化學(xué)工程能力項(xiàng)目評(píng)價(jià)試題一、化工原理綜合應(yīng)用題題目1：流體輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化某化工廠需將密度為1200kg/m3、黏度為50mPa·s的有機(jī)溶液從地面儲(chǔ)罐輸送至5m高處的反應(yīng)釜，流量要求為80m3/h。管道采用Φ108×4mm的無縫鋼管，總長(zhǎng)度（含局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）為150m，摩擦系數(shù)λ取0.025。反應(yīng)釜操作壓力為0.3MPa（表壓），儲(chǔ)罐為敞口容器。（1）計(jì)算該輸送系統(tǒng)所需的理論功率（kW）；（2）若選用IS型離心泵，其特性曲線方程為H=30-0.01Q2（H單位：m，Q單位：m3/h），判斷該泵是否滿足要求；（3）若實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)流量偏低，提出三種可能的調(diào)節(jié)方案并分析其能耗變化。題目2：傳熱過程計(jì)算與設(shè)備選型在套管換熱器中，用120℃的飽和水蒸氣加熱原油。原油進(jìn)口溫度為30℃，流量為5000kg/h，比熱容為2.2kJ/(kg·℃)，要求出口溫度達(dá)到80℃。水蒸氣冷凝傳熱系數(shù)為10000W/(m2·℃)，原油側(cè)傳熱系數(shù)為300W/(m2·℃)，忽略管壁熱阻及污垢熱阻。套管內(nèi)管規(guī)格為Φ89×4.5mm，長(zhǎng)度6m。（1）計(jì)算換熱器的熱負(fù)荷（kW）及水蒸氣消耗量（kg/h，水蒸氣潛熱取2200kJ/kg）；（2）計(jì)算原油側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)（需判斷流型，原油黏度取0.05Pa·s，密度850kg/m3）；（3）若采用逆流操作，計(jì)算所需的換熱面積及套管數(shù)量（單管程）。二、反應(yīng)工程與工藝設(shè)計(jì)題題目3：反應(yīng)器選型與操作優(yōu)化在間歇反應(yīng)釜中進(jìn)行A→B的一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)k=0.8h?1。反應(yīng)物初始濃度cA0=2kmol/m3，裝料系數(shù)為0.8，反應(yīng)釜有效容積為5m3。（1）計(jì)算轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%所需的反應(yīng)時(shí)間（h）；（2）若改為連續(xù)操作的理想釜式反應(yīng)器（CSTR），在相同轉(zhuǎn)化率下，計(jì)算所需的反應(yīng)器體積；（3）若采用兩個(gè)等體積CSTR串聯(lián)操作，計(jì)算總反應(yīng)體積比單個(gè)CSTR減少的百分比。題目4：化工工藝流程圖分析下圖為苯乙烯生產(chǎn)工藝的簡(jiǎn)化流程圖（此處省略圖示，考生需根據(jù)描述分析）：原料乙苯（EB）與過熱水蒸氣混合后進(jìn)入脫氫反應(yīng)器，在鐵系催化劑作用下生成苯乙烯（ST）和氫氣，副反應(yīng)為EB裂解生成甲苯和甲烷。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凝分離后，氣相（含H?、CH?）送燃料系統(tǒng)，液相依次經(jīng)脫乙苯塔、苯乙烯精餾塔分離，得到苯乙烯產(chǎn)品。（1）寫出主反應(yīng)的化學(xué)方程式，并說明加入水蒸氣的兩個(gè)主要作用；（2）分析脫乙苯塔的塔頂和塔底產(chǎn)物分別是什么，并說明塔底物料為何需循環(huán)回反應(yīng)器；（3）苯乙烯精餾塔為何采用減壓操作？列舉兩種防止苯乙烯聚合的工藝措施。三、化工安全與環(huán)保分析題題目5：危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故處置某化工廠丙烯儲(chǔ)罐區(qū)因閥門老化發(fā)生泄漏，丙烯（沸點(diǎn)-47.7℃，爆炸極限2%-11.1%）在空氣中形成蒸氣云。廠區(qū)常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，泄漏點(diǎn)位于廠區(qū)東南側(cè)，下風(fēng)向300m處有居民區(qū)。（1）判斷該泄漏事故的危險(xiǎn)性類別，并列出三項(xiàng)應(yīng)急處置的關(guān)鍵步驟；（2）計(jì)算丙烯蒸氣在空氣中的擴(kuò)散速率（假設(shè)泄漏速率為0.5kg/s，空氣密度1.2kg/m3，擴(kuò)散系數(shù)0.1m2/s）；（3）從工藝設(shè)計(jì)角度提出兩種預(yù)防類似泄漏事故的技術(shù)措施。題目6：三廢處理工藝設(shè)計(jì)某農(nóng)藥廠產(chǎn)生含苯廢水（苯濃度500mg/L，水量100m3/d），pH值為2.0，同時(shí)含有少量有機(jī)磷。設(shè)計(jì)處理工藝需達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）中苯濃度≤0.5mg/L的要求。（1）選擇適宜的預(yù)處理單元（調(diào)節(jié)池、中和池、氣浮池）并說明作用；（2）設(shè)計(jì)主體處理工藝（如生物處理、高級(jí)氧化等），并說明選擇依據(jù)；（3）計(jì)算苯的去除率，并估算處理后廢水的可生化性（B/C比）變化趨勢(shì)。四、化工熱力學(xué)與分離工程題題目7：相平衡與分離工藝計(jì)算在常壓連續(xù)精餾塔中分離乙醇-水混合液，進(jìn)料組成為0.35（乙醇摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和液體進(jìn)料。塔頂產(chǎn)品純度0.85，塔底殘液乙醇含量≤0.02?；亓鞅葹樽钚』亓鞅鹊?.5倍，操作條件下乙醇-水的氣液平衡數(shù)據(jù)如下：x（液相乙醇）0.050.100.200.300.400.500.600.700.800.85y（氣相乙醇）0.420.520.640.720.780.820.850.890.930.95（1）用圖解法求理論塔板數(shù)及進(jìn)料板位置（需標(biāo)注平衡線、操作線、q線）；（2）若進(jìn)料量為100kmol/h，計(jì)算塔頂、塔底產(chǎn)品流量（kmol/h）；（3）若實(shí)際塔板效率為70%，計(jì)算實(shí)際塔板數(shù)及回流液的泡點(diǎn)溫度（已知乙醇-水混合液泡點(diǎn)溫度與組成近似關(guān)系：t=100-20x，單位℃）。題目8：萃取分離工藝設(shè)計(jì)用純?nèi)軇㏒萃取水溶液中的溶質(zhì)A，原料液流量1000kg/h，其中A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3，要求萃余相中A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至0.05。萃取相和萃余相的平衡關(guān)系為yA=1.8xA（yA、xA分別為A在萃取相和萃余相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。（1）計(jì)算最小溶劑用量（kg/h）；（2）若采用單級(jí)萃取，溶劑用量為最小用量的1.5倍，計(jì)算萃取相和萃余相的流量及組成；（3）若改用兩級(jí)逆流萃取，在相同溶劑總用量下，估算萃余相最終組成。五、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)題題目9：壓力容器強(qiáng)度計(jì)算某反應(yīng)釜設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa，設(shè)計(jì)溫度150℃，內(nèi)徑1600mm，采用橢圓形封頭（標(biāo)準(zhǔn)橢圓，曲面高度400mm）。釜體材料為Q345R（許用應(yīng)力[σ]t=189MPa），焊接接頭系數(shù)φ=0.85，腐蝕裕量C2=2mm。（1）計(jì)算釜體圓筒的最小壁厚（mm）；（2）校核封頭的強(qiáng)度是否滿足要求（封頭計(jì)算厚度公式：δ=PD/(2[σ]tφ-0.5P)）；（3）說明該反應(yīng)釜的耐壓試驗(yàn)類型（液壓或氣壓）及試驗(yàn)壓力值（MPa）。題目10：化工管路設(shè)計(jì)與安裝某化工廠蒸汽總管設(shè)計(jì)壓力2.5MPa，溫度300℃，輸送飽和水蒸氣。管道采用20號(hào)無縫鋼管，公稱直徑DN200（外徑219mm，壁厚6mm），支架間距6m。（1）計(jì)算管道內(nèi)水蒸氣的質(zhì)量流量（kg/h，水蒸氣比容0.127m3/kg，流速取30m/s）；（2）說明管道熱補(bǔ)償?shù)膬煞N常用方式，并繪制自然補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)示意圖；（3）列出管道安裝時(shí)需進(jìn)行的三項(xiàng)強(qiáng)度試驗(yàn)或嚴(yán)密性試驗(yàn)項(xiàng)目。六、綜合案例分析題題目11：PTA生產(chǎn)工藝全流程分析對(duì)苯二甲酸（PTA）生產(chǎn)以對(duì)二甲苯（PX）為原料，經(jīng)空氣氧化生成粗對(duì)苯二甲酸（CTA），再經(jīng)加氫精制得到PTA產(chǎn)品。主要工藝單元包括：氧化反應(yīng)器（1.2MPa，190℃，醋酸溶劑，Co-Mn-Br催化劑）、結(jié)晶器、過濾機(jī)、干燥機(jī)、加氫反應(yīng)器（2.8MPa，280℃，Pd/C催化劑）。（1）寫出PX氧化反應(yīng)的主副反應(yīng)方程式，分析Br?在催化過程中的作用；（2）解釋氧化反應(yīng)器為何采用鼓泡塔結(jié)構(gòu)，以及反應(yīng)熱的移除方式；（3）加氫精制的目的是什么？對(duì)比固定床與流化床加氫反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)；（4）繪制PTA生產(chǎn)的簡(jiǎn)化工藝流程圖（包含主要設(shè)備及物料流向）。題目12：化工過程模擬與優(yōu)化某甲醇合成工段采用管殼式反應(yīng)器，管內(nèi)裝填Cu-Zn-Al催化劑，管間走沸騰水移除反應(yīng)熱。原料氣（H?/CO/CO?=68/26/6，摩爾比）在250℃、5MPa下進(jìn)入反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng)：CO+2H?→CH?OHΔH=-90.8kJ/molCO?+3H?→CH?OH+H?OΔH=-49.5kJ/mol（1）采用AspenPlus模擬時(shí)，選擇哪種熱力學(xué)方法計(jì)算相平衡？說明理由；（2）若原料氣處理量增加20%，分析反應(yīng)器出口溫度及甲醇