2026年化工原理试题库及答案

2026年化工原理试题库及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.流体在圆形直管中作层流流动时，其摩擦系数λ与雷诺数Re的关系为（）。A.λ=64/ReB.λ=0.3164/Re⁰·²⁵C.λ=0.184/Re⁰·²D.λ与Re无关答案：A2.离心泵的扬程是指（）。A.泵对单位重量流体提供的能量B.泵的出口压力与进口压力之差C.泵能将液体提升的高度D.泵的轴功率答案：A3.某换热器中，冷流体从20℃被加热到50℃，热流体从100℃冷却到70℃，则逆流时的对数平均温差为（）℃。A.50B.40C.30D.20答案：B（计算过程：ΔT1=10050=50℃，ΔT2=7020=50℃，ΔTm=(5050)/ln(50/50)，因ΔT1=ΔT2，故ΔTm=50℃？修正：实际逆流时，冷流体出口50℃对应热流体进口100℃，冷流体进口20℃对应热流体出口70℃，故ΔT1=10050=50℃，ΔT2=7020=50℃，对数平均温差为(50+50)/2=50℃？但正确计算应为当ΔT1=ΔT2时，ΔTm=ΔT1=ΔT2，故正确答案为50℃，原选项可能有误，正确选项应为A。此处可能题目设置错误，正确答案应为A。）（注：此处原答案可能存在笔误，正确计算应为逆流时ΔT1=热流体进口冷流体出口=10050=50℃，ΔT2=热流体出口冷流体进口=7020=50℃，因ΔT1=ΔT2，对数平均温差等于任一侧温差，故正确答案为A。）4.精馏操作中，若进料为饱和液体（q=1），则进料线（q线）的斜率为（）。A.0B.无穷大C.1D.1答案：B（q线方程为y=q/(q1)xxF/(q1)，q=1时，分母为0，斜率无穷大，q线为垂直线。）5.吸收过程中，若溶质在液相中的溶解度很大，则吸收过程的控制步骤为（）。A.气膜控制B.液膜控制C.双膜控制D.无法确定答案：A（溶解度大时，液相传质阻力小，总阻力主要由气膜控制。）二、填空题（每空1分，共10分）1.雷诺数Re的物理意义是________与________的比值。答案：惯性力；粘性力2.对流传热系数α的单位是________。答案：W/(m²·K)3.精馏塔中，塔顶采用全凝器时，回流液的温度为________温度。答案：泡点（或饱和液体）4.干燥过程中，当物料表面的湿分蒸汽压等于空气的湿分分压时，物料的含水量称为________。答案：平衡含水量5.过滤操作中，恒压过滤的滤液体积与过滤时间的________成正比。答案：平方根三、简答题（每题5分，共20分）1.简述离心泵启动前需灌泵的原因。答案：离心泵依赖叶轮旋转产生离心力将液体甩出。若泵内未充满液体（存在气体），气体密度远小于液体，旋转时产生的离心力小，无法在叶轮中心形成足够真空，液体无法被吸入泵内，导致“气缚”现象，泵无法正常工作。因此启动前需灌泵排尽空气。2.比较并流干燥与逆流干燥的特点（各列举两点）。答案：并流干燥：①湿物料与高温低湿空气接触，初期干燥速率大；②物料出口温度低，适合热敏性物料。逆流干燥：①干燥推动力沿程较均匀；②物料出口可接近空气湿球温度，干燥更彻底，适合最终含水量低的物料。3.说明在精馏操作中，回流比R对塔板数N和能耗的影响。答案：回流比R增大时，操作线偏离平衡线，传质推动力增大，所需理论板数N减少；但塔内上升蒸汽量增加，再沸器和冷凝器的热负荷增大，能耗升高。反之，R减小，N增加，能耗降低，当R达到最小回流比Rmin时，N趋于无穷大。4.写出努塞尔数Nu的定义式，并说明其物理意义。答案：Nu=αL/λ，其中α为对流传热系数，L为特征长度，λ为流体导热系数。物理意义：表示对流传热速率与纯导热速率的比值，反映流体流动对传热的强化程度。四、计算题（共50分）1.（15分）密度为1000kg/m³的水在Φ57mm×3.5mm的钢管中流动，体积流量为5m³/h。已知水的粘度为1mPa·s，钢管的绝对粗糙度ε=0.04mm。试计算：（1）雷诺数Re；（2）判断流动型态；（3）若管长为100m，计算直管阻力损失（J/kg）。解：（1）管内径d=572×3.5=50mm=0.05m流速u=V/(πd²/4)=5/(3600×0.785×0.05²)=0.707m/sRe=duρ/μ=0.05×0.707×1000/(1×10⁻³)=35350（μ=1mPa·s=1×10⁻³Pa·s）（2）Re=35350>4000，为湍流。（3）相对粗糙度ε/d=0.04/50=0.0008查莫迪图（或用公式计算），湍流时λ=0.184/Re⁰·²（适用于光滑管，但ε/d=0.0008属于过渡区，更准确的可用柯列布鲁克公式：1/√λ=2lg(ε/(3.7d)+2.51/(Re√λ))，试算得λ≈0.021）直管阻力损失hf=λ(l/d)(u²/2)=0.021×(100/0.05)×(0.707²/2)=0.021×2000×0.25=10.5J/kg2.（15分）某列管换热器用120℃的饱和水蒸气加热某液体，液体流量为5000kg/h，比热容为2.5kJ/(kg·K)，从20℃加热到80℃。换热器的总传热系数K=500W/(m²·K)，试计算：（1）热负荷Q；（2）对数平均温差ΔTm；（3）所需传热面积A。解：（1）热负荷Q=qmcΔT=5000/3600×2500×(8020)=5000×2500×60/3600≈208333W=208.33kW（2）饱和水蒸气恒温120℃，液体进出口温度20℃→80℃，为单程逆流或并流（蒸汽冷凝为恒温，ΔT1=12080=40℃，ΔT2=12020=100℃）ΔTm=(ΔT1ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)=(40100)/ln(40/100)=(60)/(0.9163)=65.5℃（3）传热面积A=Q/(KΔTm)=208333/(500×65.5)=208333/32750≈6.36m²3.（20分）某连续精馏塔分离苯甲苯混合液，进料量F=100kmol/h，进料组成xF=0.4（摩尔分数，下同），泡点进料（q=1），塔顶馏出液组成xD=0.95，塔底釜液组成xW=0.05。操作回流比R=2Rmin，物系的相对挥发度α=2.5。试计算：（1）馏出液量D和釜液量W；（2）最小回流比Rmin；（3）提馏段操作线方程。解：（1）物料衡算：F=D+W，FxF=DxD+WxW代入数据：100=D+W，100×0.4=0.95D+0.05W解得：W=100D，代入第二式：40=0.95D+0.05(100D)=0.95D+50.05D=0.9D+5→0.9D=35→D≈38.89kmol/h，W=61.11kmol/h（2）泡点进料q=1，q线为垂直线x=xF=0.4，与平衡线交点即为最小回流比操作线的起点。平衡线方程y=αx/(1+(α1)x)=2.5x/(1+1.5x)当x=xF=0.4时，y=2.5×0.4/(1+1.5×0.4)=1/1.6=0.625Rmin=(xDy)/(yxF)=(0.950.625)/(0.6250.4)=0.325/0.225≈1.444（3）操作回流比R=2×1.444≈2.888精馏段操作线方程：y=(R/(R+1))x+xD/(R+1)=2.888/3.888x+0.95/3.888≈0.743x+0.244提馏段操作线方程需通过物料衡算推导：L'=L+qF=RD+F=2.888×38.89+100