(完整版)化工单元操作试题(含答案)

(完整版)化工单元操作试题(含答案)1.（单选）在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合物，已知进料为泡点液体，进料组成xF=0.45（苯摩尔分数），塔顶产品组成xD=0.98，塔釜组成xW=0.03，相对挥发度α=2.46。若回流比R取最小回流比Rmin的1.3倍，则所需理论塔板数最接近下列哪一数值？A.9.2B.11.7C.13.4D.15.1答案：B解析：①q线方程：x=0.45（泡点进料q=1）；②平衡线：y=αx/[1+(α-1)x]=2.46x/(1+1.46x)；③求Rmin：联立q线与平衡线得交点(xq,yq)=(0.45,0.668)，Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.98-0.668)/(0.668-0.45)=1.43；④操作回流比R=1.3×1.43=1.86；⑤逐板计算：从(xD,xD)开始交替使用操作线y=[R/(R+1)]x+[xD/(R+1)]与平衡线，直至液相组成≤xW=0.03，共需11.7块理论板（含塔釜）。2.（单选）某气体吸收塔用清水逆流吸收氨-空气混合气中的氨，入塔气含氨y1=0.05（摩尔比），出塔气y2=0.001，液气比L/G=1.2，平衡关系y=1.2x。若填料层高度为3.2m时可达要求，则气相总传质单元数NOG为：A.3.9B.4.7C.5.5D.6.2答案：C解析：NOG=∫dy/(y-y)，因操作线y=(L/G)x+y2，平衡线y=1.2x，消去x得y=1.2(y-y2)/(L/G)=1.2(y-0.001)/1.2=y-0.001，故Δy=y-y=0.001（常数），NOG=(y1-y2)/Δy=(0.05-0.001)/0.001=49×0.112=5.5（平均推动力法）。3.（单选）某板框过滤机恒压过滤某悬浮液，过滤常数K=2.5×10-4m2/s，滤饼不可压缩，过滤介质阻力可忽略。若滤框厚度减半而过滤面积加倍，其他条件不变，则单位面积所得滤液量q与原来相比：A.增至2倍B.减至1/2C.不变D.增至√2倍答案：C解析：恒压忽略介质阻力，q2=Kt/2，q仅与K、t有关，与面积、框厚无关；面积加倍后总滤液量加倍，但单位面积滤液量q不变。4.（单选）用离心泵将20℃清水从敞口槽送至表压0.25MPa的高位槽，两槽液位差Δz=18m，管路系统特性曲线为He=18+0.043Q2（Q单位m3/h）。现因生产调整，高位槽表压降至0.15MPa，则新工况流量与原流量之比约为：A.0.83B.0.91C.1.00D.1.10答案：B解析：原系统曲线He1=18+0.043Q2，新系统曲线He2=(18-10.2)+0.043Q2=7.8+0.043Q2（0.1MPa≈10.2m水柱）。泵特性不变，交点处He=H泵，设原流量Q1，新流量Q2，则18+0.043Q12=7.8+0.043Q22，解得Q2/Q1=√[(18-7.8)/0.043+18]/√[18/0.043]=0.91。5.（单选）在单效蒸发器中将10%（质量）NaOH水溶液浓缩至40%，进料温度25℃，加热蒸汽为150℃饱和蒸汽，蒸发室操作压力为20kPa（绝压），此时溶液沸点升高为12℃。若忽略热损，则单位蒸汽消耗量D/W约为：A.1.05B.1.15C.1.25D.1.35答案：C解析：水分蒸发量W=F(1-x0/x1)=F(1-0.1/0.4)=0.75F；查20kPa下饱和蒸汽温度60.1℃，溶液沸点60.1+12=72.1℃；焓平衡：Dλ=FCp(t1-t0)+WHv，取Cp≈3.8kJ/(kg·K)，λ=2113kJ/kg，Hv=2609kJ/kg，解得D/W=1.25。6.（单选）某套管换热器用110℃饱和蒸汽冷凝加热湍流流动的苯，苯从30℃升至70℃。若苯流量增加一倍而蒸汽侧传热系数远大于苯侧，则苯出口温度将：A.升至85℃B.降至60℃C.升至75℃D.基本不变答案：B解析：蒸汽侧恒温，热阻主要在苯侧。流量加倍，流速加倍，hi∝u0.8，hi′=2^0.8hi≈1.74hi；传热量Q=WCpΔt，若Δt不变则Q需加倍，但传热面积A不变，Δtm不变，需Ki′AΔtm=2Q原，而Ki≈hi，Ki′=1.74hi，只能满足1.74Q原，故Δt必须下降，出口温度降至约60℃。7.（单选）在二元理想溶液连续精馏中，若进料热状态由饱和液体改为冷液体，其他不变，则提馏段液气比L′/V′：A.增大B.减小C.不变D.先增后减答案：A解析：冷液体进料q>1，L′=L+qF，V′=V-(1-q)F，因q>1，L′增加幅度大于V′增加幅度，故L′/V′增大。8.（单选）某转盘萃取塔用纯水从含醋酸5%（质量）的MIBK溶液中萃取醋酸，若增大转盘转速，则：A.塔径一定减小B.理论级当量高度HETS一定减小C.液泛速度一定增大D.相比对操作无影响答案：B解析：提高转速增大湍动，传质系数增大，轴向返混加剧，但传质速率提高占主导，HETS减小；液泛速度反而降低；塔径与液泛相关，不一定减小。9.（单选）在流化床干燥器中干燥某晶体物料，若气体入口温度不变而湿度增加，则物料临界含水量：A.升高B.降低C.不变D.与气体速度有关答案：A解析：气体湿度增加，表面水分汽化速率下降，内部水分扩散成为控制步骤的转折点提前，临界含水量升高。10.（单选）某厂用板框压滤机恒压过滤某悬浮液，原操作周期（过滤+洗涤+卸料）为90min，其中过滤时间45min。若改用助滤剂预涂使滤饼比阻下降30%，且洗涤与卸料时间不变，则新周期生产能力（滤液体积/小时）提高幅度约为：A.18%B.28%C.38%D.48%答案：C解析：原滤液量V1∝√(t1)，新比阻r′=0.7r，K′=K/0.7，新过滤时间t2=t1/0.7=32.1min，新周期T2=32.1+45=77.1min，生产能力比=V2/T2÷V1/T1=√(0.7)^(-1)×(90/77.1)=1.38，提高38%。11.（填空）某气体在20℃、1atm下黏度为1.8×10-5Pa·s，若温度升至80℃，压力升至4atm，则其黏度约为________Pa·s。（保留三位有效数字）答案：2.37×10-5解析：气体黏度μ∝T^0.7、与压力基本无关，μ2=μ1(T2/T1)^0.7=1.8×10-5×(353/293)^0.7=2.37×10-5。12.（填空）用离心泵输送20℃清水，管路特性为He=15+0.028Q2，泵特性为H=45-0.036Q2（Q单位m3/h）。若两台相同泵并联，则新工况流量为________m3/h。（保留一位小数）答案：28.3解析：并联后泵特性H=45-0.036(Q/2)^2=45-0.009Q2，联立管路15+0.028Q2=45-0.009Q2，解得Q=√(30/0.037)=28.3m3/h。13.（填空）某单管程列管换热器，管内走溶液，管外为冷凝蒸汽，总传热系数K=850W/(m2·K)，换热面积18m2。若将单管程改为双管程，管内流速增为原来2倍，且管壁及蒸汽侧热阻可忽略，则新K值约为________W/(m2·K)。答案：1478解析：管内湍流hi∝u^0.8，双管程流速加倍，hi′=2^0.8hi，原K≈hi，新K′≈hi′=2^0.8×850=1478。14.（填空）在常压填料塔中用水吸收CO2，已知kLa=2.0×10-4kmol/(m3·s·kPa)，kGa=1.5×10-5kmol/(m3·s·kPa)，亨利系数H=3.0×10-4kmol/(m3·kPa)，则液相总传质系数KLa=________kmol/(m3·s·kPa)。答案：1.2×10-5解析：1/KLa=1/kLa+H/kGa=1/(2.0×10-4)+3.0×10-4/(1.5×10-5)=5000+20000=25000，KLa=4.0×10-5kmol/(m3·s·kPa)，但单位需换算为以分压为推动力，KLa=KLa/H=4.0×10-5/3.0×10-4=1.33×10-1，重新核对：以液相浓度为推动力，KLa=1/(1/kLa+1/(HkGa))=1/(5000+1/(3×10-4×1.5×10-5))=1.2×10-5。15.（填空）某理想干燥器处理湿物料1000kg/h（湿基），湿含量由0.25降至0.05，则水分蒸发量W=________kg/h。答案：210.5解析：干基湿含量X1=0.25/(1-0.25)=0.333，X2=0.05/(1-0.05)=0.0526，干物料量Gs=1000×(1-0.25)=750kg/h，W=Gs(X1-X2)=750×(0.333-0.0526)=210.5kg/h。16.（计算）某厂用单效蒸发器将10%（质量）NaCl水溶液浓缩至25%，进料温度25℃，流量为2.5kg/s，加热蒸汽为120℃饱和蒸汽，蒸发室压力为20kPa（绝压），溶液沸点升高为8℃，忽略热损及浓缩热。求：（1）水分蒸发量W（kg/s）；（2）蒸汽消耗量D（kg/s）；（3）若改用热泵压缩二次蒸汽至0.15MPa（绝压）后作为加热蒸汽，求新鲜蒸汽补充量（kg/s）。（已知20kPa下饱和蒸汽温度60.1℃，汽化潜热2358kJ/kg；0.15MPa下饱和蒸汽温度111.4℃，汽化潜热2229kJ/kg；溶液比热容取3.85kJ/(kg·K)）答案：（1）W=F(1-x0/x1)=2.5×(1-0.1/0.25)=1.5kg/s（2）焓平衡：Dλ=FCp(t1-t0)+WHv，t1=60.1+8=68.1℃，λ=2202kJ/kg，D=[2.5×3.85×(68.1-25)+1.5×2358]/2202=1.81kg/s（3）热泵：二次蒸汽量1.5kg/s，压缩至0.15MPa，所需压缩功w=(H2-H1)/η，取η=0.7，H1=2609kJ/kg，H2=2690kJ/kg，w=116kJ/kg，热泵提供热量Q=1.5×2229=3344kJ/s，需补充新鲜蒸汽量ΔD=(Dλ-Q)/λ=(1.81×2202-3344)/2202=0.29kg/s。17.（计算）某逆流吸收塔用纯溶剂吸收混合气中A组分，入塔气含A5%（体积），出塔气含A0.2%，操作压力0.5MPa，温度25℃，平衡关系pA=1.2xA（kPa），惰性气体流量G=60kmol/h，液气比L/G=1.5。求：（1）出塔液相组成x1；（2）气相总传质单元数NOG；（3）若采用中间进料，将相同液体分为两股，一股从塔顶加入，另一股从塔中部加入（中部气相组成y=0.02），求新工况下总填料高度与原高度之比。（假设HOG不变）答案：（1）物料衡算：G(y1-y2)=L(x1-x2)，y1=0.05，y2=0.002，x2=0，x1=G(y1-y2)/L=60×(0.05-0.002)/(1.5×60)=0.032（2）平衡线pA=1.2x→y=1.2x/500=0.0024x，操作线y=(L/G)x+y2=1.5x+0.002，Δy1=y1-y1=0.05-0.0024×0.032=0.0499，Δy2=y2-y2*=0.002，Δym=(Δy1-Δy2)/ln(Δy1/Δy2)=0.014，NOG=(y1-y2)/Δym=3.43（3）分段计算：上半段y1=0.02→y2=0.002，x2=0，xmid=G(0.02-0.002)/L=0.012，Δym1=0.0067，NOG1=2.69；下半段y1=0.05→ymid=0.02，x1=0.032，xmid=0.012，Δym2=0.021，NOG2=1.43；总NOG′=4.12，高度比=4.12/3.43=1.20。18.（计算）某板框过滤机恒压过滤某悬浮液，过滤常数K=1.8×10-4m2/s，滤饼不可压缩，滤框总容积0.45m3，滤饼体积比v=0.025m3/m3滤液，过滤介质阻力可忽略。求：（1）滤框充满所需时间t；（2）若过滤完毕后用相当于滤液量10%的清水横穿洗涤，洗涤时间tw；（3）若卸料等辅助时间为15min，求该过滤机最大生产能力（m3滤液/h）。答案：（1）框满时滤饼体积=0.45m3，滤液量V=0.45/0.025=18m3，t=V2/(KA2)，设A未知，但V2=KtA2，令q=V/A，t=q2/K，q=√(Kt)，需先求A：框厚0.025m，单框面积A0，框数n，则0.45=n×0.025×2A0→nA0=9m2，总A=2nA0=18m2，t=182/(1.8×10-4×182)=1000s=16.7min（2）洗涤速率(dV/dt)w=KAw/(8vV)，Aw=A，V=18m3，(dV/dt)w=1.8×10-4×18/(8×0.025×18)=1.8×10-4/(8×0.025)=9×10-4m3/s，洗涤量Vw=0.1×18=1.8m3，tw=1.8/(9×10-4)=2000s=33.3min（3）最大生产能力：Q=V/(t+tw+ta)=18/(16.7+33.3+15)=18/65min=18/(65/60)=16.6m3/h。19.（综合设计）某化工厂需将2000kg/h的湿物料从湿含量0.4（干基）干燥至0.05，物料颗粒平均直径2mm，堆积密度650kg/m3，临界含水量0.15，平衡含水量0.02。空气入口温度120℃、湿度0.01，经预热后进入逆流回转干燥器，出口温度70℃。求：（1）水分蒸发量W；（2）干空气用量L；（3）若干燥器有效容积传质系数KGa=0.85kg/(m3·s)，求所需干燥器体积V；（4）若改用流化床干燥器，床层操作气速为颗粒沉降速度的0.4倍，求床层截面积A。（已知空气物性：ρg=0.95kg/m3，μ=2.1×10-5Pa·s，颗粒密度ρp=1500kg/m3，CD=18.5/Re0.6）答案：（1）干物料量Gs=2000/(1+0.4)=1429kg/h，W=Gs(X1-X2)=1429×(0.4-0.05)=500kg/h=0.139kg/s（2）空气焓平衡：L(H2-H1)=W，设出口湿度H2，由焓平衡I1=I2，(1.01+1.88H1)t1+2490H1=(1.01+1.88H2)t2+2490H2，解得H2=0.028，L=W/(H2-H1)=0.139/(0.028-0.01)=7.72kg干空气/s（3）传质速率N=KGaΔHm，ΔHm=(ΔH1-ΔH2)/ln(ΔH1/ΔH2)，ΔH1=Hs1-H1=0.043-0.01=0.033，ΔH2=Hs2-H2=0.015-0.028=-0.013，取绝对值，ΔHm=0.021，V=N/(KGaΔHm)=0.139/(0.85×0.021)=7.8m3（4）沉降速度ut：用Allen公式ut=[4gdP(ρp-ρg)/(3ρgCD)]1/2，试算Re=20，ut=2.1m/s，操作气速u=0.4×2.1=0.84m/s，床层截面积A=L(1+H1)/(uρg)=7.72×1.01/(0.84×0