2025年化工实务案例题库及答案

2025年化工实务案例题库及答案一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.在连续精馏操作中，若其他条件不变，仅提高回流比，则塔顶产品纯度将（）。A.降低B.不变C.提高D.先降后升2.对于小批量、多品种的化工生产，最适宜的反应器类型是（）。A.连续釜式反应器（CSTR）B.间歇反应器（BR）C.管式反应器（PFR）D.固定床反应器3.以下流体中，传热系数最大的是（）。A.水蒸气（冷凝）B.空气（强制对流）C.油类（强制对流）D.水（强制对流）4.在气体吸收操作中，亨利系数E越小，表明该气体（）。A.越难溶于溶剂B.越易溶于溶剂C.溶解度与E无关D.溶解度随E增大而增大5.恒速干燥阶段，物料的干燥速率主要取决于（）。A.物料内部水分扩散速率B.物料表面水分汽化速率C.物料温度D.物料厚度6.过滤操作中，添加助滤剂的主要目的是（）。A.提高过滤速率B.降低滤液黏度C.增加滤饼强度D.减少滤液损失7.输送强腐蚀性液体（如浓硫酸）时，应选择（）。A.离心泵B.齿轮泵C.屏蔽泵D.往复泵8.某基元反应为A+2B→C，则该反应的级数为（）。A.0级B.1级C.2级D.3级9.根据《石油化工企业设计防火标准》（GB501602008），液化烃罐区与明火地点的防火间距至少为（）。A.15mB.30mC.45mD.60m10.催化剂的活性组分主要作用是（）。A.提高机械强度B.提供反应活性中心C.防止烧结失活D.改善传热性能二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每题至少2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.物料衡算的基本依据包括（）。A.质量守恒定律B.能量守恒定律C.化学反应计量关系D.相平衡关系2.精馏塔操作中可能出现的异常现象有（）。A.液泛B.漏液C.雾沫夹带D.返混3.化工生产中，预防可燃气体爆炸的安全措施包括（）。A.设置可燃气体监测联锁装置B.使用防爆电器设备C.保持作业场所通风D.降低物料储存温度至燃点以下4.以下属于间壁式换热器的有（）。A.列管式换热器B.板式换热器C.螺旋板式换热器D.直接接触式换热器5.影响气体吸收效率的主要因素有（）。A.操作温度B.操作压力C.液气比（L/V）D.塔板数三、填空题（共10题，每空2分，共20分）1.精馏段操作线方程的一般形式为__________（用x、y表示气液组成）。2.间壁式换热器的对数平均温差（ΔTm）计算公式为__________（假设逆流操作，冷热流体进出口温差为ΔT1、ΔT2）。3.爆炸极限的表示单位通常为__________（体积分数）。4.催化剂的三大基本特性是活性、选择性和__________。5.离心泵的主要性能参数包括流量、扬程、轴功率和__________。6.亨利定律的表达式为__________（p为气体分压，x为液相摩尔分数，E为亨利系数）。7.对于n级不可逆反应，反应速率常数k的单位为__________（以浓度单位mol/L、时间单位s表示）。8.干燥过程可分为恒速干燥阶段和__________阶段。9.过滤基本方程的表达式为__________（V为滤液体积，A为过滤面积，Δp为压差，r为滤饼比阻，μ为滤液黏度，q=V/A）。10.换热器的热负荷计算公式为Q=__________（m为流体质量流量，c为定压比热容，ΔT为进出口温差）。四、简答题（共5题，每题6分，共30分）1.简述精馏塔发生液泛的主要原因及处理措施。2.催化剂失活的主要类型有哪些？分别说明其成因。3.如何通过操作参数调整提高气体吸收效率？（至少列举3项措施）4.离心泵启动前为何需要灌泵？若未灌泵会导致什么后果？5.简述化工工艺设计的主要步骤（从可行性研究到投产）。五、应用题（共5题，共35分）1.物料衡算（7分）某合成氨装置中，原料气组成为N₂（25%）、H₂（75%）（体积分数），进入反应器后，N₂的转化率为20%。假设反应为N₂+3H₂→2NH₃，且无副反应。计算：（1）反应器出口气体中各组分的体积分数（假设反应在恒压下进行，温度变化忽略不计）；（2）若原料气流量为1000m³/h（标准状态），则每小时生成NH₃的体积（标准状态）。2.热量衡算（7分）某乙醇蒸馏塔的再沸器需将塔底液体（含乙醇10%，水90%，质量分数）从80℃加热至100℃并部分汽化。已知：液体流量为5000kg/h；乙醇的汽化潜热为846kJ/kg，水的汽化潜热为2257kJ/kg；乙醇和水的平均定压比热容均为4.2kJ/(kg·℃)；汽化率为30%（质量分数）。计算再沸器的热负荷（kJ/h）。3.反应器体积计算（7分）某一级不可逆液相反应A→B，速率常数k=0.5min⁻¹，原料中A的浓度CA0=2mol/L，进料体积流量v0=0.1m³/min，要求转化率X=80%。分别计算采用平推流反应器（PFR）和全混流反应器（CSTR）时所需的反应器体积。4.工艺流程图分析（7分）图1为某乙醇脱水制乙烯的工艺流程示意图（略），主要包括：原料预热器、固定床反应器（装填Al₂O₃催化剂）、急冷塔、精馏塔。（1）说明预热器的作用；（2）反应器操作温度控制在360~400℃的原因（结合催化剂活性和副反应分析）；（3）急冷塔的主要目的。5.安全风险分析（7分）某化工厂有1个50m³液氨储罐（设计压力1.6MPa，储存量30t），周边30m内有员工休息室。（1）指出该储罐区存在的主要安全风险；（2）提出至少3项针对性的安全改进措施。答案及解析一、单项选择题1.C（回流比增大，塔顶产品纯度提高）2.B（间歇反应器适合小批量、多品种生产）3.A（水蒸气冷凝时传热系数可达10⁴~10⁵W/(m²·K)，远高于其他流体）4.B（亨利系数E越小，气体溶解度越大）5.B（恒速干燥阶段受表面汽化控制）6.A（助滤剂可形成疏松滤饼，降低过滤阻力）7.C（屏蔽泵无轴封，适合输送腐蚀性液体）8.D（基元反应级数等于分子数之和，1+2=3）9.C（GB50160规定液化烃罐区与明火间距≥45m）10.B（活性组分提供反应活性中心）二、多项选择题1.AC（物料衡算基于质量守恒和反应计量关系）2.ABC（返混是反应器现象，非精馏塔异常）3.ABC（燃点以下无法保证安全，需控制浓度在爆炸极限外）4.ABC（直接接触式换热器无固体壁面）5.ABC（塔板数是设备参数，非操作参数）三、填空题1.y=(R/(R+1))x+(xD/(R+1))（R为回流比，xD为塔顶馏出液组成）2.ΔTm=(ΔT1ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)3.%（体积百分比）4.稳定性（或寿命）5.效率（η）6.p=Ex7.(mol/L)^(1n)·s⁻¹（n为反应级数）8.降速干燥9.V²+2VVw=KA²τ（Vw为过滤介质当量滤液体积，K=2kΔp^(1s)）10.mcΔT四、简答题1.液泛原因：气速过高（气相动能因子过大）、液相负荷过大（液体在塔板上积累）、塔板堵塞（如结垢、聚合物沉积）。处理措施：降低气相流量（如减少加热蒸汽量）、降低液相流量（如减少回流或进料量）、停车清理塔板。2.催化剂失活类型：（1）中毒失活：原料中杂质（如S、P、As）与活性中心结合，覆盖活性位点；（2）烧结失活：高温下活性组分晶粒长大，比表面积减小；（3）结焦失活：反应中生成积碳（焦炭）覆盖活性中心（如烃类反应）。3.提高吸收效率的措施：（1）降低操作温度（气体溶解度随温度降低而增大）；（2）提高操作压力（气体分压增大，溶解度增大）；（3）增大液气比（L/V）（增加溶剂用量，提高传质推动力）；（4）选择溶解度大的溶剂（如用NaOH溶液吸收CO₂比水更高效）。4.灌泵原因：离心泵的叶轮需在液体中旋转才能形成离心力，若泵内有气体（气缚），叶轮无法有效做功，导致无法输送液体。未灌泵后果：泵空转、流量为零，长时间运行会导致叶轮磨损、电机过载。5.工艺设计步骤：（1）可行性研究（市场、技术、经济分析）；（2）工艺计算（物料衡算、热量衡算、设备选型）；（3）绘制工艺流程图（PFD、P&ID）；（4）设备布置设计（车间、罐区布局）；（5）安全环保设计（风险评估、三废处理）；（6）施工图设计（管道、仪表、电气细节）；（7）投产前调试与验证。五、应用题1.物料衡算（1）设进料总体积为100mol（方便计算），则N₂=25mol，H₂=75mol。反应量：N₂转化20%，即25×0.2=5mol，H₂转化5×3=15mol，生成NH₃=5×2=10mol。出口气体组成：N₂=255=20mol，H₂=7515=60mol，NH₃=10mol，总体积=20+60+10=90mol（恒压下体积比=物质的量比）。体积分数：N₂=20/90≈22.2%，H₂=60/90≈66.7%，NH₃=10/90≈11.1%。（2）原料气流量1000m³/h（标准状态），即1000/22.4≈44.64kmol/h。N₂进料量=44.64×25%≈11.16kmol/h，转化率20%，生成NH₃=11.16×0.2×2≈4.46kmol/h。NH₃体积=4.46×22.4≈100m³/h（标准状态）。2.热量衡算（1）显热部分：将液体从80℃加热至100℃所需热量Q1=5000kg/h×4.2kJ/(kg·℃)×(10080)=5000×4.2×20=420,000kJ/h。（2）汽化潜热部分：汽化率30%，即5000×30%=1500kg/h。乙醇汽化量=1500×10%=150kg/h，水汽化量=1500×90%=1350kg/h。Q2=150×846+1350×2257=126,900+3,046,950=3,173,850kJ/h。总热负荷Q=Q1+Q2=420,000+3,173,850=3,593,850kJ/h。3.反应器体积计算（1）平推流反应器（PFR）：一级反应速率方程：rA=kCA=kCA0(1X)（恒容，εA=0）。体积公式：V=v0∫(0到X)dX/[k(1X)]=(v0/k)ln[1/(1X)]。代入数据：v0=0.1m³/min=100L/min，k=0.5min⁻¹，X=0.8。V=(100/0.5)×ln(1/0.2)=200×1.609≈321.8L≈0.322m³。（2）全混流反应器（CSTR）：体积公式：V=v0CA0X/(rA出口)=v0CA0X/[kCA0(1X)]=v0X/[k(1X)]。代入数据：V=100×0.8/[0.5×(10.8)]=80/(0.1)=800L=0.8m³。4.工艺流程图分析（1）预热器作用：将原料乙醇加热至反应所需温度（360~400℃），避免低温下催化剂活性不足。（2）温度控制原因：低于360℃：催化剂（Al₂O₃）活性低，反应速率慢；高于400℃：副反应（如乙醇深度脱水生成乙醚或积碳）加剧，乙烯选择性下降。（3）急冷塔目的：快速降低反应产物温度，终止副反应（如乙烯聚合），提高目标产物收率。5.安全风险分析（1）主要风险：液氨泄漏风险（储罐焊缝、阀门密封失效），氨气有毒（短