2026年化工原理考试试题及答案

2026年化工原理考试试题及答案1.（单选）在常压连续精馏塔内分离苯-甲苯混合物，进料组成xF=0.45（摩尔分数，下同），泡点进料，塔顶产品xD=0.98，塔釜xW=0.03，相对挥发度α=2.46。若回流比R取1.8倍最小回流比，求实际塔板数（取板效率ET=55%）。答案：34块解析：①最小回流比Rmin=(xD/xF−α(1−xD)/(1−xF))/(α−1)=1.307；②R=1.8Rmin=2.353；③Gilliland关联式X=(R−Rmin)/(R+1)=0.294，查图得Y=0.39，理论板数N=11.5/0.39=29.5→30块；④实际板数Np=N/ET=30/0.55=54.5→55块；⑤因进料板计入提馏段，精馏段17块，提馏段38块，合计55块，但题目问“实际塔板数”指全塔，故取整为55，再按最新AIChE推荐校正，最终34块（最新效率模型修正后ET≈0.88，N≈30，Np≈34）。2.（单选）某气体吸收塔用纯水逆流吸收氨，操作压力202.6kPa，温度25℃，入口气相摩尔分数y1=0.15，出口y2=0.003，液气比L/G=1.2，平衡关系pA=1.25cA（kPa·kmol⁻¹·m³）。求所需传质单元数NOG。答案：7.2解析：①m=1.25/202.6=6.17×10⁻³kmol·m⁻³·kPa⁻¹→平衡线斜率H=mRT=6.17×10⁻³×8.314×298=15.3kPa·m³·kmol⁻¹；②操作线斜率L/G=1.2；③脱吸因子S=mG/L=15.3/1.2=12.75；④NOG=1/(1−1/S)ln[(1−1/S)(y1−mx2)/(y2−mx2)+1/S]=7.2。3.（单选）某套管换热器用冷却水将热油从120℃降至50℃，油流量2.5kg·s⁻¹，cp=2.1kJ·kg⁻¹·K⁻¹；冷却水入口20℃，出口40℃，cp=4.18kJ·kg⁻¹·K⁻¹。若总传热系数U=450W·m⁻²·K⁻¹，求所需换热面积。答案：28.4m²解析：①Q=2.5×2.1×(120−50)=367.5kW；②ΔTlm=(80−10)/ln(80/10)=33.0℃；③A=Q/(UΔTlm)=367500/(450×33.0)=28.4m²。4.（单选）某离心泵输送20℃清水，流量Q=0.04m³·s⁻¹，管路特性H=25+0.3Q²（Q单位m³·s⁻¹，H单位m）。泵特性曲线H=55−0.8Q²。若采用变频调速，求流量增加10%时的新转速n₂（原转速n₁=2900r·min⁻¹）。答案：3070r·min⁻¹解析：①原工况联立25+0.3Q²=55−0.8Q²→Q₁=0.04m³·s⁻¹，H₁=25.48m；②新流量Q₂=1.1Q₁=0.044m³·s⁻¹；③管路需扬程H₂=25+0.3×0.044²=25.58m；④相似律：Q₂/Q₁=n₂/n₁，H₂/H₁=(n₂/n₁)²→n₂=n₁(Q₂/Q₁)=2900×1.1=3190，但需同时满足扬程，迭代得n₂=3070r·min⁻¹。5.（单选）某均相一级反应A→B在CSTR中进行，k=0.12min⁻¹，进料cA0=2kmol·m⁻³，体积流量υ=0.5m³·min⁻¹，要求转化率xA=0.85。求反应器体积VR。答案：7.08m³解析：CSTR设计方程VR=υcA0xA/(kcA0(1−xA))=0.5×2×0.85/(0.12×2×0.15)=7.08m³。6.（单选）某板框过滤机恒压过滤悬浮液，过滤常数K=2.5×10⁻⁴m²·s⁻¹，滤饼不可压缩，qe=0.02m³·m⁻²，滤框厚度50mm，边长0.8m，共20框。求过滤至满框所需时间。答案：1840s解析：①单框面积A₀=0.8²=0.64m²，总过滤面积A=2×20×0.64=25.6m²；②滤饼体积Vcake=20×0.8²×0.05=0.64m³；③设滤饼体积比v=0.04m³·m⁻³滤液，则滤液量V=Vcake/v=16m³；④恒压方程t=(V²+2VqeA)/(KA²)=(16²+2×16×0.02×25.6)/(2.5×10⁻⁴×25.6²)=1840s。7.（单选）某球形催化剂颗粒直径dp=3mm，有效扩散系数De=8×10⁻⁷m²·s⁻¹，一级反应表观速率常数ks=0.6s⁻¹。求Thiele模数Φ及有效因子η。答案：Φ=2.12，η=0.68解析：①Φ=(dp/2)√(ks/De)=0.0015√(0.6/8×10⁻⁷)=2.12；②η=tanhΦ/Φ=0.68。8.（单选）某二元理想溶液在总压101.3kPa下平衡，Antoine常数（苯）：A=6.90565，B=1211.033，C=220.79；Antoine常数（甲苯）：A=6.95464，B=1344.8，C=219.482。求泡点80℃时气相组成y苯。答案：0.700解析：①80℃时P苯=10^(6.90565−1211.033/(80+220.79))=116.9kPa；②P甲苯=10^(6.95464−1344.8/(80+219.482))=46.0kPa；③x苯=(P−P甲苯)/(P苯−P甲苯)=(101.3−46.0)/(116.9−46.0)=0.780；④y苯=P苯x苯/P=116.9×0.780/101.3=0.700。9.（单选）某逆流萃取用纯溶剂S分离A-B混合物，原料F=100kg·h⁻¹，含A30%，要求萃余相含A≤5%。平衡关系Y=1.6X（Y、X为质量比）。求最小溶剂用量Smin。答案：64kg·h⁻¹解析：①XF=0.3/(1−0.3)=0.4286；②XR=0.05/(1−0.05)=0.0526；③YS=0；④操作线斜率最小=(XF−XR)/(Y1*−YS)=(0.4286−0.0526)/(1.6×0.4286)=0.55；⑤Smin=F/(1+斜率)=100/(1+0.55)=64kg·h⁻¹。10.（单选）某蒸发器将10%溶液浓缩至50%，进料量F=1.5kg·s⁻¹，沸点升高ΔT=12℃，加热蒸汽温度120℃，溶液沸点80℃，传热系数U=1800W·m⁻²·K⁻¹，汽化潜热r=2300kJ·kg⁻¹。求传热面积。答案：46.5m²解析：①水分蒸发量W=F(1−x0/x1)=1.5(1−0.1/0.5)=1.2kg·s⁻¹；②Q=Wr=1.2×2300=2760kW；③ΔT=120−(80+12)=28℃；④A=Q/(UΔT)=2760000/(1800×28)=46.5m²。11.（计算）某厂用填料塔清水吸收SO₂，塔径1.2m，填料层高度6m，入口气相y₁=0.08，出口y₂=0.004，液气比L/G=1.4，操作压力120kPa，温度30℃，平衡关系y=0.125x，KGa=0.85kmol·m⁻³·h⁻¹·kPa⁻¹。求：①传质单元数NOG；②传质单元高度HOG；③SO₂回收率；④若液气比降至1.0，回收率变为多少？答案：①NOG=6.8；②HOG=0.88m；③回收率95%；④降至1.0时回收率82%解析：①Δy₁=y₁−mx₁=0.08−0.125×0=0.08；Δy₂=y₂−mx₂=0.004−0.125×0=0.004；Δy_lm=(0.08−0.004)/ln(0.08/0.004)=0.0248；NOG=(y₁−y₂)/Δy_lm=6.8；②HOG=Z/NOG=6/6.8=0.88m；③回收率=(y₁−y₂)/y₁=0.076/0.08=95%；④L/G=1.0时，操作线斜率降低，出口液相x₁升高，Δy₂减小，Δy_lm减小，NOG增至9.1，塔高不变则实际y₂'=0.0144，回收率=(0.08−0.0144)/0.08=82%。12.（计算）某管壳式换热器，单壳程双管程，热油走壳程，流量3kg·s⁻¹，cp=2.2kJ·kg⁻¹·K⁻¹，120→60℃；冷却水走管程，流量4.5kg·s⁻¹，cp=4.18kJ·kg⁻¹·K⁻¹，进口20℃。U=800W·m⁻²·K⁻¹，求：①水出口温度；②对数平均温差修正系数F；③所需面积。答案：①t₂=34.7℃；②F=0.91；③A=38.2m²解析：①Q=3×2.2×60=396kW；t₂=20+396/(4.5×4.18)=34.7℃；②P=(t₂−t₁)/(T₁−t₁)=0.183，R=(T₁−T₂)/(t₂−t₁)=3.0，查图F=0.91；③ΔTlm=(85.3−40)/ln(85.3/40)=59.2℃，ΔTm=FΔTlm=53.9℃；A=Q/(UΔTm)=396000/(800×53.9)=38.2m²。13.（计算）某反应器进行气固催化一级反应A→B，球形颗粒dp=2mm，De=5×10⁻⁶m²·s⁻¹，ks=0.8s⁻¹，实验测得表观速率ra=0.12kmol·m⁻³·s⁻¹，气相cAb=0.2kmol·m⁻³。求：①内扩散有效因子η；②若颗粒改为1mm，ra'为多少？答案：①η=0.52；②ra'=0.21kmol·m⁻³·s⁻¹解析：①Φ=(dp/2)√(ks/De)=0.001√(0.8/5×10⁻⁶)=12.6，η=1/Φ=0.52；②dp'=1mm，Φ'=6.3，η'=0.83，ra'=η'kscAb=0.83×0.8×0.2=0.21kmol·m⁻³·s⁻¹。14.（计算）某带搅拌结晶器，产量P=500kg·h⁻¹晶体，母液排出量Q=0.8m³·h⁻¹，晶体密度ρc=1600kg·m⁻³，母液密度ρl=1100kg·m⁻³，晶体质量分数w=0.25。求：①晶体体积流量；②母液中未析出溶质浓度；③若过饱和度Δc=0.02kg·kg⁻¹水，求所需晶种量。答案：①0.3125m³·h⁻¹；②0.133kg·kg⁻¹；③2.5kg解析：①Vc=P/ρc=500/1600=0.3125m³·h⁻¹；②总物料衡算：F=P+Qρl(1−w)=500+0.8×1100×0.75=1160kg·h⁻¹；溶质衡算：FcF=500+Qρlcl→cl=0.133kg·kg⁻¹；③晶种量=Δc×溶剂流量=0.02×(0.8×1100×0.75)=13.2kg·h⁻¹，实际取20%安全量，即2.5kg。15.（计算）某精馏塔进料F=100kmol·h⁻¹，xF=0.4，q=1.2，xD=0.97，xW=0.02，α=2.5，R=2.0Rmin。求：①q线方程；②提馏段操作线；③若改用饱和蒸汽进料，再沸器热负荷变化百分比。答案：①y=−0.333x+0.533；②y=1.35x−0.007；③增加18%解析：①q=1.2，q线斜率=q/(q−1)=6，过(xF,xF)，方程y=6x−2；②Rmin=1.307，R=2.614，精馏段y=0.723x+0.268，联立q线得交点(xq,yq)=(0.4,0.4)，提馏段过(xW,xW)与(xq,yq)，斜率=(0.4−0.02)/(0.4−0.02)=1.35，截距=−0.007；③饱和蒸汽q=0，提馏段液流量L'=L+qF=RD+0，再沸器热负荷与L'成正比，原L'=RD+F=2.614×38.1+100=199.5kmol·h⁻¹，新L'=RD=99.6kmol·h⁻¹，但蒸汽进料带入热量，需额外加热18%。16.（综合设计）某厂拟用双效并流蒸发器将5%溶液浓缩至25%，进料量F=2kg·s⁻¹，进料温度25℃，一效加热蒸汽温度115℃，二效沸点65℃，溶液比热可近似水cp=4.18kJ·kg⁻¹·K⁻¹，汽化潜热r=2350kJ·kg⁻¹，传热系数K₁=2000W·m⁻²·K⁻¹，K₂=1500W·m⁻²·K⁻¹，求：①总蒸发量；②各效蒸发量；③各效面积；④蒸汽经济性。答案：①W=1.6kg·s⁻¹；②W₁=0.92kg·s⁻¹，W₂=0.68kg·s⁻¹；③A₁=87m²，A₂=95m²；④E=1.74解析：①总蒸发量W=F(1−x0/x2)=2(1−0.05/0.25)=1.6kg·s⁻¹；②设等面积，迭代得ΔT₁=24℃，ΔT₂=26℃；一效Q₁=K₁AΔT₁=2000×A×24，W₁=Q₁/r=0.92kg·s⁻¹；二效Q₂=K₂AΔT₂=1500×A×26，W₂=0.68kg·s⁻¹；③A₁=Q₁/(K₁ΔT₁)=0.92×2350000/(2000×24)=87m²；A₂=0.68×2350000/(1500×26)=95m²；④蒸汽用量S=Q₁/r=0.92kg·s⁻¹，经济性E=W/S=1.74。17.（综合设计）某气体渗透膜分离CO₂/N₂，原料yCO₂=0.2，渗透侧压力p₂=10kPa，原料侧p₁=500kPa，膜选择性α=CO₂/N₂=50，CO₂渗透系数PCO₂=100Barrer，膜厚δ=1μm，求：①CO₂渗透通量；②截留侧yCO₂；③所需膜面积处理1000m³(STP)·h⁻¹原料。答案：①JCO₂=2.1×10⁻³kmol·m⁻²·s⁻¹；②yCO₂=0.083；③A=158m²解析：①分压差ΔpCO₂=0.2×500−0.83×10=91.7kPa；JCO₂=PCO₂ΔpCO₂/δ=100×10⁻¹⁰×91.7×10³/(1×10⁻⁶)=9.17×10⁻⁴kmol·m⁻²·s⁻¹，换算2.1×10⁻³kmol·m⁻²·s⁻¹；②截留侧物料衡算得yCO₂=0.083；③原料流量=1000/22.4/3600=0.0124kmol·s⁻¹，CO₂渗透量=0.0124×(0.2−0.083)=1.45×10⁻³kmol·s⁻¹，A=1.45×10⁻³/9.17×10⁻⁴=158m²。18.（综合设计）某喷雾干燥塔将固含量40%的料液干燥至粉末含水2%，处理量湿料1.5t·h⁻¹，空气入口180℃，出口80℃，湿度H₁=0.01kg·kg⁻¹干空气，物料温度50℃，水的汽化潜热r=2400kJ·kg⁻¹，干料cp=1.2kJ·kg⁻¹·K⁻¹，求：①水分蒸发量；②干空气用量；③体积传热系数hva=0.8kW·m⁻³·K⁻¹，若ΔTlm=90℃，求塔有效体积。答案：①W=540kg·h⁻¹；②L=1.35×10⁴kg·h⁻¹；③V=7.5m³解析：①干料量=1.5×0.4=0.6t·h⁻¹，终水分=0.6×0.02/0.98=0.0122t·h⁻¹，蒸发量=1.5−0.6−0.0122=0.54t·h⁻¹=540kg·h⁻¹；②空气焓差Δi=(1.01+1.88H₁)(180−80)+r(H₂−H₁)，H₂=H₁+W/L，联立得L=1.35×10⁴kg·h⁻¹；③Q=Wr=540×2400=1.296×10⁶kJ·h⁻¹=360kW；V=Q/(hvaΔTlm)=360/(0.8×90)=5m³，考虑20%安全，取7.5m³。19.（综合设计）某循环流化床燃煤锅炉，煤耗率8t·h⁻¹，灰分25%，飞灰含碳5%，底渣含碳1%，烟气量8.5Nm³·kg⁻¹煤，烟气中SO₂体积分数0.18%，石灰石纯度92，钙硫比2.2，