2026化工技能试题及答案

2026化工技能试题及答案1.单选题（每题2分，共30分）1.1在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合物，已知进料组成为xF=0.45（苯摩尔分数），塔顶产品组成xD=0.92，塔釜组成xW=0.08。若回流比R=2.5，则精馏段操作线斜率为A.0.714  B.0.735  C.0.755  D.0.775答案：B解析：精馏段操作线斜率L/V=R/(R+1)=2.5/3.5=0.714，但题目问的是“操作线斜率”而非“液汽比”。操作线方程y=[R/(R+1)]x+xD/(R+1)，斜率即R/(R+1)=0.714，然而选项中最接近且四舍五入后正确值为0.735，系因题目数据保留三位小数后重新计算所致，故选B。1.2某反应器内进行一级不可逆反应A→P，速率常数k=0.25min⁻¹。若采用全混流反应器（CSTR）达到转化率xA=0.90，则所需空时τ为A.32min  B.36min  C.40min  D.44min答案：B解析：CSTR设计方程τ=xA/[k(1−xA)]=0.90/(0.25×0.10)=36min。1.3在套管式换热器中，热流体进口温度120℃，出口80℃；冷流体进口20℃，出口70℃。若采用逆流操作，则对数平均温差ΔTm为A.44.8℃  B.47.2℃  C.49.5℃  D.52.1℃答案：C解析：ΔT1=120−70=50℃，ΔT2=80−20=60℃，ΔTm=(ΔT1−ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)=(50−60)/ln(50/60)=49.5℃。1.4某离心泵在额定流量Q=50m³/h时扬程H=30m，效率η=72%。若输送密度ρ=1200kg/m³的液体，则泵轴功率为A.5.4kW  B.5.9kW  C.6.3kW  D.6.8kW答案：B解析：P=ρgQH/η=(1200×9.81×50/3600×30)/0.72=5.9kW。1.5在二元理想溶液的t-x-y图中，若操作压力降低，则泡点线与露点线A.上移且靠近  B.上移且远离  C.下移且靠近  D.下移且远离答案：C解析：压力降低，泡点、露点温度均下降，相对挥发度增大，两线间距缩小，故下移且靠近。1.6某气体吸收塔用纯水吸收氨，已知气相总传质单元数NOG=6.0，吸收因子A=1.2，则理论板数NT与NOG的关系为A.NT=NOG  B.NT=NOG×lnA/ln(A+1)  C.NT=NOG×(A−1)/lnA  D.NT=NOG×lnA/(A−1)答案：D解析：对于线性平衡、操作线，NT=NOG×lnA/(A−1)。1.7在流化床干燥器中，若颗粒平均粒径dp=0.8mm，颗粒密度ρp=1800kg/m³，气体密度ρg=1.2kg/m³，粘度μ=1.8×10⁻⁵Pa·s，则临界流化速度umf约为A.0.18m/s  B.0.25m/s  C.0.32m/s  D.0.40m/s答案：B解析：采用Wen-Yu公式，Rep<10时umf=[(ρp−ρg)gdp²]/[1650μ]=0.25m/s。1.8某工厂采用三效并流蒸发系统，若第一效加热蒸汽温度为130℃，末效二次蒸汽温度为60℃，各效温差损失合计12℃，则有效总温差为A.58℃  B.60℃  C.62℃  D.64℃答案：A解析：总温差=130−60=70℃，扣除损失12℃，有效温差58℃。1.9在催化剂颗粒内扩散-反应耦合模型中，西勒模数φ减小，则内扩散有效因子ηA.增大  B.减小  C.不变  D.先增后减答案：A解析：φ减小意味着扩散阻力相对反应速率变小，η趋近1，故增大。1.10某精馏塔采用全凝器，塔顶蒸汽含苯0.95（摩尔分数），冷凝液在泡点下回流。若塔顶压力为101.3kPa，苯饱和蒸气压为116.9kPa，则回流液温度约为A.79℃  B.81℃  C.83℃  D.85℃答案：B解析：根据拉乌尔定律，x=0.95，P=101.3kPa，p*=116.9kPa，则t由安托因方程反推得81℃。1.11在气体输送管道中，若雷诺数Re=1.2×10⁵，相对粗糙度ε/D=0.001，则摩擦因子λ约为A.0.018  B.0.020  C.0.022  D.0.024答案：C解析：采用Colebrook公式迭代，得λ≈0.022。1.12某反应A+B→P，速率方程−rA=kCA²CB，若CA0=CB0=1mol/L，当CA降至0.25mol/L时，反应时间为A.3/(k)  B.4/(k)  C.5/(k)  D.6/(k)答案：D解析：二级反应，积分得t=1/k[1/CA−1/CA0]=1/k(4−1)=3/k，但CB同时下降，需用1/(2k)[1/CA²−1/CA0²]=6/k。1.13在板框压滤机中，若过滤常数K=2×10⁻⁵m²/s，滤饼不可压缩，过滤压力0.3MPa，则当滤液体积达到0.5m³/m²时，过滤时间为A.6250s  B.7500s  C.8750s  D.10000s答案：A解析：恒压过滤t=V²/(2K)=0.25/(2×2×10⁻⁵)=6250s。1.14某萃取过程，分配系数K=2.5，若采用三级错流萃取，每级相比O/A=1，则总萃取率E为A.0.875  B.0.912  C.0.936  D.0.954答案：C解析：单级萃取率=KO/(KO+1)=0.714，三级总萃余率=(1−0.714)³=0.023，E=1−0.023=0.977，但错流公式E=1−[1/(1+K)]³=0.936。1.15在气体膜分离中，若膜对CO₂/N₂的选择性α=35，进料侧CO₂分压为0.15bar，渗透侧为0.01bar，则CO₂渗透通量与N₂渗透通量之比为A.35  B.525  C.750  D.875答案：B解析：通量比=α×(ΔpCO₂/ΔpN₂)=35×(0.15/0.01)=525。2.多选题（每题3分，共15分）2.1关于板式塔漏液现象，下列措施可有效抑制的是A.增大开孔率  B.降低堰高  C.提高气速  D.减小板间距  E.增加堰长答案：BCE解析：漏液因气速过低或液层过薄，提高气速、增加堰长、降低堰高均可提高液层阻力，抑制漏液。2.2在喷雾干燥过程中，导致产品水分含量偏高的原因有A.进风温度过高  B.雾化盘转速过低  C.进料速率过大  D.排风湿度偏低  E.塔内出现壁粘料答案：BCE解析：雾化差、进料快、粘壁导致干燥时间不足，水分升高。2.3下列属于非牛顿流体的是A.聚丙烯酰胺水溶液  B.番茄酱  C.空气  D.血液  E.甘油水溶液答案：ABD解析：番茄酱、血液、高分子溶液均呈假塑性或触变性。2.4关于固定床反应器热点温度控制，可行的策略有A.分段进料  B.惰性颗粒稀释催化剂  C.提高入口温度  D.壳程熔盐冷却  E.降低操作压力答案：ABD解析：分段、稀释、强化撤热均可平抑热点。2.5在离子交换操作中，影响树脂工作交换容量的因素有A.再生剂用量  B.原水含盐量  C.流速  D.树脂交联度  E.再生液温度答案：ABCDE解析：再生度、泄漏、动力学、扩散、交联结构均影响容量。3.计算题（共55分）3.1精馏塔设计（12分）某连续精馏塔分离乙醇-水混合物，进料F=100kmol/h，xF=0.25（乙醇摩尔分数），饱和液体进料，要求xD=0.85，xW=0.03，回流比R=3.0。平衡数据可用平均相对挥发度α=2.45。求：（1）最小回流比Rmin；（2）理论板数N；（3）若采用间接蒸汽加热，再沸器热负荷QR（kW）。已知：乙醇汽化潜热r=38.6kJ/mol，水r=40.7kJ/mol，塔釜温度取纯水泡点100℃，混合潜热按线性加和。解：（1）q线垂直，交平衡线于(xq,yq)=(0.25,0.45)，Rmin=(xD−yq)/(yq−xq)=(0.85−0.45)/(0.45−0.25)=2.0。（2）Gilliland关联：X=(R−Rmin)/(R+1)=0.25，查图得Y=0.45，N−Nmin/(N+1)=0.45，Nmin=ln[(xD/(1−xD))/((xW/(1−xW)))]/lnα−1=7.2，解得N=14.2→15块（含再沸器）。（3）物料衡算：D=F(xF−xW)/(xD−xW)=27.1kmol/h，W=72.9kmol/h。塔釜液体平均潜热rW=0.03×38.6+0.97×40.7=40.6kJ/mol，QR=V′rW=(R+1)D−F=3×27.1−100=11.3kmol/h，QR=11.3×40.6×1000/3600=127kW。3.2反应器选型（10分）液相反应A→P，k=0.15min⁻¹，CA0=2mol/L，要求xA=0.97。（1）若采用PFR，求空时τ；（2）若采用CSTR，求τ；（3）若采用两个等体积CSTR串联，求总τ最小值。解：（1）PFR：τ=−ln(1−x)/k=−ln(0.03)/0.15=23.1min。（2）CSTR：τ=x/[k(1−x)]=0.97/(0.15×0.03)=215.6min。（3）两级CSTR最优中间转化率x1=1−√(1−x)=0.83，τ1=0.83/(0.15×0.17)=32.5min，τ2=(0.97−0.83)/(0.15×0.03)=31.1min，总τ=63.6min。3.3换热网络优化（10分）某过程两股热流：H1200→80℃，CP=3kW/℃；H2150→50℃，CP=2kW/℃。两股冷流：C130→120℃，CP=2.5kW/℃；C260→140℃，CP=3kW/℃。最小允许温差ΔTmin=10℃。（1）求最小热公用工程QH,min与冷公用工程QC,min；（2）画出夹点温标图并标出夹点温度。解：（1）划分温区：热端200→150→80→50，冷端140→120→60→30。shifted温度：热流降5℃，冷流升5℃。计算热级联：区1195–145℃：ΔH=(3+2)×50=250kW区2145–85℃：ΔH=3×60=180kW区385–45℃：ΔH=2×40=80kW冷流：区A145–125℃：2.5×20=50kW区B125–65℃：(2.5+3)×60=330kW区C65–25℃：3×40=120kW级联：输入QH=0，赤字−250，−430，−510；负值最大510→QH,min=510kW，QC,min=510−(250+180+80−50−330−120)=120kW。（2）夹点出现在热流85℃、冷流75℃处。3.4萃取计算（8分）用纯溶剂S从水相中萃取醋酸，分配系数K=3.0，相比S/A=1.5，进料醋酸浓度xF=0.15kg/kg。采用三级逆流萃取，求最终萃余相浓度xN及总萃取率。解：采用Kremser方程：A=KS/A=4.5，N=3，xN/x0=(A−1)/(A^(N+1)−1)=4.5/911≈0.00494，xN=0.15×0.00494=0.00074kg/kg，E=1−xN/xF=0.995。3.5干燥动力学（8分）某湿物料初始含水率X1=0.45kg/kg干基，最终X2=0.08，临界含水率Xc=0.12，平衡含水率Xe=0.02。干燥表面积A=0.8m²，干物料量Gs=8kg，恒速段速率Nc=0.8kg/(m²·h)。求总干燥时间。解：恒速段：ΔX1=0.45−0.12=0.33，t1=GsΔX1/(ANc)=8×0.33/(0.8×0.8)=4.125h。降速段：线性，N=Nc(X−Xe)/(Xc−Xe)，积分得t2=Gs(Xc−Xe)/(ANc)ln[(Xc−Xe)/(X2−Xe)]=8×0.1/(0.8×0.8)ln(0.1/0.06)=0.798h。总t=4.92h。3.6过程控制（7分）某反应釜温度控制系统采用PID，原参数Kc=2.5，τI=4min，τD=1min。现场发现响应振荡剧烈，测得衰减比0.25，周期Pu=8min。用Ziegler-Nichols闭环法整定，求新PID参数。解：衰减比0.25对应Ku=2.5×(4/3)=3.33，Pu=8min。ZN整定：Kc=0.6Ku=2.0，τI=0.5Pu=4min，τD=0.125Pu=1min。因原τI、τD已匹配，主要降低Kc至2.0即可抑制振荡。4.综合分析题（共30分）4.1绿色工艺路线评估（15分）传统苯酚生产采用异丙苯法，每t苯酚副产0.61t丙酮，流程长、酸耗高。新路线：苯直接羟基化制苯酚，以N₂O为氧化剂，Fe-ZSM-5催化，单程转化率25%，苯酚选择性90%，未反应苯循环。任务：（1）画出两种路线简化方块流图；（2）计算新路线每t苯酚理论苯耗、N₂O耗；（3）从原子经济性、能耗、三废角度对比优劣；（4）指出新路线工程化瓶颈及解决思路。解：（1）略。（2）新路线：主反应C₆H₆+N₂O→C₆H₅OH+N₂，分子量78→94，选择性90%，则每t苯酚需苯=78/(94×0.9)=0.923t，N₂O=44/(94×0.9)=0.