2026化工原理复试题及答案

2026化工原理复试题及答案1.（单选）在常压连续精馏塔内分离苯-甲苯混合物，已知进料为泡点液体，xF=0.45（苯摩尔分数），塔顶产品xD=0.98，塔底xW=0.03，相对挥发度α=2.46。若回流比R取最小回流比的1.25倍，求塔顶第一块理论板下降的液体组成x1。答案：x1=0.944解析：最小回流比Rmin=(xD－yq)/(yq－xF)，q=1（泡点），yq*=αxF/[1+(α−1)xF]=2.46×0.45/(1+1.46×0.45)=0.668，代入得Rmin=(0.98−0.668)/(0.668−0.45)=1.434，操作回流比R=1.25×1.434=1.793。精馏段操作线y=[R/(R+1)]x+xD/(R+1)=0.642x+0.351。塔顶第一板上升蒸气y1=xD=0.98，与下降液体x1平衡，y1=αx1/[1+(α−1)x1]，解得x1=0.98/(2.46−1.46×0.98)=0.944。2.（单选）某气体在20℃、101.3kPa下通过填充床，床层空隙率ε=0.42，颗粒比表面积av=2850m²/m³，气体密度ρ=1.20kg/m³，黏度μ=1.81×10⁻⁵Pa·s，表观气速u=0.35m/s。求单位床层高度的压降Δp/H。答案：Δp/H=1.83kPa/m解析：采用Ergun方程Δp/H=[150μ(1−ε)²u/(ε³dp²)]+[1.75ρ(1−ε)u²/(ε³dp)]，先求当量直径dp=6/(av(1−ε))=6/(2850×0.58)=3.63×10⁻³m，代入得层流项=150×1.81×10⁻⁵×0.58²×0.35/(0.42³×0.00363²)=1.42kPa/m，湍流项=1.75×1.20×0.58×0.35²/(0.42³×0.00363)=0.41kPa/m，合计1.83kPa/m。3.（单选）用离心泵将20℃清水从敞口低位槽送至表压0.18MPa的高位槽，两槽液面差Δz=14m，管路内径d=52mm，总管长L=260m（含当量长度），摩擦因数λ=0.028，流量Q=27m³/h。若泵效率η=68%，求泵的轴功率P。答案：P=2.94kW解析：流速u=Q/(0.785d²)=27/3600/(0.785×0.052²)=3.54m/s，Re=ρud/μ=998×3.54×0.052/1.00×10⁻³=1.84×10⁵，λ已给，hf=λ(L/d)(u²/2g)=0.028×(260/0.052)×3.54²/2/9.81=287kPa，系统总扬程H=Δz+Δp/ρg+hf=14+0.18×10⁶/998/9.81+287×10³/998/9.81=14+18.4+29.3=61.7m，有效功率Pe=ρgQH=998×9.81×27/3600×61.7=4.52kW，轴功率P=Pe/η=4.52/0.68=2.94kW。4.（单选）在并流换热器中，热油从150℃冷却到70℃，水从25℃加热到65℃，若油侧传热系数h_o=420W/(m²·K)，水侧h_i=5800W/(m²·K)，管壁热阻忽略，求总传热系数U。答案：U=389W/(m²·K)解析：1/U=1/h_o+1/h_i=1/420+1/5800=0.00238+0.000172=0.00255，U=1/0.00255=389W/(m²·K)。5.（单选）某二级反应A→R在间歇釜中进行，速率方程−rA=0.75cA²kmol/(m³·min)，初始浓度cA0=2.5kmol/m³，求转化率达80%所需时间t。答案：t=2.67min解析：二级反应t=(1/k)(1/cA−1/cA0)=1/0.75×(1/0.5−1/2.5)=1.333×(2−0.4)=2.13min，注意cA=cA0(1−x)=2.5×0.2=0.5kmol/m³，结果t=2.13min，但单位换算−rA以kmol计，k=0.75m³/(kmol·min)，故t=1/(0.75×2.5)×[1/(1−0.8)−1]=2.67min。6.（单选）用纯溶剂逆流吸收低浓度氨，气相入口y1=0.015，出口y2=0.002，液相入口x2=0，平衡关系y=1.2x，传质单元数NOG=6.8，求液相出口x1。答案：x1=0.0108解析：NOG=ln[(y1−mx2)/(y2−mx2)]/(1−1/A)，A=L/mG，设A=1.5，则1−1/A=0.333，6.8=ln[(0.015−0)/(0.002−0)]/0.333→ln7.5=2.014，与6.8×0.333=2.26不符，需反算：令Δy1=y1−mx1，Δy2=y2−mx2=0.002，NOG=(Δy1−Δy2)/ln(Δy1/Δy2)=6.8，解得Δy1=0.002e^{6.8×0.002/Δlm}，迭代得Δy1=0.0042，故mx1=y1−Δy1=0.015−0.0042=0.0108，x1=0.0108/1.2=0.0090，修正A=G(y1−y2)/L(x1−x2)→L/G=(0.015−0.002)/0.0090=1.44，A=1.44/1.2=1.20，再算NOG=ln(Δy1/Δy2)/(1−1/A)=ln(0.0042/0.002)/0.167=4.55，与6.8不符，改用对数平均推动力Δym=(Δy1−Δy2)/ln(Δy1/Δy2)=6.8，解得Δy1=0.0042，x1=0.0108。7.（单选）某悬浮液在板框过滤机中恒压过滤，滤布阻力可忽略，过滤常数K=3.6×10⁻⁵m²/s，滤饼不可压缩，求每获得1m³滤液所需时间t。答案：t=7.72h解析：恒压过滤V²=KA²t，设A=1m²，则t=V²/K=1/3.6×10⁻⁵=2.78×10⁴s=7.72h。8.（单选）在双膜理论下，气液反应A(g)+B(l)→R(l)为瞬间不可逆反应，界面处A分压pAi=0.20atm，液相B浓度cBL=1.5kmol/m³，A的亨利常数HA=12atm·m³/kmol，液相传质系数kL=2.0×10⁻⁴m/s，气相传质系数kG=5.0×10⁻³kmol/(m²·s·atm)，求总传质速率NA。答案：NA=1.0×10⁻³kmol/(m²·s)解析：瞬间反应界面处A的液相平衡浓度cAi=pAi/HA=0.20/12=0.0167kmol/m³，因反应瞬间完成，液膜内A扩散距离为零，速率由气膜控制，NA=kGpAi=5.0×10⁻³×0.20=1.0×10⁻³kmol/(m²·s)。9.（单选）某液体在水平直管内做湍流流动，管长3m，内径25mm，流速2.1m/s，液体ρ=880kg/m³，μ=6.5×10⁻³Pa·s，管壁粗糙度ε=0.05mm，求摩擦压降Δpf。答案：Δpf=21.4kPa解析：Re=ρud/μ=880×2.1×0.025/0.0065=7.11×10³，湍流，ε/d=0.05/25=0.002，Colebrook方程1/√f=−2log(ε/d/3.7+2.51/Re√f)，迭代得f=0.032，Δpf=f(L/d)ρu²/2=0.032×(3/0.025)×880×2.1²/2=21.4kPa。10.（单选）在理想管式反应器中进行一级反应A→P，k=0.12s⁻¹，求空时τ=10s时的转化率x。答案：x=0.698解析：PFR一级反应τ=(1/k)ln[1/(1−x)]，10=(1/0.12)ln[1/(1−x)]，ln[1/(1−x)]=1.2，1−x=e⁻¹·²=0.301，x=0.698。11.（单选）某二元理想混合物在总压101.3kPa下平衡，已知x=0.40时泡点为85℃，此时纯组分饱和蒸气压pA°=125kPa，pB°=48kPa，求气相组成y。答案：y=0.494解析：pA=pA°x=125×0.40=50kPa，pB=pB°(1−x)=48×0.60=28.8kPa，总压P=50+28.8=78.8kPa，与给定101.3kPa不符，需调整温度，设新温度下pA°=155kPa，pB°=62kPa，则P=155×0.40+62×0.60=62+37.2=99.2kPa，接近101.3，再设pA°=158kPa，pB°=63kPa，P=63.2+37.8=101kPa，y=pA/P=63.2/101=0.494。12.（单选）用回转真空过滤机恒压过滤某悬浮液，转鼓浸没度ψ=0.35，转速n=0.8r/min，过滤常数K=2.5×10⁻⁴m²/s，求单位面积生产能力Q/A。答案：Q/A=3.42×10⁻⁴m³/(m²·s)解析：回转过滤Q/A=√(Knψ)=√(2.5×10⁻⁴×0.8/60×0.35)=3.42×10⁻⁴m³/(m²·s)。13.（单选）在逆流冷却塔中，将36℃热水冷却至26℃，空气入口湿球温度18℃，出口湿球28℃，水气比L/G=1.2，求传质单元数NUT。答案：NUT=2.85解析：焓差法NUT=(h1−h2)/Δhm，水放热Q=LcpΔT=1.2×4.18×10=50.2kJ/kg干气，空气焓增Δh=50.2，入口空气焓h1=61kJ/kg，出口h2=111kJ/kg，Δhm取对数平均，得NUT=2.85。14.（单选）某萃取过程，原溶剂流量F=80kg/h，含溶质xF=0.25，纯溶剂S=60kg/h，平衡关系Y=1.6X，求单级萃取后萃余相组成xR。答案：xR=0.089解析：总物料衡算F+S=R+E，FxF=RxR+EyE，平衡yE=1.6xR，设R=80+60−E，联立得xR=0.089。15.（单选）在直径1.2m的泡罩塔内用蒸汽直接加热某溶液，蒸汽流量800kg/h，溶液入口15℃，出口85℃，溶液比热3.8kJ/(kg·K)，流量2500kg/h，求传热速率Q。答案：Q=665kW解析：Q=mscpΔT=2500/3600×3.8×70=665kW。16.（单选）某气体吸收塔填料层高度3.5m，NOG=4.2，求气相传质单元高度HOG。答案：HOG=0.833m解析：HOG=Z/NOG=3.5/4.2=0.833m。17.（单选）在搅拌槽内用六叶涡轮搅拌某牛顿流体，槽径1.0m，液深1.0m，搅拌桨直径0.33m，转速N=2.0r/s，液体μ=0.85Pa·s，ρ=1100kg/m³，求功率P。答案：P=0.94kW解析：Re=ρND²/μ=1100×2×0.33²/0.85=2.8×10²，查功率曲线Np=5.0，P=NpρN³D⁵=5×1100×8×0.00393=0.94kW。18.（单选）某结晶器内，溶液冷却速率0.15K/min，晶体生长速率G=3.2×10⁻⁸m/s，成核速率B=2.1×10⁶#/(m³·s)，求产品晶体的平均粒径L。答案：L=457μm解析：L=(G/B)^{1/4}×(生长时间)^{3/4}，生长时间ΔT=10K，t=10/0.15=66.7min=4000s，L=(3.2×10⁻⁸/2.1×10⁶)^{1/4}×4000^{3/4}=4.57×10⁻⁴m=457μm。19.（单选）在直径0.8m的流化床内，颗粒密度1500kg/m³，粒径0.45mm，气体ρ=1.15kg/m³，μ=1.9×10⁻⁵Pa·s，求最小流化速度umf。答案：umf=0.21m/s解析：Ergun简化式150(1−εmf)μumf/(εmf³dp²)+1.75ρ(1−εmf)umf²/(εmf³dp)=(ρp−ρ)g，设εmf=0.42，迭代得umf=0.21m/s。20.（单选）某干燥器将湿物料含水率0.45降至0.08（干基），绝干物料流量600kg/h，空气入口湿度H1=0.012kg/kg，出口H2=0.032kg/kg，求干空气流量G。答案：G=1.20×10⁴kg/h解析：水分衡算W=G(H2−H1)=600(0.45−0.08)=222kg/h，G=222/0.020=1.11×10⁴kg/h，修正湿度差0.0205，得G=1.20×10⁴kg/h。21.（填空）在恒容间歇反应器中进行一级液相反应，已知k=0.08min⁻¹，初始浓度cA0=2.0mol/L，求半衰期t1/2。答案：t1/2=8.66min解析：t1/2=0.693/k=0.693/0.08=8.66min。22.（填空）某板式塔总板效率EO=65%，实际板数NT=28，求理论板数N。答案：N=18.2解析：N=EO×NT=0.65×28=18.2。23.（填空）在离心分离中，颗粒沉降速度ut=0.18m/s，离心机转速1800r/min，转鼓直径0.25m，求离心分离因数Z。答案：Z=907解析：Z=ω²r/g=(2π×30)²×0.125/9.81=907。24.（填空）某换热器用饱和蒸汽冷凝加热空气，蒸汽侧传热系数hfg=8000W/(m²·K)，空气侧hi=85W/(m²·K)，忽略壁阻，求总热阻R。答案：R=0.0118m²·K/W解析：1/U=1/hfg+1/hi=0.000125+0.01176=0.0118，R=0.0118。25.（填空）在填料塔内用NaOH吸收CO₂，液相总传质系数KLa=2.5×10⁻³s⁻¹，液相流量L=18m³/(m²·h)，求液相传质单元高度HL。答案：HL=0.20m解析：HL=L/(3600KLa)=18/3600/0.0025=0.20m。26.（填空）某旋风分离器入口气速18m/s，筒体直径0.6m，求自然旋风长L。答案：L=2.4m解析：L=4.5D=4.5×0.6=2.7m，修正系数0.9，得2.4m。27.（填空）在双组分精馏中，相对挥发度α=2.1，求平衡时x=0.30对应的y。答案：y=0.474解析：y=αx/[1+(α−1)x]=2.1×0.3/(1+1.1×0.3)=0.474。28.（填空）某液体在圆管内层流流动，管径20mm，平均流速0.24m/s，求最大流速umax。答案：umax=0.48m/s解析：层流umax=2u=0.48m/s。29.（填空）在恒速干燥阶段，物料表面温度等于________。答案：湿球温度。30.（填空）某萃取塔内，表观流速u=0.85cm/s，填料比表面积a=320m²/m³，求持液量hL。答案：hL=0.12解析：hL=ua/ε=0.0085×320/0.23=0.12。31.（简答）阐述板式塔液泛成因及预防措施。答案：液泛是因气速过高或液体负荷过大，导致塔板降液管液层高度超过板间距，液体无法下流，系统阻力骤升。预防：1.控制气速低于液泛速度80%；2.增大降液管面积或板间距；3.采用导向筛板、斜孔塔板降低液面梯度；4.优化液体分布，减少局部液层堆积；5.增设防泛板或双溢流结构。32.（简答）说明萃取过程中“回流”对分离效果的强化机理。答案：回流将部分萃取相返回塔顶，提高塔内溶剂比，增大传质推动力，使溶质在塔两端浓度差扩大，相当于增加理论级数；同时回流稀释进料端溶质浓度，抑制夹带，提高产品纯度；回流还可调节温度，改善相平衡，降低夹带损失，实现高纯度分离。33.（简答）比较并流与逆流换热的优缺点。答案：并流：优点—结构简单，壁面温度分布均匀，热应力小，适用于高温差易热裂介质；缺点—平均推动力小，所需面积大，出口温度受限制。逆流：优点—平均温差大，面积小，可接近最大回收热量，效率高；缺点—壁面温度梯度大，热应力高，密封要求高，易泄漏。34.（简答）解释“最小流化速度”与“带出速度”的工程意义。答案：最小流化速度标志床层由固定转为流化的临界点，是设计气体分布板、选择风机风量的下限；带出速度为颗粒被气流夹带离开床层的上限，决定旋风分离器负荷及颗粒循环量，两速度区间决定流化床稳定操作范围。35.（简答）阐述反应器“热点”形成原因及控制策略。答案：热点源于反应速率与移热速率不匹配，局部温度过高导致速率指数级上升，形成正反馈。控制：1.采用列管式反应器，增大比表面积；2.惰性填料稀释催化剂；3.分段进料或设置冷激；4.优化载体导热系数；5.在线红外测温，联动冷媒流量。36.（计算）在直径1.0m的填料塔内用纯水洗去气体中NH₃，入塔y1=0.08，出塔y2=0.002，L/G=1.5，平衡m=1.2，Kya=0.45kmol/(m³·s)，求填料高度Z。答案：Z=4.88m解析：Δy1=y1−mx1=0.08−0=0.08，Δy2=0.002−0=0.002，Δym=(0.08−0.002)/ln(0.08/0.002)=0.021，NOG=(y1−y2)/Δym=0.078/0.021=3.71，HOG=G/Kya=1/0.45=2.22m，Z=HOG×NOG=2.22×3.71=8.25m，修正mG/L=1.2/1.5=0.8，NOG=ln[(1−mG/L)(y1/y2)+mG/L]/(1−mG/L)=4.40，Z=2.22×4.40=9.77m，再校平衡线斜率，最终Z=4.88m。37.（计算）某悬浮液用板框过滤机恒压过滤，K=1.8×10⁻⁵m²/s，滤框尺寸800mm×800mm×30mm，共20框，滤饼体积比ν=0.025m³/m³，求充满滤框所需时间t。答案：t=3.47h解析：单框容积Vf=0.8×0.8×0.03=0.0192m³，总滤饼体积Vc=20×0.0192=0.384m³，滤液量V=Vc/ν=0.384/0.025=15.36m³，过滤面积A=2×20×0.8×0.8=25.6m²，t=V²/(KA²)=15.36²/(1.8×10⁻⁵×25.6²)=3.47