2025年大学化学工程与工艺(化工流程设计)试题及答案

2025年大学化学工程与工艺(化工流程设计)试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.在化工流程模拟中，当采用序贯模块法进行迭代计算时，若出现“撕裂流”不收敛，最先应调整的参数是（）A.撕裂流初值B.模块容差C.物流温度D.反应器体积答案：A2.对于含有恒沸物的二元体系，若采用变压精馏分离，其必要条件是（）A.恒沸组成随压力变化显著B.相对挥发度大于1.5C.恒沸物为负偏差D.塔顶产品纯度≥99.9%答案：A3.在AspenPlus中，若使用“NRTLHOC”物性方法，HOC代表的含义是（）A.亨利系数修正B.高阶立方型状态方程C.亥姆霍兹自由能修正D.氢键缔合校正答案：D4.对于放热气固催化反应，若采用列管式固定床反应器，下列哪项措施对降低热点温度最直接有效（）A.降低入口温度B.增加管外冷却介质温度C.减小催化剂粒径D.提高反应压力答案：A5.在换热网络综合中，若某热流热容流率CP=4kW/℃，冷流CP=3kW/℃，最小接近温差ΔTmin=10℃，则该匹配在pinch点处的最大可交换热量为（）A.30kWB.40kWC.120kWD.无法确定答案：A6.当采用共沸精馏分离乙醇水体系时，通常加入的共沸剂是（）A.苯B.乙二醇C.丙酮D.醋酸甲酯答案：A7.在反应器网络综合中，若目标产物为中间产物，则最优反应器类型通常为（）A.全混流串联平推流B.平推流C.全混流D.循环流化床答案：A8.对于高压天然气脱酸，若选用物理溶剂法，下列溶剂中最常用的是（）A.N甲基吡咯烷酮B.单乙醇胺C.二乙醇胺D.碳酸钾答案：A9.在精馏塔动态模拟中，若采用“stiff”积分算法，其适用场景是（）A.刚性微分方程组B.非稳态传热C.气液平衡计算D.塔板效率预测答案：A10.对于气液两相流管道压降计算，若流型为环状流，则首选的模型是（）A.LockhartMartinelliB.BeggsBrillC.DuklerD.Friedel答案：B11.在HYSYS中，若将“冷凝器”单元操作类型设为“Partial”，则其出口状态为（）A.气液两相B.饱和液体C.饱和气体D.过冷液体答案：A12.对于放热可逆反应，若采用反应精馏，反应段位置应设在（）A.提馏段B.精馏段C.进料板D.塔顶答案：A13.在换热网络设计中，若某热流起始温度180℃，目标温度80℃，冷流起始温度30℃，目标温度120℃，则该热流的温度区间属于（）A.高于pinchB.低于pinchC.跨越pinchD.无法判断答案：C14.对于颗粒催化剂，当Thiele模数Φ=6时，其内扩散有效因子η的近似值为（）A.0.2B.0.5C.0.8D.1.0答案：A15.在化工流程经济评价中，若折现率为10%，则5年后1000万元的净现值系数为（）A.0.6209B.0.6830C.0.7513D.0.8264答案：A16.对于二元理想溶液，若相对挥发度α=2.5，则平衡曲线方程y=αx/[1+(α1)x]在x=0.5时的y值为（）A.0.714B.0.625C.0.833D.0.550答案：A17.在反应器安全分析中，若Semenov数ψ>1，则系统处于（）A.热失控区B.稳定区C.振荡区D.临界区答案：A18.对于CO2捕集流程，若采用冷氨法，其吸收温度一般控制在（）A.0~10℃B.30~40℃C.80~100℃D.120~150℃答案：A19.在精馏塔板效率预测中，若采用O’Connell关联式，其关联变量为（）A.相对挥发度×液体粘度B.表面张力×气体密度C.板间距×气速D.堰高×液体流量答案：A20.对于高压加氢裂化反应器，若采用滴流床，其液相滞留量随气速增加而（）A.减小B.增加C.不变D.先增后减答案：A二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选少选均不得分，请将所有正确选项字母填入括号内）21.下列关于反应精馏优点的描述，正确的有（）A.可突破化学平衡限制B.降低后续分离能耗C.适用于所有反应体系D.提高选择性E.减少设备投资答案：ABD22.在换热网络综合中，导致能量松弛技术（energyrelaxation）应用的原因有（）A.减少换热单元数B.降低压降C.减少面积冗余D.提高传热系数E.降低ΔTmin答案：ABC23.对于气液固三相流化床，下列参数可用于判断流化质量的有（）A.床层压降波动B.最小流化速度C.床层膨胀比D.颗粒循环速率E.气体滞留量答案：ACDE24.在AspenPlus中，可用于处理电解质体系的物性方法有（）A.ELECNRTLB.PITZERC.UNIQUACD.ENRTLRKE.SRK答案：ABD25.对于超临界流体萃取，下列关于CO2作为溶剂的特点，正确的有（）A.临界温度31℃B.无毒C.不可燃D.极性高E.易于分离答案：ABCE26.在反应器尺度放大中，需保持相似的准则有（）A.达姆科勒数B.雷诺数C.彼克列数D.格拉斯霍夫数E.停留时间分布答案：ABCE27.下列属于化工流程动态模拟常用求解器类型的有（）A.隐式欧拉B.龙格库塔C.牛顿拉夫逊D.拟线性化E.多步Gear答案：ABE28.对于天然气脱水，若采用分子筛工艺，影响转效点的主要因数有（）A.气体流速B.入口水含量C.再生温度D.床层高度E.分子筛类型答案：ABCE29.在精馏塔控制中，若采用“双温差”控制方案，其优点包括（）A.抑制进料扰动B.减小塔压波动影响C.提高产品纯度D.降低能耗E.简化仪表答案：ABC30.对于生物柴油连续生产流程，若采用碱催化，原料预处理必须去除的组分有（）A.游离脂肪酸B.水C.磷脂D.甘油E.甲醇答案：ABC三、填空题（每空1分，共30分。请将答案直接填入空格内，无需单位，若涉及小数保留两位）31.某精馏塔进料流量100kmol/h，其中轻组分摩尔分数0.45，塔顶产品流量45kmol/h，轻组分回收率要求0.98，则塔顶轻组分摩尔分数为________。答案：0.9832.对于一级不可逆反应A→B，在CSTR中达到转化率0.8，若反应速率常数k=0.5min1，则所需空时τ=________min。答案：8.0033.某换热器热负荷Q=1200kW，对数平均温差ΔTm=50℃，总传热系数U=800W/(m2·℃)，则所需面积A=________m2。答案：30.0034.在二元理想溶液中，若x=0.4，α=2.0，则平衡气相组成y=________。答案：0.5735.某气体在20℃、1atm下粘度为1.8×105Pa·s，若温度升至80℃，按ChapmanEnskog理论估算粘度变为________×105Pa·s。答案：2.1636.对于球形颗粒，当Rep=200时，阻力系数CD约为________。答案：0.4437.某离心泵在额定点效率75%，轴功率15kW，则其有效功率为________kW。答案：11.2538.在反应精馏塔中，若反应段理论板数为10，反应速率常数kr=0.2mol/(L·min)，液相滞留量HL=0.05L/m2，则反应段持液量换算为每平米塔截面________mol。答案：0.1039.某天然气含CO220mol%，采用30wt%MEA吸收，若循环量0.3molMEA/mol气体，则液气摩尔比为________。答案：0.3040.对于板波纹填料，若比表面积250m2/m3，孔隙率0.95，则水力直径dh=________mm。答案：7.6041.在换热网络中，若某热流热容流率CP=5kW/℃，温度区间150→90℃，则其热量为________kW。答案：30042.某精馏塔最小理论板数Nm=6，全回流下轻组分纯度0.999，则相对挥发度α=________（Fenske方程）。答案：2.0043.对于气膜控制的气液反应，若增强因子E=1，则反应发生在________相。答案：液44.某反应器体积2m3，进料流量0.5m3/min，则平均停留时间τ=________min。答案：4.0045.在分子筛吸附中，若穿透时间tB=8h，饱和区长度LUB=0.2m，床层总长2m，则未用床层长度=________m。答案：0.2046.对于管壳式换热器，若管程流速1.5m/s，管子内径20mm，则单管流量=________m3/h。答案：1.7047.某离心压缩机多变效率82%，压比3.0，则温升系数（T2/T1）=________。答案：1.3748.在萃取塔中，若分配系数m=2.5，溶剂比S/F=1.0，则理论级数NT=________时萃取率可达90%。答案：3.3249.对于板框过滤机，若滤饼不可压缩，过滤常数K=5×105m2/s，则过滤1m3滤液所需时间=________s（忽略介质阻力）。答案：20000.0050.某循环流化床床径1m，表观气速5m/s，颗粒终端速度0.8m/s，则滑移速度=________m/s。答案：4.20四、简答题（共40分。其中封闭型简答题每题5分，开放型简答题每题10分）51.（封闭型）写出Fenske方程，并说明其适用条件。答案：Nm=ln[(xD/(1xD))·((1xW)/xW)]/lnα；适用条件：全回流、理想或接近理想体系、恒摩尔回流、相对挥发度恒定。52.（封闭型）解释“pinchpoint”在换热网络中的物理意义，并给出其温度确定方法。答案：pinch点是将复合曲线垂直移动ΔTmin后冷热复合曲线最接近的点，此处热流量为零，系统分为上下两个独立子系统；温度确定：绘制复合曲线，垂直移动ΔTmin，取最接近点温差等于ΔTmin。53.（封闭型）列出反应器热失控的三个判据，并给出各自表达式。答案：1.Semenov判据：ψ=q0·exp(E/RT0)·V/(U·A·R·T0^2)>1；2.FrankKamenetskii判据：δ=q0·exp(E/RT0)·r^2/(λ·R·T0^2)>δcrit；3.判据TR<Tcr=T0+R·T0^2/E。54.（封闭型）说明在AspenPlus中进行灵敏度分析的主要步骤。答案：1.建立流程；2.定义操纵变量（Manipulatedvariable）；3.定义采集变量（Collectedvariable）；4.设置变量范围及步长；5.运行分析；6.查看结果表格或曲线。55.（开放型）某厂拟将现有间歇反应器改造为连续生产，需考虑哪些工程因素？请至少从反应动力学、设备、控制、安全、经济五方面论述。答案：反应动力学：需验证连续流动下转化率与选择性，考虑停留时间分布对副反应影响；设备：选型管式或CSTR或PFR，依据粘度、热效应、固含量决定；控制：采用质量流量计、在线红外或拉曼分析，实现QbD控制策略；安全：评估连续化后热累积速率，设置多级冷却、紧急泄放、本质安全化设计；经济：比较CAPEX（新泵、管道、仪表）与OPEX（人工、能耗、原料损耗），计算NPV与回收期，考虑政府补贴及环保罚款节省。56.（开放型）结合“双碳”背景，阐述百万吨级CO2捕集项目流程设计的关键技术路线及能量集成策略。答案：技术路线：采用复合胺+相变吸收剂，降低再生热；设置富液分级、闪蒸预再生，回收中低温热；能量集成：富液与贫液热交换，MVR压缩闪蒸蒸汽，吸收塔中间冷却，再生塔热泵精馏；耦合厂区低品位蒸汽（120℃），实现蒸汽耗<2.5GJ/tCO2；引入可再生能源驱动热泵，进一步降低Scope2排放；采用干冷器替代水冷，减少水资源消耗；设置CO2液化与管输，实现全生命周期负碳。五、计算与分析题（共40分。要求给出详细步骤，关键中间结果保留三位小数，最终答案保留两位小数）57.（综合计算，20分）某厂拟设计一甲醇水分离精馏塔，进料流量500kmol/h，甲醇摩尔分数0.45，饱和液体进料，要求塔顶甲醇回收率0.98，塔底水纯度0.99。已知相对挥发度α=3.5，采用McCabeThiele法：(1)求最小回流比Rmin；(2)若实际回流比R=1.3Rmin，求理论板数N；(3)若塔顶冷凝器用冷却水(20→30℃)，求冷却水用量，塔顶冷凝负荷Qc=15000kW；(4)若再沸器用0.3MPa饱和蒸汽(133℃)，蒸汽潜热2160kJ/kg，求蒸汽用量；(5)若塔压0.1MPa，塔径按最大允许气速0.1m/s计算，求塔径（气相密度ρV=1.2kg/m3，液相密度ρL=750kg/m3，板间距0.5m，取0.85系数）。答案：(1)q线x=0.45，平衡线y=3.5x/(1+2.5x)，交点y=0.738，Rmin=(xDy)/(yxD回流)=1.18；(2)Gilliland关联：X=(RRmin)/(R+1)=0.12，Y=0.5458，N=(Nm+Y)/(1Y)=12.80→13块；(3)冷却水ΔT=10℃，cp=4.2kJ/(kg·℃)，m=Qc/(cpΔT)=357.14kg/s=1.29×10^3t/h；(4)蒸汽m=Qc/λ=15000/2160=6.94kg/s=25.0t/h；(5)最大气速Uf=0.1m/s，实际气速Uv=0.085m/s，气相流量V=R·D=1.3×1.18×225=345kmol/h=4.32m3/s，塔径D=sqrt(4V/(πUv))=8.04m→8.0m。58.（流程综合，20分）某化工装置需将两股热流