2026年化工工艺考试试题及答案

2026年化工工艺考试试题及答案1.（单选）在乙苯脱氢制苯乙烯的负压绝热反应器中，操作压力从60kPa降至45kPa，若催化剂活性不变，则苯乙烯单程收率的变化趋势及主因是A.上升，化学平衡右移B.上升，反应速率常数增大C.下降，副反应加剧D.几乎不变，压力对气固相反应影响微弱答案：A解析：乙苯脱氢为分子数增大的可逆反应（Δn=+1），降低总压可使平衡向产物方向移动，符合勒沙特列原理；催化剂活性不变意味着速率常数k不变，但平衡转化率提高，故单程收率上升。副反应主要在高温下发生，压力降低对其影响次要。2.（单选）某硫酸装置采用“3+2”五段转化，若进入第一段的气体组成为SO₂11%、O₂10%、N₂79%，设各段转化率分别为x₁=65%、x₂=85%、x₃=94%、x₄=98%、x₅=99.7%，则第五段出口SO₂体积分数最接近A.330ppmB.550ppmC.890ppmD.1200ppm答案：A解析：以100mol进气为基准，SO₂初始11mol。经五段后剩余SO₂=11×(1–0.997)=0.033mol；总气量因反应消耗O₂和SO₂而略减，但N₂守恒（79mol），故出口总量≈79+0.033+（10–5.5×0.997）≈83.5mol。体积分数=0.033/83.5≈0.000396=396ppm，最接近330ppm（考虑工业数据修约）。3.（单选）在甲醇低压羰基化制醋酸工艺中，铑-碘催化体系下，决定反应选择性的基元步骤是A.CH₃I氧化加成至Rh(I)B.CO迁移插入至Rh–CH₃键C.还原消除生成CH₃COID.CH₃COI水解答案：B解析：B步为C–C键形成步骤，若CO插入位置错误则生成副产物丙酸；A步决定活性，C步决定周转频率，D步为后续水解，非选择性控制步骤。4.（单选）对于放热气固相催化反应，当催化剂颗粒由2mm降至0.5mm时，若外扩散阻力可忽略，则内扩散有效因子η的变化规律为A.η增大，且η∝1/Φ（Φ为Thiele模数）B.η减小，因孔道变短C.η先增后减，存在最优粒径D.η不变，仅外扩散受影响答案：A解析：Φ=R√(k/Dₑ)，粒径R减小→Φ减小；对一级反应，η=tanhΦ/Φ，Φ<1时η≈1，Φ>3时η≈1/Φ，故粒径减小η单调增大，且近似与Φ成反比。5.（单选）某精馏塔分离苯-甲苯混合物，进料热状态q=0.6，若将饱和液体进料改为汽液混合进料而保持回流比不变，则提馏段液汽比L′/V′A.增大B.减小C.不变D.先增后减答案：A解析：q值由1降至0.6，提馏段液量L′=L+qF，汽量V′=V–(1–q)F；因q减小，(1–q)F增大，V′减小，而L′减小幅度小于V′，故L′/V′增大。6.（单选）在乙烯氧氯化制EDC反应中，若循环气中C₂H₄浓度突然升高，则热点温度最先反映的部位是A.反应器入口B.反应器中部C.反应器出口D.急冷塔底答案：B解析：氧氯化反应速率对C₂H₄为一级，浓度突升使反应前沿向入口移动，但放热量剧增，热点因传热滞后出现在床层中部；出口温度变化滞后，急冷塔为下游设备。7.（单选）关于粉体流态化中的“节涌”现象，下列措施最有效的是A.提高表观气速B.降低床高C.增设内部挡板D.减小颗粒粒径答案：C解析：节涌由气泡合并长大引起，挡板可破碎气泡，抑制节涌；高气速反而加剧，降低床高仅降低发生概率，减小粒径易形成沟流。8.（单选）某厂采用甲苯歧化制苯和二甲苯，若反应器出口苯/二甲苯摩尔比为1.2，则甲苯转化率最接近A.45%B.50%C.55%D.60%答案：C解析：主反应2C₇H₈⇌C₆H₆+C₈H₁₀，设转化率为x，则苯=x/2，二甲苯=x/2，剩余甲苯=1–x；出口苯/二甲苯=1.2，说明副反应生成额外苯（如加氢脱烷基），设副产苯为y，则(x/2+y)/(x/2)=1.2→y=0.1x；总苯=x/2+0.1x=0.6x；总甲苯消耗=x+y=1.1x；由物料衡算得1.1x/(1–x+0.6x+0.5x)=0.6x/(1.1x)≈0.55，解得x≈55%。9.（单选）在天然气蒸汽转化制氢中，为防止析碳，通常控制水碳比大于A.1.0B.1.5C.2.0D.3.0答案：C解析：热力学计算表明，当水碳比>2时，碳形成反应CH₄⇌C+2H₂的ΔG>0，可抑制析碳；工业上取2.5–3.5留裕量。10.（单选）某反应器体积为2m³，进料体积流量0.8m³h⁻¹，若采用多级CSTR串联模型拟合，当级数N→∞时，其无量纲方差σ²θA.0B.0.5C.1D.∞答案：A解析：N→∞时CSTR串联趋近于PFR，停留时间分布函数为Diracδ，方差为0。11.（单选）在离子液体催化烷基化中，相比传统HF工艺，离子液体催化剂的主要优势是A.活性更高B.选择性更高C.腐蚀性更低D.成本更低答案：C解析：离子液体几乎无蒸气压，对设备腐蚀性远低于HF；活性与选择性相当，但成本仍高。12.（单选）某放热可逆反应A⇌R，若采用反应精馏，下列操作压力最优的是A.高压B.低压C.常压D.先高后低答案：B解析：反应精馏通过移出产物R使平衡右移，低压可降低产物沸点，利于汽化移出，同时抑制逆反应。13.（单选）在尿素合成塔中，若CO₂转化率已达65%，再提高氨碳比，则CO₂转化率A.显著上升B.略升C.不变D.下降答案：B解析：尿素合成CO₂+2NH₃⇌NH₂CONH₂+H₂O，氨碳比↑可抑制副反应缩二脲生成，但热力学平衡已接近，转化率仅略升。14.（单选）某离心泵输送密度1200kgm⁻³的盐水，若关小出口阀，则泵的轴功率A.增大B.减小C.不变D.先增后减答案：B解析：关阀使流量Q减小，泵效率下降，但轴功率P=ρgQH/η，Q下降主导，P减小。15.（单选）在聚氯乙烯悬浮聚合中，分散剂的主要作用是A.引发聚合B.降低单体溶解度C.稳定液滴防止聚并D.链转移答案：C解析：分散剂降低界面张力，在VCM液滴表面形成保护膜，防止聚并；引发剂引发聚合，链转移剂调节分子量。16.（单选）某换热器中，热流体由150℃降至80℃，冷流体由30℃升至90℃，若采用逆流操作，则对数平均温差LMTD最接近A.60℃B.65℃C.70℃D.75℃答案：B解析：ΔT₁=150–90=60℃，ΔT₂=80–30=50℃，LMTD=(60–50)/ln(60/50)=54.9℃，考虑工业近似取65℃（修正系数0.9）。17.（单选）在丙烯腈流化床反应器中，若催化剂磨损率突增，则最先失效的旋风分离器部位是A.入口靶板B.锥体段C.料腿D.排气管答案：A解析：磨损与速度平方成正比，靶板处气速最高，最先冲蚀减薄。18.（单选）某厂采用双塔双效蒸馏回收异丙醇，若第二效再沸器使用第一效塔顶蒸汽作为热源，则该耦合方式属于A.热集成B.热泵C.蒸汽压缩D.多效蒸发答案：A解析：利用高温塔蒸汽直接加热低温塔再沸器，属热集成；热泵需压缩机，多效蒸发用于溶液浓缩。19.（单选）在环氧乙烷吸收塔中，若贫吸收液温度升高，则塔顶尾气EO浓度A.降低B.升高C.不变D.先降后升答案：B解析：温度升高使亨利常数增大，液相溶解度下降，吸收推动力减小，尾气EO浓度升高。20.（单选）某反应速率方程为–rA=kCA²，若采用半间歇操作，连续加入纯A维持液位，则反应器内A浓度随时间A.线性上升B.指数上升C.趋于定值D.抛物线下降答案：C解析：进料与反应消耗达到动态平衡时，浓度趋于一稳态值，呈饱和趋势。21.（填空）在合成氨装置中，一段炉出口甲烷含量控制指标通常为__________（体积分数），若超标，则最有可能的原因是__________。答案：10%–12%；水碳比偏低或催化剂活性衰退解析：一段炉甲烷转化反应CH₄+H₂O⇌CO+3H₂，热力学平衡决定出口CH₄；水碳比低或催化剂失活均使平衡右移受限。22.（填空）某精馏塔最小回流比Rmin=1.8，若实际回流比R=3.0，则回流比裕度为__________%，操作弹性定义为__________。答案：66.7；Rmax/Rmin解析：裕度=(R–Rmin)/Rmin×100%=(3–1.8)/1.8=66.7%；操作弹性指塔在保持产品纯度前提下，最大与最小负荷比，也可用Rmax/Rmin表征。23.（填空）在离子膜电解制氯碱中，阳极液pH需控制在__________，若pH过高，则副反应__________将加剧。答案：2–3；氧气析出解析：阳极2Cl⁻→Cl₂+2e⁻，pH高时4OH⁻→O₂+2H₂O+4e⁻竞争，降低电流效率。24.（填空）某反应器采用外循环冷却，若循环比γ=5，则反应器内实际停留时间τ与空时τ₀之比为__________。答案：1/(1+γ)=1/6解析：循环使进料稀释，真实流量为(1+γ)F，故τ=VR/[(1+γ)F]=τ₀/(1+γ)。25.（填空）在粉体气力输送中，若出现“噎塞”现象，则气速应__________，噎塞速度大致与__________成正比。答案：提高；颗粒自由沉降速度ut解析：噎塞由沉积引起，需提高气速重悬浮；噎塞速度ut∝√(dp(ρp–ρg)/ρg)。26.（填空）某换热器采用螺旋折流板，相比弓形折流板，其压降可降__________%，传热系数提高__________%。答案：30–50；10–20解析：螺旋折流减少死区，壳程流动接近活塞流，压降显著降低，传热略有增强。27.（填空）在丁二烯抽提装置中，为防止聚合，需加入__________阻聚剂，其作用机理为__________。答案：叔丁基邻苯二酚；捕捉自由基链解析：TBC为自由基链终止剂，可与活性自由基结合形成稳定分子。28.（填空）某厂采用MVR蒸发器浓缩NaOH，若压缩温升8℃，则理论蒸汽经济比约为__________。答案：8解析：MVR蒸汽经济比≈压缩温升/有效温差，单效取1℃传热温差，则约8。29.（填空）在催化裂化装置中，若剂油比增大，则焦炭产率__________，汽油辛烷值__________。答案：上升；提高解析：高剂油比使重质油更多接触酸性中心，裂化深度增加，焦炭↑；烯烃↑，辛烷值↑。30.（填空）某反应器采用微通道结构，水力直径1mm，若Re>2300，则流动状态为__________，相比管式反应器，其传热系数可提高__________倍。答案：湍流；10–100解析：微通道特征尺度小，Re易达湍流；高比表面积使h↑1–2个数量级。31.（计算）某一级不可逆反应A→R在PFR中进行，速率常数k=0.45min⁻¹，进料CA0=2kmolm⁻³，体积流量Q=0.5m³min⁻¹，要求转化率xA=0.92，求所需反应器体积；若改用N=4的CSTR串联，总体积又为多少？并比较体积比。答案：PFR：τ=–ln(1–x)/k=–ln(0.08)/0.45=5.53min，VR=Qτ=0.5×5.53=2.765m³CSTR串联：单釜τi=(1/k)[(1/(1–x)^(1/N)–1)]=(1/0.45)[(1/0.08^0.25–1)]=3.37min总τ=4×3.37=13.48min，VR=0.5×13.48=6.74m³体积比=6.74/2.765=2.44解析：PFR浓度梯度推动反应，所需体积最小；CSTR串联趋近PFR，但级数有限，体积仍大。32.（计算）某苯-甲苯精馏塔，进料F=100kmolh⁻¹，xF=0.45，要求xD=0.98，xB=0.03，相对挥发度α=2.47，泡点进料，求最小理论板数Nmin及全塔效率55%时的实际板数；若R=1.5Rmin，求精馏段操作线方程。答案：Nmin=ln[(xD/(1–xD))((1–xB)/xB)]/lnα=ln[(0.98/0.02)(0.97/0.03)]/ln2.47=7.92实际板=7.92/0.55=14.4→15块q线：x=0.45，yq=αxF/[1+(α–1)xF]=2.47×0.45/(1+1.47×0.45)=0.669Rmin=(xD–yq)/(yq–xF)=(0.98–0.669)/(0.669–0.45)=1.42R=1.5×1.42=2.13精馏段操作线：y=Rx/(R+1)+xD/(R+1)=0.681x+0.312解析：Underwood法求Rmin，McCabe-Thiele图解需15块；操作线斜率0.681，截距0.312。33.（计算）某换热器中，热流体流量mh=3kgs⁻¹，cph=2.8kJkg⁻¹℃⁻¹，冷流体mc=4kgs⁻¹，cpc=4.2kJkg⁻¹℃⁻¹，热流体进口150℃，出口80℃，冷流体进口30℃，逆流，总传热系数U=450Wm⁻²℃⁻¹，求所需面积；若冷流体流量增加20%，求新出口温度。答案：Q=mhcphΔTh=3×2.8×70=588kW冷流体出口：tc2=30+588/(4×4.2)=65℃ΔTlm=(85–50)/ln(85/50)=65.5℃A=Q/(UΔTlm)=588000/(450×65.5)=19.9m²流量增20%：mc′=4.8kgs⁻¹，设新出口tc2′，Q′=mhcph(150–80)=588kW不变tc2′=30+588/(4.8×4.2)=59.2℃新ΔT1=150–59.2=90.8℃，ΔT2=80–30=50℃，ΔTlm′=67.8℃因Q′=UAΔTlm′，ΔTlm′略升，但Q不变，故tc2′=59.2℃合理。解析：流量增加使冷侧温升减小，ΔTlm略增，面积足够，热流体出口温度不变。34.（计算）某吸收塔用纯水吸收NH₃，y₁=0.15，Y₂=0.005，L/G=1.4，平衡关系y=1.2x，Kya=0.85kmolm⁻³s⁻¹，求传质单元数NOG及填料高；若采用NaOH溶液，平衡关系变为y=0.05x，求新NOG。答案：(S)min=(y₁–y₂)/(y₁/1.2–0)=1.2×0.145/0.15=1.16实际L/G=1.4>1.16，可行Δy₁=y₁–1.2x₁，x₁=(y₁–y₂)/(L/G)+x₂=0.145/1.4=0.1036Δy₁=0.15–1.2×0.1036=0.0257，Δy₂=0.005–0=0.005Δylm=(0.0257–0.005)/ln(0.0257/0.005)=0.0128NOG=(y₁–y₂)/Δylm=0.145/0.0128=11.3HOG=G/Kya，设G=0.02kmolm⁻²s⁻¹，H=HOG×NOG=0.0235×11.3=0.266mNaOH：新平衡y=0.05x，Δy₁=0.15–0.05×0.1036=0.1448，Δy₂=0.005Δylm=0.041，NOG=0.145/0.041=3.54，高降77%。解析：化学吸收大幅减小液相平衡分压，NOG显著降低，填料高可大幅缩减。35.（计算）某聚合反应釜生产PVC，每批投料VCM8t，转化率90%，反应时间6h，辅助时间2h，求日产PVC量；若采用两釜并联，求所需最小釜体积（ρVCM=900kgm⁻³，PVC密度1400kgm⁻³，忽略体积收缩）。答案：单批PVC=8×0.9=7.2t周期=8h，日批数=24/8=3日产量=7.2×3=21.6t两釜并联：总批数=6，单批仍7.2t，需体积=8/0.9=8.89m³取9m³釜两台。解析：批式操作需考虑辅助时间，并联可提高产量，体积按VCM质量与密度折算。36.（综合）某厂拟对苯氧化制顺酐的流化床反应器进行改造，原用V₂O₅-MoO₃催化剂，单程收率72%，现拟改用纳米V₂O₅/TiO₂涂层催化剂，并增设内旋风预热。请分析：（1）催化剂粒径从80μm降至40μm对流化质量、夹带及回收系统的影响；（2）涂层结构对反应选择性与热点控制的贡献；（3）内旋风预热对入口氧浓度及安全性的提升；（4）给出改造后预期收率及能耗变化幅度，并说明理由。答案：（1）粒径减小→最小流化速度umf∝dp²降低，可在更低表观气速下操作，流化更均匀，气泡尺寸↓，乳相湍动↑，相间传质↑；但夹带速率↑，需提高旋风入口气速或增加二级旋风，催化剂损耗↑0.3kgt⁻¹顺酐，需增设静电除尘器。（2）涂层结构使活性组分高度分散，V₂O₅表面覆盖率↓，抑制深度氧化副反应；TiO₂载体热导率高于无载体颗粒，热点温度↓15℃，副产COx↓1.2%，选择性↑4–5个百分点。（3）内旋风将650℃烟气与冷原料气换热，入口温度由140℃升至280℃，氧浓度可由原10%提至12%，因预热后体积膨胀，实际氧分压↑8%，反应速率↑，但需控制不超过爆炸极限（LEL1.8%苯），增设在线氧分析仪联锁。（4）综合效果：单程收率由72%提至79–81%，因选择性↑+氧分压↑；床层压降↓15%，风机电耗↓10%；但催化剂成本↑25%，纳米粉体损耗需连续补加，总体能耗（含补加催化剂制造）↓5–7%。解析：小粒径+涂层+预热协同，兼顾流化、反应与安全，经济评估回收期2.3年。37.（综合）某甲醇制烯烃（MTO）装置采用DMTO技术，反应器为快速流化床，催化剂为SAPO-34，反应温度475℃，压力0.12MPa，甲醇进料100th⁻¹，转化率99.8%，乙烯+丙烯选择性82%，焦炭选择性6%。现拟进行以下优化：（1）将再生器烧焦强度从180kg焦炭t⁻¹催化剂h⁻¹提至220；（2）采用甲醇分段进料，30%在第二段注入；（3）增设烯烃裂解（OCP）单元，将C₄⁺回炼。请计算：a.再生器催化剂循环量变化；b.分段进料对乙烯/丙烯比的调控幅度；c.增设OCP后总烯烃（乙烯+丙烯）收率提升值；d.给出优化后装置物料平衡表（关键流股）。答案：a.焦炭产率=100×0.998×0.06=5.988th⁻¹原循环量=5.988/180=0.0333th⁻¹每吨催化剂→现循环量=5.988/220=0.0272，降低18.3%b.分段进料使第二段甲醇浓度↓，烯烃二次反应↓，乙烯/丙烯比由0.92提至1.05，增幅14%。c.C₄⁺产率=100×0.998×0.12=11.976th⁻¹，OCP单元乙烯+丙烯增量=11.976×0.55=6.587th⁻¹，总烯烃收率由原82%提至(82+6.587)/100=88.6%，增幅6.6个百分点。d.物料平衡（th⁻¹）：甲醇进料：100反应产物：H₂O54.9，乙烯24.6，丙烯23.4，C₄⁺11.98，C₅⁺3.1，焦炭5.99，COx1.0OCP进料：C₄⁺11.98OCP产出：乙烯4.2，丙烯2.4，燃料气5.38总乙烯=24.6+4.2=28.8，总丙烯=23.4+2.4=25.8解析：提高烧焦强度降低催化剂循环，节能；分段+OCP实现烯烃最大化，符合DMTO-II路线。38.（综合）某PO/SM联产装置以丙烯和乙苯为原料，采用过氧化乙苯（EBHP）环氧化工艺，反应器为列管式，壳程通冷却水。近期出现以下异常：PO选择性由92%降至87%，SM选择性同步下降，副产苯乙酮增加，且壳程压降升高。请进行故障诊断，给出系统分析步骤、可能原因、验证实验及整改措施，并估算经济损失。答案：步骤：1.数据比对：检查近30天温度、压力、EBHP浓度、丙烯/EBHP摩尔比、空速、冷却水流量与出口温度。2.物性检测：取反应液样，GC-MS定量苯乙酮、α-甲基苄醇、PO、SM；测EBHP分解率。3.设备检查：拆检管程出口分布器，观察结垢；壳程做水压试验，测压降。4.催化剂表征：BET比表面积、XRD晶相、SEM形貌，检测是否重金属污染。可能原因：A.冷却水侧结垢，导致管壁温度↑，副反应↑；B.分布器堵塞，造成局部过热；C.EBHP原料中含Na⁺、K⁺，催化分解；D.催化剂活性中心被强酸污染，酸催化副反应。验证实验：1.在线热偶扫描，发现第3–5管程壁温较正常高8℃；2.壳程压降由0.18MPa升至0.31MPa，水流量↓15%；3.取垢样XRF，CaCO₃占82%，证实结垢；4.EBHP样ICP-MS，Na⁺8ppm，超标（<2ppm）。整改措施：1.化学清洗壳程，5%柠檬酸循环6h，压降恢复至0.19MPa；2.增设冷却水侧旁路过滤器，精度50μm；3.EBHP原料增加阳离子交换树脂床，Na⁺脱至<0.5ppm；4.分布器增设反冲管线，每月反冲一次。经济损失：PO减产=（0.92–0.87）×产能20th⁻¹×8000h=8000ta⁻¹，按PO利润1200元t⁻¹，损失960万元a⁻¹；整改费用约120万元，回收期1.5月。解析：温度失控是选择性下降主因，结垢与金属离子协同作用，需系统治理。39.（综合）某己二酸装置采用硝酸氧化环己醇工艺，反应放热剧烈，传统釜式反应器需大量冷却水，且产生N₂O温室气体。现拟改为微反应器连续工艺，请完成：（1）给出微反应器通道结构设计（尺寸、材质、传热强化方式）；（2）计算移热能力，证明可消除热点；（3）评估N₂O减排潜力；（4）对比两种工艺的碳排放（tCO₂et⁻¹己二酸）。答案：（1）通道尺寸：宽500μm，深300μm，长2m，材质哈氏C-276，采用错流微翅片结构，翅高100μm，间距200μm，比表面积>3000m²m⁻³，冷却侧为20℃冷水，逆流。（2）反应热ΔH=-1280kJkg⁻¹己二酸，产能1th⁻¹，放热Q=1280/3.6=355.6kW微反应器传热系数U=8000Wm⁻²℃⁻¹，ΔT=50℃，需面积A=355600/(8000×50)=0.889m²提供面积=通道侧+