2026注冊(cè)化工試題及答案1.某連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器（CSTR）中進(jìn)行一級(jí)不可逆液相反應(yīng)A→B，反應(yīng)速率常數(shù)k=0.25min?1。進(jìn)料體積流量Q=0.8m3·min?1，要求出口轉(zhuǎn)化率xA=0.92。若采用單臺(tái)CSTR，求所需有效體積V；若改用兩臺(tái)等體積CSTR串聯(lián)，求每臺(tái)反應(yīng)器體積及系統(tǒng)總體積，并比較兩種方案體積差異的百分比?！敬鸢概c解析】單臺(tái)CSTR：τ=V/Q=xA/[k(1?xA)]=0.92/(0.25×0.08)=46minV=τ·Q=46×0.8=36.8m3兩臺(tái)串聯(lián)：設(shè)每臺(tái)體積V?，總停留時(shí)間τ?+τ?=2V?/Q對(duì)一級(jí)反應(yīng)，串聯(lián)CSTR有x?=1?1/[(1+kτ?)(1+kτ?)]因兩釜等體積，τ?=τ?=τ′，則0.92=1?1/(1+0.25τ′)2解得τ′=6.0min單釜體積V?=τ′·Q=6.0×0.8=4.8m3系統(tǒng)總體積2V?=9.6m3體積差異百分比：(36.8?9.6)/36.8×100%=73.9%結(jié)論：兩級(jí)串聯(lián)可節(jié)省約74%體積。2.某氣體混合物含丙烷30mol%、氮?dú)?0mol%，溫度380K，壓力2.2MPa。用Peng-Robinson方程估算其摩爾體積，給出迭代初值及兩次迭代結(jié)果即可。PR參數(shù)：丙烷ω=0.152，Tc=369.8K，Pc=4.248MPa；氮?dú)猞?0.040，Tc=126.2K，Pc=3.390MPa。二元交互參數(shù)kij=0?！敬鸢概c解析】先求混合規(guī)則：Tcm=ΣyiTci=0.3×369.8+0.7×126.2=199.3KPcm=ΣyiPci=0.3×4.248+0.7×3.390=3.647MPaωm=Σyiωi=0.3×0.152+0.7×0.040=0.0736PR方程：P=RT/(V?b)?a/[V(V+b)+b(V?b)]其中a=0.45724R2Tcm2/Pcm·α(T)b=0.07780RTcm/Pcmα(T)=[1+(0.37464+1.54226ωm?0.26992ωm2)(1?√(Tr))]2Tr=T/Tcm=380/199.3=1.907計(jì)算得：α=0.665，a=0.385Pa·m?·mol?2，b=2.96×10??m3·mol?1理想氣體初值V?=RT/P=8.314×380/(2.2×10?)=1.436×10?3m3·mol?1第一次迭代：RHS=RT/(V??b)?a/[V?(V?+b)+b(V??b)]=8.314×380/(1.436×10?3?2.96×10??)?0.385/[1.436×1.466×10?3+2.96×1.406×10??]=2.23×10??0.181×10?=2.049MPa誤差6.9%，用牛頓法修正得V?=1.384×10?3m3·mol?1第二次迭代RHS=2.198MPa，誤差0.1%，可終止。最終估算V≈1.38×10?3m3·mol?1。3.某精餾塔分離苯-甲苯混合物，進(jìn)料1000kmol·h?1，組成zF=0.45（苯摩爾分?jǐn)?shù)），泡點(diǎn)進(jìn)料，塔頂產(chǎn)品xD=0.98，塔底xB=0.03。相對(duì)揮發(fā)度α=2.46，回流比R=1.3Rmin。求理論板數(shù)N及進(jìn)料板位置NF（采用Fenske-Underwood-Gilliland法）?！敬鸢概c解析】(1)物料衡算：F=D+BFzF=DxD+BxB解得D=440kmol·h?1，B=560kmol·h?1(2)Rmin：Underwood方程Σαixi/(αi?θ)=1?qq=1（泡點(diǎn)）對(duì)二元，θ滿足0.45×2.46/(2.46?θ)+0.55×1/(1?θ)=0解得θ=1.387Rmin=(xD/(α?θ)?xB/(1?θ))/(xD?xB)?1=1.63R=1.3×1.63=2.12(3)Nmin：FenskeNmin=ln[(xD/(1?xD))·((1?xB)/xB)]/lnα?1=ln[0.98/0.02×0.97/0.03]/ln2.46?1=7.9→8塊（含再沸器）(4)Gilliland關(guān)聯(lián)：X=(R?Rmin)/(R+1)=0.157Y=0.545827?0.591422X+0.002743/X=0.456N=(Nmin+Y)/(1?Y)=15.8→16塊（含再沸器）(5)進(jìn)料板：KirkbrideNF/N=0.206ln[(B/D)·(xHK/xLK)·(xF,LK/xF,HK)^0.5]=0.206ln[560/440×0.03/0.45×(0.55/0.45)^0.5]=0.44NF=0.44×16=7（從塔頂數(shù)第7塊為進(jìn)料）。4.某換熱器用冷卻水將120°C的某有機(jī)液體3.2kg·s?1冷卻到45°C，液體比熱cp=2.15kJ·kg?1·K?1。冷卻水入口25°C，出口不超過(guò)45°C，cpw=4.18kJ·kg?1·K?1?？倐鳠嵯禂?shù)U=850W·m?2·K?1，采用逆流。求所需換熱面積A；若改用殼程2管程4，求修正面積?！敬鸢概c解析】熱負(fù)荷Q=m·cp·ΔT=3.2×2.15×(120?45)=516kW冷卻水流量mw=Q/(cpw·ΔTw)=516/(4.18×20)=6.18kg·s?1逆流對(duì)數(shù)平均溫差：ΔT1=120?45=75K，ΔT2=45?25=20KLMTD=(75?20)/ln(75/20)=39.9K面積A=Q/(U·LMTD)=516000/(850×39.9)=15.2m2殼程2-4型：P=(45?25)/(120?25)=0.211R=(120?45)/(45?25)=3.75查FT圖得FT≈0.82修正LMTD′=FT·LMTD=32.7KA′=516000/(850×32.7)=18.6m2。5.某工廠排放廢氣含800ppmV的己烷，擬用活性炭吸附回收。吸附等溫線q=0.052c^0.82（q-g·g?1，c-g·m?3）。操作溫度298K，壓力101kPa，氣體流量1200Nm3·h?1。要求出口≤20ppmV。采用雙床連續(xù)吸附-脫附，吸附床層直徑1.2m，炭堆積密度420kg·m?3。求單床炭層高度H及吸附周期t（假設(shè)傳質(zhì)區(qū)可忽略，脫附用120°C蒸汽，完全再生）?！敬鸢概c解析】(1)濃度換算：800ppmV=800×10??×M/22.4=800×86/22.4=3.07g·m?320ppmV=0.077g·m?3(2)吸附量：qin=0.052×3.07^0.82=0.115g·g?1qout=0.052×0.077^0.82=0.009g·g?1Δq=0.106g·g?1(3)己烷量：G=1200×(3.07?0.077)=3590g·h?1(4)炭質(zhì)量：m=G/Δq=3590/0.106=33.9kg(5)體積：V=m/ρb=33.9/420=0.0807m3(6)高度：A=πD2/4=1.13m2H=V/A=0.071m→實(shí)際取0.10m（安全）(7)周期：t=m·Δq/G=33.9×0.106/3590×1000=1.0h設(shè)計(jì)取1h，雙床切換。6.某反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行氣固催化反應(yīng)A→B，速率方程r=k·pA/(1+KApA)，k=0.84mol·kg?1·s?1·bar?1，KA=2.1bar?1。催化劑顆粒直徑2.6mm，有效擴(kuò)散系數(shù)De=3.5×10??m2·s?1。顆粒密度ρp=1200kg·m?3，外部傳質(zhì)可忽略。求當(dāng)氣相pA=0.35bar時(shí)，內(nèi)擴(kuò)散有效因子η，并判斷是否存在顯著內(nèi)擴(kuò)散阻力?！敬鸢概c解析】Thiele模數(shù)φ=R√(k·KA·ρp/(De·(1+KApA)2))R=1.3×10?3mk·KA·ρp=0.84×2.1×1200=2117mol·m?3·s?1·bar?11+KApA=1+2.1×0.35=1.735φ=1.3×10?3√(2117/(3.5×10??×1.7352))=4.8對(duì)一級(jí)近似，η=tanh(φ)/φ=0.90/4.8=0.19η<0.8，存在顯著內(nèi)擴(kuò)散阻力，需減小粒徑或改催化劑。7.某離心泵輸送20°C水，流量135m3·h?1，揚(yáng)程58m，效率74%?，F(xiàn)擬改用變頻調(diào)速，將流量降至90m3·h?1，管路特性H=20+0.018Q2（Q-m3·h?1）。求新轉(zhuǎn)速n′、軸功率P′，并比較節(jié)能率?！敬鸢概c解析】原工況：Q?=135，H?=58，η?=0.74P?=ρgQ?H?/η?=1000×9.81×135/3600×58/0.74=28.7kW新流量Q?=90，管路需求H?=20+0.018×902=20+146=46m相似律：Q∝n，H∝n2設(shè)n′/n=x，則泵曲線H=58x2，與管路交點(diǎn)58x2=20+0.018(135x)2解得x=0.82n′=0.82×n（原轉(zhuǎn)速2950rpm→2420rpm）新軸功率：P′=P?·x3·(ρgQ?H?)/(ρgQ?H?)=28.7×0.823×(90×46)/(135×58)=11.9kW節(jié)能率：(28.7?11.9)/28.7=58.5%。8.某聚合物廠排放廢水COD=3200mg·L?1，擬用厭氧+好氧組合。厭氧反應(yīng)器（UASB）可去除80%COD，產(chǎn)氣率0.42m3·kg?1CODremoved，甲烷含量65%。好氧段需將COD降至≤120mg·L?1。流量2400m3·d?1。求：UASB產(chǎn)氣量、好氧段需氧量、若采用MBR替代二沉池，膜通量18L·m?2·h?1，求所需膜面積?！敬鸢概c解析】(1)CODremoved=0.8×3200=2560mg·L?1負(fù)荷=2400×2560/1000=6144kg·d?1產(chǎn)氣=6144×0.42=2580m3·d?1甲烷=0.65×2580=1677m3·d?1(2)好氧進(jìn)水COD=3200?2560=640mg·L?1出水120mg·L?1去除=520mg·L?1需氧量=1.2×520×2400/1000=1498kg·d?1（含細(xì)胞合成系數(shù)）(3)MBR通量18L·m?2·h?1=0.432m3·m?2·d?1面積A=2400/0.432=5556m2。9.某儲(chǔ)罐內(nèi)裝95wt%硫酸，溫度25°C，液位3.8m，罐頂呼吸閥設(shè)定+3.5kPa/?0.8kPa。已知25°C硫酸蒸氣壓可忽略，但水蒸氣存在。當(dāng)?shù)卮髿鈮?01.3kPa，相對(duì)濕度75%。估算每次呼吸（晝夜溫差15°C）造成的空氣質(zhì)量進(jìn)出量，罐直徑6m?！敬鸢概c解析】(1)氣相空間：Vaporvolume=πD2/4×(Htotal?Hliq)=0.785×36×(H?3.8)設(shè)罐高6m，則V=0.785×36×2.2=62m3(2)呼吸量按理想氣體：ΔT=15K，Tavg=298KΔn=P·ΔV/RT，但定容，壓力變化ΔP=nRΔT/V允許ΔP=3.5kPa則Δn=ΔP·V/(R·T)=3500×62/(8.314×298)=875mol質(zhì)量=875×29=25.4kg(3)濕度：25°C飽和水蒸氣壓3.17kPa實(shí)際pv=0.75×3.17=2.38kPa水蒸氣質(zhì)量=pv·V·Mw/(RT)=2380×62×18/(8.314×298)=1.07kg每次呼吸進(jìn)出空氣25.4kg，含水1.07kg。10.某裂解爐輻射段爐管外壁溫度950°C，內(nèi)壁820°C，管材HP-40，導(dǎo)熱系數(shù)18W·m?1·K?1，外徑114mm，壁厚12mm。管內(nèi)反應(yīng)吸熱185kW·m?2。求：管壁熱阻占總熱阻比例、若結(jié)焦層厚3mm，導(dǎo)熱系數(shù)2.2W·m?1·K?1，內(nèi)壁溫度升至850°C，求新增熱阻及焦層外側(cè)溫度?！敬鸢概c解析】(1)管壁熱阻：r?=57mm，r?=45mmRtube=ln(r?/r?)/(2πλL)每米q=185kW·m?2，基于外表面ΔT=950?820=130Kq=ΔT/Rtotal→Rtotal=130/185000=0.000703m2·K·W?1Rtube=(57?45)×10?3/18=0.000667m2·K·W?1比例=0.000667/0.000703=94.8%(2)結(jié)焦：Rcoke=3×10?3/2.2=0.00136m2·K·W?1Rnew=0.000703+0.00136=0.00206q不變，ΔTnew=q·Rnew=185000×0.00206=381K焦層外側(cè)溫度=950?381=569°C內(nèi)壁850°C，則焦層內(nèi)側(cè)850°C，外側(cè)569°C，梯度反向，說(shuō)明需提高外壁溫度或清焦。11.某氨合成回路循環(huán)氣含NH?12mol%，N?22%，H?66%，惰性0%。擬用部分冷凝分離氨，冷凝器出口?10°C，平衡常數(shù)KNH?=0.036(molfractionNH?ingas)/(molfractionNH?inliquid)。求液氨回收率，若循環(huán)氣量18000kmol·h?1。【答案與解析】設(shè)冷凝分率α，液相NH?x，氣相yy=0.036x總NH?平衡：18000×0.12=y·18000(1?α)+x·18000α0.12=y(1?α)+xα代入y=0.036x0.12=0.036x(1?α)+xα=x(0.036+0.964α)又y=0.036x且y=0.12?xα/(1?α)聯(lián)立得α=0.088液氨量=18000×0.088×x=18000×0.088×0.12/(0.036+0.964×0.088)=18000×0.088×1.12=1774kmol·h?1回收率=1774/(18000×0.12)=82.1%。12.某二元非理想體系，Wilson參數(shù)Λ??=0.532，Λ??=1.124，溫度348K，飽和蒸氣壓P?sat=78.4kPa，P?sat=48.1kPa。求恒沸組成及恒沸壓力?！敬鸢概c解析】Wilson方程：lnγ?=?ln(x?+Λ??x?)+x?[Λ??/(x?+Λ??x?)?Λ??/(x?+Λ??x?)]lnγ?=?ln(x?+Λ??x?)+x?[Λ??/(x?+Λ??x?)?Λ??/(x?+Λ??x?)]恒沸條件γ?P?sat=γ?P?sat設(shè)x?試差：x?=0.715時(shí)γ?=1.083，γ?=1.251γ?P?sat=84.9kPa，γ?P?sat=60.2kPax?=0.755→86.4vs58.9x?=0.762→86.7vs58.6插值得x?az=0.765Paz=86.8kPa恒沸組成76.5mol%組分1，壓力86.8kPa。13.某粉體輸送管線DN200，長(zhǎng)480m，水平，90°彎頭8個(gè)，提升18m。粉體密度1250kg·m?3，粒徑180μm，堆積密度720kg·m?3，輸送量35t·h?1，氣體為常溫空氣，固氣比8kg·kg?1。求壓降（采用Barth法，給出主要步驟及結(jié)果）?！敬鸢概c解析】(1)氣體流量：Gs=35000/8=4375kg·h?1=1.215kg·s?1ρg=1.185kg·m?3，Qg=1.026m3·s?1管內(nèi)徑0.194m，v=Qg/A=34.7m·s?1(2)彎頭當(dāng)量：Le/D=35，8彎頭Le=8×35×0.194=54m總長(zhǎng)度L=480+54=534m(3)Barth壓降：Δp=ρg·v2/2·(λg·L/D+ΣK)+ρp·(1?ε)·g·H+Δpsolid固相摩擦：λz=0.031，F(xiàn)r=v/√(gD)=25Δpsolid=λz·ρp·(1?ε)·v2·L/(2D)ε=1?720/1250=0.424Δpsolid=0.031×1250×0.576×34.72×534/(2×0.194)=37.1kPa氣體摩擦：λg=0.016Δpgas=0.016×1.185×34.72×534/(2×0.194)=3.4kPa提升：Δplift=720×9.81×18=127kPa總壓降≈37.1+3.4+127=167.5kPa。14.某硫酸廠吸收塔用98%硫酸吸收SO?，塔頂噴淋溫度75°C，酸濃度不變，氣體入口SO?8mol%，出口0.15mol%，操作壓力110kPa。求最小液氣比(L/G)min及理論板數(shù)（采用簡(jiǎn)化吸收因子法，A=1.2Amin）?！敬鸢概c解析】(1)平衡：75°C98%酸上SO?分壓可忽略，視為完全吸收，(L/G)min→0但實(shí)際操作需考慮酸飽和蒸氣壓，題目視為不可逆，故(L/G)min由物料決定：G(Y??Y?)=L(X??X?)X?=0，Y?=0.08，Y?=0.0015(L/G)min=(Y??Y?)/X?maxX?max對(duì)應(yīng)酸飽和，取0.85gSO?/gacid→0.85/80/(0.98/98)=1.06molSO?/molH?SO?(L/G)min=(0.08?0.0015)/1.06=0.074molliquid/molgas實(shí)際A=1.2×0.074=0.0888(2)板數(shù)：N=ln[(Y??Y?)/(Y??Y?)]/ln(A)Y?*=0N=ln(0.08/0.0015)/ln(1/0.0888)=3.97/2.42=1.64→2塊理論板。15.某裝置需將15°C水加熱至65°C，流量18m3·h?1，采用0.45MPa飽和蒸汽加熱，蒸汽潛熱2108kJ·kg?1，冷凝水出口95°C。用板式換熱器，U=4200W·m?2·K?1，求面積；若蒸汽價(jià)格180元·t?1，年運(yùn)行7200h，求年蒸汽費(fèi)?！敬鸢概c解析】Q=18×1000×4.18×50/3600=1045kW蒸汽量ms=Q/(2108+4.18×(95?65))=1045/(2108+125)=0.468kg·s?1LMTD：ΔT1=95?15=80，ΔT2=95?65=30LMTD=(80?30)/ln(80/30)=47.2KA=Q/(U·LMTD)=1045000/(4200×47.2)=5.27m2年蒸汽=0.468×7200×3600/1000=12130t年費(fèi)=12130×180=218萬(wàn)元。16.某氣體分離膜，對(duì)CO?/N?選擇性38，CO?滲透速率120GPU（1GPU=10??cm3(STP)·cm?2·s?1·cmHg?1）。原料氣CO?18%，N?82%，壓力8bar，滲透?jìng)?cè)0.2bar，膜面積28m2。求：CO?回收率85%時(shí)，滲透氣CO?濃度及所需級(jí)數(shù)（單級(jí)）。【答案與解析】(1)換算：120GPU=120×10??×0.0353=4.24×10??m3·m?2·s?1·kPa?1=4.24×10??×44/22.4×1000=8.32×10?3kg·m?2·s?1·kPa?1(2)設(shè)原料1mol，CO?0.18回收85%，滲透CO?=0.153滲透氣濃度y=0.153/(0.153+(0.82?x))需聯(lián)立膜方程：JCO?=P·(pCO?,f?pCO?,p)JN?=(P/38)·(pN?,f?pN?,p)面積28m2，流量1000Nm3·h?1=0.278Nm3·s?1數(shù)值積分得y=82mol%CO?，單級(jí)即可達(dá)回收85%。17.某結(jié)晶器生產(chǎn)硫酸銨晶體，產(chǎn)量8t·h?1，母液出口溫度45°C，濃度42wt%，進(jìn)料濃度28wt%，溫度80°C，真空冷卻蒸發(fā)。求：蒸發(fā)水量、結(jié)晶熱（忽略）、所需冷卻面積（U=800W·m?2·K?1，冷卻水25→35°C）?！敬鸢概c解析】(1)物料：設(shè)進(jìn)料F，蒸發(fā)W，母液MF=M+8000F×0.28=M×0.42→M=8000×0.28/(0.42?0.28)=16000kg·h?1W=F?M?8000=8000kg·h?1(2)熱量：Q=W·λ+(F?8000)·cp·ΔTλ=2400kJ·kg?1，cp=3.2kJ·kg?1·K?1Q=8000×2400+8000×3.2×35=19.2×10?+0.896×10?=20.1GJ·h?1=5.58MW(3)面積：LMTD=(45?35)/ln((45?25)/(45?35))=14.4KA=Q/(U·LMTD)=5.58×10?/(800×14.4)=484m2。18.某生物反應(yīng)器培養(yǎng)大腸桿菌，比生長(zhǎng)速率μ=0.55h?1，基質(zhì)抑制模型μ=μmS/(Ks+S+S2/Ki)，μm=0.72h?1，Ks=0.18g·L?1，Ki=2.4g·L?1。進(jìn)料基質(zhì)18g·L?1，稀釋率D=0.42h?1，求穩(wěn)態(tài)基質(zhì)濃度S及細(xì)胞濃度X（Yx/s=0.48g·g?1，基質(zhì)消耗僅生長(zhǎng)）。【答案與解析】穩(wěn)態(tài)D=μ0.42=0.72S/(0.18+S+S2/2.4)整理：0.42(0.18+S+0.4167S2)=0.72S0.0756+0.42S+0.175S2=0.72S0.175S2?0.3S+0.0756=0S=[0.3±√(0.09?0.0529)]/(2×0.175)=0.3±0.193/0.35取小根S