2025年大学化学工程（化工分离）试题及答案

2025年大学化学工程（化工分离）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）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，每题给出的选项中，只有一项符合题目要求)1.化工分离过程中，以下哪种分离方法基于物质的沸点差异？（）A.萃取B.精馏C.离子交换D.吸附2.在精馏塔中，塔顶温度通常（）塔底温度。A.高于B.低于C.等于D.不确定3.对于理想溶液的精馏，相对挥发度α（）。A.大于1B.等于1C.小于1D.不确定4.以下哪种物质可作为精馏的回流液？（）A.原料液B.塔顶产品C.塔底产品D.任意中间组分5.精馏塔的理论板数是指（）。A.实际塔板数B.达到气液平衡的次数C.进料板数D.出料板数6.当进料为饱和液体时，精馏塔进料热状况参数q（）。A.大于1B.等于1C.小于1D.等于07.在连续精馏操作中，若进料组成、流量和热状况不变，增大回流比，则精馏段操作线斜率（）。A.增大B.减小C.不变D.不确定8.某精馏塔的精馏段操作线方程为y=0.75x+0.2075，则回流比R为（）。A.3B.4C.5D.69.对于二元精馏，当塔顶产品组成xD一定时，若进料组成xF增大，则最小回流比Rmin（）。A.增大B.减小C.不变D.不确定10.精馏塔的进料热状况不同，对精馏操作的影响主要体现在（）。A.塔板数B.回流比C.进料位置D.以上都是11.在吸收操作中，吸收质是指（）。A.混合气体中被吸收的组分B.吸收剂中吸收混合气体的组分C.混合气体中不被吸收的组分D.吸收剂中不吸收混合气体的组分12.吸收操作的依据是（）。A.气体在液体中的溶解度差异B.液体的沸点差异C.气体的密度差异D.液体的密度差异13.以下哪种气体属于易溶气体，可用水作为吸收剂进行吸收？（）A.氢气B.氧气C.氨气D.氮气14.在吸收塔中，吸收剂通常从（）进入。A.塔顶B.塔底C.中间某一位置D.任意位置15.当吸收剂用量一定时，若增大吸收剂入口温度，则吸收过程的推动力（）。A.增大B.减小C.不变D.不确定16.在萃取操作中，萃取剂的选择原则不包括（）。A.与原溶剂互不相溶B.对溶质有较大的溶解度C.与溶质发生化学反应D.易于与溶质分离17.萃取操作中，萃取相是指（）。A.含有溶质较多的相B.含有溶质较少的相C.含有原溶剂较多的相D.含有萃取剂较多的相18.对于液-液萃取体系，若溶质在萃取相和萃余相中的分配系数K（）1，则萃取效果较好。A.大于B.等于C.小于D.不确定19.以下哪种设备可用于萃取操作？（）A.精馏塔B.吸收塔C.萃取塔D.流化床20.在离子交换过程中，离子交换树脂的活性基团可分为（）。A.阳离子交换基团和阴离子交换基团B.中性基团和酸性基团C.碱性基团和中性基团D.酸性基团和碱性基团第II卷（非选择题，共60分）二、填空题（每题2分且只填一个词，共10分）(总共5题，每题2分，将正确答案填在题中横线上)1.化工分离过程的核心是实现混合物中各组分的______。2.精馏塔中，温度最高的部位通常在______。3.吸收操作中，吸收塔的塔顶产物称为______。4.萃取操作中，溶质在萃取相和萃余相中的浓度之比称为______。5.离子交换树脂的交联度越高，其______性能越好。三、简答题（每题10分，共20分）(总共2题，每题10分，简要回答问题)1.简述精馏塔的工作原理及主要操作参数对精馏效果的影响。2.说明吸收操作中影响吸收速率的主要因素。四、计算题（每题15分，共30分）(总共2题，每题15分，要求写出详细计算过程)1.某二元精馏塔，进料组成xF=0.5（摩尔分数），进料流量F=100kmol/h，进料热状况参数q=1.2，塔顶产品组成xD=0.95，塔底产品组成xW=0.05。若回流比R=3，试求精馏段操作线方程和提馏段操作线方程。2.在一逆流吸收塔中，用清水吸收混合气体中的有害组分A。已知混合气体流量为1000m³/h（标准状态），其中A的摩尔分数为0.05，要求吸收率为95%。吸收剂用量L=1000kmol/h，操作条件下的平衡关系为y=1.5x。试求塔底吸收液组成x1和所需的理论塔板数。答案1.B2.B3.A4.B5.B6.B7.A8.A9.A10.D11.A12.A13.C14.A15.B16.C17.A18.A19.C20.A二、填空题答案1.分离2.塔底3.尾气4.分配系数5.选择性三、简答题答案1.精馏塔工作原理：利用混合物中各组分沸点差异，通过多次部分汽化和部分冷凝，使气相中易挥发组分浓度不断增加，液相中难挥发组分浓度不断增加，从而实现分离。主要操作参数对精馏效果影响：回流比增大，精馏段操作线斜率增大，分离效果提高，但能耗增加；进料热状况影响进料状态，进而影响塔内气液流量分布和塔板数；进料组成变化会改变分离难度和所需塔板数等。2.影响吸收速率的主要因素：吸收剂与溶质的性质，如溶解度、化学反应活性等；吸收剂用量，用量增加吸收速率提高；吸收温度，温度降低吸收速率增大；吸收压力，压力升高吸收速率加快；气液接触面积和接触时间，接触面积大、时间长吸收速率高；混合气体流速，流速影响传质系数和传质推动力。四、计算题答案1.精馏段操作线方程：由回流比R=3，可得精馏段操作线斜率为R/(R+1)=3/4=0.75。又已知xD=0.95，根据精馏段操作线方程y=R/(R+1)x+xD/(R+1)，可得y=0.75x+0.95/(3+1)=0.75x+0.2375。提馏段操作线方程：首先求q线方程，q=1.2，q线方程为y=q/(q-1)x-xF/(q-1)=1.2/(1.2-1)x-0.5/(1.2-1)=6x-2.5。联立q线方程和精馏段操作线方程求交点坐标，可得交点横坐标为0.55。再根据物料衡算关系，提馏段操作线方程为y=L'/V'x-WxW/V'，其中L'=L+qF=1000+1.2×100=1120kmol/h，V'=V-(1-q)F=(R+1)D-(1-q)F，由物料衡算F=D+W，xD=0.95，xF=0.5，xW=0.05可求出D=50kmol/h，W=50kmol/h，V=(3+1)×50=200kmol/h，V'=200-(1-1.2)×100=220kmol/h，代入可得y=1120/220x-50×0.05/220=5.09x-0.0114。2.首先求塔底吸收液组成x1：已知混合气体流量为1000m³/h（标准状态），其中A的摩尔分数为0.05，则A的流量为1000×0.05=50kmol/h。要求吸收率为95%，则被吸收的A的流量为50×0.95=47.5kmol/h。吸收剂用量L=1000kmol/h，根据物料衡算Lx1=Lx0+V(y1-y2)，其中x0=0，y1=0.05，y2=y1(1-η)=0.05×(1-0.95)=0.0025，V=1000/22.4=44.64kmol/h，代入可得1000x1=0+44.64×(0.05-0.0025)，解得x1=0.0021。求所需的理论塔板数：根据平衡关系y=1.5x，利用对数平均推动力法计算。首先求塔顶气相推动力Δy1=y1-mx1=0.05-1.5×0.0021=0.04685，塔底气相推动力Δy2=y2-mx2=0.0025-1.5×0=0.0025，