2025年化工原理相關(guān)知識考試題與答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.流體在圓形直管中作層流流動時，其管中心最大流速$u_{max}$與平均流速$u$的關(guān)系為（）A.$u_{max}=u$B.$u_{max}=2u$C.$u_{max}=3u$D.$u_{max}=4u$2.離心泵的揚程是指（）A.泵的升揚高度B.泵所提供的總能量C.液體出泵和進泵的壓強差換算成的液柱高D.泵對單位重量液體所提供的有效能量3.套管換熱器中，冷、熱流體進行逆流換熱。若冷流體的進出口溫度分別為$t_1$、$t_2$，熱流體的進出口溫度分別為$T_1$、$T_2$，且$T_1>T_2$，$t_2>T_1$，則平均溫度差$\Deltat_m$為（）A.$\frac{(T_1-t_2)-(T_2-t_1)}{\ln\frac{T_1-t_2}{T_2-t_1}}$B.$\frac{(T_1-t_1)-(T_2-t_2)}{\ln\frac{T_1-t_1}{T_2-t_2}}$C.$\frac{(T_1-t_2)+(T_2-t_1)}{2}$D.$\frac{(T_1-t_1)+(T_2-t_2)}{2}$4.在精餾塔中，精餾段操作線方程為$y_n=\frac{R}{R+1}x_{n+1}+\frac{x_D}{R+1}$，其中$x_D$表示（）A.塔頂餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)B.塔底釜液中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)C.進料中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)D.精餾段任意第$n$層塔板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)5.對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普朗特數(shù)$Pr$反映的是（）A.流動狀態(tài)對傳熱的影響B(tài).流體物性對傳熱的影響C.自然對流對傳熱的影響D.強制對流對傳熱的影響6.過濾基本方程是基于（）推導出來的。A.濾液在濾餅中的層流流動B.濾液在濾餅中的湍流流動C.濾液在過濾介質(zhì)中的層流流動D.濾液在過濾介質(zhì)中的湍流流動7.吸收過程中，當吸收劑用量趨于最小用量時（）A.回收率趨向最高B.吸收推動力趨向最大C.操作費用最低D.填料層高度趨向無窮大8.下列關(guān)于旋風分離器的說法中，錯誤的是（）A.旋風分離器是利用離心力分離氣固混合物的設(shè)備B.旋風分離器的分離效率隨進口氣速的增大而提高C.旋風分離器的臨界粒徑越小，分離效率越高D.旋風分離器的壓降與進口氣速無關(guān)9.恒壓過濾時，如介質(zhì)阻力可忽略不計，過濾面積增加一倍，則過濾速率為原來的（）A.1倍B.2倍C.$\sqrt{2}$倍D.4倍10.板式塔中操作彈性最大的是（）A.泡罩塔B.篩板塔C.浮閥塔D.舌形塔11.對于一定干球溫度的空氣，當其相對濕度愈低時，其濕球溫度（）A.愈高B.愈低C.不變D.不一定12.在列管換熱器中，用飽和蒸汽加熱空氣，下面兩項判斷正確的是（）①傳熱管的壁溫接近加熱蒸汽溫度；②總傳熱系數(shù)$K$接近空氣側(cè)的對流傳熱系數(shù)A.①對，②對B.①對，②錯C.①錯，②對D.①錯，②錯13.多級逆流萃取與單級萃取比較，如果溶劑比、萃取相濃度一樣，則多級逆流萃取可使萃余相分率（）A.增大B.減小C.不變D.不確定14.某二元混合物，進料量為100kmol/h，$x_F=0.6$，要求塔頂$x_D$不小于0.9，則塔頂最大產(chǎn)量為（）A.60kmol/hB.66.7kmol/hC.90kmol/hD.不能確定15.用純?nèi)軇┪栈旌蠚庵械娜苜|(zhì)。在操作范圍內(nèi)，平衡關(guān)系滿足亨利定律，逆流操作。當入塔氣體濃度$y_1$上升，而其它入塔條件不變，則氣體出塔濃度$y_2$和吸收率$\eta$的變化為（）A.$y_2$上升，$\eta$下降B.$y_2$下降，$\eta$上升C.$y_2$上升，$\eta$不變D.$y_2$上升，$\eta$變化不確定二、多項選擇題（每題3分，共15分）1.以下屬于流體輸送機械的有（）A.離心泵B.往復泵C.壓縮機D.真空泵2.影響對流傳熱系數(shù)的因素有（）A.流體的物性B.流體的流動狀態(tài)C.傳熱面的形狀、大小和位置D.流體有無相變3.在精餾操作中，若進料熱狀況參數(shù)$q$發(fā)生變化，會影響到（）A.精餾段操作線方程B.提餾段操作線方程C.進料線方程D.理論塔板數(shù)4.吸收過程中，選擇吸收劑時應(yīng)考慮的因素有（）A.溶解度B.選擇性C.揮發(fā)度D.黏度5.以下關(guān)于干燥過程的說法正確的有（）A.干燥過程是傳熱和傳質(zhì)同時進行的過程B.恒速干燥階段，物料表面溫度等于空氣的濕球溫度C.降速干燥階段，干燥速率主要取決于物料內(nèi)部水分的擴散速率D.干燥過程中，物料的臨界含水量與物料的性質(zhì)、干燥介質(zhì)的狀態(tài)等因素有關(guān)三、填空題（每題2分，共20分）1.流體在管內(nèi)流動時，若雷諾數(shù)$Re>4000$，則流動類型為______。2.離心泵的主要性能參數(shù)有流量、揚程、______、效率和允許吸上真空高度等。3.熱量傳遞的基本方式有熱傳導、______和熱輻射。4.精餾操作的依據(jù)是混合液中各組分的______差異。5.吸收過程的推動力是______。6.過濾操作中，過濾介質(zhì)的作用是______。7.旋風分離器的總效率是指______。8.萃取操作中，分配系數(shù)$k_A$是指______。9.濕空氣的濕度是指______。10.在板式塔中，塔板上的異常操作現(xiàn)象有液泛、______和漏液等。四、簡答題（每題8分，共24分）1.簡述離心泵的工作原理。2.說明在傳熱過程中，強化傳熱的途徑有哪些？3.簡述精餾塔中恒摩爾流假定的內(nèi)容及其成立的條件。五、計算題（共71分）1.（20分）用離心泵將敞口水池中的水輸送至高位槽，兩槽液面均保持恒定。已知兩槽液面高差$z=10m$，管徑為$\varphi57\times3.5mm$，管長$L=20m$（包括所有局部阻力的當量長度），水的密度$\rho=1000kg/m^3$，黏度$\mu=1\times10^{-3}Pa\cdots$，摩擦系數(shù)$\lambda=0.02$。若要求水的流量為$10m^3/h$，試求：（1）管路的壓頭損失$H_f$；（2）離心泵的揚程$H$。2.（20分）在一逆流操作的列管換熱器中，用$120^{\circ}C$的飽和蒸汽將流量為$1000kg/h$的某液體從$20^{\circ}C$加熱到$80^{\circ}C$。已知該液體的比熱容$c_p=2kJ/(kg\cdot^{\circ}C)$，換熱器的總傳熱系數(shù)$K=500W/(m^2\cdot^{\circ}C)$，試求：（1）熱負荷$Q$；（2）平均溫度差$\Deltat_m$；（3）傳熱面積$S$。3.（15分）在連續(xù)精餾塔中分離某二元理想混合液。已知原料液流量$F=100kmol/h$，進料組成$x_F=0.5$（摩爾分數(shù)，下同），泡點進料，塔頂餾出液組成$x_D=0.9$，塔底釜液組成$x_W=0.1$，回流比$R=2$。試求：（1）塔頂餾出液流量$D$和塔底釜液流量$W$；（2）精餾段操作線方程；（3）提餾段操作線方程。4.（16分）在逆流吸收塔中，用清水吸收混合氣體中的$SO_2$。已知混合氣體流量為$1000m^3/h$（標準狀況），其中$SO_2$的體積分數(shù)為$0.05$，要求吸收率為$90\%$。操作條件下，亨利系數(shù)$E=4.13\times10^3kPa$，總壓$P=101.3kPa$，相平衡關(guān)系為$y=mx$，吸收劑用量為最小用量的$1.5$倍。試求：（1）出塔氣相組成$y_2$；（2）最小吸收劑用量$L_{min}$；（3）實際吸收劑用量$L$。答案詳細內(nèi)容一、單項選擇題1.答案：B-解析：流體在圓形直管中作層流流動時，速度分布呈拋物線形，管中心最大流速$u_{max}$與平均流速$u$的關(guān)系為$u_{max}=2u$。2.答案：D-解析：離心泵的揚程是指泵對單位重量液體所提供的有效能量，單位為$m$（液柱）。3.答案：A-解析：對于逆流換熱，平均溫度差$\Deltat_m=\frac{\Deltat_1-\Deltat_2}{\ln\frac{\Deltat_1}{\Deltat_2}}$，其中$\Deltat_1=T_1-t_2$，$\Deltat_2=T_2-t_1$。4.答案：A-解析：在精餾段操作線方程$y_n=\frac{R}{R+1}x_{n+1}+\frac{x_D}{R+1}$中，$x_D$表示塔頂餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)。5.答案：B-解析：普朗特數(shù)$Pr=\frac{c_p\mu}{\lambda}$，反映了流體物性對傳熱的影響。6.答案：A-解析：過濾基本方程是基于濾液在濾餅中的層流流動推導出來的。7.答案：D-解析：當吸收劑用量趨于最小用量時，吸收推動力趨于零，填料層高度趨向無窮大。8.答案：D-解析：旋風分離器的壓降與進口氣速有關(guān)，進口氣速增大，壓降增大。9.答案：B-解析：恒壓過濾時，過濾速率$u=\frac{dV}{Ad\tau}=\frac{\Deltap}{r\muL}$，當介質(zhì)阻力可忽略不計，過濾面積增加一倍，過濾速率為原來的2倍。10.答案：C-解析：浮閥塔操作彈性大，在較寬的氣速范圍內(nèi)能保持較高的效率。11.答案：B-解析：對于一定干球溫度的空氣，相對濕度愈低，濕球溫度愈低。12.答案：A-解析：因為蒸汽冷凝傳熱系數(shù)很大，所以傳熱管的壁溫接近加熱蒸汽溫度；又因為空氣側(cè)對流傳熱系數(shù)較小，所以總傳熱系數(shù)$K$接近空氣側(cè)的對流傳熱系數(shù)。13.答案：B-解析：多級逆流萃取與單級萃取比較，在溶劑比、萃取相濃度一樣時，多級逆流萃取可使萃余相分率減小。14.答案：B-解析：根據(jù)物料衡算$Fx_F=Dx_D+Wx_W$，當$x_W=0$時，$D$最大，$D=\frac{Fx_F}{x_D}=\frac{100\times0.6}{0.9}\approx66.7kmol/h$。15.答案：C-解析：在逆流吸收操作中，當入塔氣體濃度$y_1$上升，而其它入塔條件不變時，因為操作線和平衡線的斜率不變，所以氣體出塔濃度$y_2$上升，但吸收率$\eta$不變。二、多項選擇題1.答案：ABCD-解析：離心泵、往復泵用于液體輸送，壓縮機、真空泵用于氣體輸送，它們都屬于流體輸送機械。2.答案：ABCD-解析：流體的物性（如比熱容、導熱系數(shù)、黏度等）、流體的流動狀態(tài)（層流或湍流）、傳熱面的形狀、大小和位置以及流體有無相變都會影響對流傳熱系數(shù)。3.答案：BCD-解析：進料熱狀況參數(shù)$q$影響進料線方程，進而影響提餾段操作線方程和理論塔板數(shù)，對精餾段操作線方程無影響。4.答案：ABCD-解析：選擇吸收劑時應(yīng)考慮溶解度大、選擇性好、揮發(fā)度低、黏度小等因素。5.答案：ABCD-解析：干燥過程是傳熱和傳質(zhì)同時進行的過程；恒速干燥階段，物料表面溫度等于空氣的濕球溫度；降速干燥階段，干燥速率主要取決于物料內(nèi)部水分的擴散速率；物料的臨界含水量與物料的性質(zhì)、干燥介質(zhì)的狀態(tài)等因素有關(guān)。三、填空題1.答案：湍流-解析：根據(jù)雷諾數(shù)判斷流動類型，$Re>4000$時為湍流。2.答案：功率-解析：離心泵的主要性能參數(shù)包括流量、揚程、功率、效率和允許吸上真空高度等。3.答案：對流傳熱-解析：熱量傳遞的基本方式有熱傳導、對流傳熱和熱輻射。4.答案：揮發(fā)度-解析：精餾操作的依據(jù)是混合液中各組分的揮發(fā)度差異。5.答案：實際濃度與平衡濃度的差-解析：吸收過程的推動力是實際濃度與平衡濃度的差。6.答案：截留固體顆粒-解析：過濾介質(zhì)的作用是截留固體顆粒，使濾液通過。7.答案：被除去的顆粒質(zhì)量與進口氣體中顆粒總質(zhì)量之比-解析：旋風分離器的總效率是指被除去的顆粒質(zhì)量與進口氣體中顆?？傎|(zhì)量之比。8.答案：萃取相中溶質(zhì)的濃度與萃余相中溶質(zhì)的濃度之比-解析：萃取操作中，分配系數(shù)$k_A$是指萃取相中溶質(zhì)的濃度與萃余相中溶質(zhì)的濃度之比。9.答案：單位質(zhì)量干空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量-解析：濕空氣的濕度是指單位質(zhì)量干空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量。10.答案：霧沫夾帶-解析：在板式塔中，塔板上的異常操作現(xiàn)象有液泛、霧沫夾帶和漏液等。四、簡答題1.答：離心泵的工作原理是：離心泵在啟動前需先向泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體。當離心泵啟動后，泵軸帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，葉輪中的葉片驅(qū)使液體一起旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，液體從葉輪中心被甩向葉輪外緣，以較高的流速（15-25m/s）流入泵殼。在蝸形泵殼中，由于流道逐漸擴大，液體流速逐漸降低，一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，于是液體以較高的壓力從排出口進入排出管路，輸送到所需的場所。當液體從葉輪中心被甩向葉輪外緣時，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，液體便在壓差的作用下連續(xù)不斷地被吸入泵內(nèi)。2.答：在傳熱過程中，強化傳熱的途徑主要有以下幾個方面：-增大傳熱面積$S$：可以采用增加換熱器的管數(shù)、采用翅片管等方法來增大傳熱面積。-提高平均溫度差$\Deltat_m$：可以通過改變冷熱流體的流動方向（如逆流操作）、提高熱流體的溫度或降低冷流體的溫度等方法來提高平均溫度差。-增大總傳熱系數(shù)$K$：-提高流體的流速，增加湍動程度，減小層流底層的厚度，從而減小對流傳熱熱阻。-改變流動條件，如采用攪拌、添加擾流元件等方法，增強流體的湍動。-減小污垢熱阻，定期清洗換熱器，防止污垢積累。-選擇導熱系數(shù)大的材料制作換熱器，減小固體壁面的熱阻。3.答：精餾塔中恒摩爾流假定的內(nèi)容包括：-精餾段內(nèi)，每塊塔板上升蒸汽的摩爾流量相等，即$V_1=V_2=\cdots=V_n=V$；下降液體的摩爾流量相等，即$L_1=L_2=\cdots=L_n=L$。-提餾段內(nèi)，每塊塔板上升蒸汽的摩爾流量相等，即$V_1'=V_2'=\cdots=V_m'=V'$；下降液體的摩爾流量相等，即$L_1'=L_2'=\cdots=L_m'=L'$。成立的條件是：-混合物中各組分的摩爾汽化熱相近，即$\DeltaH_{A}\approx\DeltaH_{B}$。-塔內(nèi)保溫良好，熱損失可以忽略不計。-汽液接觸時因溫度不同而交換的顯熱可以忽略不計。五、計算題1.解：（1）首先計算管內(nèi)流速$u$：已知管徑$d=57-2\times3.5=50mm=0.05m$，流量$V=10m^3/h=\frac{10}{3600}m^3/s$。根據(jù)$u=\frac{V}{A}=\frac{V}{\frac{\pi}{4}d^2}$，可得$u=\frac{\frac{10}{3600}}{\frac{\pi}{4}\times0.05^2}\approx1.415m/s$。雷諾數(shù)$Re=\frac{\rhoud}{\mu}=\frac{1000\times1.415\times0.05}{1\times10^{-3}}=7.075\times10^4>4000$，流動為湍流。管路的壓頭損失$H_f=\lambda\frac{L}z3jilz61osys\frac{u^2}{2g}$，已知$\lambda=0.02$，$L=20m$，$d=0.05m$，$u=1.415m/s$，$g=9.81m/s^2$。$H_f=0.02\times\frac{20}{0.05}\times\frac{1.415^2}{2\times9.81}\approx0.81m$。（2）根據(jù)柏努利方程$H=z+\frac{p_2-p_1}{\rhog}+\frac{u_2^2-u_1^2}{2g}+H_f$，兩槽均為敞口，$p_1=p_2$，$u_1\approx0$，$u_2\approx0$，$z=10m$，$H_f=0.81m$。所以離心泵的揚程$H=z+H_f=10+0.81=10.81m$。2.解：（1）熱負荷$Q=q_mc_p(t_2-t_1)$，已知$q_m=1000kg/h=\frac{1000}{3600}kg/s$，$c_p=2kJ/(kg\cdot^{\circ}C)=2000J/(kg\cdot^{\circ}C)$，$t_1=20^{\circ}C$，$t_2=80^{\circ}C$。$Q=\frac{1000}{3600}\times2000\times(80-20)\approx3.33\times10^4W$。（2）因為是用飽和蒸汽加熱，蒸汽溫度$T=120^{\circ}C$，則$\Deltat_1=T-t_1=120-20=100^{\circ}C$，$\Deltat_2=T-t_2=120-80=40^{\circ}C$。平均溫度差$\Deltat_m=\frac{\Deltat_1-\Deltat_2}{\ln\frac{\Deltat_1}{\Deltat_2}}=\frac{100-40}{\ln\frac{100}{40}}\approx65.8^{\circ}C$。（3）根據(jù)$Q=KS\Deltat_m$，已知$Q=3.33\times10^4W$，$K=500W/(m^2\cdot^{\circ}C)$，$\Deltat_m=65.8^{\circ}C$。則傳熱面積$S=\frac{Q}{K\Deltat_m}=\frac{3.33\times10^4}{500\times65.8}\approx1.01m^2$。3.解：（1）根據(jù)物料衡算：總物料衡算$F=D+W$，即$100=D+W$；易揮發(fā)組分物料衡算$Fx_F=Dx_D+Wx_W$，即$100\times0.5=D\times0.9+W\times0.1$。聯(lián)立方程組$\begin{cases}100=D+W\\50=0.9D+0.1W\end{cases}$，將第一個方程變形為$W=100-D$，代入第二個方程得：$50=0.9D+0.1\times(100-D)$，$50=0.9D+10-0.1D$，$0.8D=40$，解得$D=50kmol/h$，則$W=F-D=100-50=50kmol/h$。（2）