2025年大学本科（化学工程与工艺）化工原理试题及答案.doc

2025年大学本科（化学工程与工艺）化工原理试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确选项前的字母填在题后的括号内。(总共10题，每题3分)
1. 在流体输送中，离心泵的工作点是指（ ）
A. 与泵最高效率时对应的点
B. 由泵的特性曲线所决定的点
C. 由管路特性曲线所决定的点
D. 泵的特性曲线与管路特性曲线的交点
2. 对于一定干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，其湿球温度（ ）
A. 愈高
B. 愈低
C. 不变
D. 不一定
3. 吸收操作中，吸收塔某一截面上的总推动力（以气相组成表示）为（ ）
A. 实际气-液相组成之差
B. 平衡气-液相组成之差
C. 实际气相组成与平衡气相组成之差
D. 实际液相组成与平衡液相组成之差
4. 在精馏塔中，加料板以上的塔段称为（ ）
A. 精馏段
B. 提馏段
C. 进料段
D. 混合段
5. 传热过程中，热阻主要集中在（ ）
A. 热流体一侧
B. 冷流体一侧
C. 传热壁面
D. 不确定
6. 某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成xA = 0.6，相应的泡点为t1，气相组成yA = 0.6，相应的露点为t2，则（ ）
A. t1 = t2
B. t1 < t2
C. t1 > t2
D. 无法判断
7. 离心泵的效率随流量的变化情况是（ ）
A. 流量增大，效率增大
B. 流量增大，效率先增大后减小
C. 流量增大，效率减小
D. 流量增大，效率先减小后增大
8. 在气体吸收中，若可溶气体在液相中的溶解度甚大，则此吸收过程的速率为（ ）控制。
A. 气膜
B. 液膜
C. 气液界面
D. 双膜
9. 精馏操作时，若进料的组成、流量、热状况及塔顶产品量一定，只增大回流比R，则此时（ ）
A. 精馏段操作线斜率增大
B. 提馏段操作线斜率增大
C. 精馏段操作线斜率减小
D. 提馏段操作线斜率减小
10. 套管换热器中，内管走热流体，外管走冷流体，为强化传热，下列措施中最有效的是（ ）
A. 增大内管管径
B. 增大外管管径
C. 提高冷流体流速
D. 提高热流体流速

第II卷（非选择题 共70分）
11. 填空题：（每空2分，共20分）
（1）流体在管内流动时，滞流内层的厚度随雷诺数Re的增大而______。
（2）吸收操作中，亨利系数E值愈大，表明该气体的溶解度愈______。
（3）精馏塔的回流比R增大，精馏段操作线斜率______，提馏段操作线斜率______。
（4）传热的基本方式有______、______和______。
（5）离心泵的安装高度超过允许安装高度时，会发生______现象。
12. 简答题：（每题10分，共20分）
（1）简述影响离心泵性能的因素有哪些？
（2）简述精馏塔的工作原理。
13. 计算题：（每题15分，共30分）
（1）用一连续精馏塔分离某二元混合物，进料量为100kmol/h，进料组成xF = 0.5，塔顶产品组成xD = 0.95，塔底产品组成xW = 0.05，回流比R = 2，泡点进料。求：①塔顶产品量D和塔底产品量W；②精馏段操作线方程；③提馏段操作线方程。
（2）有一套管换热器，内管为φ57×3.5mm的钢管，外管为φ114×4mm的钢管。冷水在内管流动，其进出口温度分别为15℃和35℃，热水在外管流动，其进出口温度分别为60℃和40℃。已知冷水的流量为1000kg/h，水的比热容为4.18kJ/(kg·℃)。求：①换热器的热负荷；②总传热系数K（假设传热系数K = 1500W/(m²·℃)）；③换热器的传热面积。
14. 分析题：（10分）
某厂用填料塔进行气体吸收操作，在操作过程中发现气体出口浓度增大，经检查，吸收剂用量、吸收塔结构、气体进口浓度等均无变化。试分析可能导致气体出口浓度增大的原因，并提出相应的解决措施。
15. 设计题：（10分）
欲设计一连续精馏塔分离苯 - 甲苯混合液，进料流量为100kmol/h，进料组成xF = 0.4，塔顶产品组成xD = 0.95，塔底产品组成xW = 0.05，泡点进料。试确定：①塔顶产品量D和塔底产品量W；②回流比R（取适宜回流比为最小回流比的1.2倍）；③精馏段和提馏段的理论塔板数（已知精馏段操作线方程为y = 0.75x + 0.2375，提馏段操作线方程为y = 1.25x - 0.0125）。

答案：
1. D
2. B
3. C
4. A
5. C
6. A
7. B
8. B
9. A
10. C
11. （1）减小 （2）小 （3）增大；减小 （4）热传导；热对流；热辐射 （5）气蚀
12. （1）影响离心泵性能的因素有：①液体的密度和黏度；②叶轮的转速；③泵的结构；④管路系统的阻力。（2）精馏塔的工作原理是：利用混合液中各组分挥发度的不同，使混合液在精馏塔中经过多次部分汽化和部分冷凝，从而实现各组分的分离。精馏塔分为精馏段和提馏段，精馏段的作用是使上升蒸汽中的易挥发组分得到精制，提馏段的作用是使下降液体中的难挥发组分得到提浓最终得到塔顶产品和塔底产品。
13. （1）①由物料衡算可得：F = D + W，FxF = DxD + WxW，代入数据解得D = 50kmol/h，W = 50kmol/h。②精馏段操作线方程：y = R/(R + 1)x + xD/(R + 1) = 2/3x + 0.95/3 = 0.667x + 0.317。③提馏段操作线方程：L' = L + qF = RD + F = 2×50 + 100 = 200kmol/h，V' = V = (R + 1)D = 3×50 = 150kmol/h，y = L'/V'x - WxW/V' = (200/150)x - 50×0.05/150 = 1.333x - 0.017。（2）①热负荷Q = qmccp(t2 - t1) = 1000/3600×4.18×(3５ - 15) = 23.22kW。②由Q = KSΔtm，Δtm = (Δt1 - Δt2)/ln(Δt1/Δt2) = (60 - 35 - 40 + 15)/ln((60 - 35)/(40 - 15)) = 20℃，K = 1500W/(m²·℃)，可得S = Q/(KΔtm) = 23220/(1500×20) = 0.774m²。
14. 可能导致气体出口浓度增大的原因有：①填料层堵塞，导致气液接触面积减小，传质效率降低；②吸收剂温度升高，吸收剂的吸收能力下降；③气体流量增大，传质推动力减小。解决措施：①检查填料层，清理堵塞物；②降低吸收剂温度；③适当降低气体流量，并检查气体流量增大的原因，如上游设备是否有故障等。
15. ①由物料衡算可得：F = D + W，FxF = DxD + WxW，代入数据解得D = 40kmol/h，W = 60kmol/h。②最小回流比Rmin = (xD - yq)/(yq - xq)，泡点进料时xq = xF = 0.4，由平衡关系yq = 0.4/0.4 + 1 = 0.286，可得Rmin = (0.95 - 0.286)/(0.286 - 0.4) = 5.53，适宜回流比R = 1.2Rmin = 6.64。③精馏段理论塔板数：由精馏段操作线方程y = 0.75x + 0.2375，与平衡线方程y = x/(x + 1)联立求解，可得精馏段理论塔板数为7块。提馏段理论塔板数：由提馏段操作线方程y = 1.25x - 0.0125，与平衡线方程y = x/(x + 1)联立求解，可得提馏段理论塔板数为8块。