2025年化工总控工一级技师试题及答案

2025年化工总控工一级技师试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某连续釜式反应器中进行一级不可逆反应，反应速率常数k=0.5min⁻¹，进料体积流量v=10m³/h，物料密度ρ=800kg/m³，要求转化率x=80%，则反应器有效体积应为（）。A.1.6m³B.3.2m³C.4.8m³D.6.4m³2.精馏塔操作中，若进料状态由饱和液体改为冷液体进料（其他条件不变），则塔顶易挥发组分纯度将（）。A.升高B.降低C.不变D.先降后升3.工业合成氨反应（N₂+3H₂⇌2NH₃，ΔH=92.4kJ/mol）在催化剂作用下进行，下列操作中能同时提高反应速率和平衡转化率的是（）。A.升高温度B.增大压强C.增加H₂浓度D.更换高效催化剂4.某列管换热器中，热流体由120℃降至80℃，冷流体由30℃升至60℃，若为逆流操作，则对数平均温差Δtm为（）。A.45℃B.50℃C.55℃D.60℃（已知：ln(4/3)≈0.2877）5.关于催化剂的活性中心，下列描述正确的是（）。A.活性中心是催化剂表面的均匀区域B.活性中心仅存在于金属催化剂中C.活性中心的数量决定催化剂的选择性D.活性中心是催化剂表面具有特定结构的微观区域6.离心泵启动前未灌泵，最可能导致的故障是（）。A.气缚B.气蚀C.扬程过高D.电机过载7.工业上采用变压吸附（PSA）分离H₂和CO₂时，吸附剂再生的常用方法是（）。A.升温B.降压C.通入惰性气体D.水洗8.某DCS系统中，温度变送器输出信号为420mA（对应0200℃），当测得电流为12mA时，实际温度为（）。A.80℃B.100℃C.120℃D.150℃9.化工装置紧急停车时，应优先切断的介质是（）。A.冷却水B.燃料气C.原料气D.蒸汽10.对于放热反应的固定床反应器，为避免飞温，最有效的控制手段是（）。A.增大原料气流量B.降低进料温度C.设置列管内的冷却介质D.减少催化剂装填量二、多项选择题（每题3分，共15分，错选、漏选均不得分）1.影响气液传质塔板效率的主要因素包括（）。A.气液流量B.塔板结构C.物系性质D.操作压力2.下列属于化工过程安全“三废”的是（）。A.废催化剂B.含硫废气C.高盐废水D.反应热3.离心泵性能曲线包括（）。A.流量扬程曲线（QH）B.流量效率曲线（Qη）C.流量轴功率曲线（QN）D.流量允许吸上真空高度曲线（QHs）4.工业反应器按操作方式分类可分为（）。A.间歇反应器B.连续反应器C.半间歇反应器D.固定床反应器5.关于PID控制器参数整定，下列说法正确的是（）。A.比例度δ增大，控制作用减弱B.积分时间Ti增大，积分作用增强C.微分时间Td增大，微分作用增强D.实际应用中通常优先整定比例参数三、填空题（每空2分，共20分）1.化工生产中，物料衡算的理论依据是__________定律。2.精馏塔中，提馏段操作线方程的斜率为__________（用符号表示）。3.催化剂的三大基本特性是活性、选择性和__________。4.吸收过程的推动力是__________与实际浓度的差值。5.离心泵的扬程是指单位重量液体通过泵后获得的__________。6.工业上常用__________法测定固体催化剂的比表面积。7.换热器的总传热系数K的单位是__________。8.DCS系统中，AI表示__________信号输入。9.对于可逆放热反应，最佳温度曲线是随转化率升高而__________的曲线。10.化工装置开车前需进行__________试验，以检查设备密封性能。四、简答题（每题8分，共32分）1.简述连续精馏塔进料热状况（q值）对操作线的影响，并画出五种进料状态下的q线示意图。2.催化剂失活的主要原因有哪些？针对每种失活类型，列举一种再生方法。3.固定床反应器与流化床反应器相比，各有哪些优缺点？（至少列出4点）4.化工装置紧急停车时，“先保设备后保生产”的操作原则具体指哪些措施？五、计算题（共23分）1.（8分）某乙醇水连续精馏塔，进料组成为x_F=0.3（摩尔分数，下同），泡点进料（q=1），塔顶馏出液x_D=0.85，塔底釜液x_W=0.02，操作回流比R=2.5，物系相对挥发度α=2.5。（1）计算最小回流比R_min；（2）若实际回流比为2R_min，求精馏段操作线方程。2.（7分）某合成氨装置中，原料气组成为N₂:25%、H₂:75%（体积分数），反应后出口气体中NH₃体积分数为15%，假设反应前后温度、压力不变，求H₂的转化率（保留两位小数）。3.（8分）某管壳式换热器，壳程为饱和水蒸气（120℃，汽化潜热r=2205kJ/kg），管程为流量10000kg/h的水，从20℃加热至80℃。已知水的比热容c_p=4.18kJ/(kg·℃)，总传热系数K=800W/(m²·℃)，求：（1）换热器的热负荷Q；（2）所需换热面积A（逆流，Δtm取算术平均温差）。六、综合分析题（共30分）某化工厂甲醇合成装置（反应式：CO+2H₂⇌CH₃OH，ΔH=90.8kJ/mol）运行中出现以下异常：反应器出口甲醇浓度由5%降至3%；反应器床层温度由240℃升至265℃；循环气中CO含量由12%升至18%。结合工艺原理和操作经验，分析可能的故障原因，并提出3条针对性的处理措施。参考答案一、单项选择题1.B2.A3.B4.C5.D6.A7.B8.B9.B10.C二、多项选择题1.ABCD2.ABC3.ABCD4.ABC5.ACD三、填空题1.质量守恒2.L'/V'（或L+qF/V+(q1)F）3.稳定性4.平衡浓度5.能量增量（或机械能）6.BET（氮吸附）7.W/(m²·℃)8.模拟量9.降低10.气密性（或耐压）四、简答题1.影响：q值决定q线斜率（q/(q1)），进而影响精馏段与提馏段操作线交点位置。q>1（冷液进料）：q线斜率>0，交点上移；q=1（泡点进料）：q线垂直（斜率∞）；0<q<1（气液混合进料）：q线斜率<0；q=0（露点进料）：q线水平（斜率0）；q<0（过热蒸汽进料）：q线斜率>0（与冷液相反）。（示意图需画出不同q值对应的q线与平衡线交点位置）2.失活原因及再生方法：积碳（结焦）：高温下通入空气或水蒸气烧碳再生；中毒（化学失活）：若为可逆中毒（如硫中毒），可通过氢气还原再生；不可逆中毒需更换催化剂；烧结（热失活）：无法再生，需重新焙烧或更换；机械磨损：筛除细粉，补充新鲜催化剂。3.固定床反应器优点：催化剂不易磨损、返混小、温度分布易控制；缺点：传热差（大直径时）、催化剂更换困难、局部易超温。流化床反应器优点：传热效率高、温度均匀、易连续加料/排料；缺点：催化剂磨损严重、返混大、产物分离复杂。4.操作原则：优先切断燃料（如燃料气、蒸汽）防止超温超压；保持关键设备（如反应器、塔器）的冷却介质（如循环水）供应，避免设备损坏；关闭原料进料阀，防止物料倒灌或过度累积；启动安全泄放系统（如安全阀、爆破片），控制压力在设计范围内；保护转动设备（如泵、压缩机），避免空转或过载。五、计算题1.（1）泡点进料时，q线与平衡线交点的x坐标x_q=x_F=0.3，平衡线方程y=αx/(1+(α1)x)=2.5×0.3/(1+1.5×0.3)=0.652；R_min=(x_Dy_q)/(y_qx_q)=(0.850.652)/(0.6520.3)=0.198/0.352≈0.562。（2）实际R=2×0.562=1.124，精馏段操作线方程：y=(R/(R+1))x+x_D/(R+1)=(1.124/2.124)x+0.85/2.124≈0.529x+0.400。2.设进料总量为100mol，则N₂=25mol，H₂=75mol；设反应生成NH₃=2nmol（根据反应式），则消耗N₂=nmol，H₂=2nmol；出口气体总量=1002n（因3mol反应物生成2mol产物，净减少1mol）；NH₃体积分数=2n/(1002n)=15%→2n=0.15×(1002n)→2n=150.3n→n≈6.52mol；H₂转化率=2n/75=13.04/75≈17.39%。3.（1）Q=qm×c_p×ΔT=10000×4.18×(8020)=2.508×10⁶kJ/h≈696.67kW；（2）Δt1=12080=40℃，Δt2=12020=100℃，Δtm=(40+100)/2=70℃；A=Q/(K×Δtm)=696670W/(800W/(m²·℃)×70℃)=696670/(56000)≈12.44m²。六、综合分析题可能原因：1.催化剂失活：积碳或中毒导致活性下降，反应速率降低，甲醇生成量减少，未反应的CO累积；2.进料配比失衡：H₂/CO摩尔比低于理论值（2:1），CO过量，平衡向逆反应移动，同时过量CO的反应放热增加（因反应为放热，CO浓度高时反应热更多）；3.冷却系统故障：如反应器内冷却介质（如导热油）流量减少或温度升高，无法及时移热，导致床层超温，高温使平衡逆向移动（放热反应高温不利正向）；4.循环气流量过大：