化工總控工(高級(jí))職業(yè)技能考試題庫(kù)及答案一、化工過(guò)程控制與自動(dòng)化1.某精餾塔采用DCS控制，塔頂溫度TIC101與回流量FIC102構(gòu)成串級(jí)回路。當(dāng)TIC101輸出從45%階躍升至55%時(shí)，F(xiàn)IC102的PID參數(shù)為Kp=1.2、Ti=80s、Td=20s，回流量原穩(wěn)態(tài)值為8.5t/h。計(jì)算回流量在第一個(gè)周期內(nèi)的最大瞬時(shí)變化量，并給出回流量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)所需時(shí)間。答案：最大瞬時(shí)變化量ΔF=Kp×ΔSP×量程=1.2×10%×(128.5)=0.42t/h；新穩(wěn)態(tài)值=8.5+0.42=8.92t/h；一階慣性+純滯后系統(tǒng)，τ≈Ti/2=40s，達(dá)到新穩(wěn)態(tài)時(shí)間≈5τ=200s。2.某反應(yīng)器溫度分程控制：冷水閥TV201量程0100%，蒸汽閥TV202量程0100%，分程點(diǎn)40%。當(dāng)TIC201輸出為30%時(shí)，TV201與TV202開度分別為多少？若分程點(diǎn)改為30%，輸出仍為30%，兩閥開度如何變化？答案：原分程點(diǎn)40%，30%<40%，僅TV201動(dòng)作，開度=(30/40)×100%=75%，TV202全關(guān)；新分程點(diǎn)30%，30%=30%，TV201剛好全開，TV202開始開啟，開度=0%。3.某裝置采用Smith預(yù)估補(bǔ)償器克服大滯后，過(guò)程模型Gp=2e^(60s)/(100s+1)，Smith預(yù)估器模型Gm=1.8e^(55s)/(95s+1)。當(dāng)設(shè)定值階躍+5℃時(shí)，實(shí)際溫度與預(yù)估溫度穩(wěn)態(tài)誤差為多少？若Gm增益偏小10%，穩(wěn)態(tài)誤差如何變化？答案：理想Smith補(bǔ)償穩(wěn)態(tài)誤差=0；Gm增益偏小10%，等效開環(huán)增益下降10%，穩(wěn)態(tài)誤差=5×(11.8/2)=0.5℃。4.某壓縮機(jī)防喘振曲線：ΔP/Ps=a+b(Qs/Qd)^2，a=0.12，b=0.85。實(shí)測(cè)Qs=3800m3/h，Ps=0.45MPa，ΔP=0.18MPa，判斷該點(diǎn)距喘振線余量百分比。答案：喘振線ΔP/Ps=0.12+0.85×(3800/Qd)^2=0.18→(3800/Qd)^2=0.0706→Qd=4520m3/h；余量=(45203800)/4520=15.9%。5.某DCS系統(tǒng)I/O模塊冗余配置，主模塊故障率λm=2×10^(5)/h，切換單元故障率λs=1×10^(6)/h，求系統(tǒng)運(yùn)行8760h的可用度（忽略維修時(shí)間）。答案：冗余系統(tǒng)失效率λ=λm×λs×MTTR≈λm×λs×1h=2×10^(11)/h；可用度A=1λt=12×10^(11)×8760≈0.9999998。二、典型單元操作優(yōu)化6.某甲醇精餾塔，進(jìn)料F=120kmol/h，xF=0.45，塔頂xD=0.995，塔底xB=0.02，回流比R=2.8。用Underwood法計(jì)算最小回流比Rmin，并求實(shí)際塔板數(shù)NT與理論板數(shù)N的關(guān)系（全塔效率ET=65%）。答案：輕關(guān)鍵組分甲醇，α=3.85，θ=0.52，Rmin=(0.995/0.52)1=0.913；NT=N/ET，N需McCabeThiele圖解得N=18.2，NT=28塊。7.某吸收塔用純水吸收SO2，入口y1=0.15，出口y2=0.005，液氣比L/G=1.3×(L/G)min，平衡線y=0.8x，求傳質(zhì)單元數(shù)NOG。答案：(L/G)min=(y1y2)/(x10)=0.145/0.1875=0.774；L/G=1.3×0.774=1.006；A=L/(mG)=1.006/0.8=1.257；NOG=ln[(y1mx2)/(y2mx2)(11/A)+1/A]/(11/A)=6.82。8.某結(jié)晶器生產(chǎn)KCl，進(jìn)料濃度C0=0.28kg/kg水，冷卻至20℃，飽和濃度C=0.25，晶體產(chǎn)率P=0.75，求每1000kg原料液可產(chǎn)晶體質(zhì)量。答案：水質(zhì)量=1000×(10.28)=720kg；結(jié)晶量=720×(0.280.25)×0.75=16.2kg。9.某干燥器將濕基含水率w1=0.45降至w2=0.08，處理量G1=2000kg/h，絕干物料比熱Cs=1.8kJ/(kg·K)，空氣入口t1=120℃，H1=0.01kg/kg，出口t2=70℃，求所需干空氣質(zhì)量流量L。答案：干物料Gs=2000×(10.45)=1100kg/h；水分W=2000×0.451100×0.08/(10.08)=807kg/h；ΔH=W/L=(H2H1)，焓平衡得L=807/(H20.01)=15800kg/h。10.某萃取塔用MIBK萃取苯酚，分配系數(shù)m=25，水相流量F=50m3/h，苯酚濃度C0=800mg/L，要求出口C1≤20mg/L，溶劑相流量S=5m3/h，求理論級(jí)數(shù)N。答案：萃取因子E=mS/F=2.5；N=ln[(C0C1/m)/(C1C1/m)]/lnE=3.2，取4級(jí)。三、反應(yīng)工程與催化劑11.某一級(jí)不可逆反應(yīng)A→B，在CSTR中轉(zhuǎn)化率達(dá)85%，若改用同體積PFR，求轉(zhuǎn)化率。已知k=0.12min^(1)，體積V=2m3，進(jìn)料v0=0.8m3/min。答案：CSTRτ=V/v0=2.5min，X=0.85=kτ/(1+kτ)→驗(yàn)證kτ=0.3，與題給k=0.12不符，修正k=0.34min^(1)；PFRτ=2.5，X=1e^(kτ)=1e^(0.85)=0.573。12.某催化裂化裝置，催化劑失活函數(shù)φ=exp(αt)，α=0.025h^(1)，要求運(yùn)行48h后活性不低于0.7，求所需α最大允許值。答案：0.7=exp(α×48)→α=ln0.7/48=0.0075h^(1)。13.某合成氨塔采用Fe催化劑，速率方程r=k(1+KNH3/pH2)^(1)，已知k=1.2×10^(3)mol/(g·s)，KNH3=0.85MPa^(1)，pH2=12MPa，求宏觀反應(yīng)速率與內(nèi)擴(kuò)散有效因子η，當(dāng)Thiele模數(shù)φs=3.2。答案：η=tanh(φs)/φs=0.31；宏觀速率=η×k×(1+KNH3/pH2)^(1)=2.6×10^(4)mol/(g·s)。14.某放熱反應(yīng)在管殼式固定床進(jìn)行，熱點(diǎn)溫度限制280℃，冷卻介質(zhì)溫度120℃，E=95kJ/mol，求最大允許管徑（ΔTad=50℃）。答案：徑向最大溫差ΔTmax=RT2/E×(1+√(1+4δ))，δ=ΔTad/(TTc)=50/(280120)=0.3125；ΔTmax=8.2℃；管徑d=√(8λΔTmax/(ρ(rA)(ΔH)))=0.025m。15.某酶催化反應(yīng)符合MichaelisMenten，Km=0.08mol/L，rmax=0.45mol/(L·min)，底物S0=0.2mol/L，采用填充床酶柱，τ=5min，求出口轉(zhuǎn)化率。答案：積分式τ=(Km/rmax)ln(1/(1X))+S0X/rmax→5=(0.08/0.45)ln(1/(1X))+0.2X/0.45；試差得X=0.82。四、安全與環(huán)保16.某儲(chǔ)罐區(qū)液氨儲(chǔ)罐容積500m3，充裝系數(shù)0.85，溫度25℃，若泄漏形成液池，液池面積200m2，風(fēng)速2m/s，大氣穩(wěn)定度D，求蒸發(fā)速率Q（kg/s）。答案：液氨蒸發(fā)通量E=0.13u^0.78T^0.52=0.13×2^0.78×298^0.52=2.8kg/(m2·s)；Q=2.8×200=560g/s=0.56kg/s。17.某裝置含H2S廢氣1000m3/h，濃度8000ppm，采用Claus+SCOT組合工藝，總硫回收率99.2%，求排放SO2量（kg/h）。答案：H2S質(zhì)量=1000×8000×10^(6)×34/22.4=12.1kg/h；S質(zhì)量=12.1×32/34=11.4kg/h；SO2排放=11.4×0.008×64/32=0.182kg/h。18.某化工廠重大危險(xiǎn)源評(píng)估，液氯儲(chǔ)罐量30t，臨界量5t，α=1.5，β=1.2，暴露人數(shù)80人，計(jì)算個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)因子。答案：q=30/5=6；R=αβq=10.8；個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)IR=10^(4)×R=1.08×10^(3)/年；社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)FN曲線斜率n=2，N=80，F(xiàn)=IR/N=1.35×10^(5)。19.某裝置VOCs無(wú)組織排放，LDAR檢測(cè)值>10000ppm，修復(fù)限值2000ppm，延遲修復(fù)期限描述錯(cuò)誤的是：A.首次嘗試30日內(nèi)B.不可行可延期1年C.需記錄延遲原因D.延期需報(bào)生態(tài)環(huán)境局備案。答案：B錯(cuò)誤，法規(guī)規(guī)定最多延期至下一個(gè)停工檢修期，且不超過(guò)2年。20.某企業(yè)廢水COD=2800mg/L，采用Fenton+UASB+好氧組合，F(xiàn)enton去除率35%，UASB去除率70%，好氧去除率85%，求最終出水COD。答案：Fenton后COD=2800×0.65=1820mg/L；UASB后=1820×0.3=546mg/L；好氧后=546×0.15=82mg/L。五、設(shè)備與機(jī)械21.某離心泵輸送清水，Q=120m3/h，H=55m，η=78%，電機(jī)功率備用系數(shù)K=1.15，求電機(jī)額定功率。答案：P=ρgQH/η=1000×9.81×120/3600×55/0.78=23.1kW；電機(jī)功率=23.1×1.15=26.6kW，選30kW。22.某往復(fù)壓縮機(jī)三級(jí)壓縮，入口Q0=800m3/h，p1=0.1MPa，p4=3.5MPa，按等壓比分配，求各級(jí)出口溫度（k=1.4，T1=25℃）。答案：壓比ε=(3.5/0.1)^(1/3)=3.27；T2=T1ε^((k1)/k)=298×3.27^0.286=408K=135℃；同理T3=557K=284℃。23.某管殼式換熱器，管程冷卻水，殼程熱油，熱負(fù)荷Q=1.2MW，逆流，ΔT1=120℃，ΔT2=40℃，總傳熱系數(shù)K=450W/(m2·K)，求面積A。答案：LMTD=(12040)/ln(120/40)=72.1℃；A=Q/(K×LMTD)=1200000/(450×72.1)=37m2。24.某壓力容器內(nèi)徑Di=1800mm，設(shè)計(jì)壓力p=1.6MPa，材料16MnR，[σ]=150MPa，焊縫系數(shù)φ=0.85，腐蝕裕量C2=2mm，計(jì)算筒體最小壁厚δ。答案：δ=pDi/(2[σ]φp)+C2=1.6×1800/(2×150×0.851.6)+2=11.3mm，取12mm。25.某帶攪拌釜，槳徑d=0.8m，轉(zhuǎn)速n=120rpm，液體密度ρ=1100kg/m3，粘度μ=0.35Pa·s，求攪拌功率P（Np=4.5）。答案：Re=ρnd2/μ=1100×2×0.82/0.35=4023；Np=4.5；P=Npρn3d?=4.5×1100×(2)3×(0.8)?=2.9kW。六、儀表與電氣26.某差壓變送器量程040kPa，輸出420mA，用于測(cè)量流量，原開方在DCS完成，現(xiàn)改在變送器開方，問(wèn)：原流量50%時(shí)變送器輸出電流？改后輸出電流？答案：原：Q∝√ΔP，50%Q對(duì)應(yīng)ΔP=25%，I=4+0.25×16=8mA；改后：變送器已開方，輸出與Q線性，50%Q=12mA。27.某ESD系統(tǒng)要求SIL3，PFH=10^(7)/h，傳感器子系統(tǒng)PFD=2×10^(4)，邏輯子系統(tǒng)PFD=5×10^(5)，最終元件PFD=1×10^(3)，求整體能否滿足SIL3。答案：PFDavg=(2+0.5+10)×10^(4)=12.5×10^(4)=1.25×10^(3)>10^(3)上限，不滿足，需提高最終元件冗余。28.某電機(jī)額定功率75kW，功率因數(shù)cosφ=0.87，效率η=94%，求滿載線電