2025年大学第二学年（化学）化工原理基础试题及答案.doc

2025年大学第二学年（化学）化工原理基础试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第 I 卷
1. 以下关于流体静力学基本方程的说法，正确的是（ ）（5分）
A. 仅适用于理想流体
B. 可用于计算流体内部压强分布
C. 与流体的流速无关
D. 只适用于静止流体

答案：BC

2. 某离心泵在一定转速下输送清水时，流量为Q，扬程为H。若输送密度为原来2倍的液体，其他条件不变，则流量和扬程分别变为（ ）（5分）
A. Q，H
B. Q/2，H/2
C. Q，H/2
D. Q/2，H

答案：A

3. 对于精馏塔，若进料热状况参数q = 1，则进料为（ ）（5分）
A. 饱和液体
B. 饱和蒸汽
C. 气液混合物
D. 过冷液体

答案：A

4. 在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，传热管的壁温接近（ ）的温度。（5分）
A. 空气
B. 饱和蒸汽
C. 空气与饱和蒸汽的平均温度
D. 无法确定

答案：B

第 II 卷
5. 简述流体流动的连续性方程及其物理意义。（10分）

流体流动的连续性方程为：ρ1u1A1 = ρ2u2A2 。其物理意义是：在稳定流动的流体系统中，单位时间内通过任意两个截面的流体质量相等。这反映了流体在流动过程中质量守恒的规律，即流体既不能在管道中无端产生，也不会无故消失，其质量在整个流动路径上保持恒定。

6. 分析影响离心泵性能的因素有哪些？（15分）

影响离心泵性能的因素主要有：
- 叶轮转速：转速提高，泵的流量、扬程和功率均增大。
- 叶轮直径：直径增大，流量、扬程增加，功率也增大。
- 流体密度：密度变化影响泵的扬程和功率，对流量影响较小。
- 流体黏度：黏度增大，泵的流量、扬程和效率均下降，功率增加。
- 泵的安装高度：安装高度过高可能导致泵发生气蚀现象，影响泵的性能和正常运行。

7. 某二元理想溶液在连续精馏塔中进行分离，进料量为100kmol/h，进料组成xF = 0.5（摩尔分数），要求塔顶产品组成xD = 0.95，塔底产品组成xW = 0.05。已知精馏段操作线方程为y = ０.75x + 0.2375。试求：
（1）精馏段的气液比L/V；
（2）提馏段的操作线方程。（共20分）

（1）精馏段操作线方程为y = Ｌ/V x + ｘD /(V/L + 1)，与y = ０.75x + 0.2375对比可得：Ｌ/V = 0.75，V/L = 4/3 。

（2）由进料热状况参数q = 1可知进料为饱和液体，q线方程为x = xF = 0.5 。联立精馏段操作线方程y = ０.75x + http://0.2375和q线方程x = 0.5，可得交点坐标为（0.5，0.6125），此即进料板上升蒸汽组成yq 。

由V = L + D，且Ｌ/V = 0.75，可得V = 4D，L = 3D 。又由物料衡算：F = D + W，FxF = DxD + WxW ，代入数据可得D = 50kmol/h，L = 150kmol/h，V = 200kmol/h 。

提馏段操作线方程为：y' = (L' / V') x' - (W / V') xW 。L' = L + qF = 150 + 1×100 = http://250kmol/h，V' = V - (1 - q)F = 200 - 0×http://100 = 200kmol/h，W = F - D = 100 - 50 = 50kmol/h 。代入可得提馏段操作线方程为y' = 1.25x' - 0.0125 。

8. 有一套管换热器，内管为φ54×2mm的钢管，流量为1500kg/h的苯在内管中从80℃冷却到http://50℃，环隙为120℃的饱和水蒸气冷凝后排出。已知苯的比热容cp = 1.8kJ/(kg·℃)，饱和水蒸气的冷凝潜热r = 2200kJ/kg，基于内管外表面的总传热系数K = 500W/(m^2·℃)。试求：
（1）苯的平均温度差；
（2）所需的传热面积。（共20分）

（1）苯进出口温度分别为80℃和50℃，蒸汽温度为120℃。逆流时：Δt1 = 120 - 80 = 40℃，Δt2 = 120 - 50 = 70℃，平均温度差Δtm = (Δt1 + Δt2) / ln(Δt2 / Δt1) = (40 + 70) / ln(70 / 40) ≈ 53.9℃ 。

（2）苯的流量m = 1500kg/h = 0.417kg/s，热负荷Q = mc pΔt = 0.417×1.8×(80 - 50)×1000 = 22518W 。由Q = KSΔtm可得传热面积S = Q / (KΔtm) = 22518 / (500×53.9) ≈ 0.83m^2 。

9. 某填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A，已知混合气流量为1000m^3/h（标准状态），溶质A的体积分数为0.05，要求溶质A的吸收率为95%。操作条件下的气液平衡关系为y = 2x，气相总传质单元高度HOG = 1.2m。试求：
（1）出塔尾气中溶质A的组成；
（2）所需的填料层高度。（共20分）

（1）进塔混合气中溶质A的摩尔分数y1 = 0.05，吸收率η = 95%，则出塔尾气中溶质A的组成y2 = y1(1 - η) = 0.05×(1 - 0.95) = 0.0025 。

（2）进塔惰性气体流量V = (1000 / 22.4)×(1 - 0.05) ≈ 42.41kmol/h 。由y1 = mx1（平衡关系），可得x1 = y1 / m = 0.05 / 2 = 0.025 。

又由物料衡算：V(y1 - y2) = L(x1 - x2)，x2 = 0，则L = V(y1 - y2) / x1 = 42.41×(0.05 - 0.0025) / 0.025 = 80.62kmol/h 。

气相总传质单元数NOG = (y1 - y2) / Δym ，Δym = (y1 - mx2) - (y2 - mx2) / ln[(y1 - mx2) / (y2 - mx2)] = (y1 - y2) / ln(y'1 / y'2)，y'1 = y1 - mx2 = ０.05，y'2 = y2 - mx2 = 0.0025 。则NOG = (0.05 - 0.0025) / [(0.05 - 0) - (0.0025 - 0)] / ln[(0.05 - 0) / (0.0025 - 0)] ≈ 6.85 。

所需填料层高度Z = HOG×NOG = 1.2×6.85 = 8.22m 。