2025年大学大三（化学工程与工艺）化工原理测试题及答案.doc

2025年大学大三（化学工程与工艺）化工原理测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第 I 卷（选择题 共30分）
每题有且仅有一个正确答案，请将正确答案填写在括号内。(总共10题，每题3分，每题选出符合题意的选项，不选、多选、错选均不得分)
1. 流体在圆形直管中作层流流动时，其速度分布是（ ）的抛物线。
A. 均匀型
B. 抛物线型
C. 对数曲线型
D. 直线型
2. 离心泵的效率η和流量Q的关系为（ ）。
A. Q增大，η增大
B. Q增大，η先增大后减小
C. Q增大，η减小
D. Q增大，η先减小后增大
3. 某精馏塔的精馏段操作线方程为y = 0.75x + 0.245，则该塔的回流比R为（ ）。
A. 3
B. 4
C. 5
D. 6
4. 吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，（ ）。
A. 回收率趋向最高
B. 吸收推动力趋向最大
C. 塔高趋向无穷大
D. 操作最为经济
5. 在一套管换热器中，用冷却水冷却高温气体，冷却水走管内，气体走管间。为强化传热，下列措施中最有效的是（ ）。
A. 增大气体流速
B. 增大冷却水的流速
C. 采用导热系数大的管壁材料
D. 提高气体温度
6. 对于恒沸精馏，加入的恒沸剂（ ）。
A. 与被分离体系中某一组分形成最低恒沸物
B. 与被分离体系中某一组分形成最高恒沸物
C. 与被分离体系不形成恒沸物
D. 与被分离体系中所有组分形成恒沸物
7. 某二元混合物，进料量为100kmol/h，xF = 0.6，要求塔顶xD不小于0.9，则塔顶最大产量为（ ）。
A. 60kmol/h
B. 66.7kmol/h
C. 90kmol/h
D. 100kmol/h
8. 离心泵的扬程是指（ ）。
A. 泵的升扬高度
B. 泵所提供的能量
C. 泵的吸上高度
D. 泵的功率
9. 在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，传热管的壁温接近（ ）的温度。
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
10. 气体在固体表面上的吸附过程中，物理吸附的特点是（ ）。
A. 吸附热大
B. 吸附速率快
C. 吸附选择性强
D. 吸附不可逆

第 II 卷（非选择题 共70分）
11. 填空题：(总共5题，每题4分，将正确答案填在题中横线上)
（1）流体在管内作湍流流动时，其摩擦系数λ与______和______有关。
（2）精馏塔的进料热状况有______、______、______、______、______五种。
（3）吸收操作的依据是______，以达到分离气体混合物的目的。
（4）在列管换热器中，若两流体均无相变，且一侧恒温，另一侧变温，则平均温度差应采用______计算。
（5）离心泵的工作点是______曲线与______曲线的交点。
12. 简答题：(总共3题，每题10分，简要回答下列问题)
（1）简述影响对流传热系数的因素有哪些？
（2）说明精馏塔的全塔效率的定义及计算方法。
（3）简述气体吸收中平衡关系、操作线关系的意义。
13. 计算题：(总共2题，请写出详细计算过程，每题15分)
（1）在一连续精馏塔中分离苯 - 甲苯混合液。已知进料量为100kmol/h，进料组成xF = 0.5，馏出液组成xD = 0.95，釜液组成xW = 0.05。泡点进料，回流比R = 2.5。求：①馏出液流量D和釜液流量W；②精馏段操作线方程y = 0.714x + 0.271。
（2）某套管换热器，内管为φ25×2.5mm的钢管，流量为5000kg/h的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙中从15℃升到35℃。已知苯的比热容cp1 = 1.8kJ/(kg·℃)，水的比热容cp2 = 4.18kJ/(kg·℃)。求：①冷却水的用量；②该换热器的传热速率Q。
14. 分析题：(1题，10分)
在一填料吸收塔中，用清水吸收混合气中的有害组分A。已知混合气中A的摩尔分数为0.05，要求吸收率为95%。操作条件下的平衡关系为y = 2x，吸收剂用量为最小用量的1.5倍。试分析：
（1）若其他条件不变，仅增大吸收剂用量，吸收率将如何变化？
（2）若保持吸收率不变，而增大填料层高度，对吸收效果有何影响？
15. 设计题：(1题，10分)
现需设计一连续精馏塔，分离含苯0.4（摩尔分数）的苯 - 甲苯混合液，要求塔顶馏出液中苯的含量不低于0.97，塔釜残液中苯的含量不高于0.02。进料流量为100kmol/h，泡点进料。试确定：
（1）塔顶馏出液和塔釜残液的流量；
（2）精馏段和提馏段的操作线方程（回流比R = 3）。

答案：
1. B
2. B
3. A
4. C
5. B
6. A
7. B
8. B
9. B
10. B
11. （1）雷诺数、相对粗糙度；（2）冷液进料、泡点进料、气液混合进料、饱和蒸汽进料、过热蒸汽进料；（3）气体混合物中各组分在吸收剂中的溶解度差异；（4）对数平均温度差；（5）泵的特性、管路特性
12. （1）影响对流传热系数的因素有：流体的种类、相态变化情况、流动状态、流体的物性、传热面的形状、大小及位置等。（2）全塔效率定义为实际塔板数与理论塔板数之比。计算方法有多种，如经验关联式法等。（3）平衡关系表示气液两相达到平衡时，气相组成与液相组成之间的关系，反映了吸收过程的极限。操作线关系表示塔内任意截面上气液两相组成之间的关系，用于描述吸收过程的实际进行情况。
13. （1）①由物料衡算F = D + W，FxF = DxD + WxW，可得D = 50kmol/h，W = 50kmol/h；②精馏段操作线方程y = R/(R + 1)x + xD/(R + 1) = 2.5/(2.5 + 1)x + 0.95/(2.5 + 1) = 0.714x + 0.271。（2）①由热量衡算Q1 = Q2，即W1cp1(T1 - T2) = W2cp2(t2 - t1)，可得W2 = 6000kg/h；②Q = W1cp1(T1 - T2) = 5000×1.8×(80 - 50) = 270000kJ/h。
14. （1）增大吸收剂用量，吸收率将增大。因为吸收剂用量增加，气液接触更充分，传质推动力增大，有利于吸收，所以吸收率提高。（2）增大填料层高度，吸收效果会变好。填料层高度增加，气液传质时间增长，传质过程更充分，能使更多的有害组分A被吸收，从而提高吸收效果，使尾气中A的含量更低。
15. （1）由物料衡算F = D + W，FxF = DxD + WxW，可得D = F(xF - xW)/(xD - xW) = 40kmol/h，W = 60kmol/h；（2）精馏段操作线方程y = R/(R + 1)x + xD/(R + 1) = 3/(3 + 1)x + 0.97/(3 + 1) = 0.75x + 0.2425；提馏段操作线方程y' = L'/V'x' - WxW/V'，L' = L + qF = RD + F = 3×40 + 100 = 220kmol/h，V' = V - (1 - q)F = (R + 1)D - (1 - q)F = (3 + 1)×40 - 0 = 160kmol/h，所以y' = 220/160x' - 60×0.02/160 = 1.375x' - 0.0075。