2025年大学本科（化学工程与工艺）化工原理试题及答案

2025年大学本科（化学工程与工艺）化工原理试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共40分）答题要求：每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共20题，每题2分)1.流体在圆形直管中作层流流动，如果流量等其他条件不变，只是将管径增大一倍，则阻力损失变为原来的（）。A.1/2B.1/4C.1/8D.1/162.离心泵的效率η和流量Q的关系为（）。A.Q增大，η增大B.Q增大，η先增大后减小C.Q增大，η减小D.Q增大，η先减小后增大3.某精馏塔的精馏段操作线方程为y=0.75x+0.245，则该塔的回流比R为（）。A.3B.4C.5D.64.吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，（）。A.回收率趋向最高B.吸收推动力趋向最大C.塔高趋向无穷大D.操作最为经济5.湿空气在预热过程中不变化的参数是（）。A.焓B.相对湿度C.露点温度D.湿球温度6.在管壳式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面判断正确的是（）。A.传热管的壁温接近加热蒸汽温度B.传热管的壁温接近空气温度C.空气走管程D.蒸汽走壳程7.恒沸精馏与萃取精馏的主要区别是（）。A.有无加入第三组分B.分离的原理不同C.操作压力不同D.适用的物系不同8.对于一定的干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，其湿球温度（）。A.愈高B.愈低C.不变D.不一定9.在连续精馏塔中，精馏段操作线斜率随（）而变。A.回流比B.进料热状况C.塔板效率D.进料组成10.某二元混合物，进料量为100kmol/h，xF=0.6，要求得到塔顶xD不小于0.9，则塔顶最大产量为（）。A.60kmol/hB.66.7kmol/hC.90kmol/hD.100kmol/h11.某液体在内径为d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为u0，当它以相同的体积流量通过等长的内径为d2(d2=d0/2)的管子时，若流体为层流，则压降Δp为原来的（）。A.4倍B.8倍C.16倍D.32倍12.离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后以下能量的增加值（）。A.包括内能在内的总能量B.机械能C.压能D.位能（即实际的升扬高度）13.在填料吸收塔中，用纯溶剂吸收某混合气体中的溶质组分。已知混合气的流量为30kmol/h，组成为y1=0.06，溶质的吸收率为95%，溶剂的流量为50kmol/h。操作条件下的气液平衡关系为y=mx，其中m=1.5。则吸收液的组成x1为（）。A.0.038B.0.03C.0.028D.0.0214.某精馏塔精馏段理论板数为N1层，提馏段理论板数为N2层，现因设备改造，使精馏段理论板数增加，而提馏段理论板数不变，且F、xF、q、R、V等均不变，则此时（）。A.xD增加，xW不变B.xD增加，xW减小C.xD增加，xW增加D.xD增加，xW的变化视具体情况而定15.某湿物料经过5.5小时进行干燥操作。物料含水量由X1=0.35kg水/kg绝干料降至X2=0.1kg水/kg绝干料。若在相同的条件下，要求将物料含水量由X1=0.35kg水/kg绝干料降至X2'=0.05kg水/kg绝干料，试求需要的干燥时间为（）小时。（物料的临界含水量Xc=0.15kg水/kg绝干料，平衡含水量X=0.04kg水/kg绝干料）A.10.3B.12.5C.14.7D.16.816.在一套管换热器中，用冷却水将一定流量的热流体由100℃冷却到60℃，冷却水初温为20℃，在设计工况下，两流体逆流流动时的平均温差为Δtm1，顺流流动时平均温差为Δtm2，则（）。A.Δtm1=Δtm2B.Δtm1>Δtm2C.Δtm1<Δtm2D.无法确定17.某二元理想溶液的连续精馏塔，提馏段操作线方程为：y=1.3x-0.018，系统的平均相对挥发度α=2.5，当xW=0.06时，此时从塔底数起的第二块理论板数（塔底可视为第一块理论板）下流液体的组成为（）。A.0.124B.0.092C.0.060D.0.03518.用通风机将温度20℃，湿度0.005kg/kg绝干气的新鲜空气送入预热器，预热到120℃后进入连续逆流干燥器中，空气离开干燥器时的温度为60℃。湿物料由20℃，含水量w1=0.015kg水/kg绝干料被干燥至35℃，含水量w2=0.002kg水/kg绝干料。干燥器内无输送设备，热损失忽略不计。则新鲜空气的消耗量接近（）kg绝干气/h。A.1892B.1906C.2027D.178319.在一单程列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，饱和蒸汽走壳程，空气走管程。为强化传热，下列方案中最有效的是（）。A.增大空气流速B.增大蒸汽流速C.采用翅片管D.提高蒸汽压力20.某精馏塔的进料热状况参数q=1.2，则进料为（）。A.饱和液体B.过热蒸汽C.气液混合物，液相占20%D.气液混合物，气相占20%第II卷（非选择题共60分）答题要求：请根据题目要求，在相应位置准确作答。填空题（每题2分，共10分）1.流体在圆形直管中作层流流动时，其速度分布呈______型曲线，中心最大流速为平均流速的______倍。2.精馏塔的进料热状况有______种，分别是______、______、______、______、______。3.吸收操作中，吸收剂的选择应考虑______、______、______、______等因素。4.湿空气的比容是指______湿空气的体积，单位为______。5.换热器的热损失是由于______、______、______等原因造成的。简答题（每题5分，共20分）1.简述离心泵的工作原理。2.什么是精馏塔的全塔效率？它与单板效率有何关系？3.说明吸收操作中传质推动力的表示方法。4.简述湿空气的焓湿图的组成及应用。计算题（每题10分，共20分）1.某连续精馏塔，进料量F=100kmol/h，进料组成xF=0.5，馏出液组成xD=0.95，釜液组成xW=0.05，回流比R=2。试求：（1）馏出液流量D和釜液流量W；（2）精馏段操作线方程；（3）提馏段操作线方程。2.某填料吸收塔，用清水吸收混合气中的有害组分A。已知混合气流量为1000m³/h（标准状态），组成为y1=0.05，要求吸收率为95%。操作条件下的气液平衡关系为y=2x，气相总传质单元高度HOG=1.2m。试求：（1）出塔尾气组成y2；（2）吸收剂用量L；（3）填料层高度H。分析题（10分）某化工厂拟采用精馏塔分离某二元混合物。已知进料量为100kmol/h，进料组成xF=0.4，泡点进料。塔顶采用全凝器，回流比R=3。塔釜间接蒸汽加热，塔底产品组成xW=0.05。操作条件下该物系的平均相对挥发度α=2.5。试分析：（1）若精馏塔的理论板数为15块，塔顶第一块板下降的液体组成为多少？（2）若实际塔板效率为60%，则实际塔板数为多少？（3）若进料组成变为xF=0.5，其他条件不变，对精馏塔的操作会有什么影响？答案1.D2.B3.A4.C5.C6.A7.A8.B9.A10.B11.C12.B13.A14.B15.A16.B17.B18.B19.A20.D填空题答案1.抛物线；22.5；冷液进料；泡点进料；气液混合物进料；饱和蒸汽进料；过热蒸汽进料3.溶解度大；选择性高；腐蚀性小；挥发度低；粘度低4.1kg绝干空气及其所带的Hkg水汽；m³/kg绝干气5.器壁散热；流体流动阻力损失；泄漏简答题答案1.离心泵的工作原理：离心泵一般由电机带动叶轮高速旋转，泵内液体在离心力作用下，从叶轮中心被甩向叶轮外周，使液体获得动能，同时压力能也相应提高。当液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳内流道逐渐扩大，液体流速减慢，部分动能转化为压力能。这样，液体以较高的压力从泵的出口排出，同时在叶轮中心形成低压区，外界液体在压差作用下不断被吸入泵内，从而实现连续输送液体的目的。2.精馏塔的全塔效率ET是指完成一定分离任务所需的理论板数NT与实际板数NP之比，即ET=NT/NP。单板效率EMV是指气相或液相经过一层实际塔板后组成的变化值与经过一层理论塔板后组成的变化值之比。全塔效率反映了整个精馏塔的分离效果，而单板效率反映了每一块塔板的传质效果。全塔效率与单板效率之间没有直接的数学关系，但全塔效率与单板效率的乘积近似等于完成相同分离任务所需的理论板数与实际板数的比值。3.吸收操作中传质推动力的表示方法有多种。对于气液平衡体系，常用的表示方法有：（1）气相推动力：以气相组成与平衡气相组成的差值表示，即Δy=y-y，其中y为气相主体组成，y为与液相组成x平衡的气相组成。（2）液相推动力：以液相组成与平衡液相组成的差值表示，即Δx=x-x，其中x为液相主体组成，x为与气相组成y平衡的液相组成。在实际计算中，可以根据具体情况选择合适的传质推动力表示方法。4.湿空气的焓湿图由等焓线、等湿度线、等温线、等相对湿度线等组成。其应用主要包括：（1）确定湿空气的状态参数：通过已知的两个独立参数（如温度、湿度等），在焓湿图上可以查出其他状态参数，如焓、相对湿度等。（2）分析湿空气的加热、冷却、加湿、除湿等过程：在焓湿图上可以直观地表示出这些过程中湿空气状态的变化路径，从而进行热量和水分的计算。（3）确定空气调节过程的设计参数：根据工艺要求，在焓湿图上确定合适的空气处理过程和设备选型。（4）计算湿空气的比容、露点温度等参数：利用焓湿图上的相关曲线和数据，可以方便地计算这些参数。计算题答案1.（1）由物料衡算可得：F=D+W，F×xF=D×xD+W×xW，代入数据解得：D=50kmol/h，W=50kmol/h。（2）精馏段操作线方程：y=R/(R+1)x+xD/(R+1)，将R=2，xD=0.95代入得：y=2/3x+0.95/3=0.667x+0.317。（3）提馏段操作线方程：y'=L'/V'x'-WxW/V'，L'=L+qF=RD+F=2×50+100=200kmol/h，V'=V-(1-q)F=(R+1)D-(1-q)F=3×50-0=150kmol/h，代入数据得：y'=200/150x'-50×0.05/150=1.333x'-0.017。2.（1）y2=y1(1-η)=0.05×(1-0.95)=0.0025。（2）由物料衡算可得：L=V(y1-y2)/x1，V=V(y1-y2)/x1，V=qnV=1000/22.4×(1-0.05)=42.41kmol/h，x1=0，代入数据解得：L=42.41×(0.05-0.0025)/0=10.6kmol/h。（3）NOG=(y1-y2)/Δym，Δym=(Δy1-Δy2)/ln(Δy1/Δy)/ln(Δy1/Δy2)，Δy1=y1-y1=0.05-2×0=0.05，Δy2=y2-y2=0.0025-2×0=0.0025，代入数据解得：NOG=4.65，H=HOG×NOG=1.2×4.65=5.58m。分析题答案（1）由精馏段操作线方程y=R/(R+1)x+xD/(R+1)，将R=3，xD=0.95代入得：y=3/4x+0.95/4=0.75x+0.2375。塔顶第一块板下降的液体