2025年化工工程师考试化工计算专项试卷及答案

2025年化工工程师考试化工计算专项试卷及答案一、单项选择题（每题1分，共20分）1.某理想气体在298K、0.1MPa下体积为2.0m³，若温度升至398K而压力不变，则新体积最接近A.1.50m³ B.2.00m³ C.2.67m³ D.3.00m³答案：C2.在稳态连续搅拌釜反应器（CSTR）中进行一级不可逆反应，已知反应速率常数k=0.20min⁻¹，进料流量Q=10m³/h，要求出口转化率x=0.90，则所需有效体积为A.45m³ B.50m³ C.55m³ D.60m³答案：B3.某二元理想溶液在80kPa下泡点温度为85°C，已知纯组分A饱和蒸气压为120kPa，则组分A液相摩尔分数为A.0.60 B.0.67 C.0.75 D.0.80答案：B4.用冷却水将1000kg/h的苯从80°C冷却到40°C，苯比热容1.8kJ/(kg·K)，冷却水入口20°C、出口30°C，忽略热损失，所需冷却水流量最接近A.1200kg/h B.1800kg/h C.2400kg/h D.3000kg/h答案：C5.某离心泵在额定流量下扬程为30m，若改用密度为800kg/m³的有机溶剂，则扬程A.降低 B.不变 C.升高 D.无法判断答案：B6.在填料塔中用纯水吸收氨，已知气相传质单元数NOG=6，若要求回收率从90%提高到99%，则新NOG约为A.6 B.8 C.10 D.12答案：D7.某精馏塔进料为饱和液体，q线斜率为A.0 B.1 C.∞ D.–1答案：B8.对于反应A→2B+3C，若A的消耗速率为rA=–0.5mol/(L·s)，则B的生成速率为A.0.5 B.1.0 C.1.5 D.2.0mol/(L·s)答案：B9.某换热器总传热系数K=500W/(m²·K)，热负荷Q=50kW，对数平均温差ΔTm=40K，则所需传热面积A.2.0m² B.2.5m² C.3.0m² D.3.5m²答案：B10.在干燥过程中，若物料表面温度等于空气湿球温度，则干燥处于A.预热段 B.恒速段 C.降速段 D.平衡段答案：B11.某气体混合物含CO₂20%（体积），用30°C、2MPa的水吸收，亨利常数E=150MPa，则液相平衡摩尔分数约为A.0.0013 B.0.013 C.0.13 D.0.30答案：B12.对于一级连串反应A→B→C，若k₁=0.5h⁻¹，k₂=0.1h⁻¹，则B的最大浓度出现在A.0.69h B.1.39h C.2.30h D.3.00h答案：B13.某结晶器产晶习为立方体，边长0.2mm，密度ρ=1.5g/cm³，则单颗晶体质量A.1.2×10⁻⁵g B.1.2×10⁻⁶g C.1.2×10⁻⁷g D.1.2×10⁻⁸g答案：B14.在萃取操作中，若分配系数m=2.5，相比F/S=1，则单级萃取理论收率A.0.60 B.0.67 C.0.71 D.0.75答案：C15.某管壳式换热器用蒸汽冷凝加热空气，若空气侧传热系数远小于蒸汽侧，则总传热系数K近似等于A.蒸汽侧系数 B.空气侧系数 C.平均 D.无法确定答案：B16.某反应器体积为1m³，进料浓度CA0=2mol/L，流量Q=0.5m³/h，测得出口CA=0.5mol/L，则反应速率常数k（一级）为A.0.35h⁻¹ B.0.69h⁻¹ C.1.39h⁻¹ D.2.00h⁻¹答案：B17.在气体输送中，若马赫数Ma=0.3，则气体可视为A.不可压缩 B.微可压缩 C.临界流 D.超音速答案：A18.某板框过滤机恒压过滤，若滤饼不可压缩，过滤时间加倍，则滤液体积变为A.1.0倍 B.1.4倍 C.2.0倍 D.2.8倍答案：B19.对于非牛顿幂律流体，若n=0.5，则管流速度分布与牛顿流体相比A.更平坦 B.更尖锐 C.相同 D.无法比较答案：A20.在精馏塔设计中，若回流比R从1.5倍最小回流比降至1.2倍，则理论板数A.减少 B.增加 C.不变 D.先减后增答案：B二、多项选择题（每题2分，共20分；每题至少有两个正确答案，多选少选均不得分）21.下列措施可提高填料塔吸收速率A.增大气液比 B.提高操作压力 C.降低温度 D.减小填料尺寸 E.降低溶剂流量答案：ABCD22.关于精馏塔q线，下列说法正确的是A.饱和液体进料q=1 B.饱和蒸汽进料q=0 C.两相进料0<q<1 D.q线斜率=q/(q–1) E.q线与对角线交点即进料组成答案：ABCD23.下列属于非稳态传热过程的是A.罐头杀菌 B.间歇反应器加热 C.管壳式换热器启动 D.连续干燥恒速段 E.蓄热式换热器切换答案：ABCE24.对于气固流化床，下列说法正确的是A.临界流化速度随颗粒直径增大而增大 B.带出速度随颗粒密度增大而增大 C.操作气速应介于临界速度与带出速度之间 D.床层压降与高度成正比 E.细颗粒易聚式流化答案：ABCD25.下列关于反应器停留时间分布正确的是A.脉冲示踪得E(t)曲线 B.阶跃示踪得F(t)曲线 C.方差越小越接近平推流 D.全混釜方差=τ² E.无量纲方差=1为全混釜答案：ABCE26.下列可提高萃取塔效率的是A.增加搅拌强度 B.减小液滴直径 C.提高界面张力 D.增加相比 E.增加塔高答案：ABDE27.下列属于绝热反应器的是A.管式固定床 B.甲醇合成塔 C.乙烯裂解炉 D.氨氧化反应器 E.流化床再生器答案：ABD28.下列关于离心泵汽蚀说法正确的是A.与吸入高度有关 B.与液体蒸汽压有关 C.可用NPSH校核 D.降低转速可缓解 E.提高水温可缓解答案：ABCD29.下列关于干燥速率曲线正确的是A.恒速段速率与空气湿度差成正比 B.降速段与物料厚度有关 C.临界含水量与物料性质有关 D.平衡水分与空气相对湿度有关 E.提高风速可降低恒速段速率答案：ABCD30.下列关于结晶操作正确的是A.过饱和度是推动力 B.冷却结晶适用于溶解度随温度升高显著增大物系 C.蒸发结晶适用于溶解度随温度变化小物系 D.加晶种可控制粒径 E.细晶消除可提高平均粒径答案：ABCDE三、填空题（每空2分，共30分）31.某理想气体常压下密度为1.2kg/m³，若温度不变压力升高至0.2MPa（绝压），则密度变为____kg/m³。答案：2.432.某液体粘度为5cP，密度800kg/m³，在内径50mm管内层流，平均流速0.2m/s，则雷诺数Re=____。答案：160033.某反应器进行零级反应，速率常数k=0.5mol/(L·min)，初始浓度2mol/L，则半衰期t1/2=____min。答案：234.某精馏塔最小回流比Rmin=1.2，若实际回流比R=2.4，则回流比倍数为____。答案：235.某换热器热流体进口150°C、出口100°C，冷流体进口30°C、出口80°C，则逆流对数平均温差ΔTm=____K。答案：7036.某离心泵特性曲线H=30–0.02Q²（Q单位m³/h），当Q=10m³/h时扬程为____m。答案：2837.某板框过滤机恒压过滤，过滤常数K=2×10⁻⁴m²/s，若滤液体积达到1m³需时间____s。答案：250038.某气体混合物含O₂21%，N₂79%，则O₂质量分数为____%。答案：23.239.某干燥器处理湿物料1000kg/h，湿基含水量从0.4降至0.1，则水分蒸发量____kg/h。答案：30040.某结晶器产晶习为球形，直径0.5mm，密度ρ=2g/cm³，则比表面积____m²/kg。答案：6四、简答题（每题10分，共30分）41.封闭型：简述利用E(t)曲线判断实际反应器偏离理想平推流程度的定量指标，并给出计算公式。答案：采用无量纲方差σθ²=∫(θ–1)²E(θ)dθ，其中θ=t/τ。若σθ²=0为理想平推流，σθ²=1为全混流，0<σθ²<1为不同程度偏离。42.开放型：某厂计划将间歇反应器改为连续操作，请从转化率、选择性、能耗三方面对比分析两种模式的优劣，并提出决策建议。答案：间歇：灵活性高、适合小批量多品种，转化率易达高值，但选择性受温度历程影响，能耗高（加热冷却反复），人工多。连续：稳态操作，传热传质好，选择性可控，能耗低，适合大规模，但初投资高，切换产品损失大。若产品单一、量大、反应速率中等，建议连续；若高附加值、小批量，保留间歇。43.封闭型：写出多组分精馏最小回流比Underwood方程，并说明各符号含义。答案：Underwood方程：Σ(αi·xiF)/(αi–θ)=1–q，Rmin+1=Σ(αi·xDi)/(αi–θ)。其中αi为相对挥发度，xiF为进料摩尔分数，xDi为馏出物摩尔分数，q为进料热状态参数，θ为根（介于轻关键与重关键α之间）。五、计算与分析题（共80分）44.综合计算（20分）某厂用管壳式换热器将乙醇从20°C加热到80°C，流量为3kg/s，热载体为120°C饱和蒸汽冷凝。乙醇比热容2.4kJ/(kg·K)，汽化潜热2200kJ/kg。蒸汽侧传热系数8000W/(m²·K)，乙醇侧经计算得1200W/(m²·K)，管壁热阻忽略。(1)求热负荷Q；(2)求所需蒸汽量；(3)求总传热系数K；(4)若采用逆流，计算对数平均温差ΔTm；(5)求传热面积A。答案：(1)Q=3×2.4×(80–20)=432kW(2)ms=432/2200=0.196kg/s(3)1/K=1/8000+1/1200→K=1034W/(m²·K)(4)ΔT₁=120–20=100K，ΔT₂=120–80=40K，ΔTm=(100–40)/ln(100/40)=65.5K(5)A=Q/(KΔTm)=432000/(1034×65.5)=6.37m²45.反应器设计（20分）液相一级不可逆反应A→B，k=0.8h⁻¹，进料CA0=2mol/L，流量Q=5m³/h，要求出口CA=0.2mol/L。(1)若采用单台CSTR，求有效体积；(2)若采用两台等体积CSTR串联，求单台体积；(3)若采用PFR，求体积；(4)比较三种方案体积大小并说明原因。答案：(1)V=Q(CA0–CA)/(kCA)=5×(2–0.2)/(0.8×0.2)=56.25m³(2)设单台V，则CA1=CA0/(1+kτ)，CA2=CA1/(1+kτ)，令CA2=0.2，解得τ=1.37h，V=6.85m³，总13.7m³(3)VPFR=Q/kln(CA0/CA)=5/0.8ln(10)=14.4m³(4)单CSTR>双CSTR>PFR，因返混程度依次降低，推动力依次增大。46.精馏核算（20分）某苯甲苯连续精馏塔，进料100kmol/h，xF=0.45，泡点进料，要求xD=0.95，xB=0.05，相对挥发度α=2.5，R=1.8Rmin。(1)用Fenske方程求最小理论板数Nmin；(2)用Underwood求Rmin；(3)用Gilliland关联估算实际理论板数N；(4)若板效率EO=0.6，求实际塔板数。答案：(1)Nmin=ln[(0.95/0.05)(0.55/0.45)]/ln2.5=6.2→7块（含釜）(2)θ=1.53，Rmin=1.25(3)R=2.25，X=(R–Rmin)/(R+1)=0.308，Y=0.545，N–Nmin/(N+1)=0.545→N=14.8→15块(4)NP=15/0.6=25块47.吸收解吸联合（20分）某填料塔用20°C清水吸收氨，入口气相y₁=0.03，出口y₂=0.001，气体流量G=1