化工工艺试题库及答案

化工工艺试题库及答案1.单选题（每题1分，共30题）1.1在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合物，已知进料中苯摩尔分数为0.45，塔顶产品苯摩尔分数为0.95，塔釜苯摩尔分数为0.05。若回流比R=2.5，则精馏段操作线斜率为A.0.714 B.0.556 C.0.833 D.0.625答案：A解析：精馏段操作线斜率=R/(R+1)=2.5/3.5=0.714。1.2对于一级不可逆反应A→P，在相同温度下，间歇反应器与平推流反应器达到相同转化率所需时间A.相等 B.间歇更长 C.平推流更长 D.无法比较答案：A解析：一级反应动力学方程一致，理想平推流与间歇反应器时间相同。1.3在换热器中，逆流与并流相比，当热流体进口温度、流量及冷流体进口温度、流量均相同时，逆流平均温差A.更大 B.更小 C.相等 D.取决于传热系数答案：A解析：逆流对数平均温差大于并流，故传热推动力更大。1.4某气体吸收塔用纯水逆流吸收氨，若提高操作压力，则亨利常数EA.增大 B.减小 C.不变 D.先增后减答案：B解析：亨利常数E与压力成反比，压力升高E减小，溶解度升高。1.5在二元理想溶液t-x-y图中，平衡线与对角线交点对应的温度称为A.泡点 B.露点 C.共沸点 D.临界温度答案：C解析：交点处液相组成等于气相组成，即共沸组成。1.6对于放热可逆反应，提高温度时平衡常数KA.增大 B.减小 C.不变 D.先增后减答案：B解析：放热反应ΔH<0，由范特霍夫方程dlnK/dT=ΔH/RT²<0，K随T升高而减小。1.7在离心泵特性曲线中，关死点扬程是指A.流量为零时的扬程 B.最大流量时的扬程 C.效率最高时的扬程 D.功率最大时的扬程答案：A解析：关死点即出口阀全关，流量为零，对应扬程最高。1.8对于气固流化床，当表现气速超过颗粒带出速度时，床层进入A.鼓泡区 B.湍动区 C.快速流化区 D.气力输送区答案：D解析：颗粒被气流带走，进入输送状态。1.9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.分配系数为零 D.萃取相与萃余相组成相同答案：B解析：β=1意味着溶质在两相中分配比例与稀释剂相同，无分离能力。1.10对于管壳式换热器，若管程流体为冷却水，壳程为热工艺气，夏季冷却水入口温度升高，则总传热系数UA.增大 B.减小 C.不变 D.先增后减答案：B解析：冷却水侧温度升高，黏度下降，湍动减弱，膜系数降低，U减小。1.11在反应器放大过程中，保持“相似”首先应保证A.几何相似 B.动力相似 C.热相似 D.化学相似答案：A解析：几何相似是放大的基础，后续再考虑其他相似准则。1.12对于二元精馏，若进料热状态q=0.6，则进料中液相分率为A.0.4 B.0.6 C.0.5 D.1.0答案：B解析：q定义即为进料中液相分率。1.13在气液反应器中，若反应为瞬间不可逆反应，且液相主体浓度为零，则反应区主要位于A.液膜内 B.气膜内 C.相界面 D.液相主体答案：C解析：瞬间反应在相界面完成，液相主体无反应物。1.14对于固定床催化反应器，催化剂颗粒内扩散阻力可忽略时，其有效因子ηA.>1 B.=1 C.<1 D.趋近无穷答案：B解析：无内扩散限制，η=1。1.15在干燥速率曲线中，恒速阶段结束对应的含水量称为A.平衡含水量 B.临界含水量 C.自由含水量 D.最大吸湿含水量答案：B解析：临界含水量是恒速与降速阶段分界点。1.16对于理想气体，若压缩过程为多变指数n=1.2，则该过程A.等温 B.绝热 C.介于等温与绝热之间 D.等压答案：C解析：1<n<γ，介于等温与绝热之间。1.17在萃取塔设计中，若溶剂比S/F减小，则A.理论级数减少 B.理论级数增加 C.萃取率升高 D.萃余率降低答案：B解析：溶剂比减小，分离难度加大，需更多理论级。1.18对于管式反应器，若径向扩散可忽略，则其模型为A.平推流 B.全混流 C.扩散流 D.轴向分散答案：A解析：径向完全混合、轴向无返混即理想平推流。1.19在吸收塔操作中，若液气比L/G小于最小液气比(L/G)min，则A.塔高无限高仍无法达到分离要求 B.塔高减小 C.吸收率升高 D.操作线斜率增大答案：A解析：低于最小液气比，平衡线与操作线相交，传质推动力为零，需无限高。1.20对于二元系统，若相对挥发度α=1，则A.平衡线与对角线重合 B.无法精馏分离 C.需无限理论板 D.以上都对答案：D解析：α=1意味着气液相组成相同，无法通过精馏分离。1.21在离心压缩机中，发生喘振的根本原因是A.流量过小 B.转速过高 C.气体分子量过大 D.冷却水温度高答案：A解析：流量低于喘振点，气流在叶轮内分离，压力骤降，形成周期性振荡。1.22对于气液鼓泡塔，当表观气速增加时，液相轴向返混程度A.增大 B.减小 C.不变 D.先增后减答案：A解析：气速升高，气泡搅动加剧，液相返混增强。1.23在催化剂失活动力学中，若失活级数为1，反应级数为1，则连续再生催化剂反应器所需催化剂量与新鲜催化剂相比A.增加 B.减少 C.相等 D.先减后增答案：A解析：失活导致活性下降，为维持转化率需增加催化剂循环量。1.24对于薄膜蒸发器，其蒸发强度主要受限于A.传热温差 B.液体粘度 C.真空度 D.进料量答案：B解析：高粘度液膜流动困难，传热系数下降，蒸发强度受限。1.25在共沸精馏中，加入的共沸剂应满足A.与原组分形成新共沸物 B.提高相对挥发度 C.降低塔釜温度 D.不与任一组分互溶答案：A解析：共沸剂与原组分形成最低或最高共沸物，从而打破原共沸。1.26对于气固非催化反应，缩核模型中反应界面A.由外向内移动 B.由内向外移动 C.固定不动 D.随机分布答案：A解析：反应由颗粒表面向中心推进，界面内缩。1.27在换热网络设计中，夹点温度差ΔTmin减小，则A.热回收量增加 B.换热面积减小 C.公用工程用量增加 D.网络弹性增大答案：A解析：ΔTmin减小，可回收热量增加，公用工程减少。1.28对于超临界萃取，提高压力将A.提高溶剂密度 B.降低溶剂选择性 C.降低扩散系数 D.降低溶解度答案：A解析：超临界流体密度随压力升高而显著增加，溶解能力增强。1.29在反应器停留时间分布测定中，阶跃示踪法得到的E(t)曲线为A.出口浓度对时间微分 B.出口浓度直接积分 C.入口浓度对时间微分 D.入口浓度积分答案：A解析：E(t)=dF(t)/dt，F(t)为阶跃响应，即出口浓度。1.30对于多效蒸发，若效数无限增加，则单位蒸汽消耗量A.趋近于0 B.趋近于1 C.趋近于无穷 D.不变答案：B解析：理论上无限效时，1kg蒸汽可蒸发1kg水，消耗量趋近1。2.多选题（每题2分，共10题，每题至少两个正确答案，多选少选均不得分）2.1下列措施可提高精馏塔塔顶产品纯度的是A.增大回流比 B.提高塔釜加热量 C.增加理论板数 D.降低操作压力答案：A、C、D解析：增大回流比、增加理论板数、降低压力（提高相对挥发度）均可提高分离效率；单纯提高加热量若无板数配合，反而可能降低纯度。2.2关于理想搅拌釜反应器(CSTR)特点，正确的是A.出口组成与釜内一致 B.返混无限大 C.传热面积大 D.对自催化反应有利答案：A、B、D解析：CSTR全混，出口=釜内；返混最大；自催化反应可利用高产物浓度；传热面积不一定大。2.3在干燥过程中，影响恒速干燥速率的因素有A.空气温度 B.空气湿度 C.空气流速 D.物料含水量答案：A、B、C解析：恒速阶段速率由外部条件决定，与物料内部水分无关。2.4下列属于非理想流动模型的是A.轴向分散模型 B.全混流模型 C.多釜串联模型 D.平推流模型答案：A、C解析：轴向分散与多釜串联用于描述返混，属于非理想；平推流与全混流为理想模型。2.5关于催化剂载体功能，正确的是A.提高活性组分分散度 B.提高机械强度 C.提供酸性中心 D.降低反应活化能答案：A、B、C解析：载体不直接降低活化能，而是通过分散活性组分间接影响。2.6在吸收塔设计中，提高总传质单元数NOG的措施有A.增加填料高度 B.提高操作压力 C.降低液体温度 D.减小液气比答案：A、B、C解析：增加高度直接增加NOG；提高压力、降低温度可提高溶解度，增大推动力；减小液气比降低推动力，NOG反而增加，但分离效果变差，故不选。2.7下列属于强化传热技术的是A.内插螺旋片 B.外轧螺纹管 C.增加壳程折流板间距 D.采用纳米流体答案：A、B、D解析：折流板间距增大反而降低壳程流速，传热减弱。2.8对于放热反应，温度升高可能导致A.反应速率常数增大 B.平衡转化率下降 C.副反应加剧 D.催化剂失活加快答案：A、B、C、D解析：阿伦尼乌斯关系k增大；放热反应平衡左移；高温易引发副反应并加速失活。2.9在共沸精馏中，共沸剂选择原则包括A.与原组分形成新共沸 B.共沸剂易回收 C.热稳定性好 D.价格昂贵答案：A、B、C解析：价格应低廉，D错误。2.10关于超临界流体性质，正确的是A.密度接近液体 B.粘度接近气体 C.扩散系数介于气液之间 D.表面张力为零答案：A、B、C、D解析：超临界流体兼具气体与液体特性，无气液界面，表面张力为零。3.判断题（每题1分，共10题，正确打“√”，错误打“×”）3.1对于理想气体，压缩因子Z恒等于1。答案：√解析：理想气体定义PV=nRT，Z=1。3.2在精馏塔中，进料板位置下移，塔釜产品纯度一定提高。答案：×解析：若进料板下移过多，可能导致提馏段板数不足，反而降低釜液纯度。3.3对于气液平衡，提高系统压力总会使气相中轻组分摩尔分数升高。答案：×解析：若形成最低共沸，压力升高可能使共沸组成向重组分移动，轻组分分数反而下降。3.4在管壳式换热器中，折流板主要作用是支撑管束并提高壳程传热系数。答案：√解析：折流板改变流向，增加湍动，同时防止管子振动。3.5对于一级反应，半衰期与初始浓度无关。答案：√解析：t1/2=ln2/k，与C0无关。3.6在萃取操作中，分配系数越大，所需理论级数越少。答案：√解析：分配系数大，分离容易，级数减少。3.7对于气固流化床，当颗粒直径减小时，最小流化速度增大。答案：×解析：最小流化速度随粒径减小而降低。3.8超临界萃取中，加入少量夹带剂可调节溶剂极性。答案：√解析：夹带剂如乙醇可显著改变CO₂极性，提高极性物溶解度。3.9在反应器放大中，保持相同空速即可保证相同转化率。答案：×解析：放大后流场、温度场可能变化，仅空速相同不能保证转化率一致。3.10对于薄膜蒸发器，真空度越高，蒸发温度越低，越适合热敏物料。答案：√解析：真空降低沸点，减少热分解风险。4.计算题（共5题，每题10分，共50分）4.1苯-甲苯精馏某塔分离苯-甲苯，进料F=100kmol/h，xF=0.45，塔顶xD=0.95，塔釜xW=0.05，泡点进料，R=2.5。求：(1)塔顶、塔釜产品流量D、W；(2)精馏段上升蒸汽量V；(3)提馏段下降液体量L′。答案：(1)总物料衡算：F=D+W；苯衡算：FxF=DxD+WxW100=D+W；100×0.45=0.95D+0.05W解得D=44.44kmol/h，W=55.56kmol/h(2)V=(R+1)D=3.5×44.44=155.54kmol/h(3)泡点进料q=1，L′=L+F=RD+F=2.5×44.44+100=211.1kmol/h解析：注意q值对提馏段液体量的影响。4.2一级反应器体积液相一级反应A→P，k=0.2min⁻¹，处理量Q=5m³/h，要求转化率x=0.9。求：(1)间歇反应器所需反应时间t；(2)平推流反应器体积Vp；(3)单台CSTR体积Vc；(4)若采用2台等体积CSTR串联，求单台体积V2。答案：(1)t=−ln(1−x)/k=−ln0.1/0.2=11.51min=0.192h(2)τ=Vp/Q=(−ln(1−x))/k⇒Vp=Qτ=5×0.192=0.96m³(3)Vc=Qx/(k(1−x))=5×0.9/(0.2×60×0.1)=3.75m³(4)2台CSTR：x2=1−1/(1+kτ)²⇒0.9=1−1/(1+0.2×60τ)²解得τ=0.527min，V2=Qτ/2=5×0.527/120=0.022m³解析：串联CSTR可显著减小体积。4.3换热器面积某单壳程单管程换热器，热流体：壳程，入口180°C，出口120°C；冷流体：管程，入口30°C，出口80°C。逆流操作，总传热系数U=450W/(m²·K)，热负荷Q=1.8×10⁶W。求换热面积A。答案：ΔT1=180−80=100K，ΔT2=120−30=90KΔTm=(ΔT1−ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)=10/ln(100/90)=94.9KA=Q/(UΔTm)=1.8×10⁶/(450×94.9)=42.2m²解析：注意逆流对数平均温差计算。4.4吸收塔高度用清水逆流吸收氨，入口y1=0.03，出口y2=0.001，入口x2=0，L/G=1.2，平衡y=1.2x，Kya=0.04kmol/(m³·s)。求传质单元数NOG及填料高度Z。答案：操作线：y=1.2x+0.001出口液相x1=(y1−y2)/(L/G)+x2=0.029/1.2=0.0242Δy1=y1−1.2x1=0.03−0.029=0.001Δy2=y2−1.2x2=0.001Δym=(0.001−0.001)/ln(1)=0.001（实际取算术平均0.001）NOG=(y1−y2)/Δym=0.029/0.001=29Z=NOG×(G/Kya)=29×(0.01/0.04)=7.25m（设G=0.01kmol/(m²·s)）解析：当Δy1≈Δy2时可用算术平均，否则需对数平均。4.5干燥时间某物料初始含水量X1=0.45kg/kg干料，最终X2=0.10，平衡含水量Xe=0.02，临界含水量Xc=0.15，干料量Gs=50kg，干燥面积A=2m²，恒速速率Nc=0.25kg/(m²·h)。求总干燥时间t。答案：恒速阶段：t1=Gs(X1−Xc)/(ANc)=50×0.30/(2×0.25)=30h降速阶段：t2=Gs(Xc−Xe)/Nc×ln((Xc−Xe)/(X2−Xe))=50×0.13/0.25×ln(0.13/0.08)=50×0.52×0.485=12.6h总t=30+12.6=42.6h解析：降速阶段速率与自由含水量成正比，积分得对数关系。5.简答题（共4题，每题10分，共40分）5.1阐述精馏塔进料热状态q值对操作线及塔负荷的影响。答案：q值定义为每摩尔进料使提馏段液体流量增加的量。q<0过热蒸汽，q=0饱和蒸汽，0<q<1气液混合，q=1泡点液体，q>1过冷液体。q增大，提馏段液体流量L′=L+qF增加，提馏段操作线斜率L′/V′增大，更接近平衡线，需更多板数；同时再沸器负荷增加，冷凝器负荷减少。反之q减小，提馏段负荷降低，但精馏段负荷升高。最优q值需综合能耗与板数权衡。5.2比较平推流反应器(PFR)与全混流反应器(CSTR)在二级反应中的性能差异。答案：对二级反应(−rA)=kCA²