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、化工过程控制与仪表1.单选题【题】某精馏塔采用差压变送器测量塔釜液位，变送器量程0～40kPa对应0～4m液位。当现场指示50%时，用HART手操器读取差压值为16kPa，此时实际液位为（）。A.1.6m B.2.0m C.2.4m D.2.8m【答案】B【解析】差压与液位呈线性，50%量程对应20kPa，但手操器读数仅16kPa，说明引压管存在10kPa的静压偏移（迁移）。实际差压=16kPa，量程40kPa对应4m，故液位=16/40×4=1.6m；但零点已迁移10kPa，故真实液位=1.6+10/40×4=2.0m。2.多选题【题】下列关于热电阻温度计的说法正确的是（）。A.Pt100在0℃时电阻为100ΩB.三线制可消除引线电阻带来的误差C.测量桥路供电必须采用恒压源D.铂电阻测温上限可达850℃【答案】A、B、D【解析】C错误，热电阻桥路需恒流源而非恒压源，恒流源才能确保引线电阻压降不影响测量。3.判断题【题】在DCS冗余I/O卡件中，主备卡件切换时间小于10ms即可保证所有控制回路无扰动。（）【答案】错误【解析】部分高速回路（如压缩机防喘振）要求切换时间<5ms，10ms仍可能出现阀门微跳。4.计算题【题】某反应器温度采用串级控制，主被控变量T1设定值180℃，副回路为夹套冷却水流量F2。主控制器PID参数Kc=2.5，Ti=6min；副控制器Kc=0.8，Ti=1min。现场测试阶跃响应：主变量超调量8%，调节时间28min。若将主控制器Ti改为8min，预测调节时间（±2%带）约为多少？【答案】约34min【解析】增大积分时间会降低主回路响应速度，根据CohenCoon经验，调节时间≈原时间×(Ti_new/Ti_old)=28×(8/6)=37.3min；考虑串级副回路快速性抵消部分延迟，实际约34min。5.简答题【题】简述采用“分程+阀位控制”实现反应器压力精确控制的核心思路。【答案】当反应器压力处于正常区间，仅用小阀A（等百分比特性，小信号灵敏）进行精细调节；当偏差超过设定阈值，大阀B（线性特性，大流通能力）切入分程区间，快速消除大偏差；同时引入阀位控制器，使小阀A工作点始终保持在30%～70%开度，避免小阀长期处于极限位置造成调节死区，实现全量程高精度。二、典型单元操作优化6.单选题【题】某苯甲苯精馏塔进料组成xF=0.45，泡点进料，塔顶xD=0.95，塔底xB=0.05（摩尔分数），相对挥发度α=2.46。采用McCabeThiele法计算，最小回流比Rmin为（）。A.1.08 B.1.22 C.1.35 D.1.48【答案】B【解析】q线垂直，交平衡线y=αx/[1+(α1)x]于(xF,y)，解得y=2.46×0.45/(1+1.46×0.45)=0.668；Rmin=(xDy)/(yxF)=(0.950.668)/(0.6680.45)=1.22。7.多选题【题】下列措施可同时降低精馏塔再沸器蒸汽消耗并提高塔顶产品回收率的是（）。A.增设中间再沸器B.将塔顶蒸汽用于预热进料C.提高操作压力D.采用热泵精馏【答案】B、D【解析】A仅节能不提高回收率；C提高压力使相对挥发度下降，反而可能降低回收率；B、D均通过能量集成实现双重目标。8.案例分析题【题】某厂甲醇水萃取精馏塔使用乙二醇为溶剂，运行半年后塔顶甲醇纯度由99.85%降至99.50%，且塔压降升高15%。现场测得溶剂比（溶剂/进料）由2.8升至3.4，回流量未变。请分析可能原因并给出两条可操作建议。【答案】原因：乙二醇高温氧化生成酸性物质，导致塔内件腐蚀，填料或塔板局部堵塞，气液分布不均，塔效率下降；为维持产品纯度被迫提高溶剂比，形成恶性循环。建议：1)在溶剂循环泵入口增设阴离子交换树脂床，在线去除有机酸，恢复溶剂品质；2)停车检修期间采用高压水射流+钝化剂对填料进行清洗，并更换腐蚀严重的分布器，恢复原始压降。9.计算题【题】某气体吸收塔用纯水吸收氨，入口气相摩尔分数y1=0.15，出口y2=0.005，液气比L/G=1.2，平衡关系y=1.8x，传质单元数NOG为多少？【答案】5.34【解析】Δy1=y1y1=0.151.8x1；Δy2=y2y2=0.0050=0.005；因L/G=1.2，物料衡算G(y1y2)=L(x1x2)，x2=0，得x1=G(y1y2)/L=(0.150.005)/1.2=0.1208；Δy1=0.151.8×0.1208=0.0674（出现负值，说明操作线斜率小于平衡线，塔顶已反提）；改用对数平均推动力Δym=(Δy2Δy1)/ln(Δy2/Δy1)=(0.005+0.0674)/ln(0.005/0.0674)=0.0229；NOG=(y1y2)/Δym=0.145/0.0229=5.34。三、反应器设计与安全10.单选题【题】某放热反应采用连续搅拌釜式反应器（CSTR），拟通过冷却夹套移热。若反应活化能E=92kJ·mol⁻¹，操作温度升高10K，则反应速率常数k增大约（）。A.1.5倍 B.2.0倍 C.2.5倍 D.3.0倍【答案】B【解析】阿伦尼乌斯公式k₂/k₁=exp[E/R(1/T₁1/T₂)]，取T₁=350K，T₂=360K，R=8.314，得k₂/k₁=exp[92000/8.314×(1/3501/360)]=2.02。11.多选题【题】关于HAZOP分析中“引导词+参数”组合，下列组合能够合理生成有效偏差的是（）。A.无+压力B.多+温度C.反向+流量D.部分+黏度【答案】A、B、C【解析】D“部分黏度”无实际物理意义，黏度为物性非过程变量，无法“部分”。12.判断题【题】对于本征动力学控制的催化反应，增大催化剂颗粒直径会显著提高宏观反应速率。（）【答案】错误【解析】颗粒增大，内扩散阻力增加，有效因子下降，宏观速率反而降低。13.计算题【题】某二级液相反应A+B→R，速率方程−rA=0.8cAcBkmol·m⁻³·min⁻¹，进料cA0=cB0=2kmol·m⁻³，体积流量1m³·min⁻¹，采用两个等体积CSTR串联，要求出口cA=0.2kmol·m⁻³，求单釜有效体积。【答案】1.25m³【解析】对二级反应，单釜设计方程τ=(cA0cA)/(0.8cAcB)，设第一釜出口cA1，第二釜cA2=0.2；两釜串联且等体积，联立求解得cA1=0.5kmol·m⁻³；单釜τ=(20.5)/(0.8×0.5×0.5)=7.5min；体积V=τ·Q=7.5×1=7.5m³（发现笔误，重新列方程：对第一釜τ1=(2cA1)/(0.8cA1²)，第二釜τ2=(cA10.2)/(0.8×cA1×0.2)，令τ1=τ2，解得cA1=0.5kmol·m⁻³，τ=3.75min，故V=3.75m³；再验算：第二釜τ=(0.50.2)/(0.8×0.5×0.2)=3.75min，吻合。因此单釜体积3.75m³，原答案1.25m³错误，更正为3.75m³。14.简答题【题】阐述“冷却失效”场景下，绝热温升ΔTad与紧急泄放直径计算的关联逻辑。【答案】冷却失效后，反应系统进入绝热模式，反应热全部用于升高体系温度，ΔTad=ΔHrx·n/(m·Cp)；ΔTad越大，体系越易在短时间内超压；紧急泄放需保证在最大允许累积压力Pmax达到之前，将蒸发气体及时排出，泄放直径由DIERS方法计算：G=dp/dt·V/(A·ΔP)，其中dp/dt与ΔTad导致的反应加速直接相关，ΔTad越高，dp/dt越大，所需泄放面积A越大，故ΔTad是确定泄放尺寸的核心输入。四、能量集成与节能技术15.单选题【题】某厂采用热pinch技术对过程进行能量集成，最小允许温差ΔTmin=20℃，pinch点温度（热端）为150℃，则冷端pinch点温度为（）。A.130℃ B.140℃ C.150℃ D.160℃【答案】A【解析】冷端温度=热端pinch温度−ΔTmin=150−20=130℃。16.多选题【题】关于有机朗肯循环（ORC）回收低品位热，下列说法正确的是（）。A.采用R245fa可避免真空运行B.蒸发器pinch温差越小，㶲损失越小C.膨胀机等熵效率一般低于蒸汽轮机D.冷凝温度升高可提高循环效率【答案】A、B、C【解析】D错误，冷凝温度升高降低平均放热温度，效率下降。17.计算题【题】某装置需将100t·h⁻¹粗苯从110℃冷却至40℃，比热容2.1kJ·kg⁻¹·K⁻¹，现有冷却水20℃升至35℃，求所需冷却水流量及pinch点温差（逆流）。【答案】冷却水流量≈133.3t·h⁻¹，pinch点温差10℃【解析】热负荷Q=100×1000×2.1×(110−40)=14.7GJ·h⁻¹；冷却水ΔT=15K，Cp=4.2kJ·kg⁻¹·K⁻¹，m=Q/(Cp·ΔT)=14.7×10⁶/(4.2×15)=233.3×10³kg·h⁻¹=233.3t·h⁻¹；但原计算100×2.1×70=14.7GJ，4.2×15=63kJ·kg⁻¹，14.7×10⁶/63=233.3t·h⁻¹，无误；pinch点出现在热端110/20、冷端40/35，最小温差出现在热端110−20=90℃，冷端40−35=5℃，故pinch点位于冷端，温差5℃；若要求ΔTmin=10℃，则需提高冷却水出口温度至30℃，重新计算m=14.7×10⁶/(4.2×10)=350t·h⁻¹，此时pinch温差10℃。18.案例分析题【题】某乙烯装置急冷水系统原用循环水冷却，夏季循环水温度高达34℃，导致急冷水温度无法低于40℃，压缩机段间冷却效果差。提出一种无需新增电耗的改造方案并量化收益。【答案】方案：利用装置富裕的低压甲烷（约0.35MPa，−90℃）通过真空相变换热器（冷媒R410A）制取5℃冷冻水，再用冷冻水与急冷水在板式换热器进行间接换热，将急冷水从42℃降至35℃。收益：压缩机段间温度每降1℃，压缩功耗降0.45%，预计降7℃，节电3.15%；以150MW压缩机功率计，年节电=150×10³×0.0315×8000=37.8GWh，按0.6元·kWh⁻¹，年节省2268万元；甲烷冷量原放空浪费，无额外运行成本，投资回收期<1年。五、设备维护与故障诊断19.单选题【题】离心泵振动速度有效值（RMS）在4.5mm·s⁻¹时，按ISO108163标准，该泵处于（）区域。A.A区（新泵） B.B区（允许长期运行） C.C区（需整改） D.D区（危险）【答案】C【解析】ISO108163对中型机组（1575kW）C区上限为4.5mm·s⁻¹，处于临界，需安排整改。20.多选题【题】导致螺杆压缩机出口温度异常升高的机械原因包括（）。A.转子间隙过大B.轴承磨损C.滑阀卡滞D.油冷却器结垢【答案】A、B、C【解析】D为冷却系统问题，非机械原因。21.判断题【题】采用磁悬浮轴承的离心压缩机无需润滑系统，因此不存在油膜涡动故障。（）【答案】正确【解析】磁悬浮无接触，自然消除油膜涡动。22.计算题【题】某电机驱动离心泵额定流量240m³·h⁻¹，扬程60m，效率72%，现实测流量200m³·h⁻¹，扬程55m，轴功率42kW，求当前机组效率并判断是否高效运行。【答案】当前效率≈71.2%，属高效区【解析】水功率Pw=ρgQH=1000×9.81×200/3600×55=29.94kW；效率η=29.94/42=71.2%；额定效率72%，泵高效区通常±5%，71.2%仍在高效区间。23.简答题【题】阐述采用“声发射”技术在线监测球罐活性裂纹扩展的原理及关键参数。【答案】金属裂纹扩展时释放应变能，产生高频应力波（20kHz1MHz），声发射传感器将弹性波转为电信号；关键参数：1)撞击数（Hits）反映裂纹活跃度；2)幅度（dB）与裂纹扩展量正相关；3)定位集中区指示裂纹位置；4)能量率（RA）用于区分噪声与真实裂纹信号；通过持续监测能量率突增，可在裂纹达到临界尺寸前预警，避免灾难性破裂。六、环保与减排24.单选题【题】某催化燃烧装置处理含苯废气，空速20000h⁻¹，入口苯浓度4g·m⁻³，去除率≥98%，催化剂床层温度需维持在（）以上。A.180℃ B.220℃ C.260℃ D.300℃【答案】C【解析】苯起燃温度约240℃，考虑空速高、98%去除率