化工總控工高級試題庫(含答案)一、化工過程控制與儀表1.單選題【題】某精餾塔采用差壓變送器測量塔釜液位，變送器量程0～40kPa對應(yīng)0～4m液位。當(dāng)現(xiàn)場指示50%時，用HART手操器讀取差壓值為16kPa，此時實際液位為（）。A.1.6m?B.2.0m?C.2.4m?D.2.8m【答案】B【解析】差壓與液位呈線性，50%量程對應(yīng)20kPa，但手操器讀數(shù)僅16kPa，說明引壓管存在10kPa的靜壓偏移（遷移）。實際差壓=16kPa，量程40kPa對應(yīng)4m，故液位=16/40×4=1.6m；但零點已遷移10kPa，故真實液位=1.6+10/40×4=2.0m。2.多選題【題】下列關(guān)于熱電阻溫度計的說法正確的是（）。A.Pt100在0℃時電阻為100ΩB.三線制可消除引線電阻帶來的誤差C.測量橋路供電必須采用恒壓源D.鉑電阻測溫上限可達(dá)850℃【答案】A、B、D【解析】C錯誤，熱電阻橋路需恒流源而非恒壓源，恒流源才能確保引線電阻壓降不影響測量。3.判斷題【題】在DCS冗余I/O卡件中，主備卡件切換時間小于10ms即可保證所有控制回路無擾動。（）【答案】錯誤【解析】部分高速回路（如壓縮機防喘振）要求切換時間<5ms，10ms仍可能出現(xiàn)閥門微跳。4.計算題【題】某反應(yīng)器溫度采用串級控制，主被控變量T1設(shè)定值180℃，副回路為夾套冷卻水流量F2。主控制器PID參數(shù)Kc=2.5，Ti=6min；副控制器Kc=0.8，Ti=1min?，F(xiàn)場測試階躍響應(yīng)：主變量超調(diào)量8%，調(diào)節(jié)時間28min。若將主控制器Ti改為8min，預(yù)測調(diào)節(jié)時間（±2%帶）約為多少？【答案】約34min【解析】增大積分時間會降低主回路響應(yīng)速度，根據(jù)CohenCoon經(jīng)驗，調(diào)節(jié)時間≈原時間×(Ti_new/Ti_old)=28×(8/6)=37.3min；考慮串級副回路快速性抵消部分延遲，實際約34min。5.簡答題【題】簡述采用“分程+閥位控制”實現(xiàn)反應(yīng)器壓力精確控制的核心思路?！敬鸢浮慨?dāng)反應(yīng)器壓力處于正常區(qū)間，僅用小閥A（等百分比特性，小信號靈敏）進行精細(xì)調(diào)節(jié)；當(dāng)偏差超過設(shè)定閾值，大閥B（線性特性，大流通能力）切入分程區(qū)間，快速消除大偏差；同時引入閥位控制器，使小閥A工作點始終保持在30%～70%開度，避免小閥長期處于極限位置造成調(diào)節(jié)死區(qū)，實現(xiàn)全量程高精度。二、典型單元操作優(yōu)化6.單選題【題】某苯甲苯精餾塔進料組成xF=0.45，泡點進料，塔頂xD=0.95，塔底xB=0.05（摩爾分?jǐn)?shù)），相對揮發(fā)度α=2.46。采用McCabeThiele法計算，最小回流比Rmin為（）。A.1.08?B.1.22?C.1.35?D.1.48【答案】B【解析】q線垂直，交平衡線y=αx/[1+(α1)x]于(xF,y)，解得y=2.46×0.45/(1+1.46×0.45)=0.668；Rmin=(xDy)/(yxF)=(0.950.668)/(0.6680.45)=1.22。7.多選題【題】下列措施可同時降低精餾塔再沸器蒸汽消耗并提高塔頂產(chǎn)品回收率的是（）。A.增設(shè)中間再沸器B.將塔頂蒸汽用于預(yù)熱進料C.提高操作壓力D.采用熱泵精餾【答案】B、D【解析】A僅節(jié)能不提高回收率；C提高壓力使相對揮發(fā)度下降，反而可能降低回收率；B、D均通過能量集成實現(xiàn)雙重目標(biāo)。8.案例分析題【題】某廠甲醇水萃取精餾塔使用乙二醇為溶劑，運行半年后塔頂甲醇純度由99.85%降至99.50%，且塔壓降升高15%?，F(xiàn)場測得溶劑比（溶劑/進料）由2.8升至3.4，回流量未變。請分析可能原因并給出兩條可操作建議?！敬鸢浮吭颍阂叶几邷匮趸伤嵝晕镔|(zhì)，導(dǎo)致塔內(nèi)件腐蝕，填料或塔板局部堵塞，氣液分布不均，塔效率下降；為維持產(chǎn)品純度被迫提高溶劑比，形成惡性循環(huán)。建議：1)在溶劑循環(huán)泵入口增設(shè)陰離子交換樹脂床，在線去除有機酸，恢復(fù)溶劑品質(zhì)；2)停車檢修期間采用高壓水射流+鈍化劑對填料進行清洗，并更換腐蝕嚴(yán)重的分布器，恢復(fù)原始壓降。9.計算題【題】某氣體吸收塔用純水吸收氨，入口氣相摩爾分?jǐn)?shù)y1=0.15，出口y2=0.005，液氣比L/G=1.2，平衡關(guān)系y=1.8x，傳質(zhì)單元數(shù)NOG為多少？【答案】5.34【解析】Δy1=y1y1=0.151.8x1；Δy2=y2y2=0.0050=0.005；因L/G=1.2，物料衡算G(y1y2)=L(x1x2)，x2=0，得x1=G(y1y2)/L=(0.150.005)/1.2=0.1208；Δy1=0.151.8×0.1208=0.0674（出現(xiàn)負(fù)值，說明操作線斜率小于平衡線，塔頂已反提）；改用對數(shù)平均推動力Δym=(Δy2Δy1)/ln(Δy2/Δy1)=(0.005+0.0674)/ln(0.005/0.0674)=0.0229；NOG=(y1y2)/Δym=0.145/0.0229=5.34。三、反應(yīng)器設(shè)計與安全10.單選題【題】某放熱反應(yīng)采用連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器（CSTR），擬通過冷卻夾套移熱。若反應(yīng)活化能E=92kJ·mol?1，操作溫度升高10K，則反應(yīng)速率常數(shù)k增大約（）。A.1.5倍?B.2.0倍?C.2.5倍?D.3.0倍【答案】B【解析】阿倫尼烏斯公式k?/k?=exp[E/R(1/T?1/T?)]，取T?=350K，T?=360K，R=8.314，得k?/k?=exp[92000/8.314×(1/3501/360)]=2.02。11.多選題【題】關(guān)于HAZOP分析中“引導(dǎo)詞+參數(shù)”組合，下列組合能夠合理生成有效偏差的是（）。A.無+壓力B.多+溫度C.反向+流量D.部分+黏度【答案】A、B、C【解析】D“部分黏度”無實際物理意義，黏度為物性非過程變量，無法“部分”。12.判斷題【題】對于本征動力學(xué)控制的催化反應(yīng)，增大催化劑顆粒直徑會顯著提高宏觀反應(yīng)速率。（）【答案】錯誤【解析】顆粒增大，內(nèi)擴散阻力增加，有效因子下降，宏觀速率反而降低。13.計算題【題】某二級液相反應(yīng)A+B→R，速率方程?rA=0.8cAcBkmol·m?3·min?1，進料cA0=cB0=2kmol·m?3，體積流量1m3·min?1，采用兩個等體積CSTR串聯(lián)，要求出口cA=0.2kmol·m?3，求單釜有效體積?！敬鸢浮?.25m3【解析】對二級反應(yīng)，單釜設(shè)計方程τ=(cA0cA)/(0.8cAcB)，設(shè)第一釜出口cA1，第二釜cA2=0.2；兩釜串聯(lián)且等體積，聯(lián)立求解得cA1=0.5kmol·m?3；單釜τ=(20.5)/(0.8×0.5×0.5)=7.5min；體積V=τ·Q=7.5×1=7.5m3（發(fā)現(xiàn)筆誤，重新列方程：對第一釜τ1=(2cA1)/(0.8cA12)，第二釜τ2=(cA10.2)/(0.8×cA1×0.2)，令τ1=τ2，解得cA1=0.5kmol·m?3，τ=3.75min，故V=3.75m3；再驗算：第二釜τ=(0.50.2)/(0.8×0.5×0.2)=3.75min，吻合。因此單釜體積3.75m3，原答案1.25m3錯誤，更正為3.75m3。14.簡答題【題】闡述“冷卻失效”場景下，絕熱溫升ΔTad與緊急泄放直徑計算的關(guān)聯(lián)邏輯?！敬鸢浮坷鋮s失效后，反應(yīng)系統(tǒng)進入絕熱模式，反應(yīng)熱全部用于升高體系溫度，ΔTad=ΔHrx·n/(m·Cp)；ΔTad越大，體系越易在短時間內(nèi)超壓；緊急泄放需保證在最大允許累積壓力Pmax達(dá)到之前，將蒸發(fā)氣體及時排出，泄放直徑由DIERS方法計算：G=dp/dt·V/(A·ΔP)，其中dp/dt與ΔTad導(dǎo)致的反應(yīng)加速直接相關(guān)，ΔTad越高，dp/dt越大，所需泄放面積A越大，故ΔTad是確定泄放尺寸的核心輸入。四、能量集成與節(jié)能技術(shù)15.單選題【題】某廠采用熱pinch技術(shù)對過程進行能量集成，最小允許溫差ΔTmin=20℃，pinch點溫度（熱端）為150℃，則冷端pinch點溫度為（）。A.130℃?B.140℃?C.150℃?D.160℃【答案】A【解析】冷端溫度=熱端pinch溫度?ΔTmin=150?20=130℃。16.多選題【題】關(guān)于有機朗肯循環(huán)（ORC）回收低品位熱，下列說法正確的是（）。A.采用R245fa可避免真空運行B.蒸發(fā)器pinch溫差越小，?損失越小C.膨脹機等熵效率一般低于蒸汽輪機D.冷凝溫度升高可提高循環(huán)效率【答案】A、B、C【解析】D錯誤，冷凝溫度升高降低平均放熱溫度，效率下降。17.計算題【題】某裝置需將100t·h?1粗苯從110℃冷卻至40℃，比熱容2.1kJ·kg?1·K?1，現(xiàn)有冷卻水20℃升至35℃，求所需冷卻水流量及pinch點溫差（逆流）?！敬鸢浮坷鋮s水流量≈133.3t·h?1，pinch點溫差10℃【解析】熱負(fù)荷Q=100×1000×2.1×(110?40)=14.7GJ·h?1；冷卻水ΔT=15K，Cp=4.2kJ·kg?1·K?1，m=Q/(Cp·ΔT)=14.7×10?/(4.2×15)=233.3×103kg·h?1=233.3t·h?1；但原計算100×2.1×70=14.7GJ，4.2×15=63kJ·kg?1，14.7×10?/63=233.3t·h?1，無誤；pinch點出現(xiàn)在熱端110/20、冷端40/35，最小溫差出現(xiàn)在熱端110?20=90℃，冷端40?35=5℃，故pinch點位于冷端，溫差5℃；若要求ΔTmin=10℃，則需提高冷卻水出口溫度至30℃，重新計算m=14.7×10?/(4.2×10)=350t·h?1，此時pinch溫差10℃。18.案例分析題【題】某乙烯裝置急冷水系統(tǒng)原用循環(huán)水冷卻，夏季循環(huán)水溫度高達(dá)34℃，導(dǎo)致急冷水溫度無法低于40℃，壓縮機段間冷卻效果差。提出一種無需新增電耗的改造方案并量化收益。【答案】方案：利用裝置富裕的低壓甲烷（約0.35MPa，?90℃）通過真空相變換熱器（冷媒R410A）制取5℃冷凍水，再用冷凍水與急冷水在板式換熱器進行間接換熱，將急冷水從42℃降至35℃。收益：壓縮機段間溫度每降1℃，壓縮功耗降0.45%，預(yù)計降7℃，節(jié)電3.15%；以150MW壓縮機功率計，年節(jié)電=150×103×0.0315×8000=37.8GWh，按0.6元·kWh?1，年節(jié)省2268萬元；甲烷冷量原放空浪費，無額外運行成本，投資回收期<1年。五、設(shè)備維護與故障診斷19.單選題【題】離心泵振動速度有效值（RMS）在4.5mm·s?1時，按ISO108163標(biāo)準(zhǔn)，該泵處于（）區(qū)域。A.A區(qū)（新泵）?B.B區(qū)（允許長期運行）?C.C區(qū)（需整改）?D.D區(qū)（危險）【答案】C【解析】ISO108163對中型機組（1575kW）C區(qū)上限為4.5mm·s?1，處于臨界，需安排整改。20.多選題【題】導(dǎo)致螺桿壓縮機出口溫度異常升高的機械原因包括（）。A.轉(zhuǎn)子間隙過大B.軸承磨損C.滑閥卡滯D.油冷卻器結(jié)垢【答案】A、B、C【解析】D為冷卻系統(tǒng)問題，非機械原因。21.判斷題【題】采用磁懸浮軸承的離心壓縮機無需潤滑系統(tǒng)，因此不存在油膜渦動故障。（）【答案】正確【解析】磁懸浮無接觸，自然消除油膜渦動。22.計算題【題】某電機驅(qū)動離心泵額定流量240m3·h?1，揚程60m，效率72%，現(xiàn)實測流量200m3·h?1，揚程55m，軸功率42kW，求當(dāng)前機組效率并判斷是否高效運行?！敬鸢浮慨?dāng)前效率≈71.2%，屬高效區(qū)【解析】水功率Pw=ρgQH=1000×9.81×200/3600×55=29.94kW；效率η=29.94/42=71.2%；額定效率72%，泵高效區(qū)通?！?%，71.2%仍在高效區(qū)間。23.簡答題【題】闡述采用“聲發(fā)射”技術(shù)在線監(jiān)測球罐活性裂紋擴展的原理及關(guān)鍵參數(shù)?！敬鸢浮拷饘倭鸭y擴展時釋放應(yīng)變能，產(chǎn)生高頻應(yīng)力波（20kHz1MHz），聲發(fā)射傳感器將彈性波轉(zhuǎn)為電信號；關(guān)鍵參數(shù)：1)撞擊數(shù)（Hits）反映裂紋活躍度；2)幅度（dB）與裂紋擴展量正相關(guān)；3)定位集中區(qū)指示裂紋位置；4)能量率（RA）用于區(qū)分噪聲與真實裂紋信號；通過持續(xù)監(jiān)測能量率突增，可在裂紋達(dá)到臨界尺寸前預(yù)警，避免災(zāi)難性破裂。六、環(huán)保與減排24.單選題【題】某催化燃燒裝置處理含苯廢氣，空速20000h?1，入口苯濃度4g·m?3，去除率≥98%，催化劑床層溫度需維持在（）以上。A.180℃?B.220℃?C.260℃?D.300℃【答案】C【解析】苯起燃溫度約240℃，考慮空速高、98%去除率