化工总控工高级试题库含答案

化工总控工高级试题库(含答案)一、选择题1.对于可逆放热反应，为提高反应速率应（）()-A.提高压力-B.降低压力-C.提高温度-D.降低温度答案：C解析：根据范特霍夫规则，温度每升高10K，反应速率大约增加2-4倍。对于可逆放热反应，升高温度虽然会使平衡向逆反应方向移动，但在一定范围内，升高温度会使反应速率加快。提高压力主要是对有气体参与且反应前后气体分子数有变化的反应有影响；降低温度会减慢反应速率。所以本题选C。2.下列哪种物质不是化工生产中常见的催化剂（）()-A.铁触媒-B.二氧化锰-C.氯化钠-D.五氧化二钒答案：C解析：铁触媒是合成氨工业的催化剂；二氧化锰常作为过氧化氢分解的催化剂；五氧化二钒是硫酸工业中二氧化硫氧化为三氧化硫的催化剂。而氯化钠在一般的化工生产中不作为催化剂使用。所以本题选C。3.在蒸馏操作中，回流比的定义是（）()-A.回流量与塔顶产品量之比-B.回流量与进料量之比-C.回流量与塔釜产品量之比-D.进料量与回流量之比答案：A解析：回流比是指精馏操作中，由精馏塔塔顶返回塔内的回流液流量L与塔顶产品流量D之比，即R=L/D。它是精馏操作的一个重要参数，对精馏塔的分离效果和能耗有很大影响。所以本题选A。4.化工生产中，吸收操作的目的是（）()-A.分离气体混合物-B.提纯液体混合物-C.制取纯净气体-D.制取纯净液体答案：A解析：吸收操作是利用混合气体中各组分在液体吸收剂中溶解度的差异，使某些易溶组分溶解于吸收剂中，从而达到分离气体混合物的目的。它主要用于气体混合物的分离，而不是提纯液体混合物、制取纯净气体或纯净液体。所以本题选A。5.下列关于化学反应速率的说法中，正确的是（）()-A.化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加-B.化学反应速率为0.8mol/(L·s)是指1s时某物质的浓度为0.8mol/L-C.根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢-D.对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显答案：C解析：化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示，但固体和纯液体的浓度视为常数，一般不用它们来表示反应速率，A选项错误；化学反应速率为0.8mol/(L·s)表示的是单位时间内浓度的变化量，而不是1s时某物质的浓度，B选项错误；化学反应速率是衡量化学反应进行快慢的物理量，根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢，C选项正确；反应速率与反应现象之间没有必然联系，有些反应速率很快，但可能没有明显的现象，如酸碱中和反应，D选项错误。所以本题选C。6.在化工生产中，常用的惰性气体有（）()-A.氧气-B.氢气-C.氮气-D.氯气答案：C解析：惰性气体在化工生产中常作为保护气使用，要求其化学性质稳定，不易与其他物质发生反应。氧气具有氧化性，能支持燃烧和氧化反应；氢气具有可燃性；氯气具有强氧化性和毒性。而氮气化学性质稳定，常用作惰性气体，起到保护作用。所以本题选C。7.精馏塔的塔顶温度总是（）塔底温度。()-A.高于-B.低于-C.等于-D.不确定答案：B解析：在精馏塔中，塔底是高沸点组分富集的地方，温度较高；塔顶是低沸点组分富集的地方，温度较低。所以塔顶温度总是低于塔底温度。本题选B。8.化工生产中，热交换器的作用是（）()-A.加热物料-B.冷却物料-C.实现热量交换-D.提高物料压力答案：C解析：热交换器是一种用于实现两种或多种流体之间热量交换的设备，它可以将热流体的热量传递给冷流体，既可以用于加热物料，也可以用于冷却物料，其核心作用是实现热量交换，而不是提高物料压力。所以本题选C。9.对于气-液反应，下列哪种情况属于气膜控制（）()-A.气体在液体中的溶解度很大-B.气体在液体中的溶解度很小-C.反应速率很快-D.反应速率很慢答案：A解析：当气体在液体中的溶解度很大时，吸收过程的阻力主要集中在气膜中，属于气膜控制；当气体在液体中的溶解度很小时，吸收过程的阻力主要集中在液膜中，属于液膜控制。反应速率的快慢与气膜控制或液膜控制没有直接关系。所以本题选A。10.化工生产中，常用的过滤设备有（）()-A.蒸发器-B.干燥器-C.板框压滤机-D.精馏塔答案：C解析：蒸发器是用于蒸发溶剂、浓缩溶液的设备；干燥器是用于去除物料中水分或其他溶剂的设备；精馏塔是用于分离液体混合物的设备。而板框压滤机是一种常用的过滤设备，用于固-液分离。所以本题选C。二、填空题1.化工生产中常用的三种传热方式为_、_和___。答案：热传导、热对流、热辐射2.化学反应的平衡常数只与_有关，而与_无关。答案：温度、反应物和生成物的浓度3.吸收过程中，气相溶质的分压与液相中溶质的平衡分压之差称为_，它是吸收过程的_。答案：吸收推动力、推动力4.精馏操作中，进料热状况参数q的定义是_，当进料为饱和液体时，q=_。答案：每千摩尔进料变为饱和蒸汽所需的热量与千摩尔汽化潜热之比、15.化工生产中的“三废”是指_、_和___。答案：废水、废气、废渣6.催化剂的主要性能指标包括_、_和___。答案：活性、选择性、稳定性7.气体的黏度随温度的升高而_，液体的黏度随温度的升高而_。答案：增大、减小8.离心泵的主要性能参数有_、_、和。答案：流量、扬程、功率、效率9.蒸馏操作的依据是_，精馏操作的原理是_。答案：混合液体中各组分挥发度的差异、多次部分汽化和部分冷凝10.化工生产中，常用的干燥方法有_、_和___。答案：对流干燥、传导干燥、辐射干燥三、判断题1.化学反应的速率与反应物的浓度成正比。（）答案：×解析：对于基元反应，化学反应的速率与反应物浓度的幂次方成正比，但对于复杂反应，反应速率与反应物浓度的关系较为复杂，不一定成正比。所以该说法错误。2.精馏塔的理论塔板数是指在全回流条件下所需的塔板数。（）答案：×解析：精馏塔的理论塔板数是指在一定的分离要求下，达到相同分离效果所需的理论塔板的数量，它与操作条件（如回流比等）有关，而全回流是一种特殊的操作情况，此时所需的理论塔板数最少。所以该说法错误。3.吸收操作中，增加吸收剂的用量可以提高吸收效果，但会增加能耗。（）答案：√解析：增加吸收剂的用量可以增大吸收推动力，从而提高吸收效果。但吸收剂用量的增加会导致输送吸收剂的动力消耗增加，以及后续处理吸收剂的能耗增加。所以该说法正确。4.催化剂可以改变反应的平衡常数。（）答案：×解析：催化剂只能改变反应的速率，加快反应达到平衡的时间，但不能改变反应的平衡状态，因此也不能改变反应的平衡常数。平衡常数只与温度有关。所以该说法错误。5.化工生产中，只要控制好反应条件，就可以完全避免副反应的发生。（）答案：×解析：在化工生产中，即使控制好反应条件，也很难完全避免副反应的发生。因为化学反应的进行往往受到多种因素的影响，而且反应物分子之间的碰撞是随机的，总会有一些分子以不同的方式发生反应，从而产生副产物。所以该说法错误。6.离心泵的扬程是指离心泵能够输送液体的高度。（）答案：×解析：离心泵的扬程是指单位重量液体通过泵所获得的能量，它不仅包括液体被输送的高度，还包括液体在输送过程中克服阻力损失的能量以及增加的静压能等。所以该说法错误。7.热交换器的传热速率与传热面积、传热温差和传热系数成正比。（）答案：√解析：根据传热基本方程式Q=KΔtA（其中Q为传热速率，K为传热系数，Δt为传热温差，A为传热面积）可知，热交换器的传热速率与传热面积、传热温差和传热系数成正比。所以该说法正确。8.气体的溶解度随压力的增大而减小。（）答案：×解析：根据亨利定律，在一定温度下，气体在液体中的溶解度与该气体的平衡分压成正比，即气体的溶解度随压力的增大而增大。所以该说法错误。9.精馏操作中，回流比越大，分离效果越好，但能耗也越高。（）答案：√解析：回流比越大，精馏塔内的气液接触越充分，分离效果越好。但回流比增大意味着需要更多的液体回流到塔内，这会增加塔顶冷凝器和塔底再沸器的负荷，从而增加能耗。所以该说法正确。10.化工生产中，只要设备完好，就不会发生安全事故。（）答案：×解析：化工生产中的安全事故不仅与设备状况有关，还与操作规范、人员素质、管理水平、环境因素等多种因素有关。即使设备完好，如果操作人员违规操作、安全管理制度不完善等，也可能发生安全事故。所以该说法错误。四、简答题1.简述催化剂的作用原理。(1).催化剂通过参与化学反应，改变反应的途径，降低反应的活化能。(2).活化能的降低使得更多的反应物分子能够达到反应所需的能量，从而增加了活化分子的百分数。(3).活化分子百分数的增加导致单位时间内有效碰撞的次数增多，反应速率加快。(4).催化剂在反应前后的质量和化学性质不变，它只是加快了反应达到平衡的时间，而不改变反应的平衡状态。2.说明精馏塔中进料热状况对精馏操作的影响。(1).进料热状况参数q值不同，会影响精馏段和提馏段的气液流量。当q值增大时，提馏段的液体流量增加，气相流量减小；精馏段的气液流量相对变化较小。(2).进料热状况会影响精馏塔内的温度分布。例如，冷液进料时，进料板温度会降低，塔内温度分布会发生相应的改变。(3).不同的进料热状况会影响精馏塔的分离效果。合适的进料热状况可以使精馏塔在较低的能耗下达到较好的分离效果。如果进料热状况不合适，可能需要增加回流比或塔板数来达到相同的分离要求，从而增加了能耗和设备投资。3.分析吸收过程中影响吸收速率的因素。(1).气液接触面积：气液接触面积越大，吸收速率越快。可以通过增加填料的比表面积、采用高效的气液接触设备等方式来增大接触面积。(2).吸收推动力：吸收推动力是气相溶质的分压与液相中溶质的平衡分压之差。增大吸收推动力可以加快吸收速率，例如增加气相中溶质的分压、降低液相中溶质的平衡分压（如选择合适的吸收剂）等。(3).吸收系数：吸收系数与气液两相的物理性质、流动状态等因素有关。提高气液两相的湍动程度、降低气膜和液膜的厚度等可以增大吸收系数，从而加快吸收速率。(4).温度：一般来说，温度升高会使气体的溶解度减小，吸收速率降低。但温度升高也会使分子的扩散速率加快，对吸收系数有一定的影响，需要综合考虑。(5).压力：增大压力可以增加气体的溶解度，从而增大吸收推动力，加快吸收速率。但压力的增加也会增加设备的投资和操作成本。4.简述离心泵的工作原理。(1).离心泵启动前，泵壳和吸入管路中必须充满液体。(2).当离心泵的叶轮在原动机的带动下高速旋转时，叶片间的液体在离心力的作用下从叶轮中心被甩向叶轮外缘，获得了能量，以较高的速度流入泵壳。(3).在泵壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能，于是液体以较高的压力从泵的排出口排出。(4).同时，在叶轮中心处形成了低压区，在吸入液面与叶轮中心之间的压力差作用下，液体不断地被吸入泵内，以补充被排出的液体。这样，离心泵就可以连续地输送液体。5.化工生产中如何进行节能减排？(1).采用先进的工艺技术：选择能耗低、污染小的生产工艺，淘汰落后的生产工艺。例如，采用催化加氢工艺代替传统的化学还原工艺，可以减少能源消耗和废弃物的产生。(2).优化设备选型和操作：选用高效节能的设备，如高效的换热器、泵、压缩机等，并合理操作这些设备，使其在最佳工况下运行。例如，通过调节泵的转速来控制流量，避免不必要的能量损失。(3).加强能源管理：建立完善的能源管理制度，对能源的消耗进行监测、分析和考核。通过能源审计，找出能源浪费的环节，并采取相应的措施进行改进。(4).回收利用余热余压：化工生产中会产生大量的余热余压，通过余热锅炉、汽轮机等设备将其回收利用，用于发电、加热等，可以提高能源的利用率。(5).废水、废气和废渣的处理与回用：对化工生产中的废水、废气和废渣进行处理，使其达到排放标准，并尽可能地进行回用。例如，将处理后的废水用于冷却、洗涤等，将废渣作为建筑材料的原料等。(6).提高员工的节能意识：通过培训和宣传，提高员工的节能减排意识，使员工在日常工作中养成节能的好习惯，如随手关灯、关设备等。五、计算题1.在一连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，进料量为100kmol/h，进料中苯的摩尔分数为0.4，要求塔顶产品中苯的摩尔分数为0.9，塔底产品中苯的摩尔分数为0.1。试求塔顶产品量D和塔底产品量W。(1).根据物料衡算原理，总物料衡算：F=D+W，其中F为进料量，D为塔顶产品量，W为塔底产品量。(2).苯的物料衡算：FxF=DxD+WxW，其中xF为进料中苯的摩尔分数，xD为塔顶产品中苯的摩尔分数，xW为塔底产品中苯的摩尔分数。(3).已知F=100kmol/h，xF=0.4，xD=0.9，xW=0.1，将总物料衡算式变形为W=F-D，代入苯的物料衡算式可得：FxF=DxD+(F-D)xW100×0.4=D×0.9+(100-D)×0.140=0.9D+10-0.1D40-10=0.9D-0.1D30=0.8DD=30÷0.8=37.5kmol/h(4).再根据总物料衡算W=F-D，可得W=100-37.5=62.5kmol/h。2.某反应在300K时的反应速率常数为0.01s⁻¹，已知该反应的活化能为50kJ/mol，求该反应在320K时的反应速率常数。（已知R=8.314J/(mol·K)）(1).根据阿伦尼乌斯方程的定积分形式：ln(k₂/k₁)=Ea/R×(1/T₁-1/T₂)，其中k₁、k₂分别为温度T₁、T₂时的反应速率常数，Ea为活化能，R为摩尔气体常数。(2).已知k₁=0.01s⁻¹，T₁=300K，T₂=320K，Ea=50×10³J/mol，R=8.314J/(mol·K)，代入方程可得：ln(k₂/0.01)=50×10³/8.314×(1/300-1/320)先计算(1/300-1/320)=(320-300)/(300×320)=20/(300×320)=1/4800则ln(k₂/0.01)=50×10³/8.314×1/4800≈1.26(3).对ln(k₂/0.01)=1.26两边取指数可得：k₂/0.01=e¹.²⁶k₂=0.01×e¹.²⁶≈0.035s⁻¹3.用清水吸收某混合气体中的溶质A，已知混合气体中溶质A的初始含量为0.05（摩尔分数），吸收后溶质A的含量降至0.005。吸收塔的操作压力为101.3kPa，温度为25℃，在该条件下溶质A在水中的亨利系数E=1.6×10⁴kPa。试求：-(1).吸收过程的平均推动力。

-(2).若吸收剂用量为最小用量的1.5倍，求吸收剂用量。解：(1).首先求气相溶质的平衡分压：根据亨利定律p*=Ex，其中p*为溶质的平衡分压，E为亨利系数，x为液相中溶质的摩尔分数。塔顶：y₂=0.005，x₂=0（清水吸收），p₂*=E×x₂=0塔底：y₁=0.05，设塔底液相中溶质的摩尔分数为x₁，根据物料衡算L(x₁-x₂)=G(y₁-y₂)（L为吸收剂用量，G为混合气体流量），在求平均推动力时，先不考虑流量。由亨利定律p₁*=E×x₁，又p₁=Py₁=101.3×0.05=5.065kPa，x₁=p₁/E=5.065/1.6×10⁴=3.166×10⁻⁴气相平均推动力：Δy₁=y₁-y₁*=y₁-Ex₁=0.05-1.6×10⁴×3.166×10⁻⁴=0.05-0.5065=-0.4565（这里计算有误，应该用p