對(duì)無法利用的廢物進(jìn)行安全處理（如廢水達(dá)標(biāo)排放、固廢焚燒或填埋）。該原則體現(xiàn)了從“末端治理”向“源頭控制”的轉(zhuǎn)變，符合綠色化工和可持續(xù)發(fā)展要求。判斷題1.流體在圓形直管內(nèi)湍流流動(dòng)時(shí)，阻力損失與流速的平方成正比。（）答案：√解析：湍流時(shí)，摩擦系數(shù)λ在一定Re范圍內(nèi)（如粗糙管完全湍流區(qū)）接近常數(shù)，根據(jù)范寧公式hf=λ(L/d)(v2/(2g))，阻力損失hf∝v2，即與流速平方成正比；層流時(shí)hf∝v（λ=64/Re，Re=ρvd/μ，故hf∝v）。工程中常通過調(diào)節(jié)閥門開度改變流速，進(jìn)而控制流量，但需注意湍流時(shí)閥門節(jié)流能耗較大。2.間歇反應(yīng)釜的反應(yīng)時(shí)間等于物料在釜內(nèi)的停留時(shí)間。（）答案：√解析：間歇反應(yīng)釜操作時(shí)，物料一次性加入，反應(yīng)結(jié)束后一次性出料，無物料連續(xù)進(jìn)出，故反應(yīng)時(shí)間（從加料完成到出料的時(shí)間）等于物料在釜內(nèi)的總停留時(shí)間。而連續(xù)反應(yīng)器（如CSTR、PFR）的停留時(shí)間定義為反應(yīng)器有效容積與進(jìn)料體積流量之比（τ=V/Q），對(duì)于間歇釜，τ=反應(yīng)時(shí)間，二者一致。3.吸收操作中，溫度升高有利于提高溶質(zhì)的溶解度。（）答案：×解析：吸收過程為放熱過程（溶質(zhì)溶解或與溶劑反應(yīng)放熱），根據(jù)亨利定律p*=Ex，亨利系數(shù)E隨溫度升高而增大，導(dǎo)致溶質(zhì)平衡分壓p*增大，溶解度降低（x=p/E，p一定時(shí)，E增大則x減?。＠?，20℃時(shí)NH3在水中溶解度遠(yuǎn)大于80℃時(shí)。工業(yè)中吸收常采用低溫、高壓條件，以提高溶解度，而解吸則采用高溫、低壓條件。4.理想氣體絕熱節(jié)流膨脹過程中，溫度一定不變。（）答案：×解析：理想氣體絕熱節(jié)流膨脹時(shí)，因焓H=U+pV，理想氣體U僅與溫度有關(guān)，節(jié)流過程ΔH=0，故ΔU=0，溫度不變（焦湯系數(shù)μJ-T=(?T/?p)H=0）；但實(shí)際氣體節(jié)流膨脹時(shí)，溫度可能升高（μJ-T<0，如H2、He）或降低（μJ-T>0，如CO2、空氣），利用μJ-T>0的特性可實(shí)現(xiàn)氣體液化（如林德循環(huán)）。本題未限定“理想氣體”，但原表述“一定不變”錯(cuò)誤，因?qū)嶋H氣體存在溫度變化，故判錯(cuò)。5.干燥過程中，恒速階段的干燥速率取決于物料的內(nèi)部擴(kuò)散速率。（）答案：×解析：恒速階段，物料表面存在自由水，水分以液態(tài)形式在表面汽化，干燥速率由表面汽化速率控制（取決于干燥介質(zhì)的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式），此時(shí)干燥速率等于純水在相同條件下的汽化速率；降速階段，表面自由水已蒸發(fā)完畢，水分從內(nèi)部向表面擴(kuò)散，干燥速率由內(nèi)部擴(kuò)散速率控制，速率隨含水率降低而減小。故恒速階段由表面汽化控制，降速階段由內(nèi)部擴(kuò)散控制，原表述錯(cuò)誤。6.管殼式換熱器中，冷流體應(yīng)走管程還是殼程，主要取決于流體的腐蝕性。（）答案：×解析：換熱器流體走向選擇需綜合考慮多因素：①腐蝕性流體走管程（管程易清洗，且更換管束成本低）；②易結(jié)垢流體走管程（管程流速高，可減少結(jié)垢，且便于機(jī)械清洗）；③高溫高壓流體走管程（管子耐壓性好，殼體可采用低壓材料）；④流量小或黏度大的流體走殼程（殼程可設(shè)置折流板，提高湍流程度，增強(qiáng)傳熱）。腐蝕性僅為其中一個(gè)因素，并非唯一，故原表述錯(cuò)誤。7.反應(yīng)級(jí)數(shù)等于反應(yīng)分子數(shù)。（）答案：×解析：反應(yīng)級(jí)數(shù)是速率方程中濃度項(xiàng)的指數(shù)之和，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，可為整數(shù)、分?jǐn)?shù)或負(fù)數(shù)，適用于基元反應(yīng)和非基元反應(yīng)；反應(yīng)分子數(shù)是基元反應(yīng)中參加反應(yīng)的分子數(shù)目（僅為1、2、3，無分?jǐn)?shù)或負(fù)數(shù)），僅適用于基元反應(yīng)。例如，H2+Cl2=2HCl的速率方程為r=k[H2][Cl2]^0.5，反應(yīng)級(jí)數(shù)為1.5，而該反應(yīng)為非基元反應(yīng)，無反應(yīng)分子數(shù)概念；基元反應(yīng)2NO+O2=2NO2，反應(yīng)級(jí)數(shù)為3（2+1），反應(yīng)分子數(shù)為3，此時(shí)二者數(shù)值相等，但概念不同，故原表述錯(cuò)誤。8.離心泵啟動(dòng)前需灌泵，是為了防止氣縛現(xiàn)象。（）答案：√解析：離心泵啟動(dòng)時(shí)，若泵殼內(nèi)存在空氣，因空氣密度遠(yuǎn)小于液體，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力不足以將空氣排出，無法形成足夠的真空度吸入液體，導(dǎo)致泵空轉(zhuǎn)，無液體輸出，稱為氣縛。灌泵是通過向泵殼內(nèi)充滿液體，排除空氣，使葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)能產(chǎn)生足夠離心力，將液體吸入并壓出，故原表述正確。9.化工熱力學(xué)中，孤立系統(tǒng)的熵總是增大的。（）答案：×解析：孤立系統(tǒng)（與外界無能量和物質(zhì)交換）的熵變?chǔ)孤立≥0，其中“>”對(duì)應(yīng)自發(fā)過程，“=”對(duì)應(yīng)可逆過程（平衡狀態(tài)）。例如，理想氣體絕熱自由膨脹為自發(fā)過程，ΔS孤立>0；而可逆卡諾循環(huán)中，系統(tǒng)熵變?chǔ)系統(tǒng)=0，環(huán)境熵變?chǔ)環(huán)境=0，ΔS孤立=0。原表述“總是增大”忽略了可逆過程熵不變的情況，故錯(cuò)誤，應(yīng)為“孤立系統(tǒng)的熵永不減小”。10.爆炸極限是可燃?xì)怏w的固有屬性，與溫度、壓力無關(guān)。（）答案：×解析：爆炸極限受溫度、壓力、惰性氣體含量等因素影響：①溫度升高，爆炸極限范圍擴(kuò)大（下限降低，上限升高），因高溫使分子活化能降低，反應(yīng)更易進(jìn)行；②壓力升高，爆炸上限顯著升高（下限變化較?。蚋邏菏狗肿优鲎差l率增加；③惰性氣體（如N2、CO2）稀釋，爆炸極限范圍縮?。ǘ栊詺怏w含量足夠高時(shí)，可使爆炸極限消失）。例如，甲烷在25℃、1atm下爆炸極限為5%~15%；在10atm下，上限可升至25%，故原表述錯(cuò)誤。解答題1.某連續(xù)精餾塔分離A、B兩組分理想溶液，進(jìn)料量F=200kmol/h，進(jìn)料組成為xF=0.4（A的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），塔頂產(chǎn)品組成為xD=0.95，塔底產(chǎn)品組成為xW=0.05。塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流，回流比R=2。求：（1）塔頂、塔底產(chǎn)品流量D、W；（2）精餾段上升蒸汽量V及下降液體量L；（3）若進(jìn)料為飽和液體（q=1），提餾段上升蒸汽量V'及下降液體量L'。答案：（1）全塔物料衡算：總物料衡算：F=D+W→200=D+W①易揮發(fā)組分衡算：FxF=DxD+WxW→200×0.4=0.95D+0.05W②聯(lián)立①②，解得D=80kmol/h，W=120kmol/h。（2）精餾段：回流比R=L/D=2→下降液體量L=RD=2×80=160kmol/h上升蒸汽量V=L+D=160+80=240kmol/h（全凝器中V全部冷凝為回流液L和產(chǎn)品D，故V=L+D）。（3）提餾段：進(jìn)料為飽和液體（q=1，q為進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)，飽和液體q=1，即進(jìn)料全部為液相，帶入提餾段液體量）下降液體量L'=L+qF=160+1×200=360kmol/h上升蒸汽量V'=V-(1-q)F=240-(1-1)×200=240kmol/h（因q=1，(1-q)F=0，故V'=V）。解析：本題考查精餾過程的物料衡算，關(guān)鍵在于掌握全塔衡算、精餾段與提餾段的物料關(guān)系，以及進(jìn)料熱狀態(tài)對(duì)提餾段流量的影響。q值反映進(jìn)料狀態(tài)：冷液體q>1，飽和液體q=1，氣液混合物0<q<1，飽和蒸汽q=0，過熱蒸汽q<0，需根據(jù)q值計(jì)算L'=L+qF和V'=V-(1-q)F。2.用飽和水蒸氣（120℃，潛熱r=2202kJ/kg）加熱管內(nèi)流動(dòng)的水，將水從20℃加熱至80℃，水的流量為1000kg/h，比熱容cp=4.18kJ/(kg·℃)。換熱器的總傳熱系數(shù)K=1000W/(m2·℃)，忽略熱損失，求所需傳熱面積A。答案：（1）計(jì)算水吸收的熱量Q：Q=qm2cp2(t2-t1)=1000kg/h×4.18kJ/(kg·℃)×(80-20)℃=1000×4.18×60=250800kJ/h=250800×103J/3600s≈69666.7W（2）計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差Δtm：蒸汽溫度T=120℃（飽和蒸汽冷凝，溫度恒定），水進(jìn)口t1=20℃，出口t2=80℃Δt1=T-t1=120-20=100℃，Δt2=T-t2=120-80=40℃Δtm=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=(100-40)/ln(100/40)=60/ln2.5≈60/0.916≈65.5℃（3）計(jì)算傳熱面積A：由Q=KAΔtm，得A=Q/(KΔtm)=69666.7W/(1000W/(m2·℃)×65.5℃)≈1.06m2解析：本題為間壁式傳熱計(jì)算，核心是熱量衡算（Q=qmcpΔt）和傳熱速率方程（Q=KAΔtm）的聯(lián)立應(yīng)用。需注意單位統(tǒng)一（將kJ/h轉(zhuǎn)換為W），以及相變傳熱時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算（一側(cè)恒溫時(shí)，Δtm=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)）。實(shí)際應(yīng)用中，需考慮熱損失（通常取Q×1.1作為設(shè)計(jì)熱負(fù)荷）和換熱器面積裕量（10%~20%）。3.某一級(jí)不可逆反應(yīng)A→B，在間歇反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)速率常數(shù)k=0.05min?1。若初始濃度CA0=2mol/L，要求轉(zhuǎn)化率x=0.95，每批操作的輔助時(shí)間（加料、卸料、清洗）為30min，求：（1）反應(yīng)時(shí)間t；（2）每批總操作時(shí)間；（3）若日產(chǎn)量要求為2000kgB（M=50g/mol），計(jì)算反應(yīng)釜的有效容積V（設(shè)裝料系數(shù)φ=0.8）。答案：（1）反應(yīng)時(shí)間t：一級(jí)反應(yīng)積分式：ln(1/(1-x))=kt→t=ln(1/(1-x))/k=ln(1/(1-0.95))/0.05min?1=ln20/0.05≈2.9957/0.05≈59.9min≈60min（2）每批總操作時(shí)間t總：t總=反應(yīng)時(shí)間+輔助時(shí)間=60+30=90min=1.5h（3）反應(yīng)釜有效容積V：①每批生成B的物質(zhì)的量nB：nB=CA0xV（因1molA生成1molB）②每批B的質(zhì)量mB=nB×M=CA0xV×M→V=mB/(CA0xM)③日操作批數(shù)N=24h/t總=24/1.5=16批④每批需生產(chǎn)B的質(zhì)量mB=日產(chǎn)量/N=2000kg/16=125kg=125000g⑤代入數(shù)據(jù)：V=125000g/(2mol/L×0.95×50g/mol)=125000/(95)≈1315.8L=1.316m3⑥實(shí)際釜容積V實(shí)=V/φ=1.316/0.8≈1.645m3，取有效容積V=1.32m3（保留兩位小數(shù)）解析：本題綜合考查一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與間歇反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)計(jì)算，關(guān)鍵在于通過轉(zhuǎn)化率計(jì)算反應(yīng)時(shí)間，結(jié)合輔助時(shí)間確定生產(chǎn)周期，再根據(jù)產(chǎn)量反推反應(yīng)器容積。裝料系數(shù)φ考慮物料膨脹或攪拌空間，通常取0.7~0.9。4.在填料吸收塔中，用清水吸收空氣中的NH3，入塔氣體中NH3體積分?jǐn)?shù)為5%，出塔氣體NH3體積分?jǐn)?shù)為0.5%，入塔清水流量為100kmol/h，操作條件下亨利系數(shù)E=76kPa，總壓P=101.3kPa，相平衡常數(shù)m=E/P=76/101.3≈0.75。若吸收過程為低濃度吸收，氣相摩爾流量G=100kmol/h（惰性氣體流量），求最小液氣比（L/G）min及實(shí)際液氣比為最小液氣比1.5倍時(shí)