2026年二级化工工程师考试案例分析试题

2026年二级化工工程师考试案例分析试题【案例一】背景资料华东某精细化工园区拟新建一条年产2.4万吨异丙醇胺（IPA）生产线，采用液氨与环氧丙烷（PO）在管式反应器内连续加压胺化工艺。设计压力3.8MPa，温度120℃，停留时间90s。可研阶段提出两套换热网络方案：A方案：反应热通过高压蒸汽发生器（WHB）副产1.6MPa饱和蒸汽，再经表面冷凝器回收低位热；B方案：反应热先预热原料液氨与PO，多余热量由循环冷却水带走，不设蒸汽发生系统。两方案公用工程价格如下：1.6MPa蒸汽180元/t，循环冷却水0.25元/t，电0.65元/(kW·h)。装置年操作8000h。表1工艺数据汇总|项目|A方案|B方案||副产蒸汽量|3.2t/h|0||循环冷却水增量|0|1850t/h||高压泵电耗增量|+55kW|0||初投资差额|+860万元|0||年检修费差额|+45万元/a|0|问题1.在不考虑折旧、税收、资金时间价值的前提下，仅比较蒸汽与冷却水、电的年度运行成本差额，计算A方案相对B方案的年净收益，并判断哪一方案更优。2.若园区已建1.6MPa蒸汽管网，且蒸汽富余量长期大于3.2t/h，请从㶲（exergy）角度分析A方案对全园区能量品位的贡献，并给出定量结果。已知1.6MPa饱和蒸汽㶲值1180kJ/kg，循环冷却水㶲值可忽略。3.管式反应器出口产物含未反应氨5.8%（wt），需设置氨回收塔。设计采用填料塔，操作压力0.35MPa（绝），塔顶冷凝器用循环水冷却，塔釜再沸器用1.6MPa蒸汽。若要求塔顶氨含量≤0.1%，塔釜氨≤0.01%，请给出最小回流比Rmin的估算步骤，并指出关键物性数据缺失项。4.园区突发停电，反应器进料泵停机，但高压蒸汽系统仍运行。请列出此时最紧迫的三条应急操作，并说明理由。【案例二】背景资料某厂以煤制合成气（CO∶H₂=1∶2，mol）经低压甲醇合成、五塔精馏生产AA级甲醇，产能60万吨/年。合成回路弛放气含CH₄8.2%、CO3.5%、CO₂2.8%、H₂85.5%，流量8500Nm³/h，压力5.2MPa。厂内拟建一套1000Nm³/h（H₂计）变压吸附（PSA）装置回收氢气，解析气作为燃料送现有燃气锅炉。PSA单元氢气回收率88%，解析气热值11.2MJ/Nm³。表2近期价格|项目|数值||外购天然气|2.8元/Nm³||解析气替代天然气折价|2.2元/Nm³||PSA电耗|0.35kWh/Nm³H₂产品||氢气外售价格|1.8元/Nm³|问题1.计算PSA装置年运行小时8000h下的年氢气产量、解析气量及对应年收益。2.若厂内氢气缺口仅600Nm³/h，多余氢气需外售，但外售需新增压缩至20MPa的隔膜压缩机，电耗0.55kWh/Nm³。请给出是否外售的临界电价（元/kWh），并分析敏感性。3.合成塔催化剂已运行3年，活性下降导致相同负荷下热点温度升高6℃。厂方提出提高汽包压力0.3MPa以抑制热点。请从反应平衡与速率角度评价该措施，并给出定量估算。已知甲醇合成反应CO+2平衡常数K4.精馏五塔中常压塔塔顶甲醇冷凝器循环水侧近期出现垢下腐蚀穿孔，循环水回水含铁升至1.2mg/L。请给出三条根因分析与对应整改措施，并指出是否需停车处理。【案例三】背景资料华南某氯碱厂拥有年产20万吨烧碱（100%NaOH计）的离子膜电解装置，电解槽电流密度4.5kA/m²，电流效率96.5%，槽电压3.18V。整流-逆变系统总效率96%。厂内副产氢气全部经干燥、压缩后供下游过氧化氢装置，氢气利用率98%。近期由于过氧化氢扩产，氢气缺口2000Nm³/h。厂方拟采用部分电解槽“零极距”改造，可将槽电压降至2.95V，电流效率升至97.8%，但改造投资2800万元，且单槽产能下降5%。电价0.62元/kWh，年运行8400h。问题1.计算改造前后单位烧碱直流电耗（kWh/tNaOH），并给出改造节能量。2.若维持总烧碱产量不变，需增加电解槽数量，请计算新增槽数（已知单槽有效面积3.2m²）。3.以氢气缺口2000Nm³/h为基准，计算改造后能否完全弥补缺口，并给出富余或不足量。4.从全生命周期角度，列出改造带来的三项潜在负面因素，并给出缓解措施。【案例四】背景资料某跨国公司在华工厂生产聚氨酯软泡，关键原料为聚醚多元醇（PPG）与甲苯二异氰酸酯（TDI）。PPG由丙二醇起始剂与环氧丙烷、环氧乙烷在KOH催化下聚合，再经磷酸中和、硅酸镁吸附、脱水过滤制得。现有5m³聚合釜，批次操作，每批耗时22h，其中聚合16h、中和2h、脱水4h。目标产品羟值56mgKOH/g，不饱和度≤0.05mmol/g。近期市场需要更高伯羟基含量（≥75%）的高活性PPG，要求环氧乙烷封端比例由10%提至25%，但副产物聚乙二醇（PEG）易超标。问题1.从反应动力学角度，解释提高EO封端比例导致PEG升高的原因，并给出抑制PEG的两条工艺措施。2.若保持聚合温度110℃不变，仅通过降低催化剂浓度来抑制PEG，请估算催化剂浓度需降至原浓度的百分比，并指出对聚合时间的影响。已知链增长速率r且PEG生成速率r假设kp、kPEG与温度无关，目标将PEG下降60%。3.工厂计划将批次操作改为连续管式聚合，停留时间30min，请给出混合与传热上的两项关键设计要点，并指出需补充的实验数据。4.新国标将TDI职业接触限值由0.1mg/m³加严至0.005ppm（0.035mg/m³）。现有通风橱面风速0.5m/s，请计算在相同泄漏源强度下，新风量需提高至原风量的倍数，并给出节能型改造方案。卷后答案与解析【案例一】1.年运行成本差额ΔC=(3.2t/h×180元/t)−(1850t/h×0.25元/t)−(55kW×0.65元/kWh)=576−462.5−35.75=77.75万元/aA方案年净收益+77.75万元，优于B方案。2.㶲贡献A方案副产蒸汽㶲流量EB方案反应热全部降级为循环冷却水，㶲损失。因此A方案对园区能量品位贡献3776kW㶲。3.最小回流比采用Underwood法，需相对挥发度αNH3-水、进料热状态q。关键缺失项：αNH3-水在0.35MPa下的实测数据、进料温度及汽化分率。4.应急操作(1)立即关闭反应器出口切断阀，防止产物倒灌PO储罐；(2)开启紧急泄压阀，将反应器压力泄至1.0MPa以下，避免超压；(3)用氮气置换反应器顶部，降低PO蒸气浓度，防止爆炸。【案例二】1.年H₂产量1000N解析气量(8500-1000/0.88)×8000=5.09×年收益7.04×2.外售临界电价设电价为x，则1.8≥0.55x⇒x≤3.27当前电价0.65元/kWh远低于临界值，可外售。3.提高汽包压力提高压力使合成塔内冷却介质温度升高，降低催化剂床层温差，热点下移；但平衡常数随温度升高而减小，CO单程转化率下降。估算：原热点250℃→256℃，Kp下降约5%，需提高循环比约6%维持产量，能耗上升。4.根因与整改(1)循环水Ca²⁺、Mg²⁺超标→加酸+阻垢剂，侧滤；(2)冷凝器管材选材不当→升级2205双相钢；(3)水流速过低（<0.9m/s）→调节挡板，提高湍动。无需停车，可在线切换至备用冷凝器。【案例三】1.直流电耗改造前E改造后E节能272kWh/t，年节电272×2×2.新增槽数原槽数N=改造后单槽产能下降5%，需167/0.95-167=93.氢气缺口改造后总H₂产量2×原产量1.05×富余0.04×4.负面因素(1)旧槽拆除产生固废→与有资质单位合作，镍网回收；(2)新涂层含贵金属→供应链审查，防止冲突矿产；(3)单槽电压降低，电流升高，母线损耗↑→加大母线截面积，降阻。【案例四】1.PEG升高原因EO均聚能力强，链转移反应EO+抑制措施：(1)降低水含量<200ppm；(2)采用连续封端，减少EO局部过量。2.催化剂浓度目标rPEG下降60%，则O聚合时间反比于[OH⁻]，故时间延长1/0.4=2.5原16h→40h，不可接受，需耦合升温或降低水含量。3