2025年化工基础题库+答案

2025年化工基础题库+答案一、选择题1.流体在圆形直管中作层流流动时，其摩擦阻力损失与流速的关系为（）。A.与流速的一次方成正比B.与流速的平方成正比C.与流速的1.75次方成正比D.与流速无关2.某二元理想溶液的相对挥发度α=3，若液相中易挥发组分的摩尔分数x=0.4，则与之平衡的气相中易挥发组分的摩尔分数y为（）。A.0.4B.0.6C.0.75D.0.83.在套管换热器中，用饱和水蒸气加热空气，传热管的壁温更接近（）。A.空气的温度B.水蒸气的温度C.两者的平均温度D.无法确定4.某反应的速率方程为r=kcₐ²cᵦ，该反应的总级数为（）。A.0级B.1级C.2级D.3级5.恒压过滤时，若过滤时间加倍，其他条件不变，则过滤量变为原来的（）。A.√2倍B.2倍C.2√2倍D.4倍二、填空题1.雷诺数Re的物理意义是________与________的比值。2.对流传热中，努塞尔数Nu的表达式为________，其物理意义是________。3.吸收过程中，若溶质在液相中的溶解度很大，则吸收过程的阻力主要集中在________（气相/液相）。4.间歇反应器中进行一级不可逆反应，初始浓度为cₐ₀，反应速率常数为k，则反应时间t与转化率xₐ的关系为________。5.干燥过程中，当物料表面的水蒸气分压________（大于/等于/小于）空气的水蒸气分压时，物料开始被干燥。三、简答题1.简述离心泵启动前需灌满液体的原因，并说明气缚现象的本质。2.比较平壁热传导与圆筒壁热传导的异同点，指出圆筒壁热传导的特点。3.解释精馏操作中“最小回流比”的定义，并说明其对设备投资和操作费用的影响。4.简述气固流化床中“沟流”和“腾涌”现象的表现及危害。5.说明萃取操作中选择萃取剂的主要原则。四、计算题1.（流体流动）某水平直管输送密度为850kg/m³、粘度为0.001Pa·s的液体，管内径为50mm，流量为2.5m³/h。试计算：（1）管内流体的雷诺数，并判断流型；（2）若管长为100m，求直管阻力损失（λ按层流公式计算）。2.（传热）某平壁由两层材料组成，内层为厚度δ₁=0.1m、导热系数λ₁=0.5W/(m·K)的保温砖，外层为厚度δ₂=0.05m、导热系数λ₂=0.1W/(m·K)的水泥砂浆。已知平壁内侧温度t₁=300℃，外侧温度t₃=30℃。试求：（1）单位面积的热通量q；（2）两层材料交界面的温度t₂。3.（吸收）在逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收某混合气体中的溶质A。已知进塔气体中A的摩尔分数为0.05，出塔气体中A的摩尔分数为0.005，操作液气比为最小液气比的1.5倍，相平衡关系为y=2x（y、x均为摩尔分数）。试计算：（1）最小液气比（L/V）min；（2）出塔液体中A的摩尔分数x₁。4.（反应工程）在间歇反应器中进行一级不可逆反应A→B，初始浓度cₐ₀=2mol/L，反应速率常数k=0.2min⁻¹。试求：（1）反应30min时A的转化率；（2）若要求转化率达到90%，所需的反应时间。5.（蒸馏）某连续精馏塔分离苯-甲苯混合液，原料液中苯的摩尔分数为0.4，泡点进料，塔顶馏出液中苯的摩尔分数为0.95，塔底釜液中苯的摩尔分数为0.05，操作回流比R=2。试求：（1）精馏段操作线方程；（2）提馏段操作线方程（假设塔底采用间接蒸汽加热）。答案一、选择题1.A（层流时，阻力损失与流速的一次方成正比）2.B（y=αx/(1+(α-1)x)=3×0.4/(1+2×0.4)=1.2/1.8=0.6）3.B（水蒸气冷凝传热系数远大于空气对流传热系数，壁温接近高温侧）4.D（总级数=2+1=3）5.A（恒压过滤方程：V²+2VVₑ=Kτ，Vₑ=0时V∝√τ）二、填空题1.惯性力；粘性力2.Nu=αd/λ；对流传热系数与导热系数的相对大小（或反映对流传热的强弱）3.气相（溶解度大时，液膜阻力可忽略）4.t=(1/k)ln[1/(1-xₐ)]5.大于三、简答题1.离心泵启动前需灌满液体，否则泵内存在空气，由于空气密度小，旋转时产生的离心力不足以形成足够的真空度，无法将液体吸入泵内（气缚现象）。气缚的本质是泵内存在气体导致无法正常吸液，属于操作问题。2.相同点：均遵循傅里叶定律，热通量与温度梯度成正比。不同点：平壁热传导的传热面积为常数，温度分布为线性；圆筒壁热传导的传热面积随半径变化，温度分布为对数曲线。圆筒壁的特点是热通量沿径向变化，但热流量（传热量）为常数。3.最小回流比是指精馏操作中，若回流比减小到某一值时，精馏段与提馏段操作线的交点落在平衡线上，此时所需理论板数为无穷多，该回流比即为最小回流比。最小回流比下，设备投资（塔板数）最大，操作费用（加热蒸汽、冷却水用量）最小；随回流比增大，设备投资减少但操作费用增加，存在最优回流比。4.沟流：气体在床层中局部短路，形成气流通道，其余部分床层未被良好流化，表现为床层密度不均、温度波动。危害：降低传质效率，导致反应不完全。腾涌：当床层高度与直径比过大时，气体聚集成大气泡，气泡直径接近床径，气泡上升时将床层分成多个料层，表现为床层剧烈波动、颗粒带出严重。危害：设备振动、颗粒磨损加剧。5.萃取剂选择原则：①对溶质的溶解度大，对稀释剂的溶解度小（选择性好）；②与稀释剂的密度差大，便于分层；③粘度低、表面张力适中，利于混合与分离；④化学稳定性好，无腐蚀性，毒性小；⑤沸点适当，便于回收（萃取剂与溶质易分离）。四、计算题1.（1）流速u=V/(πd²/4)=2.5/(3600×0.785×0.05²)=0.354m/sRe=duρ/μ=0.05×0.354×850/0.001=15090（湍流，因Re>4000）（2）层流时λ=64/Re=64/15090≈0.00424（注：实际Re>4000为湍流，此处假设按层流计算）阻力损失hբ=λ(l/d)(u²/2)=0.00424×(100/0.05)×(0.354²/2)=0.00424×2000×0.0627≈5.32J/kg2.（1）总热阻R=δ₁/(λ₁A)+δ₂/(λ₂A)（单位面积时A=1）q=(t₁-t₃)/R=(300-30)/(0.1/0.5+0.05/0.1)=270/(0.2+0.5)=270/0.7≈385.7W/m²（2）t₂=t₁-qδ₁/λ₁=300-385.7×0.1/0.5=300-77.14=222.86℃3.（1）进塔气体y₁=0.05，出塔y₂=0.005，x₂=0（清水）最小液气比(L/V)min=(y₁-y₂)/(y₁/2-x₂)=(0.05-0.005)/(0.05/2-0)=0.045/0.025=1.8（2）操作液气比L/V=1.5×1.8=2.7物料衡算：L(x₁-x₂)=V(y₁-y₂)→x₁=(V/L)(y₁-y₂)+x₂=(1/2.7)(0.05-0.005)=0.045/2.7≈0.01674.（1）一级反应积分式：ln(cₐ₀/cₐ)=kt→cₐ=cₐ₀e^(-kt)=2×e^(-0.2×30)=2×e^(-6)≈2×0.00248=0.00496mol/L转化率xₐ=(cₐ₀-cₐ)/cₐ₀=(2-0.00496)/2≈0.9975（99.75%）（2）xₐ=0.9时，cₐ=cₐ₀(1-xₐ)=0.2mol/Lt=(1/k)ln(cₐ₀/cₐ)=(1/0.2)ln(2/0.2)=5×ln10≈5×2.303=11.51min5.（1）精馏段操作线方程：y=(R/(R+1))x+x_D/(R+1)=(2/3)x+0.95/3≈0.6667x+0.3167（2）泡点进料q=1，q线方程x=x_F=0.4提馏段操作线与q线交点：y=0.6667×0.4+0.3167≈0.2667+0.3167=0.5834物料衡算：F=D+W，F×0.4=D×0.95+W×0.05→D/F=(0.4-0.05)/(0.95-0.05)=0.35/0.9≈0.3889，W/F=1-0.3889=0.6111