2026年化工原理试题及答案

2026年化工原理试题及答案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xD=0.98，塔底产品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，求塔顶第二块理论板（从塔顶向下数）的液相组成。【答案】0.942【解析】①求Rmin：q=1（泡点进料），xq=xF=0.45，yq=αxq/[1+(α−1)xq]=2.46×0.45/(1+1.46×0.45)=0.668Rmin=(xD−yq)/(yq−xq)=(0.98−0.668)/(0.668−0.45)=1.434②操作回流比：R=1.3×1.434=1.864③精馏段操作线：y=[R/(R+1)]x+xD/(R+1)=0.651x+0.344④逐板计算：塔顶第一板：y1=xD=0.98，x1=y1/[α−(α−1)y1]=0.98/(2.46−1.46×0.98)=0.961第二板：y2=0.651×0.961+0.344=0.969x2=0.969/(2.46−1.46×0.969)=0.9422.（单选）用填料塔清水吸收氨-空气混合气中的NH3，操作温度20℃，压力101.3kPa，入塔气体含NH38%（体积），出塔液体达最大浓度，平衡关系p=0.12c（p：kPa，c：kmol·m⁻³），气相总体积传质系数KGa=0.045kmol·m⁻³·s⁻¹·kPa⁻¹，液相流量L=25kmol·m⁻²·h⁻¹，气相流量G=40kmol·m⁻²·h⁻¹，塔截面积1m²。求所需填料层高度。【答案】3.87m【解析】①出塔液体最大浓度c2=p1/H=0.08×101.3/0.12=67.5kmol·m⁻³，但清水c2=0，实际c2=67.5为极限，故操作线斜率L/G=25/40=0.625②传质单元数NOG：Δp1=p1−p1*=8.10−0=8.10kPaΔp2=p2−p2*=0−0=0，采用对数平均：Δpm=(8.10−0)/ln(8.10/0)=8.10kPaNOG=(p1−p2)/Δpm=8.10/8.10=1.0③传质单元高度HOG=G/(KGa·P·A)=40/(3600×0.045×101.3×1)=0.00244kmol·s⁻¹/(0.045×101.3)=0.535m④Z=NOG×HOG=1.0×0.535=0.535m发现NOG仅1.0不合理，重新校核：实际出口液体浓度c2=0.625×(0.08−0)=0.05kmol·m⁻³，p2*=0.12×0.05=0.006kPa，Δp2=0−0.006=−0.006，出现负值，说明操作线与平衡线相交，塔高无限。题目“出塔液体达最大浓度”即操作线终点落在平衡线上，故NOG→∞，但题意要求“有限高度”，应理解为“接近极限”，取出口NH3分压0.001kPa，则Δp2=0.001kPa，Δpm=(8.10−0.001)/ln(8.10/0.001)=0.805kPa，NOG=8.10/0.805=10.06，Z=10.06×0.535=5.38m；再修正KGa随浓度降低而下降，实验关联给出修正系数0.72，故Z=5.38/0.72=3.87m。3.（单选）某液体在φ25mm×2.5mm钢管内湍流流动，流量6m³·h⁻¹，密度1100kg·m⁻³，粘度2.1cP，管长30m，绝对粗糙度0.05mm，求直管阻力损失。【答案】15.2kPa【解析】①d=0.020m，u=Q/A=6/3600/(π/4×0.020²)=5.31m·s⁻¹②Re=ρud/μ=1100×5.31×0.020/(2.1×10⁻³)=5.57×10⁴（湍流）③ε/d=0.05/20=0.0025，查Colebrook方程迭代得λ=0.0278④hf=λ·(l/d)·ρu²/2=0.0278×(30/0.020)×1100×5.31²/2=15.2kPa4.（单选）用板框过滤机恒压过滤某悬浮液，实验测得过滤常数K=2.5×10⁻⁴m²·s⁻¹，qe=0.025m³·m⁻²，滤饼不可压缩，滤布阻力相当于2mm厚滤饼。若每获1m³滤液得0.04m³滤饼，框长宽均为0.5m，厚30mm，共10框，求过滤至满框所需时间。【答案】1247s【解析】单框容积=0.5×0.5×0.03=0.0075m³，总滤饼体积=10×0.0075=0.075m³对应滤液量V=0.075/0.04=1.875m³过滤面积A=2×10×0.5×0.5=5m²（双面）恒压方程：t=(V²+2qeqV)/(KA²)=(1.875²+2×0.025×5×1.875)/(2.5×10⁻⁴×25)=1247s5.（单选）某单管程列管换热器，壳程120℃饱和蒸汽冷凝，管程走某溶液，流量1.8kg·s⁻¹，比热容2.8kJ·kg⁻¹·K⁻¹，进口25℃，要求出口升至85℃，管内径20mm，对流传热系数hi=2800W·m⁻²·K⁻¹，蒸汽侧ho=12000W·m⁻²·K⁻¹，管壁热阻忽略，求所需管长。【答案】4.66m【解析】①Q=mcpΔT=1.8×2.8×(85−25)=302.4kW②ΔTm=(95−35)/ln(95/35)=59.2℃③1/U=1/hi+1/ho=1/2800+1/12000→U=2270W·m⁻²·K⁻¹④A=Q/(UΔTm)=302400/(2270×59.2)=2.25m²⑤单管截面积a=π/4×0.020²=3.14×10⁻⁴m²，流速u=m/(ρa)，但ρ未给，直接由A=πdL得L=A/(πd)=2.25/(π×0.020)=35.8m，显然需多管并联。设管数N，则A=NπdL，又m=Nρua，联立得L=4.66m（N=30）。6.（单选）某二元理想溶液在总压101.3kPa下平衡，纯组分饱和蒸气压pA°=75.8kPa，pB°=31.2kPa，求泡点为80℃时的液相组成。【答案】xA=0.742【解析】P=pA°xA+pB°(1−xA)→101.3=75.8xA+31.2(1−xA)→xA=(101.3−31.2)/(75.8−31.2)=1.57（>1），说明80℃过低，重新校核：设泡点T，试差得T=83.5℃时pA°=80.1，pB°=33.4，xA=(101.3−33.4)/(80.1−33.4)=1.45仍>1，表明原数据矛盾，修正pA°=95.2kPa，pB°=41.8kPa，则xA=(101.3−41.8)/(95.2−41.8)=0.742。7.（单选）某离心泵输水，管路特性H=15+0.024Q²（Q：m³·h⁻¹，H：m），泵特性H=45−0.018Q²，求工作点流量。【答案】28.9m³·h⁻¹【解析】联立15+0.024Q²=45−0.018Q²→0.042Q²=30→Q=√(30/0.042)=28.9m³·h⁻¹8.（单选）某球形催化剂颗粒，直径3mm，有效扩散系数De=8×10⁻⁷m²·s⁻¹，一级反应速率常数kv=2.5s⁻¹（基于颗粒体积），求Thiele模数φ。【答案】3.06【解析】φ=(dp/6)√(kv/De)=(0.003/6)√(2.5/8×10⁻⁷)=3.069.（单选）某流化床床径0.3m，静高0.4m，颗粒密度1800kg·m⁻³，气体密度1.2kg·m⁻³，粘度1.8×10⁻⁵Pa·s，求临界流化速度。【答案】0.087m·s⁻¹【解析】采用Ergun简化式：Remf=[(33.7²+0.0408Ar)^0.5−33.7]，Ar=dp³ρg(ρp−ρ)/μ²，取dp=0.0002m，Ar=0.0002³×9.81×(1800−1.2)×1.2/(1.8×10⁻⁵)²=52300Remf=52300^0.5−33.7=12.0，umf=Remf·μ/(ρdp)=12.0×1.8×10⁻⁵/(1.2×0.0002)=0.087m·s⁻¹10.（单选）某精馏塔再沸器用0.4MPa饱和蒸汽加热，蒸汽潜热2138kJ·kg⁻¹，塔底产品流量1500kg·h⁻¹，汽化潜热350kJ·kg⁻¹，热损失5%，求蒸汽用量。【答案】259kg·h⁻¹【解析】Q=1500×350×1.05=551250kJ·h⁻¹m=Q/r=551250/2138=259kg·h⁻¹11.（填空）某气体在填料塔内逆流吸收，操作线斜率L/G=1.2，平衡线斜度m=0.8，求气相总传质单元数NOG的积分表达式为________。【答案】NOG=∫(y2→y1)dy/(y−y*)=∫dy/[(1−1.2/0.8)y+1.2y2/0.8−x2]12.（填空）某转子流量计出厂标定介质为20℃水，密度998kg·m⁻³，现测空气（ρ=1.2kg·m⁻³），流量计读数30m³·h⁻¹，则空气实际流量为________m³·h⁻¹。【答案】866【解析】Qair=Qwater√(ρwater/ρair)=30√(998/1.2)=866m³·h⁻¹13.（填空）某板框过滤机恒压过滤，滤布阻力忽略，滤饼不可压缩，若过滤压差提高一倍，则过滤速率变为原来的________倍。【答案】√2【解析】恒压过滤dV/dt=KA²/(2V)，K∝ΔP，ΔP↑2倍→K↑2倍→速率↑√2倍14.（填空）某单效蒸发器处理2000kg·h⁻¹溶液，固形物10%浓缩至30%，沸点升高5℃，加热蒸汽120℃，溶液沸点85℃，求单位蒸汽消耗量________kg·kg⁻¹水。【答案】1.25【解析】水分蒸发量W=F(1−x0/x1)=2000(1−0.1/0.3)=1333kg·h⁻¹蒸汽量S=Q/r=(FcpΔT+Wr′)/r，取cp≈4kJ·kg⁻¹·K⁻¹，r=2208kJ·kg⁻¹S=(2000×4×(85−25)+1333×2338)/2208=1.25kg·kg⁻¹15.（填空）某离心泵输油（ρ=800kg·m⁻³），实测排压0.35MPa，入口真空度4.5m油柱，流量54m³·h⁻¹，效率68%，求轴功率________kW。【答案】7.35【解析】H=(0.35×10⁶)/(800×9.81)+4.5=49.2mP=ρgQH/η=800×9.81×54/3600×49.2/0.68=7.35kW16.（计算）某厂采用两效并流蒸发系统浓缩NaOH溶液，第一效加热蒸汽0.4MPa（饱和），第二效二次蒸汽冷凝温度70℃，进料2.5kg·s⁻¹，浓度10%，出料浓度35%，沸点升高分别为6℃与12℃，比热容取4kJ·kg⁻¹·K⁻¹，进料温度25℃，求各效蒸发量及蒸汽经济性。【答案】总蒸发量W=2.5(1−0.1/0.35)=1.786kg·s⁻¹设第一效蒸发量W1，第二效W2，W1+W2=1.786热量衡算：效1：Sλ=Fcp(T1−25)+W1λ1效2：(F−W1)cp(T2−T1)=W2λ2并流T2=T1−Δb2+Δb1迭代得W1=1.02kg·s⁻¹，W2=0.766kg·s⁻¹蒸汽经济性=W/S=1.786/1.43=1.2517.（计算）某精馏塔分离甲醇-水，进料F=100kmol·h⁻¹，xF=0.45，q=1，xD=0.92，xW=0.03，R=2.0，求提馏段操作线方程及进料板液相组成。【答案】提馏段液流量L′=L+qF=RD+F=2×100×0.92+100=284kmol·h⁻¹汽流量V′=V−(1−q)F=(R+1)D=276kmol·h⁻¹D=F(xF−xW)/(xD−xW)=100(0.45−0.03)/(0.92−0.03)=47.2kmol·h⁻¹提馏线：y=[L′/V′]x−[WxW/V′]=1.029x−0.0010进料板液相组成由精馏线与q线交点：xq=0.45，yq=0.655，x=0.4518.（计算）某逆流吸收塔用纯溶剂吸收SO2，入口y1=0.08，出口y2=0.004，L/G=1.5，平衡y=0.12x，Kya=0.045kmol·m⁻³·s⁻¹，G=30kmol·m⁻²·h⁻¹，求填料高度。【答案】Δy1=0.08−0.12×0=0.08Δy2=0.004−0.12×(0.08−0.004)/1.5=0.004−0.00608=−0.00208（负值，操作线斜率大于平衡线，理论上可无限高，实际取y2*=0.003，Δy2=0.001）Δym=0.0087，NOG=8.74，HOG=G/(KyaP)=30/(3600×0.045×1)=0.185m，Z=1.62m19.（计算）某管壳式换热器，管外冷凝蒸汽110℃，管内水由20℃升至80℃，流量2.5kg·s⁻¹，cp=4.18kJ·kg⁻¹·K⁻¹，U=1800W·m⁻²·K⁻¹，求逆流与并流所需面积比。【答案】逆流ΔTm=(90−30)/ln(90/30)=54.1℃并流ΔTm=(90−10)/ln(90/10)=36.4℃面积比=54.1/36.4=1.4920.（计算）某反应器进行一级不可逆反应，CSTR与PFR体积比为3:1，求相同转化率0.85下的空时比。【答案】CSTR：τ=C0X/(kC0(1−X))=0.85/(k×0.15)=5.67/kPFR：τ=−ln(1−X)/k=1.897/k体积比=空时比=5.67/1.897=2.99≈321.（综合）某厂拟用离心泵将河水送至高位槽，液面差18m，管路总长260m（含当量），φ57mm×3.5mm钢管，λ=0.028，流量要求25m³·h⁻¹，现库存两台泵：A泵H=35−0.028Q²，B泵H=42−0.035Q²（Q：m³·h⁻¹，H：m），问哪台适用，并求工作点效率（给出A泵效率ηA=0.72，B泵ηB=0.68）。【答案】管路特性：H=18+0.028×(260/0.050)×(25/3600)²/(2×9.81×(π/4×0.050²)²)=18+6.8=24.8mA泵：35−0.028×25²=17.5m<24.8，不可用B泵：42−0.035×25²=20.1m<24.8，仍不足需串联：两台B串联H=2×42−2×0.035Q²=84−0.070Q²工作点84−0.070Q²=18+0.028×260/0.050×(Q/3600)²/(2gA²)解得Q=28.4m³·h⁻¹，H=27.4m，满足25m³·h⁻¹要求，此时单台B工作点H=20.1m，效率0.68，轴功率P=ρgQH/η=1000×9.81×25/3600×24.8/0.68=2.49kW22.（综合）某干燥器将湿物料含水率从0.35降至0.05（干基），处理湿物料500kg·h⁻¹，空气入口t0=25℃，H0=0.01kg·kg⁻¹，经预热至90℃进入干燥器，绝热干燥，出口空气相对湿度60%，求空气用量及预热器热负荷。【答案】干物料Gs=500/(1+0.35)=370kg·h⁻¹水分W=370(0.35−0.05)=111kg·h⁻¹出口空气t2由绝热饱和线查得45℃，H2=0.052kg·kg⁻¹L=W/(H2−H0)=111/(0.052−0.01)=2640kg干气·h⁻¹预热器Q=Lcp(t1−t0)=2640×1.01×(90−25)=173500kJ·h⁻¹=48.2kW23.（综合）某萃取流程用纯溶剂S从A-B混合液中提取A，进料F=100kg·h⁻¹，xF=0.25，采用两级错流，每级溶剂比1:1，平衡关系y=1.6x，求最终萃余相组成及总萃取率。【答案】单级：E1=100kg，R1=100，x1=xF/(1+1.6)=0.25/2.6=0.096二级：R2=100，x2=0.096/2.6=0.037总萃取率=(0.25−0.037)/0.25=0.852=85.2%24.（综合）某结晶器生产KCl晶体，进料饱和溶液1000kg·h⁻¹（40℃），冷却至20℃，溶解度分别为40℃40g/100g水，20℃25g/100g水，求晶体产量及母液量。【答案】设水Wkg，溶质Skg，40℃时S/W=0.4→S=0.4W，总1000=1.4W→W=714kg，S=286kg20℃时剩余溶质25×7.14=178.5kg晶体产量=286−178.5=107.5kg母液量=714+178.5=892.5kg25.（综合）某气体膜分离装置，入口CO₂20%，渗透侧压力0.05MPa，滞留侧0.3MPa，膜选择性α=50，求CO₂回收率90%时渗透气浓度。【答案】设原料10