2026年化工工艺学工艺流程设计卷全真模拟试题及答案

2026年化工工艺学工艺流程设计卷全真模拟试题及答案1.（单选）在丙烯腈装置反应工段，若原料丙烯中丙烷体积分数由2%升高至5%，保持相同转化率，反应器出口未反应丙烯摩尔流量将A.增加12% B.减少8% C.基本不变 D.增加3%答案：A解析：丙烷为惰性组分，其升高会降低丙烯分压，根据速率方程r=k·P丙烯^0.7，速率下降，需提高反应温度维持转化率，但题设“保持相同转化率”意味着反应时间延长，未反应丙烯绝对量增加，经验关联ΔF≈(ΔP丙烷/0.7)×1.8≈12%。2.（单选）采用N-甲基吡咯烷酮（NMP）萃取精馏分离C4，当溶剂比由8:1降至5:1时，关键组分相对挥发度α从1.85降至1.52，若理论板数不变，则塔顶产品纯度（质量分数）将A.下降2.1% B.下降4.7% C.下降7.3% D.下降9.5%答案：C解析：根据Fenske方程Nmin=ln[(xD/xB)·(1-xB)/(1-xD)]/lnα，代入N=40，反推xD变化，α下降17.8%，xD下降约7.3%。3.（单选）某硫酸装置焚硫炉出口SO2体积分数10.5%，O29.2%，若采用5段中间换热式转化器，最终转化率可达99.75%，则第3段出口温度最佳控制值为A.455℃ B.475℃ C.495℃ D.515℃答案：B解析：利用平衡曲线与最佳温度曲线交点法，第3段入口SO2浓度已降至3.1%，平衡温度约485℃，最佳温度Topt=Teq-25℃，取475℃可兼顾速率与平衡。4.（单选）在甲醇合成回路中，若循环气中CO2含量由3%提至6%，水冷器出口温度不变，则高压分离器液相中甲醇摩尔分数A.上升1.2% B.下降0.8% C.上升0.4% D.下降2.0%答案：B解析：CO2升高促进逆水煤气变换，生成更多水，液相水含量升高，甲醇溶解度下降，气液平衡计算得甲醇摩尔分数下降0.8%。5.（单选）对于年产40万吨乙二醇的煤制乙二醇装置，亚硝酸甲酯（MN）再生塔采用填料塔，若改用规整填料比散装填料压降降低45%，则循环气压缩机轴功率可下降A.180kW B.320kW C.480kW D.640kW答案：C解析：系统压降由28kPa降至15.4kPa，循环气量420kmol/h，压缩机多变功W=ν·ΔP/η，取η=0.75，计算得480kW。6.（单选）某苯乙烯装置乙苯脱氢反应器采用径向流反应器，催化剂床层外径3.2m，内径1.4m，高4m，若催化剂颗粒φ4mm，床层空隙率0.42，则反应器压降最接近A.18kPa B.28kPa C.38kPa D.48kPa答案：B解析：Ergun方程计算，质量流速G=1.85kg/(m²·s)，μ=2.8×10⁻⁵Pa·s，ρ=2.7kg/m³，ΔP/L=1.8×10⁴Pa/m，乘以高4m得28kPa。7.（单选）在己内酰胺装置中，若环己酮肟贝克曼重排反应采用微反应器，持液量仅8mL，反应时间3s，则与釜式反应器相比，副产物环己酮下降A.35% B.50% C.65% D.80%答案：D解析：微反应器强化传质，局部过酸区消失，副反应速率下降一个数量级，实验数据下降80%。8.（单选）某天然气蒸汽转化制氢装置，水碳比由3.0降至2.5，出口甲烷干基体积分数由3.2%升至4.1%，则转化炉管壁最高温度将A.上升15℃ B.上升25℃ C.上升35℃ D.上升45℃答案：B解析：水碳比下降，反应平衡左移，需提高管壁温度补偿，热通量不变下，管壁温度上升约25℃。9.（单选）在环氧丙烷HPPO工艺中，过氧化氢转化率99.2%，PO选择性93.5%，若副产丙二醇单甲醚（PGME）选择性2.1%，则每生产1tPO副产PGMEA.18kg B.22kg C.26kg D.30kg答案：B解析：PO分子量58，PGME118，按选择性比例计算得22kg。10.（单选）某PTA装置氧化反应器尾气氧含量由4.0%降至2.5%，则反应器顶部气相爆炸三角形最接近A.甲烷区 B.燃烧区边缘 C.非燃区 D.不确定答案：B解析：对二甲苯爆炸下限1.1%，上限7.0%，氧含量2.5%处于燃烧区边缘，需补氮确保非燃。11.（多选）关于醋酸乙烯乳液聚合反应器设计，下列措施可有效抑制凝胶化A.采用半连续滴加单体 B.反应温度梯度控制±0.5℃ C.添加0.3%聚乙烯醇保护胶体 D.搅拌功率降至0.5kW/m³ E.采用螺旋挡板强化轴向混合答案：ABCE解析：降低局部单体浓度、温控、空间位阻及强化混合均可抑制凝胶，低搅拌功率反而促进凝胶。12.（多选）在离子膜法烧碱中，下列因素导致槽电压升高A.阳极涂层脱落 B.阴极侧Fe³⁺污染 C.盐水SO₄²⁻超标 D.膜含水率下降 E.电流密度降低答案：ABCD解析：涂层脱落、Fe污染、SO₄²⁻沉积、膜失水均增大电阻，电流密度降低反而降电压。13.（多选）对于CO₂捕集MEA吸收塔，下列操作可降低再沸器热负荷A.提高贫液浓度至35wt% B.降低吸收温度至35℃ C.采用富液分级闪蒸 D.提高操作压力至0.25MPa E.采用混合胺MDEA+PZ答案：BCE解析：低温、闪蒸回收热、混合胺降低反应热均可节能，高浓度与高压反而增加热负荷。14.（多选）在聚碳酸酯界面缩聚中，下列措施可提高分子量A.提高NaOH/双酚A摩尔比至2.2 B.降低光气过量率至105% C.加入0.5%季铵盐相转移催化剂 D.反应温度降至15℃ E.采用高剪切乳化机答案：CDE解析：相转移、低温抑制水解、高剪切增大界面面积均可提高分子量，高碱比与低光气不利。15.（多选）关于费托合成浆态床反应器，下列说法正确A.催化剂粒径减小可减小内扩散限制 B.高表观气速导致催化剂夹带增加 C.换热管束宜采用U型管 D.浆液浓度升高导致黏度剧增 E.采用石蜡作为起始浆液介质答案：ABCDE解析：全部正确，石蜡起始可避免轻组分挥发。16.（填空）某年产30万吨醋酸乙烯装置，反应器入口C₂H₂:CH₃COOH=1.15:1（mol），单段转化率72%，选择性92%，则每生产1t醋酸乙烯需循环乙炔______kmol。答案：0.42解析：设进料1kmol乙炔，反应掉0.72kmol，生成0.72×0.92=0.6624kmol产品，需产品1/86=0.0116kmol，循环乙炈=(1-0.72)×0.0116/0.6624=0.42kmol。17.（填空）某苯酚丙酮装置异丙苯氧化塔，采用鼓泡塔，空塔气速0.08m/s，若氧传质系数kLa=0.045s⁻¹，则液相氧浓度达饱和80%所需塔高______m。答案：3.2解析：ln(1-0.8)=-kLa·H/ug，H=-ln0.2×0.08/0.045=3.2m。18.（填空）某30wt%NaOH溶液在50℃下密度为1.328g/cm³，若采用降膜蒸发器浓缩至50wt%，则蒸发水量为______kg水/kg原溶液。答案：0.462解析：基准1kg原液，NaOH0.3kg，水0.7kg，浓缩后总质量0.3/0.5=0.6kg，蒸发0.4kg，比例0.4/1=0.462。19.（填空）某合成氨装置一段炉出口气体含水汽58mol%，干气中CH₄8.5%，则水碳比为______。答案：3.1解析：水碳比=H₂O/CH₄=58/(100-58)×8.5/100=3.1。20.（填空）某丙烯酸装置，丙烯腈副产0.8kg/t丙烯酸，若年产16万吨丙烯酸，则年副产丙烯腈______吨。答案：128解析：16×0.8=128t。21.（简答）阐述在乙二醇装置环氧乙烷吸收塔中，采用碳酸乙烯酯（EC）替代水作为吸收剂的优缺点，并给出工艺优化方向。答案：优点：①EC对EO溶解度比水高6倍，循环量降低75%，塔径减小；②EC蒸汽压低于水，吸收温度可升至45℃，减少冷冻负荷；③EC与EO不生成乙二醇，解吸塔底部无需提馏段，蒸汽节省30%；④EC化学稳定性好，发泡倾向低。缺点：①EC黏度25℃下1.9cP，传质系数下降30%，需高效填料；②EC价格1.8万元/t，一次填充成本高；③EC与微量酸催化剂易水解生成CO₂，需离子交换脱酸；④火灾风险高于水，需氮气保护。优化方向：采用EC+水混合吸收剂（10%水）兼顾黏度与溶解度；设置侧线冷却器控制温升；解吸塔采用热泵压缩，将塔顶EO冷凝热用于再沸器；开发EC分子筛在线脱水技术，维持含水量<0.1%。22.（简答）某10万吨/年聚甲醛装置，共聚单体1,3-二氧戊环（DOL）含量3.5%，试分析DOL回收塔塔顶馏出液中甲醛含量超标（>0.5wt%）的原因，并提出解决措施。答案：原因：①DOL与甲醛形成共沸（常压下共沸甲醛28wt%），普通精馏无法分离；②塔顶冷凝器温度偏高，回流比不足，共沸物上移；③塔釜甲醛聚合导致釜液甲醛下降，塔顶相对升高；④DOL进料中含水0.8%，促进甲醛水合，共沸组成偏移。措施：采用变压精馏，高压塔0.6MPa操作，共沸甲醛降至18wt%，低压塔常压，两塔耦合；塔顶设置甲醛吸收段，用少量DOL冷回流吸收甲醛；加入萃取剂N-甲基吡咯烷酮，破坏共沸；塔釜加阻聚剂0.1%三乙醇胺，防止甲醛聚合；侧线采出含水甲醛，返回三聚甲醛合成段。23.（简答）某顺酐装置正丁烷氧化反应器，热点温度超过500℃，导致顺酐收率下降，分析原因并给出控制策略。答案：原因：①催化剂局部失活，热点迁移；②丁烷浓度分布不均，局部过浓；③冷却管束结垢，传热系数下降；④空速降低，停留时间延长，深度氧化。策略：采用多段进料，丁烷分段注入，降低单段负荷；催化剂分层装填，上层高活性、下层低活性；在线清焦，每班短时提高空气比烧碳；设置轴向温度梯度控制，热点温度与冷却水流量串级；采用金属纤维过滤器，去除铁粉防止催化剂中毒；开发MoVTeNb催化剂，提高热点耐受至520℃。24.（计算）某30万吨/年氯乙烯装置，乙烯直接氯化反应器采用鼓泡塔，反应温度90℃，压力1.1MPa，乙烯转化率98%，选择性99.2%，乙烯单程流量8500kg/h，求：（1）反应器出口EDC摩尔流量；（2）若采用外循环冷却，循环比10:1，求循环泵体积流量（m³/h），已知90℃EDC密度1.14g/cm³。答案：（1）乙烯进料8500/28=303.6kmol/h，反应掉303.6×0.98=297.5kmol/h，生成EDC297.5×0.992=295.1kmol/h；（2）循环EDC质量295.1×10×99=2.92×10⁵kg/h，体积流量2.92×10⁵/1.14=256m³/h。25.（计算）某合成甲醇装置，新鲜气H₂:CO:CO₂=70:24:6，循环气惰性含量8%，单程转化率18%，惰性气排放与循环气比例1:40，求：（1）排放气量（kmol/h），新鲜气1000kmol/h；（2）循环压缩机功率，循环气升压0.8MPa，等熵效率0.72，绝热指数1.37。答案：（1）设排放E，循环R，惰性平衡：0.08R=0.08E+0，R=40E，惰性入口=0，故E=1000×0.08/40=2kmol/h；（2）循环量R=80kmol/h，质量流量80×(0.7×2+0.24×28+0.06×44)=2.1×10³kg/h，体积流量80×22.4×313/273=2050m³/h=0.57m³/s，W=νΔP/η=0.57×0.8×10⁶/0.72=630kW。26.（设计）某5万吨/年聚碳酸酯装置，界面缩聚反应器需设计一台φ1.8m×12m卧式搅拌釜，要求：（1）确定搅拌器型式、转速、功率；（2）计算换热面积，反应放热180kW，冷却水5℃→15℃；（3）给出相分散粒径控制策略。答案：（1）采用双螺带-锚组合搅拌，螺带直径1.6m，锚0.9D，转速12rpm，雷诺数Re=ρND²/μ=1100×0.2×1.6²/0.08=7×10³，功率数Np=3.5，P=NpρN³D⁵=3.5×1100×(0.2)³×(1.6)⁵=32kW；（2）ΔTlm=(15-5)/ln(15/5)=9.1℃，Q=180kW，U=350W/(m²·K)，A=180×10³/(350×9.1)=56m²，采用外夹套+内盘管，夹套30m²，盘管26m²；（3）通过高速分散盘预分散，粒径d32<200μm，搅拌功率分配：螺带70%用于整体循环，分散盘30%用于破碎，加入0.2%Span-80降低界面张力，在线激光粒度仪反馈调节分散盘转速800-1200rpm。27.（设计）某20万吨/年醋酸装置甲醇羰基化反应器，采用铱-钌催化体系，要求：（1）确定反应器型式及尺寸；（2）给出催化剂分离流程；（3）计算闪蒸罐直径。答案：（1）选用带外循环的鼓泡塔，高径比8，体积250m³，φ2.8m×22m，气速0.12m/s，液体停留25min；（2）反应液经减压阀至闪蒸罐，压力0.3MPa，温度120℃，气相含HI、CO₂、CH₃I，液相含催化剂，液相经活性炭吸附除碘，离子交换除Fe、Ni，再返回反应器；（3）闪蒸罐气相负荷V=2.5×10⁴m³/h，取允许气速0.08m/s，D=√(4V/πu)=√(4×2.5×10⁴/3600/π/0.08)=10.5m，采用卧式分离器，长径比4，长度42m。28.（综合）某煤制烯烃装置，MTO反应器采用循环流化床，催化剂SAPO-34，反应温度500℃，再生温度650℃，要求：（1）建立催化剂循环量热平衡模型，给出计算公式；（2）若甲醇进料100t/h，反应热480kJ/kg，催化剂比热1.15kJ/(kg·K)，求催化剂循环量；（3）给出再生器烧焦区氧浓度控制策略。答案：（1）热平衡：Q反应=mcat·cp·(Treg-Treac)，mcat=Q反应/[cp·(Treg-Treac)]；（2）Q=100×10³×480=4.8×10⁷kJ/h，ΔT=150℃，mcat=4.8×10⁷/(1.15×150)=2.78×10⁵kg/h=278t/h；（3）采用分段再生，一段氧浓度1.5%，二段氧浓度3.0%，控制CO/CO₂=1:2，设置CO在线分析仪与氧流量串级，床层温度>700℃时自动减氧，喷入微量蒸汽抑制热点。29.（综合）某10万吨/年乳酸装置，采用玉米淀粉双酶法制糖，糖化液浓度180g/L，发酵罐体积1000m³，乳酸对糖转化率92%，求：（1）发酵罐批次周期；（2）所需种子罐体积及级数；（3）若采用电渗析分离乳酸，给出膜