2025年化工單元過(guò)程及操作考試題（附參考答案）一、選擇題（每題2分，共30分）1.流體在圓形管道中流動(dòng)，當(dāng)Re（）時(shí)，流體流動(dòng)為層流。A.<2000B.2000-4000C.>4000D.無(wú)法確定2.離心泵的揚(yáng)程是指（）。A.泵的升揚(yáng)高度B.泵提供給單位重量流體的能量C.泵出口處的壓力D.泵進(jìn)口處的壓力3.在列管式換熱器中，用飽和蒸汽加熱空氣，下面兩項(xiàng)判斷正確的是（）。甲：傳熱管的壁溫將接近加熱蒸汽溫度；乙：換熱器總傳熱系數(shù)K將接近空氣側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)。A.甲、乙均正確B.甲、乙均錯(cuò)誤C.甲正確，乙錯(cuò)誤D.甲錯(cuò)誤，乙正確4.精餾塔中由塔頂向下的第n-1、n、n+1層塔板，其氣相組成關(guān)系為（）。A.yn-1>yn>yn+1B.yn-1<yn<yn+1C.yn-1=yn=yn+1D.無(wú)法確定5.吸收過(guò)程中，當(dāng)氣液兩相達(dá)到平衡時(shí)，吸收速率（）。A.大于零B.等于零C.小于零D.無(wú)法確定6.對(duì)于恒壓過(guò)濾，過(guò)濾速率與過(guò)濾面積的（）成正比。A.一次方B.二次方C.三次方D.四次方7.某二元混合物，進(jìn)料量為100kmol/h，xF=0.6，要求塔頂xD=0.9，則塔頂最大產(chǎn)量為（）。A.60kmol/hB.66.7kmol/hC.90kmol/hD.不能確定8.萃取操作中，選擇性系數(shù)β與精餾操作中的（）相當(dāng)。A.揮發(fā)度B.相對(duì)揮發(fā)度C.精餾系數(shù)D.分配系數(shù)9.空氣的干球溫度為t，濕球溫度為tw，露點(diǎn)為td，當(dāng)空氣的相對(duì)濕度φ=90%時(shí)，則（）。A.t>tw>tdB.t<tw<tdC.t=tw=tdD.無(wú)法確定10.在蒸發(fā)操作中，二次蒸汽的冷凝通常采用（）。A.自然冷凝B.間壁式冷凝C.直接冷凝D.以上都可以11.對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普朗特?cái)?shù)Pr反映了（）的影響。A.流體物性B.流動(dòng)狀態(tài)C.傳熱面形狀D.溫度差12.流化床干燥器中，流化速度應(yīng)（）臨界流化速度。A.小于B.等于C.大于D.無(wú)法確定13.在板式塔中，下列各項(xiàng)不屬于塔板上非理想流動(dòng)的是（）。A.液沫夾帶B.氣泡夾帶C.氣體的不均勻分布D.液體的不均勻分布14.下列關(guān)于過(guò)濾介質(zhì)的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是（）。A.過(guò)濾介質(zhì)應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度B.過(guò)濾介質(zhì)應(yīng)具有較高的孔隙率C.過(guò)濾介質(zhì)應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性D.過(guò)濾介質(zhì)的孔徑越大越好15.對(duì)于吸收操作，增大吸收劑用量，下列說(shuō)法正確的是（）。A.吸收推動(dòng)力減小B.吸收速率減小C.吸收率增大D.操作費(fèi)用降低二、填空題（每題2分，共20分）1.流體在管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，其平均流速是最大流速的______倍。2.離心泵的工作點(diǎn)是______曲線與______曲線的交點(diǎn)。3.傳熱的基本方式有______、______和______。4.精餾塔的塔頂產(chǎn)品是______，塔底產(chǎn)品是______。5.吸收過(guò)程的傳質(zhì)速率方程中，總吸收系數(shù)與分吸收系數(shù)的關(guān)系為_(kāi)_____。6.過(guò)濾操作中，過(guò)濾阻力主要由______和______組成。7.萃取操作中，選擇萃取劑的主要原則有______、______和______。8.空氣的濕度是指______，相對(duì)濕度是指______。9.蒸發(fā)操作中，為了提高加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性，通常采用______和______措施。10.流化床干燥器中，物料的停留時(shí)間分布較______，干燥效果較______。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述離心泵的工作原理和主要性能參數(shù)。2.說(shuō)明精餾塔中理論板的概念，并簡(jiǎn)述精餾塔的操作原理。3.分析影響吸收速率的主要因素，并說(shuō)明提高吸收速率的主要途徑。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某離心泵在轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，流量為30m3/h，揚(yáng)程為20m?，F(xiàn)欲將流量提高到40m3/h，試求在效率不變的情況下，泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)提高到多少？2.在一連續(xù)精餾塔中分離某二元混合物，已知進(jìn)料量為100kmol/h，進(jìn)料組成xF=0.5（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），餾出液組成xD=0.9，釜液組成xW=0.1。試求：（1）餾出液流量D和釜液流量W；（2）精餾段的液氣比L/V。參考答案一、選擇題1.答案：A解析：當(dāng)Re<2000時(shí)，流體流動(dòng)為層流；2000-4000為過(guò)渡流；Re>4000為湍流。2.答案：B解析：離心泵的揚(yáng)程是指泵提供給單位重量流體的能量，而不是升揚(yáng)高度、出口壓力或進(jìn)口壓力。3.答案：A解析：由于蒸汽冷凝傳熱系數(shù)很大，傳熱管的壁溫將接近加熱蒸汽溫度；空氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)較小，總傳熱系數(shù)K將接近空氣側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)。4.答案：A解析：在精餾塔中，由塔頂向下，氣相中易揮發(fā)組分含量逐漸降低，所以yn-1>yn>yn+1。5.答案：B解析：氣液兩相達(dá)到平衡時(shí)，傳質(zhì)推動(dòng)力為零，吸收速率等于零。6.答案：A解析：對(duì)于恒壓過(guò)濾，過(guò)濾速率與過(guò)濾面積的一次方成正比。7.答案：B解析：根據(jù)物料衡算，D=F×xF/xD=100×0.6/0.9≈66.7kmol/h。8.答案：B解析：萃取操作中的選擇性系數(shù)β與精餾操作中的相對(duì)揮發(fā)度相當(dāng)，反映了分離的難易程度。9.答案：A解析：在一定狀態(tài)下，干球溫度t>濕球溫度tw>露點(diǎn)td，當(dāng)相對(duì)濕度φ=100%時(shí)，t=tw=td。10.答案：C解析：在蒸發(fā)操作中，二次蒸汽的冷凝通常采用直接冷凝，可簡(jiǎn)化設(shè)備和降低成本。11.答案：A解析：普朗特?cái)?shù)Pr反映了流體物性對(duì)傳熱的影響。12.答案：C解析：流化床干燥器中，流化速度應(yīng)大于臨界流化速度，才能使物料處于流化狀態(tài)。13.答案：B解析：塔板上的非理想流動(dòng)包括液沫夾帶、氣體和液體的不均勻分布，氣泡夾帶不屬于非理想流動(dòng)。14.答案：D解析：過(guò)濾介質(zhì)的孔徑應(yīng)適中，過(guò)大不能起到過(guò)濾作用，過(guò)小會(huì)增加過(guò)濾阻力。15.答案：C解析：增大吸收劑用量，吸收推動(dòng)力增大，吸收速率增大，吸收率增大，但操作費(fèi)用增加。二、填空題1.答案：0.5解析：流體在管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，平均流速是最大流速的0.5倍。2.答案：離心泵特性；管路特性解析：離心泵的工作點(diǎn)是離心泵特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)。3.答案：熱傳導(dǎo)；熱對(duì)流；熱輻射解析：傳熱的基本方式有熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。4.答案：易揮發(fā)組分；難揮發(fā)組分解析：精餾塔的塔頂產(chǎn)品是易揮發(fā)組分，塔底產(chǎn)品是難揮發(fā)組分。5.答案：1/K=1/kG+m/kL（氣膜控制）或1/K=1/kL+1/mkG（液膜控制）解析：吸收過(guò)程的傳質(zhì)速率方程中，總吸收系數(shù)與分吸收系數(shù)的關(guān)系根據(jù)氣膜控制或液膜控制有所不同。6.答案：過(guò)濾介質(zhì)阻力；濾餅阻力解析：過(guò)濾操作中，過(guò)濾阻力主要由過(guò)濾介質(zhì)阻力和濾餅阻力組成。7.答案：選擇性好；與原溶劑互溶性?。灰子诨厥战馕觯狠腿〔僮髦?，選擇萃取劑的主要原則有選擇性好、與原溶劑互溶性小、易于回收。8.答案：?jiǎn)挝毁|(zhì)量干空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量；空氣中水蒸汽分壓與同溫度下水的飽和蒸汽壓之比解析：空氣的濕度是指單位質(zhì)量干空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量，相對(duì)濕度是指空氣中水蒸汽分壓與同溫度下水的飽和蒸汽壓之比。9.答案：多效蒸發(fā)；蒸汽再壓縮解析：蒸發(fā)操作中，為了提高加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性，通常采用多效蒸發(fā)和蒸汽再壓縮措施。10.答案：寬；好解析：流化床干燥器中，物料的停留時(shí)間分布較寬，干燥效果較好。三、簡(jiǎn)答題1.離心泵的工作原理和主要性能參數(shù)-工作原理：離心泵在啟動(dòng)前需先向泵殼內(nèi)充滿被輸送的液體。當(dāng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體在葉片的推動(dòng)下，隨葉輪一起作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在離心力的作用下，液體從葉輪中心被甩向葉輪外緣，以很高的速度流入泵殼，液體流到蝸形通道后，由于流道截面積逐漸擴(kuò)大，大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，于是液體以較高的壓力從排出口進(jìn)入排出管路，輸送到所需的場(chǎng)所。當(dāng)液體從葉輪中心被甩向葉輪外緣時(shí)，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)地吸入泵內(nèi)。-主要性能參數(shù)-流量：指離心泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送到管路系統(tǒng)的液體體積，常用Q表示，單位為m3/h或m3/s。-揚(yáng)程：指離心泵對(duì)單位重量（1N）液體所提供的有效能量，常用H表示，單位為m。-功率：包括有效功率和軸功率。有效功率是指離心泵在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)液體所做的功，用Pe表示；軸功率是指電動(dòng)機(jī)輸入離心泵軸的功率，用P表示，單位均為W或kW。-效率：反映了離心泵中能量損失的程度，用η表示，它是有效功率與軸功率之比，即η=Pe/P。-轉(zhuǎn)速：指離心泵葉輪每分鐘的旋轉(zhuǎn)速度，用n表示，單位為r/min。2.理論板的概念和精餾塔的操作原理-理論板的概念：理論板是指在精餾塔中，氣液兩相在該板上進(jìn)行充分的接觸傳質(zhì)，離開(kāi)該板的氣液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)的塔板。也就是說(shuō)，不論進(jìn)入該板的氣液兩相組成如何，離開(kāi)該板的氣液兩相組成滿足平衡關(guān)系。理論板是一種理想情況，實(shí)際塔板的分離效果達(dá)不到理論板的水平。-精餾塔的操作原理：精餾是利用混合物中各組分揮發(fā)度的差異，通過(guò)多次部分汽化和部分冷凝，使混合物得到分離的過(guò)程。在精餾塔中，原料液從塔的中部某一塊塔板（進(jìn)料板）加入，塔上部為精餾段，下部為提餾段。上升蒸汽在精餾段中與下降液體進(jìn)行多次接觸傳質(zhì)，易揮發(fā)組分不斷從液相轉(zhuǎn)移到氣相中，使上升蒸汽中易揮發(fā)組分的含量逐漸增加，最后在塔頂?shù)玫揭讚]發(fā)組分含量較高的餾出液；下降液體在提餾段中與上升蒸汽進(jìn)行多次接觸傳質(zhì)，難揮發(fā)組分不斷從氣相轉(zhuǎn)移到液相中，使下降液體中難揮發(fā)組分的含量逐漸增加，最后在塔底得到難揮發(fā)組分含量較高的釜液。通過(guò)精餾塔的這種操作，實(shí)現(xiàn)了混合物的分離。3.影響吸收速率的主要因素和提高吸收速率的主要途徑-影響吸收速率的主要因素-物系性質(zhì)：吸收質(zhì)在吸收劑中的溶解度越大，吸收速率越快；吸收質(zhì)與吸收劑之間的化學(xué)反應(yīng)速率也會(huì)影響吸收速率，有化學(xué)反應(yīng)時(shí)吸收速率通常會(huì)加快。-操作條件：溫度降低，氣體在液體中的溶解度增大，吸收速率增大；壓力升高，氣體在液體中的溶解度增大，吸收速率增大；氣液兩相的流速增大，氣液兩相的湍動(dòng)程度增加，傳質(zhì)系數(shù)增大，吸收速率增大。-設(shè)備結(jié)構(gòu)：塔設(shè)備的類型、塔板或填料的性能等會(huì)影響氣液兩相的接觸面積和接觸時(shí)間，從而影響吸收速率。例如，填料塔中填料的比表面積越大，氣液接觸面積越大，吸收速率越快。-提高吸收速率的主要途徑-增大傳質(zhì)推動(dòng)力：可以通過(guò)降低吸收劑中吸收質(zhì)的含量、提高氣相中吸收質(zhì)的分壓來(lái)增大傳質(zhì)推動(dòng)力。例如，采用逆流吸收操作，使氣液兩相的組成差最大，從而增大傳質(zhì)推動(dòng)力。-增大傳質(zhì)系數(shù)：可以通過(guò)提高氣液兩相的流速、改善設(shè)備結(jié)構(gòu)等方式來(lái)增大傳質(zhì)系數(shù)。例如，在填料塔中選用高效的填料，增加氣液兩相的湍動(dòng)程度，提高傳質(zhì)系數(shù)。-增大傳質(zhì)面積：可以通過(guò)增加填料的比表面積、增加塔板數(shù)等方式來(lái)增大傳質(zhì)面積。例如，選擇比表面積大的填料，使氣液兩相在更大的面積上進(jìn)行接觸傳質(zhì)。四、計(jì)算題1.離心泵轉(zhuǎn)速的計(jì)算根據(jù)離心泵的比例定律，在效率不變的情況下，流量與轉(zhuǎn)速成正比，即\(Q_1/Q_2=n_1/n_2\)。已知\(Q_1=30m3/h\)，\(n_1=1450r/min\)，\(Q_2=40m3/h\)，將數(shù)據(jù)代入上式可得：\(n_2=n_1×Q_2/Q_1=1450×40/30≈1933.3r/min\)所以，泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)提高到約1933.3r/min。2.精餾塔的物料衡算和液氣比計(jì)算（1）根據(jù)物料衡算方程：總物料衡算：\(F=D+W\)易揮發(fā)組分物料衡算：\(F×xF=D×xD+W×xW\)已知\(F=100kmol/h\)，\(xF=0.5\)，\(xD=0.9\)，\(xW=0.1\)，將數(shù)據(jù)代入上述方程可得：\(\begin{cases}100=D+W\\100×0.5=D×0.9+W×0.1\end{cases}\)由第一個(gè)方程可得\(W=100-D\)，將其代入第二個(gè)方程可得：\(100×0.5=D×0.9+(100-D)×0.1\)\(50=0.9D+10-0.1D\)\(0.8D=40\)解得\(D=50kmol/h\)則\(W=F-D=100-50=50kmol/h\)（2）精餾段的液氣比\(L/V\)精餾段的操作線方程為\(yn+1=(L/V)xn+(D/V)xD\)對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料，\(q=1\)，\(L'=L+qF=L+F\)，\(V'=V-(1-q)F=V\)在精餾段，\(L=RD\)（\(R\)為回流比），\(V=L+D=(R+1)D\)先求回流比\(R\)，根據(jù)精餾段操作線方程的截距\(xD/(R+1)\)，這里我們可以通過(guò)物料衡算和精餾段操作線的一般知識(shí)來(lái)求。精餾段操作線過(guò)\((xD,xD)\)和\((0,xD/(R+1))\)兩點(diǎn)。由物料衡算可知\(D=50kmol/h\)，假設(shè)回流比為\(R\)，則\(L=RD\)，\(V=(R+1)D\)對(duì)于全凝器，塔頂蒸汽全部冷凝為液體，\(y