2025年化学工程与工艺专升本模拟测试试卷(含答案)

2025年化学工程与工艺专升本模拟测试试卷(含答案)1.单项选择题（每题1分，共20分）1.1在连续搅拌釜反应器（CSTR）中进行一级不可逆反应A→B，若进料浓度cA0=2kmol·m⁻³，体积流量Q=0.5m³·min⁻¹，反应速率常数k=0.4min⁻¹，则达到转化率xA=0.8所需的反应器有效体积V为A.2.0m³ B.3.0m³ C.4.0m³ D.5.0m³答案：B1.2下列关于精馏塔q线的描述，正确的是A.q线斜率仅与进料热状态有关 B.q线必过点(xF,xF) C.q线斜率恒为负 D.q线与平衡线交点即为进料板组成答案：A1.3在气体吸收塔设计中，若操作线斜率L/G增大，而其他条件不变，则A.传质单元数NOG增大 B.出塔液体浓度x1降低 C.吸收率η降低 D.最小液气比(L/G)min增大答案：B1.4对于不可压缩滤饼的恒压过滤，若过滤压差Δp提高为原来的4倍，则过滤常数KA.不变 B.增大为2倍 C.增大为4倍 D.增大为16倍答案：C1.5在单效蒸发器中，将10%（质量）的NaOH水溶液浓缩至30%，若进料量为1000kg·h⁻¹，则水分蒸发量W为A.333kg·h⁻¹ B.500kg·h⁻¹ C.666kg·h⁻¹ D.750kg·h⁻¹答案：C1.6下列关于导热系数λ的说法，错误的是A.金属λ>非金属λ B.湿材料λ>干材料λ C.晶体λ随温度升高而单调下降 D.气体λ随压力升高显著增大答案：D1.7在套管换热器中，热流体进口温度T1=120°C，出口T2=80°C；冷流体进口t1=20°C，出口t2=70°C，则逆流时的对数平均温差Δtm为A.30°C B.40°C C.50°C D.60°C答案：C1.8对于反应A+B→P，速率方程为(rA)=kcA^0.5cB^1.5，则反应总级数为A.0.5 B.1.0 C.1.5 D.2.0答案：D1.9在理想管式反应器（PFR）中进行零级反应，若反应器长度加倍，则出口转化率A.不变 B.增大但<100% C.达到100% D.降低答案：B1.10下列哪种泵属于正位移泵A.离心泵 B.轴流泵 C.齿轮泵 D.旋涡泵答案：C1.11在二元理想溶液的txy图中，泡点线与露点线之间的区域称为A.过冷区 B.过热区 C.汽液共存区 D.临界区答案：C1.12若流体在圆形直管内呈层流，则摩擦系数λ与雷诺数Re的关系为A.λ=64Re B.λ=64/Re C.λ=0.316Re^0.25 D.λ=0.184Re^0.2答案：B1.13在干燥过程中，恒速干燥阶段去除的水分主要是A.结合水 B.非结合水 C.平衡水 D.自由水答案：D1.14对于放热可逆反应，为提高平衡转化率，应A.升温 B.降压 C.移除产物 D.提高原料浓度答案：C1.15在萃取操作中，若选择性系数β=1，则A.萃取剂与原溶剂互溶度为零 B.萃取剂对溶质无选择性 C.分配系数K=1 D.萃取相与萃余相组成相同答案：B1.16下列关于催化剂的说法，正确的是A.改变平衡常数 B.改变反应活化能 C.提高反应焓变 D.改变反应级数答案：B1.17在板式塔中，液泛气速uf与板间距HT的关系为A.uf∝HT^0.5 B.uf∝HT^1.0 C.uf∝HT^0.5 D.无关答案：A1.18若离心泵的安装高度超过允许吸上高度，则可能发生A.汽蚀 B.气缚 C.喘振 D.过载答案：A1.19在结晶操作中，若溶液冷却速率过快，易导致A.晶习改变 B.二次成核增多 C.产品纯度提高 D.晶体粒度增大答案：B1.20对于气固流化床，下列哪项不是散式流化的特征A.床层膨胀均匀 B.气泡少 C.颗粒剧烈运动 D.床层压降随流速增加而持续上升答案：D2.多项选择题（每题2分，共10分；每题至少有两个正确答案，多选少选均不得分）2.1下列因素中，影响填料塔液泛气速的有A.填料比表面积 B.液体表面张力 C.气体密度 D.液体黏度 E.塔径答案：ABCD2.2关于反应器热稳定性，下列说法正确的有A.放热反应器存在多态 B.冷却介质温度升高可降低稳定性 C.增大传热面积可提高稳定性 D.进料温度升高一定降低稳定性 E.灵敏度分析可判断稳定性答案：ACE2.3在恒速干燥阶段，干燥速率与A.空气湿球温度有关 B.空气流速有关 C.物料含水量有关 D.空气相对湿度有关 E.物料厚度无关答案：ABDE2.4下列属于非牛顿流体的有A.清水 B.血液 C.高分子熔体 D.泥浆 E.空气答案：BCD2.5对于二元理想溶液，下列量与组成呈线性关系的有A.泡点温度与液相摩尔分数 B.露点温度与气相摩尔分数 C.相对挥发度α与液相摩尔分数 D.混合焓与液相摩尔分数 E.混合体积与液相摩尔分数答案：DE3.填空题（每空1分，共20分）3.1在SI单位制中，反应速率常数k的单位由反应级数决定，对二级反应，k的单位为________。答案：m³·kmol⁻¹·s⁻¹3.2根据菲克第一定律，组分A的扩散通量JA=________，其中DAB为分子扩散系数。答案：DABdcA/dz3.3在板式塔设计中，默弗里板效率EMV定义为________。答案：EMV=(ynyn+1)/(ynyn+1)3.4对于不可压缩流体，伯努利方程中单位质量流体的机械能损失项记为________。答案：hf3.5在辐射传热中，黑体辐射能力Eb与绝对温度T的关系为Eb=________，其中σ为斯忒藩玻尔兹曼常数。答案：σT⁴3.6若离心泵的特性曲线为H=600.008Q²（Q单位m³·h⁻¹，H单位m），则该泵的最高效率点扬程为________m。答案：603.7在萃取中，若分配系数K=2.0，则选择性系数β与溶剂比S/F的关系为β=________。答案：Kα/(1+(K1)S/F)3.8对于零级反应，达到转化率x所需时间t=________。答案：cA0x/k3.9在过滤中，若滤饼不可压缩，则过滤常数K与压差Δp的关系为K∝________。答案：Δp3.10根据ChiltonColburn类比，传热jH因子与摩擦因子f的关系为jH=________。答案：f/23.11在干燥速率曲线中，临界含水量Xc是指________。答案：恒速干燥阶段与降速干燥阶段的转折点含水量3.12对于气液平衡，亨利定律表达式为pA=________。答案：HxA3.13在反应器设计中，空间时间τ定义为________。答案：V/v03.14若换热器总传热系数U=500W·m⁻²·K⁻¹，传热面积A=50m²，则该换热器的传热单元数NTU=________（已知热容流率Cmin=10000W·K⁻¹）。答案：2.53.15在结晶中，过饱和度Δc定义为________。答案：cc3.16对于二元理想溶液，相对挥发度αAB=________。答案：(yA/xA)/(yB/xB)3.17在流化床中，最小流化速度umf与颗粒直径dp的关系为umf∝________（层流区）。答案：dp²3.18若离心泵的汽蚀余量NPSHr=3m，吸入管路损失hf=1m，则允许安装高度Hg,max=________（大气压10mH₂O，饱和蒸汽压0.5mH₂O）。答案：5.5m3.19在吸附中，朗缪尔等温线表达式为q=________。答案：qmaxbp/(1+bp)3.20对于放热反应，最优温度序列应遵循________原则。答案：先高后低4.简答题（每题6分，共30分）4.1简述提高填料塔传质效率的三种工程措施，并说明其机理。答案：1.选用高效规整填料，增大比表面积与表面更新速率；2.优化液体分布器，使喷淋密度均匀，避免沟流；3.提高操作气速至70%液泛点附近，增强湍动与界面扰动，降低传质阻力。4.2写出CSTR与PFR串联进行一级反应时，总空间时间最小的必要条件（可用文字或公式说明）。答案：对一级反应，总空间时间τ总=τCSTR+τPFR，令dτ总/dx=0，可得最优切换转化率xopt=11/√(1+kτPFR)，即CSTR应完成约63%转化率后送入PFR。4.3说明在多效蒸发中，并流加料与逆流加料各自适用的场合及原因。答案：并流适用于黏度随浓度升高显著增大的溶液，因后效温度低可降黏；逆流适用于末效需出高浓度产品且加热蒸汽温度受限的场合，因逆流可提高传热温差，减少有效温差损失。4.4解释离心泵“气缚”与“汽蚀”的区别，并给出防止措施。答案：气缚是泵内气体阻碍吸液，导致无流量，防止措施为灌泵排气；汽蚀是低压区液体汽化产生气泡，高压区溃灭造成材料剥蚀，防止措施为降低安装高度、减少吸入管路损失、采用诱导轮。4.5在气固催化反应中，简述内扩散限制的实验判据及消除方法。答案：判据：改变催化剂粒径dp，测表观速率，若速率∝1/dp则内扩散控制；消除：减小粒径、制备大孔或蛋壳型催化剂、提高温度降低有效因子影响。5.计算题（共60分）5.1（10分）在PFR中进行液相反应A→B，速率方程(rA)=0.6cAkmol·m⁻³·min⁻¹，进料cA0=4kmol·m⁻³，v0=1m³·min⁻¹，要求出口cA=0.4kmol·m⁻³。求所需反应器体积V；若改用CSTR，体积为多少？并比较二者大小。解：PFR：τ=(cA0cA)/(rA)平均=(40.4)/0.6=6min，V=v0τ=6m³；CSTR：τ=(cA0cA)/kcA=(40.4)/(0.6×0.4)=15min，V=15m³；CSTR体积更大。5.2（12分）用连续精馏塔分离二元理想混合物，进料F=100kmol·h⁻¹，xF=0.4，泡点进料，要求xD=0.9，xW=0.05，相对挥发度α=2.5，回流比R=1.5Rmin。求：1.塔顶、塔底产品流量D、W；2.最小回流比Rmin；3.提馏段操作线方程。解：1.总物料衡算：F=D+W，FxF=DxD+WxW，解得D=41.2kmol·h⁻¹，W=58.8kmol·h⁻¹；2.q=1，xe=xF=0.4，ye=αxF/(1+(α1)xF)=0.625，Rmin=(xDye)/(yexe)=1.556；3.R=1.5×1.556=2.334，提馏段操作线：y=(L'/V')x(W/V')xW，L'=L+qF=RD+F=157.3kmol·h⁻¹，V'=V(1q)F=(R+1)D=122.4kmol·h⁻¹，得y=1.286x0.0143。5.3（12分）某厂用单壳程双管程换热器将乙醇从70°C冷却到30°C，乙醇流量m=8000kg·h⁻¹，cp=2.8kJ·kg⁻¹·K⁻¹，冷却水进口20°C，出口35°C，cpw=4.2kJ·kg⁻¹·K⁻¹。已知总传热系数U=450W·m⁻²·K⁻¹，用对数平均温差校正系数FT=0.9。求：1.冷却水用量；2.所需传热面积。解：1.Q=mcpΔT=8000×2.8×40=896000kJ·h⁻¹=248.9kW，mw=Q/(cpwΔTw)=248.9/(4.2×15)=3.95kg·s⁻¹=14220kg·h⁻¹；2.逆流Δtm=(3510)/ln(35/10)=19.6°C，校正后Δtm'=0.9×19.6=17.6°C，A=Q/(UΔtm')=248900/(450×17.6)=31.4m²。5.4（13分）用板框压滤机恒压过滤某悬浮液，实验测得过滤常数K=2×10⁻⁴m²·s⁻¹，qe=0.01m³·m⁻²，滤框尺寸800mm×800mm×50mm，共20框。求：1.充满滤框所需时间t；2.若过滤压差提高一倍，K变为多少？3.新条件下充满时间。解：1.单框容积=0.8×0.8×0.05=0.032m³，总容积Vf=20×0.032=0.64m³，滤饼厚度比v=0.02m³·m⁻³，滤液量V=Vf/v=32m³，过滤面积A=2×0.8×0.8×20=25.6m²，q=V/A=1.25m³·m⁻²，t=(q²+2qqe)/K=(1.25²+2×1.25×0.01)/(2×10⁻⁴)=8063s=2.24h；2.K∝Δp，提高一倍K'=4×10⁻⁴m²·s⁻¹；3.t'=8063/2=4031s=1.12h。5.5（13分）在绝热CSTR中进行一级不可逆放热反应A→B，k=2×10¹³exp(10000/T)s⁻¹，ΔHR=200kJ·kg⁻¹，ρ=900kg·m⁻³，cp=3kJ·kg⁻¹·K⁻¹，cA0=2kmol·m⁻³，v0=0.01m³·s⁻¹，要求转化率x=0.8。求：1.操作温度T；2.若采用冷却蛇管移热，UA=5kW·K⁻¹，冷却介质温度Tw=300K，判断该操作点是否稳定，并计算稳定操作所需的最低UA。解：1.速率常数k=ln(1x)/τ，τ=V/v0，设T=350K，k=2×10¹³exp(10000/350)=0.025s⁻¹，τ=ln(0.2)/0.025=64.4s，V=0.644m³；放热速率QG=(ΔHR)(rA)V=200×0.025×2×0.8×0.644=5.15kW；温升ΔT=QG/(ρv0cp)=5.15/(900×0.01×3)=0.19K，可忽略，故T≈350K；2.移热速率QR=UA(TTw)=5×(350300)=250kW>5.1