化工基礎(chǔ)試題庫(附答案)一、流體流動與輸送1.選擇題（每題2分，共10分）（1）以下關(guān)于雷諾數(shù)（Re）的描述中，錯誤的是（）。A.Re=ρvd/μ，其中d為管徑，v為流速B.當(dāng)Re<2000時，流體流動形態(tài)為層流C.當(dāng)Re>4000時，流體流動形態(tài)為湍流D.雷諾數(shù)是無量綱數(shù)，其大小僅與流速有關(guān)（2）在圓管內(nèi)作層流流動的牛頓流體，其速度分布的形狀為（）。A.拋物線型，中心速度最大，管壁處速度為零B.平推流型，管內(nèi)各點速度相等C.對數(shù)型，中心速度隨半徑增大而線性減小D.雙曲線型，管壁處速度最大，中心處為零（3）某流體在水平等徑圓管中作穩(wěn)態(tài)流動，若管長增加一倍，其他條件不變，則流動阻力（）。A.增加一倍B.增加兩倍C.不變D.減小一半（4）離心泵的揚程是指（）。A.泵對單位重量流體提供的能量B.泵能將流體提升的最大高度C.泵出口與入口的壓力差D.泵在單位時間內(nèi)輸送的流體體積（5）以下措施中，不能減小流體在管內(nèi)流動阻力的是（）。A.增大管徑B.降低流速C.減少管路上的閥門和彎頭D.提高流體的粘度答案：（1）D；（2）A；（3）A；（4）A；（5）D2.填空題（每空1分，共10分）（1）流體的粘性是指流體內(nèi)部產(chǎn)生________的特性，衡量粘性大小的物理量是________，其國際單位為________。（2）在層流流動中，流體的流動阻力主要由________引起；在湍流流動中，流動阻力主要由________和________共同引起。（3）離心泵的主要性能參數(shù)包括________、________、________和效率。（4）當(dāng)離心泵的安裝高度超過允許吸上高度時，會發(fā)生________現(xiàn)象，此時泵的流量和揚程會顯著下降。答案：（1）內(nèi)摩擦力；粘度（動力粘度）；Pa·s；（2）流體層間的內(nèi)摩擦；內(nèi)摩擦；流體微團的碰撞與混合；（3）流量、揚程、功率；（4）氣蝕3.簡答題（每題5分，共10分）（1）簡述伯努利方程的物理意義及其適用條件。答：伯努利方程（p/ρg+v2/(2g)+z=常數(shù)）的物理意義是：在理想流體的穩(wěn)態(tài)流動中，單位重量流體所具有的靜壓能、動能和位能可以相互轉(zhuǎn)換，但三者之和保持不變。適用條件為：不可壓縮理想流體（無粘性、無能量損失）、穩(wěn)態(tài)流動、同一流線或同一管道截面（緩變流）。（2）離心泵啟動前為何需要灌泵？若未灌泵直接啟動會導(dǎo)致什么后果？答：離心泵的工作原理是依靠葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將流體甩出。若泵內(nèi)未充滿液體（存在空氣），由于空氣密度遠小于液體，葉輪旋轉(zhuǎn)時無法形成足夠的真空度，無法將液體吸入泵內(nèi)（即“氣縛”現(xiàn)象）。未灌泵啟動會導(dǎo)致泵無法正常輸送流體，且可能因空轉(zhuǎn)導(dǎo)致葉輪磨損或電機過載。4.計算題（20分）某車間用Φ89mm×4mm（外徑×壁厚）的無縫鋼管輸送20℃的清水（密度ρ=998kg/m3，粘度μ=1.005×10?3Pa·s）。已知管內(nèi)流速為1.5m/s，管長為100m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度），試求：（1）管內(nèi)流動的雷諾數(shù)，并判斷流型；（2）流體通過該管道的壓力降（Δp）。解：（1）計算雷諾數(shù)Re：管內(nèi)徑d=89-2×4=81mm=0.081mRe=ρvd/μ=998×1.5×0.081/(1.005×10?3)=998×1.5×0.081×1000/1.005≈120600Re>4000，故為湍流。（2）計算壓力降Δp：湍流時，若管壁粗糙度未知，可假設(shè)為光滑管，用布拉修斯公式計算摩擦系數(shù)λ=0.3164/Re?·2?=0.3164/(120600)^0.25≈0.3164/(18.6)≈0.0170壓力降Δp=λ×(l/d)×(ρv2/2)=0.0170×(100/0.081)×(998×1.52/2)計算各部分：100/0.081≈1234.57998×1.52/2=998×2.25/2≈1122.75Δp=0.0170×1234.57×1122.75≈0.0170×1,385,000≈23,545Pa≈23.5kPa二、傳熱過程與設(shè)備1.選擇題（每題2分，共10分）（1）以下物質(zhì)中，熱導(dǎo)率最大的是（）。A.空氣（20℃）B.水（20℃）C.銅（20℃）D.玻璃（20℃）（2）在無相變的對流傳熱中，努塞爾數(shù)（Nu）的表達式為（）。A.Nu=αd/λB.Nu=Gr·PrC.Nu=Re·PrD.Nu=ρvd/μ（3）某換熱器中，熱流體從120℃冷卻至80℃，冷流體從30℃加熱至60℃，若為逆流操作，則對數(shù)平均溫差Δtm為（）。A.50℃B.45℃C.60℃D.30℃（4）以下強化傳熱的措施中，最有效的是（）。A.增大冷流體流量B.減小熱流體流量C.增加換熱器的管程數(shù)D.在傳熱系數(shù)較小的一側(cè)加裝翅片（5）關(guān)于傅里葉定律（Q=-λA(dT/dx)）的描述，錯誤的是（）。A.適用于穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)B.λ為熱導(dǎo)率，反映材料的導(dǎo)熱能力C.負號表示熱流方向與溫度梯度方向相反D.適用于所有流體的對流傳熱答案：（1）C；（2）A；（3）A；（4）D；（5）D2.填空題（每空1分，共10分）（1）傳熱的基本方式包括________、________和________。（2）在間壁式換熱器中，總傳熱系數(shù)K的倒數(shù)等于各層熱阻之和，表達式為1/K=________+________+________（假設(shè)管壁熱阻可忽略）。（3）對流傳熱系數(shù)α的大小反映了________的強弱，其單位為________。（4）當(dāng)換熱器的熱流體和冷流體為并流操作時，兩端溫差的差異較逆流________（填“大”或“小”），因此逆流操作的對數(shù)平均溫差更________（填“大”或“小”）。答案：（1）熱傳導(dǎo)、對流傳熱、輻射傳熱；（2）1/α?+R?+1/α?（α?為熱流體側(cè)對流傳熱系數(shù)，α?為冷流體側(cè)對流傳熱系數(shù)，R?為污垢熱阻）；（3）流體與壁面間傳熱；W/(m2·K)；（4）大；大3.簡答題（每題5分，共10分）（1）簡述影響對流傳熱系數(shù)的主要因素。答：影響對流傳熱系數(shù)α的主要因素包括：①流體的物理性質(zhì)（如密度、粘度、熱導(dǎo)率、比熱容）；②流體的流動形態(tài)（層流或湍流，湍流時α更大）；③流體的流速（流速增大，α增大）；④傳熱面的形狀、尺寸和排列方式（如圓管、平板、管束的排列間距）；⑤是否存在相變（如沸騰或冷凝時α遠大于單相流動）。（2）為什么在管殼式換熱器中，高溫流體通常走殼程而非管程？答：高溫流體走殼程的主要原因是：①殼程的流動截面較大，流速較低，流體與殼壁的溫差應(yīng)力較小，可減少熱膨脹對設(shè)備的損壞；②若高溫流體走管程，需采用耐高溫的管材（如不銹鋼），成本較高；③殼程的換熱面積較大，有利于熱量的散發(fā)，同時便于安裝折流板以強化傳熱。4.計算題（20分）某列管式換熱器用120℃的飽和水蒸氣（冷凝潛熱r=2205kJ/kg）加熱管內(nèi)流動的原油。原油的流量為5000kg/h，進口溫度為30℃，出口溫度為80℃，原油的平均比熱容cp=2.2kJ/(kg·℃)。換熱器的總傳熱系數(shù)K=300W/(m2·K)，試求：（1）換熱器的熱負荷Q；（2）所需的傳熱面積A（假設(shè)水蒸氣冷凝后溫度不變，忽略熱損失）。解：（1）熱負荷Q等于原油吸收的熱量：Q=qm,c×cp,c×(T2-T1)=5000kg/h×2.2kJ/(kg·℃)×(80-30)℃=5000×2.2×50=550,000kJ/h=550,000×1000/3600≈152,778W≈152.8kW（2）計算對數(shù)平均溫差Δtm：熱流體（水蒸氣）溫度T=120℃（恒溫），冷流體進口t1=30℃，出口t2=80℃。Δt1=T-t1=120-30=90℃，Δt2=T-t2=120-80=40℃Δtm=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=(90-40)/ln(90/40)=50/ln(2.25)=50/0.8109≈61.66℃（3）傳熱面積A=Q/(K×Δtm)=152778W/(300W/(m2·K)×61.66K)=152778/(18,498)≈8.26m2三、傳質(zhì)過程與分離技術(shù)1.選擇題（每題2分，共10分）（1）在氣體吸收中，亨利定律（p=Ex）適用于（）。A.高壓、濃溶液B.低壓、稀溶液C.任意壓力和濃度D.僅適用于非理想溶液（2）雙膜理論的核心假設(shè)是（）。A.相界面處無傳質(zhì)阻力B.傳質(zhì)阻力僅存在于氣相主體C.傳質(zhì)阻力僅存在于液相主體D.相界面處濃度不連續(xù)（3）某吸收塔中，若增大吸收劑的流量，則吸收推動力（）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減?。?）在精餾操作中，全回流的特點是（）。A.塔頂產(chǎn)品量最大B.塔底產(chǎn)品量最大C.理論板數(shù)最少D.操作費用最高（5）以下關(guān)于擴散系數(shù)的描述中，錯誤的是（）。A.氣體的擴散系數(shù)大于液體的擴散系數(shù)B.溫度升高，擴散系數(shù)增大C.壓力增大，氣體擴散系數(shù)增大D.液體的擴散系數(shù)隨粘度增大而減小答案：（1）B；（2）A；（3）A；（4）C；（5）C2.填空題（每空1分，共10分）（1）傳質(zhì)的基本方式包括________和________。（2）在吸收操作中，若溶質(zhì)在液相中的溶解度很大（易溶氣體），則傳質(zhì)阻力主要集中在________相，此時稱為________控制。（3）精餾塔的操作線方程描述了________與________之間的關(guān)系，其斜率為________。（4）萃取過程的關(guān)鍵是選擇合適的________，其應(yīng)具有良好的________和較高的選擇性。答案：（1）分子擴散、對流擴散；（2）氣；氣相；（3）相鄰兩層塔板上液相組成、氣相組成；回流比R/(R+1)；（4）萃取劑；互溶性（或“與原溶劑的不互溶性”）3.簡答題（每題5分，共10分）（1）簡述提高吸收速率的主要途徑。答：吸收速率方程為N=K_yΔy，提高吸收速率的途徑包括：①增大傳質(zhì)系數(shù)K_y（如提高流體流速以減小膜厚度，或選擇對溶質(zhì)溶解度大的吸收劑以降低液膜阻力）；②增大吸收推動力Δy（如增大吸收劑流量以降低液相平衡濃度y，或降低吸收劑溫度以提高溶質(zhì)溶解度）；③增加傳質(zhì)面積（如采用高效填料增大單位體積的傳質(zhì)面積）。（2）為什么精餾塔需要塔頂回流和塔底再沸器？答：塔頂回流為精餾塔提供了液相的下降流，使上升的氣相與下降的液相在塔板上充分接觸，實現(xiàn)組分的傳質(zhì)分離；塔底再沸器為精餾塔提供了氣相的上升流，使液相中的易揮發(fā)組分汽化進入氣相。兩者共同維持了塔內(nèi)的氣液兩相流動，是精餾操作得以連續(xù)進行的必要條件。4.計算題（20分）用清水吸收空氣中的SO?，已知入塔氣體中SO?的摩爾分數(shù)為0.05，要求吸收率為90%。操作條件下，亨利系數(shù)E=4.8×103kPa，總壓P=101.3kPa，相平衡關(guān)系為y=mx（m=E/P）。若液氣比(L/V)=1.5(L/V)min，試求：（1）出塔液相中SO?的摩爾分數(shù)x?；（2）若填料塔的體積傳質(zhì)系數(shù)K_yα=0.05kmol/(m3·s)，氣體流量V=0.1kmol/s，求所需的填料層高度H。解：（1）計算最小液氣比(L/V)min：入塔氣相組成y?=0.05，出塔氣相組成y?=y?(1-η)=0.05×0.1=0.005相平衡常數(shù)m=E/P=4800/101.3≈47.38最小液氣比(L/V)min=(y?-y?)/(x?-x?)，其中x?=0（清水），x?=y?/m=0.05/47.38≈0.001055(L/V)min=(0.05-0.005)/(0.001055-0)=0.045/0.001055≈42.65實際液氣比(L/V)=1.5×42.65≈63.98（2）求x?：由物料衡算：V(y?-y?)=L(x?-x?)，x?=0，故x?=V(y?-y?)/L=(y?-y?)/(L/V)=(0.05-0.005)/63.98≈0.000703（3）計算填料層高度H：H=V/(K_yαΩ)×(y?-y?)/Δy_m（假設(shè)Ω=1m2，簡化計算）平均推動力Δy_m=(Δy?-Δy?)/ln(Δy?/Δy?)Δy?=y?-y?=0.05-47.38×0.000703≈0.05-0.0333≈0.0167Δy?=y?-y?=0.005-47.38×0≈0.005Δy_m=(0.0167-0.005)/ln(0.0167/0.005)=0.0117/ln(3.34)≈0.0117/1.206≈0.0097H=(0.1kmol/s)/(0.05kmol/(m3·s))×(0.05-0.005)/0.0097≈2×4.64≈9.28m四、化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)1.選擇題（每題2分，共10分）（1）對于反應(yīng)aA+bB→cC+dD，其反應(yīng)速率的正確表達式為（）。A.r=-dC_A/(adt)B.r=dC_C/(cdt)C.r=-dC_B/(bdt)D.以上均正確（2）某反應(yīng)的速率方程為r=kC_A2C_B，其反應(yīng)級數(shù)為（）。A.1B.2C.3D.0（3）平推流反應(yīng)器（PFR）與全混流反應(yīng)器（CSTR）的主要區(qū)別是（）。A.PFR內(nèi)物料濃度沿軸向變化，CSTR內(nèi)濃度均一B.PFR的體積效率低于CSTRC.PFR適用于慢反應(yīng)，CSTR適用于快反應(yīng)D.PFR的操作費用高于CSTR（4）對于一級不可逆反應(yīng)，在相同的反應(yīng)時間和轉(zhuǎn)化率下，所需CSTR的體積（）PFR的體積。A.大于B.小于C.等于D.無法比較（5）以下關(guān)于停留時間分布（RTD）的描述中，錯誤的是（）。A.平推流的RTD曲線為δ函數(shù)B.全混流的RTD曲線為指數(shù)分布C.方差σ2=0對應(yīng)平推流，σ2=1對應(yīng)全混流D.方差越大，返混程度越小答案：（1）D；（2）C；（3）A；（4）A；（5）D2.填空題（每空1分，共10分）（1）化學(xué)反應(yīng)速率的定義是________，其單位為________。（2）對于n級不可逆反應(yīng)，速率方程的一般形式為________。當(dāng)n=0時，反應(yīng)速率與________無關(guān)。（3）理想反應(yīng)器的類型包括________和________，其中________的返混程度最大。（4）阿倫尼烏斯方程描述了________與________的關(guān)系，表達式為________。答案：（1）單位時間、單位體積內(nèi)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量（或產(chǎn)物的生成量）；mol/(m3·s)；（2）r=kC_A?；反應(yīng)物濃度；（3）平推流反應(yīng)器（PFR）、全混流反應(yīng)器（CSTR）；CSTR；（4）反應(yīng)速率常數(shù)k；溫度T；k=k?exp(-E/(RT))3.簡答題（每題5分，共10分）（1）簡述返混對化學(xué)反應(yīng)的影響。答：返混是指不同停留時間的流體微團之間的混合。對于正級數(shù)反應(yīng)（反應(yīng)速率隨濃度升高而增大），返混會導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物濃度降低，從而降低反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率；對于負級數(shù)反應(yīng)（反應(yīng)速率隨濃度升高而減?。祷炜商岣叻磻?yīng)物濃度，從而提高反應(yīng)速率；對于自催化反應(yīng)（反應(yīng)速率先增后減），適當(dāng)?shù)姆祷炜稍龃蠓磻?yīng)速率。（2）為什么工業(yè)上常采用多段全混流反應(yīng)器串聯(lián)代替單段全混流反應(yīng)器？答：單段全混流反應(yīng)器內(nèi)濃度均一（等于出口濃度），對于正級數(shù)反應(yīng)，其反應(yīng)速率較低。多段串聯(lián)時，各段的濃度依次降低，前段的高濃度區(qū)域可維持較高的反應(yīng)速率，后段的低濃度區(qū)域則減少不必要的反應(yīng)時間，從而在相同總體積下獲得更高的轉(zhuǎn)化率，或在相同轉(zhuǎn)化率下減少總體積。4.計算題（20分）某一級不可逆液相反應(yīng)A→B，速率常數(shù)k=0.2min?1，原料中A的初始濃度C_A0=2mol/L，流量v=0.5m3/min。若采用兩個等體積的全混流反應(yīng)器串聯(lián)（CSTR1→CSTR2），求：（1）單個反應(yīng)器的