2025年大学第三学年（化学）化工原理综合测试试题及答案.doc

2025年大学第三学年（化学）化工原理综合测试试题及答案

（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。请将正确选项填涂在答题卡相应位置。(总共6题，每题5分)
1. 以下关于流体流动的说法，正确的是（ ）
A. 层流时，流体的流速分布呈抛物线形
B. 湍流时，流体的流速分布均匀
C. 雷诺数越大，流体越容易发生层流
D. 流体在管道中流动时，管壁处的流速为零
2. 某精馏塔在操作时，若保持进料流量、组成及热状况不变，增大回流比，则塔顶产品组成（ ）
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 无法确定
3. 在吸收过程中，吸收剂的选择应遵循的原则不包括（ ）
A. 对溶质有较大的溶解度
B. 挥发性小
C. 与溶质有化学反应
D. 黏度大
4. 对于恒沸精馏，以下说法错误的是（ ）
A. 加入的恒沸剂能与原溶液形成新的恒沸物
B. 恒沸物的沸点低于原溶液中各组分的沸点
C. 恒沸剂应容易回收
D. 恒沸精馏可用于分离相对挥发度接近1的物系
5. 以下关于离心泵的性能曲线，说法正确的是（ ）
A. 扬程随流量的增大而增大
B. 功率随流量的增大而减小
C. 效率随流量的增大先增大后减小
D. 流量与扬程成正比
6. 在干燥过程中，物料的平衡水分是指（ ）
A. 物料中所含的全部水分
B. 物料中不能被干燥除去的水分
C. 物料表面的水分
D. 物料内部的水分

第II卷（非选择题，共70分）
7. 简答题：简述精馏塔的工作原理。(10分)
8. 计算题：某连续精馏塔，进料流量为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。已知回流比R = 3，泡点进料。求塔顶产品流量D、塔底产品流量W以及精馏段操作线方程。(20分)
9. 简答题：说明吸收操作中传质推动力的表示方法。(10分)
10. 分析题：阅读以下材料，回答问题。
在某化工生产中，采用填料塔进行气体吸收操作。已知气体流量为500m³/h（标准状况），气体中溶质的摩尔分数为0.05，吸收剂流量为1000kg/h，吸收剂中不含溶质。在操作条件下，气液平衡关系为y = 1.5x。若要求溶质的吸收率为90%，试分析该吸收过程是否合理，并提出改进措施。(15分)
11. 设计题：设计一个简单的干燥流程，用于干燥某热敏性物料，要求写出流程中所涉及的主要设备及作用。(15分)

答案：
1. A
2. A
3. D
4. B
5. C
6. B
7. 精馏塔是利用混合物中各组分挥发度不同，将混合液多次部分汽化和部分冷凝，使气相中轻组分浓度不断提高，液相中重组分浓度不断降低，从而实现分离的设备。精馏段中，上升蒸汽与回流液逆流接触进行传质传热，使蒸汽中轻组分浓度增加后进入塔顶冷凝器；提馏段中，下降液体与上升蒸汽逆流接触，使液体中重组分浓度增加后进入塔底再沸器。
8. 由物料衡算可得：F = D + W，F×xF = D×xD + W×xW，代入数据解得D = 50kmol/h，W = 50kmol/h。精馏段操作线方程为：y = (R/(R + 1))x + (xD/(R + 1))，将R = 3，xD =
0.95代入得：y = 0.75x + 0.2375。
9. 吸收操作中传质推动力可以用气相推动力（y - y）或液相推动力（x - x）表示。其中y为气相中溶质的实际摩尔分数，y为与液相组成x平衡的气相中溶质的摩尔分数；x为液相中溶质的实际摩尔分数，x为与气相组成y平衡的液相中溶质的摩尔分数。
10. 首先计算出吸收前溶质的摩尔流量为500×0.05/22.4 = 1.116kmol/h。吸收率为90%，则吸收的溶质摩尔流量为1.116×0.9 = 1.004kmol/h。吸收剂流量为1000/18 = 55.56kmol/h。由气液平衡关系可得，与吸收剂平衡的气相溶质摩尔分数为y = 1.5×0 = 0。实际气相溶质摩尔分数为y = 500×0.05/500 = 0.05。气相推动力为y - y = 0.05 - 0 = 0.05。该吸收过程合理。但可考虑优化填料类型以提高传质效率，或适当增加吸收剂流量进一步提高吸收率。
11. 干燥流程：首先将热敏性物料送入预热器，用热空气或其他合适的气体进行预热，提高物料温度，便于后续干燥。然后将预热后的物料送入干燥器，在干燥器中与干燥介质充分接触，使物料中的水分汽化。干燥后的物料进入冷却器，冷却至合适温度后收集。主要设备及作用：预热器用于预热物料和干燥介质；干燥器是实现物料干燥的核心设备；冷却器用于冷却干燥后的物料。