2026年华科历年期末化工原理试题及答案

2026年华科历年期末化工原理试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某不可压缩流体在φ57mm×3.5mm水平直管内做稳态层流，体积流量为1.2m³h⁻¹，测得单位管长压降为600Pam⁻¹。若将管径减至φ38mm×2.5mm，其余条件不变，则新压降最接近A.1.1kPam⁻¹ B.2.6kPam⁻¹ C.4.3kPam⁻¹ D.7.8kPam⁻¹答案：C解析：层流时Δp∝1/d⁴，d₁=50mm，d₂=33mm，Δp₂=Δp₁·(d₁/d₂)⁴=600·(50/33)⁴≈4.3kPam⁻¹。2.用板框压滤机恒压过滤某悬浮液，滤饼不可压缩，过滤常数K=2.5×10⁻⁴m²s⁻¹，滤布阻力可忽略。若滤框厚度减半，其余不变，达到相同滤液量所需时间变为原来的A.0.25 B.0.50 C.1.00 D.2.00答案：B解析：恒压过滤t∝L²，框厚减半→L减半→t减半。3.某逆流吸收塔用纯水吸收氨，操作液气比为最小液气比的1.4倍。若入口气体氨摩尔分数从0.05提至0.08，出口液体氨摩尔分数仍要求≤0.01，则新操作液气比应为原值的A.1.00 B.1.14 C.1.28 D.1.40答案：C解析：最小液气比(L/G)min=(y₁−y₂)/(x₁*−x₂)，y₁↑→(L/G)min↑，新(L/G)=1.4×新(L/G)min，比例系数1.28。4.精馏塔进料为汽液混合物，汽相分率q=0.3，若将进料预热至饱和蒸汽，则q值将A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断答案：A解析：q定义为液相分率，预热→汽相↑→液相↓→q↓，但题问“汽相分率q”已定义为汽相，故q↑。注意定义陷阱。5.某换热器用冷却水将热油从120℃降至60℃，冷却水入口20℃，出口40℃。若油侧传热系数hₒ=800Wm⁻²K⁻¹，水侧hᵢ=4000Wm⁻²K⁻¹，管壁热阻可忽略，则总传热系数K最接近A.640 B.670 C.710 D.760答案：B解析：1/K=1/hₒ+1/hᵢ→K=667Wm⁻²K⁻¹。6.在干燥实验中，恒速阶段物料表面温度等于A.热空气干球温度 B.热空气湿球温度 C.物料初始温度 D.热空气露点温度答案：B7.某离心泵在额定点效率最高，若关小出口阀，则A.轴功率↑，扬程↑ B.轴功率↓，扬程↑ C.轴功率↓，扬程↓ D.轴功率↑，扬程↓答案：B解析：关阀→流量↓→轴功率↓，管路曲线变陡→工作点左移→扬程↑。8.下列无量纲数中，反映流体物性对对流传热影响的是A.Re B.Pr C.Gr D.Nu答案：B9.在萃取操作中，若选择性系数β=1，则A.萃取剂与原溶剂互溶度为零 B.萃取剂对溶质无选择性 C.分配系数k=1 D.萃取相与萃余相组成相同答案：B10.某填料塔用水吸收CO₂，若改用NaOH溶液，则体积总传质系数K_Ga将A.增大 B.减小 C.不变 D.先增后减答案：A解析：化学反应增强传质，K_Ga↑。二、填空题（每空2分，共20分）11.某液体在φ25mm×2.5mm管内湍流流动，Re=3.0×10⁴，摩擦系数λ=0.026，则单位管长压降为______Pam⁻¹。（ρ=850kgm⁻³，u=1.2ms⁻¹）答案：λ·ρ·u²/(2d)=0.026×850×1.2²/(2×0.02)=795Pam⁻¹12.某板框机恒压过滤，虚拟滤液体积V_e=0.20m³，当累积滤液V=1.0m³时，过滤速率dV/dt=0.025m³s⁻¹，则过滤常数K=______m²s⁻¹。答案：dV/dt=K·A²/[2(V+V_e)]，设A=1m²，K=2×0.025×1.2/1=0.060m²s⁻¹13.某精馏塔回流比R=2.5，塔顶产品D=50kmolh⁻¹，则塔内汽相流量V=______kmolh⁻¹。答案：V=(R+1)D=175kmolh⁻¹14.某换热器逆流操作，热流体c_p=2.8kJkg⁻¹K⁻¹，流量2kgs⁻¹，冷流体c_p=4.2kJkg⁻¹K⁻¹，流量3kgs⁻¹，若热流体从150℃降至90℃，则冷流体出口温度为______℃。答案：Q=2×2.8×60=336kW，ΔT_c=336/(3×4.2)=26.7℃，T_c,out=20+26.7=46.7℃15.某干燥过程恒速阶段干燥速率U_c=1.5kgm⁻²h⁻¹，物料表面积0.8m²，含水量从0.40降至0.20（干基），干物料质量5kg，则恒速阶段历时______h。答案：ΔX=0.20，m_s=5kg，W=5×0.2=1kg，t=1/(1.5×0.8)=0.83h16.某离心泵特性曲线H=50−0.02Q²（Q：m³h⁻¹，H：m），管路曲线H=10+0.01Q²，则工作点流量为______m³h⁻¹。答案：50−0.02Q²=10+0.01Q²→Q=√(40/0.03)=36.5m³h⁻¹17.某吸收塔H_OG=0.6m，N_OG=4.5，则填料层高度为______m。答案：Z=H_OG·N_OG=2.7m18.某萃取系统，溶质A在萃取相与萃余相质量比为3:1，则分配系数k=______。答案：k=319.某蒸发器传热面积50m²，总传热系数2000Wm⁻²K⁻¹，有效温差15℃，则蒸发水量为______kgh⁻¹。（r=2257kJkg⁻¹）答案：Q=2000×50×15=1.5MW，W=1.5×10³/2257×3600=2.39×10³kgh⁻¹20.某气体在φ100mm管道内流速10ms⁻¹，若突然扩大至φ200mm，则局部阻力损失为______Pa。（ρ=1.2kgm⁻³）答案：h_f=(u₁−u₂)²/2g，u₂=2.5ms⁻¹，Δp=ρ(u₁−u₂)²/2=1.2×7.5²/2=33.75Pa三、计算题（共60分）21.（12分）某厂用φ57mm×3.5mm新钢管输送20℃清水，总管长300m（含当量长度），高差20m，流量36m³h⁻¹。若使用多年后绝对粗糙度ε由0.05mm增至0.30mm，问：(1)新管时泵的扬程；(2)旧管时泵的扬程；(3)若泵效率65%，新旧管年耗电量差值。（运行8000ha⁻¹，电价0.6元kWh⁻¹）解：d=50mm，u=36/(3600×π×0.05²/4)=5.09ms⁻¹，Re=5.09×0.05/10⁻⁶=2.55×10⁵(1)新管ε/d=0.001，查Moody图λ=0.021，h_f=λ·(L/d)·u²/2g=0.021×(300/0.05)×5.09²/19.62=166mH=Δz+h_f=20+166=186m(2)旧管ε/d=0.006，λ=0.032，h_f=0.032/0.021×166=253m，H=273m(3)P=ρgQH/η=1000×9.81×36/3600×H/0.65=151HWΔP=151×(273−186)=13.1kW，ΔE=13.1×8000=105MWh，费用差=6.3万元22.（12分）某悬浮液固含量20kgm⁻³，用板框机恒压过滤，滤饼不可压缩，孔隙率ε=0.45，固体密度2600kgm⁻³，滤液密度1000kgm⁻³，实验测得K=1.2×10⁻³m²s⁻¹，q_e=0.02m³m⁻²。现用10只滤框，尺寸800mm×800mm×30mm，求：(1)滤框充满滤饼所需时间；(2)所得滤液体积；(3)若过滤后用1/8滤液量的清水洗涤，洗涤时间。（μ_w=μ_f）解：A=2×0.8×0.8×10=12.8m²，框总厚0.03×10=0.30m设滤饼厚L，则滤饼体积V_c=A·L=12.8L，滤饼中固体质量=12.8L(1−ε)ρ_s=12.8L×0.55×2600=1.83×10⁴Lkg对应悬浮液体积=1.83×10⁴L/20=915Lm³，滤液量V=915L−12.8L=902Lm³又L=0.30m→V=902×0.30=271m³过滤方程：t=(q+q_e)²/K，q=V/A=271/12.8=21.2m³m⁻²t=(21.2+0.02)²/1.2×10⁻³=3.75×10⁵s≈104h洗涤速率=(dV/dt)_w=K·A²/[2(V+V_e)]，V_e=q_e·A=0.02×12.8=0.256m³(dV/dt)_w=1.2×10⁻³×12.8²/[2×(271+0.256)]=3.63×10⁻⁴m³s⁻¹V_w=271/8=33.9m³，t_w=33.9/3.63×10⁻⁴=9.34×10⁴s≈26h23.（12分）某精馏塔分离苯-甲苯，进料F=100kmolh⁻¹，x_F=0.45，汽液混合q=0.4，塔顶x_D=0.95，塔底x_W=0.05，相对挥发度α=2.46，回流比R=2.0。求：(1)塔顶、塔底产品流量；(2)提馏段操作线方程；(3)若第10块板（从上计）为进料板，求该板液相组成。（设恒摩尔流）解：(1)总物料F=D+W，苯衡算Fx_F=Dx_D+Wx_W→100×0.45=0.95D+0.05(100−D)解得D=44.4kmolh⁻¹，W=55.6kmolh⁻¹(2)提馏段液相流量L'=L+qF=RD+qF=2×44.4+0.4×100=128.8kmolh⁻¹汽相流量V'=V−(1−q)F=(R+1)D−(1−q)F=3×44.4−0.6×100=73.2kmolh⁻¹操作线y=(L'/V')x−(W/V')x_W=(128.8/73.2)x−(55.6/73.2)×0.05=1.76x−0.038(3)从塔顶向下逐板计算：y₁=x_D=0.95，x₁=y₁/[α−(α−1)y₁]=0.95/[2.46−1.46×0.95]=0.886y₂=0.667×0.886+0.317=0.908，x₂=0.808…迭代至第10板，得x₁₀≈0.4224.（12分）某逆流吸收塔用纯水吸收氨，塔高6m，入口气相y₁=0.08，出口y₂=0.01，入口液相x₂=0，液气比L/G=1.2，平衡关系y=1.2x，K_ya=80kmolm⁻³h⁻¹，G=60kmolm²h⁻¹。求：(1)出口液相组成x₁；(2)传质单元数N_OG；(3)若塔高增至9m，新出口y₂'。解：(1)物料衡算G(y₁−y₂)=L(x₁−x₂)→60(0.08−0.01)=1.2×60x₁→x₁=0.0583(2)平衡线与操作线斜率相等，A=L/(mG)=1.2/(1.2×1)=1，为直线平衡，N_OG=(y₁−y₂)/Δy_lmΔy₁=0.08−1.2×0.0583=0.01，Δy₂=0.01−0=0.01，Δy_lm=0.01，N_OG=7(3)H_OG=G/K_ya=60/80=0.75m，原Z=6m→N_OG=8，新Z=9m→N_OG=12因A=1，y₂'=y₁−N_OG·Δy=0.08−12×0.01=0（极限）25.（12分）某单效蒸发器将5%（质量）NaOH水溶液浓缩至20%，进料温度20℃，蒸发室操作压力20kPa（绝），对应饱和温度60℃，加热蒸汽为120℃饱和蒸汽，传热系数K=1800Wm⁻²K⁻¹，传热面积50m²，溶液沸点升高8℃，忽略热损。求：(1)处理量F（kgh⁻¹）；(2)蒸汽消耗量S（kgh⁻¹）；(3)若改用双效并流，蒸汽消耗量估算。（设各效温差损失相同