2025年制药化工原理题库附答案

2025年制药化工原理题库附答案一、选择题（每题2分，共20分）1.制药生产中输送75%乙醇溶液（密度870kg/m³，粘度1.1mPa·s），选用内径50mm的不锈钢管，当流速为1.2m/s时，流动形态为（）。A.层流B.过渡流C.湍流D.无法判断答案：C（雷诺数Re=duρ/μ=0.05×1.2×870/(1.1×10⁻³)=47454>4000，湍流）2.某双效蒸发器浓缩药液，第一效加热蒸汽压力0.3MPa（饱和温度133℃），第二效二次蒸汽温度85℃，则第一效的有效温差为（）。A.48℃B.55℃C.60℃D.70℃答案：A（有效温差=加热蒸汽温度-溶液沸点，假设第一效溶液沸点为85℃+ΔT1（ΔT1为温差损失，此处简化为0），则133-85=48℃）3.板式精馏塔分离乙醇-水体系（相对挥发度α=3.0），操作回流比R=2.5，塔顶馏出液中乙醇摩尔分数0.85，塔底釜液中乙醇摩尔分数0.02，全塔效率55%，则实际塔板数约为（）。A.12块B.18块C.25块D.30块答案：B（用芬斯克公式计算最小理论板数Nmin=lg[(0.85/0.15)(0.98/0.02)]/lg3≈3.2，操作回流比R/Rmin=2.5/1.8≈1.39（假设Rmin=(xD/(α-xD))-1=0.85/(3-0.85)-1≈1.8），用吉利兰关联式得理论板数N≈10，实际板数=10/0.55≈18）4.压滤机过滤某药液，过滤介质阻力可忽略，当操作压力提高1倍时，恒压过滤速率变为原来的（）。A.1倍B.√2倍C.2倍D.4倍答案：B（恒压过滤方程V²=KA²τ，K=2Δp/(μr₀)，Δp加倍则K加倍，速率dV/dτ=KA²/(2V)，初始速率V=0时速率为KA²/(2×0)→∞，但稳定后速率与√Δp成正比，故为√2倍）5.制药车间空气干燥过程中，若湿空气的干球温度不变，相对湿度降低，则湿球温度（）。A.升高B.降低C.不变D.无法确定答案：B（湿球温度由干球温度和湿度决定，相对湿度降低，湿度减小，湿球温度降低）6.套管换热器中用饱和蒸汽加热药液，蒸汽走壳程，药液走管程（逆流），若药液流量增大，其他条件不变，则总传热系数K（）。A.增大B.减小C.不变D.先增后减答案：A（药液侧对流传热系数α与流速的0.8次方成正比，流量增大，α增大，总传热系数K≈1/(1/α+1/α蒸汽)，蒸汽侧α远大于药液侧，故K增大）7.离心分离因数Kc=ω²r/g，某离心机转鼓直径0.8m，转速1500rpm，其分离因数约为（）。A.500B.1000C.1500D.2000答案：C（ω=2πn/60=2×3.14×1500/60=157rad/s，r=0.4m，Kc=157²×0.4/9.8≈1570）8.萃取分离青霉素发酵液，选用醋酸丁酯为萃取剂（密度880kg/m³），发酵液密度1020kg/m³，萃取设备应选择（）。A.筛板塔B.离心萃取机C.混合澄清槽D.填料塔答案：B（两相密度差小，离心萃取机利用离心力强化传质，适合密度差小的体系）9.干燥过程中，物料的临界含水量Xc随（）增大而增大。A.干燥介质温度B.物料厚度C.干燥介质流速D.物料初始含水量答案：B（物料越厚，内部水分扩散阻力越大，临界含水量越高）10.某列管换热器由φ25mm×2.5mm的钢管组成，管内走冷却水（αi=4000W/(m²·℃)），管外走热药液（αo=1000W/(m²·℃)），钢管导热系数λ=45W/(m²·℃)，则基于管外表面的总传热系数K（）。A.700W/(m²·℃)B.800W/(m²·℃)C.900W/(m²·℃)D.1000W/(m²·℃)答案：A（K=1/[1/αo+b/(λd_m)+d_o/(αid_i)]，d_o=0.025m，d_i=0.02m，d_m=(0.025+0.02)/2=0.0225m，b=0.0025m，计算得K≈700）二、填空题（每空1分，共20分）1.流体在圆管中作层流流动时，管中心流速是平均流速的______倍；湍流时，管中心流速约为平均流速的______倍（取指数为1/7）。答案：2；1.222.离心泵的性能曲线包括______、______和效率-流量曲线。答案：扬程-流量；轴功率-流量3.傅里叶定律的表达式为______，牛顿冷却定律的表达式为______。答案：q=-λ(dT/dy)；Q=αAΔT4.精馏操作中，当回流比R=Rmin时，理论板数为______；当R→∞时，理论板数为______。答案：无穷多；最小理论板数5.过滤操作的推动力是______，阻力包括______和______。答案：过滤介质两侧的压力差；滤饼阻力；过滤介质阻力6.干燥过程可分为______和______两个阶段，其中______阶段的干燥速率由表面汽化速率控制。答案：恒速干燥；降速干燥；恒速7.萃取操作中，分配系数K=______，选择性系数β=______。答案：溶质在萃取相中的浓度/溶质在萃余相中的浓度；K×(稀释剂在萃余相中的浓度/稀释剂在萃取相中的浓度)8.蒸发器的生产强度是指______，提高生产强度的关键是______。答案：单位传热面积的蒸发量；提高总传热系数K三、简答题（每题6分，共30分）1.简述制药生产中选择离心泵时需考虑的主要因素。答案：①流量和扬程：根据药液输送量和管路所需压头确定；②耐腐蚀性：药液可能含酸碱或有机溶剂，需选择不锈钢或塑料材质；③卫生要求：符合GMP标准，无死角设计，易清洗；④温度适应性：高温药液需选用耐温密封和轴承；⑤防爆要求：输送易燃溶剂（如乙醇）需防爆电机。2.解释精馏塔操作中“液泛”现象的原因及预防措施。答案：原因：气液两相流量过大，气相托持液相，液相无法下流，塔板间积液，压力降剧增。预防措施：①控制气液负荷在设计范围内；②增加塔板间距；③采用高效低阻塔板（如导向筛板）；④检查塔内是否有堵塞（如固体颗粒沉积）。3.比较间歇过滤与连续过滤的优缺点（以板框压滤机和转鼓真空过滤机为例）。答案：间歇过滤（板框压滤机）：优点是过滤压力高（可达1MPa），滤饼含液量低，适合高粘度、细颗粒药液；缺点是操作间歇，需人工卸料，劳动强度大。连续过滤（转鼓真空过滤机）：优点是自动化程度高，处理量大，适合低粘度、易过滤的悬浮液；缺点是过滤压力低（真空度0.08-0.09MPa），滤饼含液量较高，不适合高粘度物料。4.干燥过程中，为什么说“物料的平衡含水量是相对湿度的函数”？答案：平衡含水量是物料与一定温度、湿度的空气达到平衡时的含水量，取决于空气的相对湿度：相对湿度越低（空气越干燥），物料中可被除去的水分越多，平衡含水量越小；反之，相对湿度越高，平衡含水量越大。因此，平衡含水量是空气相对湿度的函数，与物料种类也有关（如吸湿性物料平衡含水量更高）。5.简述列管换热器中“管程”和“壳程”的选择原则（针对制药药液和冷却水）。答案：①腐蚀性介质走管程（易更换管束）；②高温、高压介质走管程（减少壳体承压）；③流量小、粘度大的介质走壳程（壳程流道截面积大，流速低，压降小）；④清洁介质走壳程（壳程不易清洗）。制药药液若为腐蚀性（如酸性），走管程；冷却水清洁且流量大，走壳程；若药液粘度大（如糖浆），走壳程。四、计算题（每题10分，共30分）1.某制药厂用水平直管输送纯化水（密度1000kg/m³，粘度1mPa·s），管长100m，内径50mm，流量10m³/h，求直管阻力损失（J/kg）及压头损失（m）。（局部阻力忽略，λ按湍流光滑管计算，Re>10⁵时λ=0.3164/Re^0.25）解：流速u=4Q/(πd²)=4×10/(3600×3.14×0.05²)=1.415m/s雷诺数Re=duρ/μ=0.05×1.415×1000/(1×10⁻³)=70750>4000（湍流）光滑管λ=0.3164/Re^0.25=0.3164/(70750^0.25)=0.3164/16.2≈0.0195直管阻力损失hf=λ(l/d)(u²/2)=0.0195×(100/0.05)×(1.415²/2)=0.0195×2000×1.001≈39.0J/kg压头损失Hf=hf/g=39.0/9.81≈3.98m2.某列管换热器用120℃饱和蒸汽加热药液（从20℃升至80℃），蒸汽冷凝潜热2200kJ/kg，药液流量5000kg/h，比热容4.2kJ/(kg·℃)，总传热系数K=800W/(m²·℃)，求传热面积（逆流）。解：药液吸热量Q=qmcΔT=5000×4.2×(80-20)/3600=5000×4.2×60/3600=350kW蒸汽侧温度T=120℃（恒温），药液进口t1=20℃，出口t2=80℃（逆流时温差ΔT1=T-t2=40℃，ΔT2=T-t1=100℃）对数平均温差ΔTm=(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)=(40-100)/ln(40/100)=(-60)/(-0.916)=65.5℃传热面积A=Q/(KΔTm)=350×1000/(800×65.5)=350000/52400≈6.68m²3.用板框压滤机过滤某抗生素发酵液，过滤面积A=10m²，操作压力Δp=0.5MPa，过滤介质阻力可忽略，滤饼比阻r=1×10¹²m⁻²，滤液粘度μ=2mPa·s，求过滤20min时的滤液体积及此时的过滤速率。解：恒压过滤