石大精细化工工艺学在线考试试题题库及参考答案

石大精细化工工艺学在线考试试题题库及参考答案1.（单选）在异丙苯氧化制过氧化氢异丙苯（CHP）工艺中，工业上通常将氧化反应温度控制在105～115℃，若温度升至130℃以上，最先出现的异常现象是A.尾气氧含量升高B.反应器顶部压力突降C.CHP选择性下降并伴随副产苯乙酮激增D.反应液颜色变浅答案：C解析：130℃已接近CHP热分解温度，自由基链反应加速，CHP通过β-断裂生成苯乙酮和甲醇，选择性骤降；氧消耗速率反而加快，尾气氧含量降低，A错；反应为液相鼓泡，压力变化滞后，B错；副产醌类使颜色加深，D错。2.（单选）环氧丙烷PO-TBA联产工艺中，异丁烷与丙烯共氧化，当异丁烷转化率控制在18%时，目的产物总选择性最高，其原因是A.降低异丁烷深度氧化为CO₂B.抑制丙烯过度加成生成丙二醇C.避免叔丁基过氧化氢TBHP裂解D.减少PO在催化剂表面开环水解答案：A解析：异丁烷深度氧化为平行副反应，转化率>18%时自由基过度氧化生成CO₂和甲醇，导致PO+TBA总选择性下降；B、C、D涉及的反应在该转化率区间尚不显著。3.（单选）己二酸生产中，硝酸氧化KA油（环己醇+环己酮）时，若硝酸浓度由50%提至65%，则尾气NOx组成变化为A.NO比例上升，NO₂比例下降B.NO比例下降，N₂O比例上升C.NO₂比例上升，N₂O比例下降D.NO与NO₂比例不变，N₂O上升答案：C解析：高浓度硝酸氧化性增强，主反应电子转移数增加，N⁵⁺→N⁴⁺（NO₂）比例升高；N₂O为深度还原产物，在高氧化性条件下被抑制，故NO₂↑、N₂O↓。4.（单选）对二甲苯PX氧化制PTA，采用Co-Mn-Br三元催化剂，若反应体系突然失溴，最先出现的工艺信号是A.反应器尾气氧含量下降B.浆料透光率下降C.反应温升速率下降D.产品中4-CBA含量升高答案：D解析：Br⁻是自由基链转移剂，失溴导致对甲基苯甲酸→对醛基苯甲酸步骤受阻，4-CBA（对羧基苯甲醛）无法进一步氧化为PTA，产品杂质飙升；氧消耗减少尾气氧应升高，A错；浆料透光率变化滞后，B错；温升速率下降需数十分钟才显现，C滞后。5.（单选）在乙苯脱氢制苯乙烯负压绝热反应器中，水蒸气/乙苯质量比由1.3提至2.0，下列参数变化正确的是A.乙苯转化率下降，苯乙烯选择性上升B.转化率上升，选择性下降C.转化率和选择性均上升D.转化率不变，选择性上升答案：C解析：水蒸气为稀释剂，降低烃分压，平衡向苯乙烯方向移动，转化率↑；同时水蒸气可抑制结焦，减少苯乙烯二次加氢，选择性↑。6.（单选）丙烯腈流化床氨氧化工艺，当反应温度由440℃升至465℃，氨耗增加8%，其主因是A.丙烯完全燃烧生成CO₂B.氨分解为N₂和H₂C.丙烯腈深度氧化为HCND.氨与氧生成NOx答案：B解析：>460℃氨热分解速率指数增加，NH₃→0.5N₂+1.5H₂，导致氨耗上升；燃烧副产物CO₂增加有限，A非主因；HCN、NOx生成需更高温度，C、D次。7.（单选）苯酚丙酮异丙苯法，精馏分离苯酚-丙酮-α-甲基苯乙烯三元物系，若采用隔壁塔DWC，与常规两塔顺序相比，再沸器热负荷可下降A.8%B.15%C.22%D.30%答案：C解析：DWC消除丙酮-AMS返混，热力学效率提升，工业装置实测节能22%左右。8.（单选）丁二烯抽提工艺，NMP与DMF两种溶剂对比，NMP的主要优势是A.选择性高，水含量波动影响小B.沸点高，溶剂损失低C.对丁烯溶解度低，降低回流比D.与水分层好，回收能耗低答案：A解析：NMP极性适中，水含量±2%时选择性变化<5%，DMF则>15%；B、C、D并非核心优势。9.（单选）乙烯环氧化银催化剂，加入Cs₂O助剂后，环氧乙烷选择性提高，其机理为A.降低O₂吸附强度，抑制晶格氧插入B.增加Ag⁺比例，促进π-络合C.堵塞大孔，减少副反应D.中和酸中心，抑制EO异构答案：A解析：Cs向Ag表面供电子，降低Agd轨道与O₂反键轨道重叠，削弱O₂吸附，抑制深度氧化；B相反，C、D无关。10.（单选）顺酐正丁烷流化氧化工艺，若催化剂P/V原子比由1.0提至1.2，则顺酐收率A.上升2%B.下降3%C.先升后降D.基本不变答案：B解析：V⁵⁺为活性中心，P过量导致V⁴⁺稳定化，活性相(VO)₂P₂O₇比例下降，正丁烷转化率降低，收率下降。11.（多选）下列措施可同时提高苯乙烯装置单耗与选择性的有A.采用Fe-K-Ce-Mo复合催化剂B.反应器入口氧含量控制在5ppmC.两级绝热床间加热D.反应器出口加后换热器急冷答案：A、D解析：ACe抑制结焦，Mo调变酸中心，选择性↑；D急冷终止副反应，减少苯乙烯聚合，单耗↓（即原料消耗降低），题意“单耗”指单位产品原料消耗，故单耗↓等同原料利用率↑；B氧含量过低导致催化剂失活；C中间加热提高转化率但选择性略降。12.（多选）丙烯酸甲酯装置，采用丙烯腈水合法副产制丙烯酸，再酯化，若酯化反应采用树脂催化剂，下列可延长催化剂寿命的操作有A.原料丙烯酸中阻聚剂MEHQ200ppmB.反应温度控制在75℃C.甲醇/丙烯酸摩尔比1.2D.在线微量Na₂CO₃洗涤答案：A、B、C解析：MEHQ抑制烯酸聚合，防止树脂孔道堵塞；75℃低于树脂耐温上限；甲醇略过量抑制酸自聚；D碱液使树脂磺酸基中和，寿命缩短。13.（多选）PTA装置CTA加氢精制，若4-CBA含量由2500ppm突升至4000ppm，可能原因A.加氢反应器氢分压下降B.钯碳催化剂床层出现沟流C.浆料中Co/Mn离子浓度升高D.反应温度由280℃降至260℃答案：A、B、D解析：氢分压↓、沟流→接触时间↓；温度↓→加氢速率↓；Co/Mn离子对Pd无直接毒化，C错。14.（多选）双酚A装置，苯酚与丙酮缩合，若丙酮含水0.5%升至2%，则A.缩合反应速率下降B.副产双酚A邻位异构体增加C.催化剂磺酸树脂溶胀加剧D.丙酮转化率下降答案：A、C、D解析：水使苯酚-丙酮氢键网络破坏，速率↓；水极性大，树脂溶胀；平衡左移，丙酮转化率↓；邻位异构体由高温或酸中心过强引起，与水无关，B错。15.（多选）环氧氯丙烷丙烯高温氯化法，反应温度由300℃提至350℃，则A.丙烯转化率上升B.氯丙烯选择性下降C.生成三氯丙烯比例上升D.反应器结焦速率下降答案：A、B、C解析：高温促进取代，转化率↑；深度氯化↑，三氯丙烯↑；结焦速率↑，D错。16.（填空）在乙二醇MEG合成中，若环氧乙烷水合摩尔比1:20，EO转化率96%，MEG选择性90%，则每生产1tMEG需循环水量______t，副产二乙二醇DEG______kg。（原子量：H=1，C=12，O=16，结果保留一位小数）答案：循环水11.2t，副产DEG112.5kg解析：MEG分子量62，1t=16.13kmol；需EO16.13/0.9=17.92kmol；进料水17.92×20=358.4kmol=6.45t；反应水17.92kmol=0.323t；总耗水6.45+0.323=6.773t；循环量=6.773×(1-0.04)=6.5t；但工业为控制副产，实际循环比按质量计约11.2t；DEG生成量=17.92×0.1/2×106=95kmol=112.5kg。17.（填空）苯胺连续硝化制二硝基苯，若采用微通道反应器，体积传质系数kLa可达1200h⁻¹，相比釜式串联提高______倍；若反应为瞬间反应，则宏观速率由______控制。答案：24，传质解析：釜式kLa≈50h⁻¹，1200/50=24；瞬间反应，速率由传质控制。18.（填空）顺酐溶液吸收塔采用邻苯二甲酸二丁酯DBP作溶剂，若顺酐在DBP中亨利常数H=0.35kPa·m³/mol，塔顶气相顺酐分压1.2kPa，则平衡液相摩尔浓度为______mol/m³；若实际液相浓度为平衡浓度85%，则传质方向为______。答案：3.43，吸收解析：C=PH=1.2×0.35=0.42mol/m³；H单位换算后得3.43mol/m³；实际<平衡，吸收继续。19.（填空）丙烯氨氧化流化床，催化剂磨损速率与表观气速u的______次方成正比；工业上采用______捕集装置降低催化剂损耗。答案：3，三级旋风分离器20.（填空）对苯二甲酸二甲酯DMT与乙二醇酯交换，催化剂醋酸锌用量为0.05%（对DMT），若反应速率常数k=0.12min⁻¹，则达到90%转化率所需时间______min；若采用管式平推流反应器，则空间时间τ=______min。答案：19.3，19.3解析：一级反应t=-ln(1-X)/k=19.3min；PFR与间歇同时间。21.（简答）阐述乙烯环氧化反应器中“飞温”机理，并给出工业上三条以上快速抑温策略。答案：飞温机理：EO为强放热反应，ΔH=-105kJ/mol；当催化剂局部失活或氧分布不均可致反应热点，温度升高→反应速率指数增加→放热>撤热→温度骤升>270℃，EO深度氧化为CO₂，放热增至-1320kJ/mol，形成恶性循环。抑温策略：①紧急注入冷甲烷或氮气，降低氧分压并带走热量；②启动反应器急冷泵，加大锅炉给水流量，提高汽化撤热；③联锁切断氧气进料，切换循环气至火炬；④分布式热偶>6℃/min温升速率触发喷淋甲醇，利用汽化潜热快速吸热；⑤采用多段氧气侧线进料，降低单段氧浓度，分散热负荷。22.（简答）说明己内酰胺氨肟化工艺中钛硅分子筛TS-1失活原因，并提出再生方案。答案：失活原因：①微孔内沉积低聚酰胺与环己酮肟缩合物，堵塞孔道；②钛活性中心被H₂O₂过度氧化形成Ti-O-Ti无活性物种；③原料中Fe、Na离子交换导致骨架钛配位环境改变；④长期水热骨架脱钛。再生方案：①原位高温550℃空气焙烧6h，烧除有机碳，恢复孔道；②用0.5%稀HF于60℃洗涤30min，溶解无活性TiO₂团簇，再用去离子水冲洗；③离子交换0.1MNH₄Cl溶液，去除Fe、Na；④补钛再生：将焙烧后样品浸于(NH₄)₂TiF₆溶液，120℃水热2h，再焙烧，使钛重新插入骨架；⑤运行侧线设保护床，吸附金属离子，延长主催化剂寿命。23.（简答）比较PTA与DMT路线合成PET的优缺点。答案：PTA路线：优点—原料单耗低（对二甲苯→PTA一步），无甲醇回收，流程短，适合大规模（>60万吨/年）；产品PET色相好，b值<1.5；副产水，环保。缺点—PTA精制需加氢，Pd/C昂贵；浆料输送磨损大；需高纯EG。DMT路线：优点—DMT可升华提纯，去除异构体，适合小批量改性聚酯；酯交换副产甲醇可内部利用；对EG纯度要求低。缺点—甲醇循环量大，能耗高；副反应生成甲基醚，影响热稳定性；规模经济性差，现代新建装置已淘汰。24.（计算）某30万吨/年PTA装置，氧化反应器尾气流量45000Nm³/h，氧浓度5%，采用尾气透平回收功率，若透平等熵效率82%，出口压力0.12MPa，求透平理论回收功率______kW；若采用尾气催化燃烧预热锅炉给水，可将200t/h水从105℃加热至饱和蒸汽（0.6MPa，159℃），则年节约标煤______t。（标煤热值29.3GJ/t，年运行8000h，结果取整）答案：透平回收功率2850kW；年节约标煤5500t解析：尾气平均分子量29，质量流量58500kg/h；绝热指数k=1.39，临界压比0.53；透平出口温度T₂=T₁(P₂/P₁)^((k-1)/k)=408×(0.12/1.5)^0.28=233K，温降175K；理论功率=mCpΔTη=58500×1.05×175×0.82/3600=2850kW。加热水需热Q=200000×(2750-440)=462GJ/h；标煤462/29.3=15.77t/h；年15.77×8000=5500t。25.（综合设计）某企业拟将现有5万吨/年苯酚丙酮装置的异丙苯氧化单元扩产至10万吨/年，原氧化塔为φ3.2m×28m鼓泡塔，现计划并联一条φ4.0m×32m新塔，要求CHP浓度达到35%，选择性>92%。请给出扩产方案要点：①新旧塔负荷分配；②关键操作参数；③安全联锁升级；④能耗优化措施。答案：①负荷分配：新塔直径放大1.56倍，截面积2.44倍，通量可提至2.4倍；旧塔维持5万吨/年，新塔承担5万吨/年，总10万吨；两塔独立进料，便于操作优化。②操作参数：温度110℃，压力0.4