2026年化工工藝學(xué)工藝流程設(shè)計(jì)模擬試題卷及答案1.（單選）在乙苯脫氫制苯乙烯的負(fù)壓絕熱徑向反應(yīng)器設(shè)計(jì)中，下列哪一項(xiàng)參數(shù)對催化劑床層壓降影響最顯著？A.催化劑當(dāng)量直徑B.反應(yīng)器長徑比C.入口擴(kuò)散段角度D.出口收集環(huán)縫隙寬度答案：A解析：壓降ΔP∝(1/dp)·(μ·u·L)，其中dp為當(dāng)量直徑，其一次方反比關(guān)系使A成為主控因素；其余選項(xiàng)僅改變局部阻力系數(shù)或流場均勻性，對總壓降為次要貢獻(xiàn)。2.（單選）對于放熱可逆反應(yīng)A?R，若采用多段冷激式固定床，段間冷激氣量最小化目標(biāo)函數(shù)應(yīng)選：A.各段出口溫度相等B.各段轉(zhuǎn)化率相等C.各段凈反應(yīng)速率對溫度導(dǎo)數(shù)為零D.各段冷激溫差相等答案：C解析：最小冷激量對應(yīng)最大熱力學(xué)推動力，即(d(-rA)/dT)=0，此時再增加溫度對速率已無增益，冷激需求最低。3.（單選）在甲醇制烯烴（MTO）流化床再生器設(shè)計(jì)中，下列哪項(xiàng)措施最能抑制催化劑“熱崩塌”？A.提高再生密相床高度B.采用分段燃燒管C.降低再生壓力D.增加催化劑循環(huán)量答案：B解析：分段燃燒管可將CO燃燒區(qū)與催化劑燒焦區(qū)分隔，避免局部超溫；熱崩塌本質(zhì)是局部熱點(diǎn)>850℃引發(fā)骨架鋁脫除，分段燃燒可降低峰值溫度60℃以上。4.（單選）某裂解氣深冷分離裝置，脫甲烷塔頂冷凝器采用-100℃乙烯冷劑，若塔頂不凝氣中H2摩爾分?jǐn)?shù)從25%升至35%，則最小理論塔板數(shù)將：A.增加B.減少C.不變D.先增后減答案：A解析：不凝氣增加導(dǎo)致塔頂氣相負(fù)荷上升，相對揮發(fā)度αC1/H2下降，需更多理論板維持相同回收率；McCabe-Thiele圖解中平衡線靠近對角線，階梯數(shù)增加。5.（單選）在離子液體催化烷基化工藝中，為提高酸強(qiáng)度函數(shù)H0<-12，下列哪種陰離子最有效？A.[NTf2]?B.[AlCl4]?C.[BF4]?D.[PF6]?答案：B解析：[AlCl4]?可與微量HCl形成H[Al2Cl7]超強(qiáng)酸，H0≈-14；其余陰離子配位飽和，無質(zhì)子超酸效應(yīng)。6.（單選）某年產(chǎn)30萬噸PDH裝置采用Oleflex連續(xù)再生工藝，若催化劑失活系數(shù)kd=0.035d?1，則循環(huán)量與新鮮催化劑補(bǔ)充量質(zhì)量比約為：A.120:1B.200:1C.300:1D.400:1答案：C解析：連續(xù)再生系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時Ffresh/Fcirc=kd·τ，τ為單程壽命，Oleflexτ≈8.6d，故比值≈0.035×8.6≈0.3，即循環(huán)量/補(bǔ)充量≈1/0.3≈300。7.（單選）在CO2捕集MEA吸收塔設(shè)計(jì)中，若液氣比L/G降至最低允許值，此時再沸器熱負(fù)荷主要受哪段平衡制約？A.塔頂CO2分壓B.富液胺濃度C.塔底溫度D.貧液CO2負(fù)荷答案：D解析：L/G下限由“貧液CO2負(fù)荷?塔頂平衡CO2分壓”決定，當(dāng)貧液負(fù)荷接近平衡值，推動力趨零，需無限高塔，故再沸器熱負(fù)荷被迫升高以再生更低負(fù)荷貧液。8.（單選）對于甘油氫解制1,3-丙二醇，若采用Cu/SiO2催化劑，下列哪種助劑可抑制C–C鍵斷裂副反應(yīng)？A.ZnOB.ZrO2C.La2O3D.MoO3答案：C解析：La2O3為堿性助劑，可中和SiO2表面強(qiáng)Lewis酸位，抑制脫水-加氫路徑生成的羥基丙酮進(jìn)一步C–C斷裂；ZnO促進(jìn)脫氫，ZrO2中性，MoO3促進(jìn)C–O斷裂。9.（單選）某廠苯酚丙酮裝置異丙苯氧化塔尾氣O2含量從4%提至6%，則尾氣處理系統(tǒng)RTO天然氣消耗將：A.增加>15%B.增加5–10%C.基本不變D.減少答案：D解析：O2升高意味著氧化深度下降，尾氣中有機(jī)負(fù)荷（異丙苯、CHP等）減少，RTO需補(bǔ)充的天然氣隨之下降；經(jīng)驗(yàn)上O2每升1%，天然氣耗降約6%。10.（單選）在聚烯烴漿液環(huán)管反應(yīng)器中，若固體體積分?jǐn)?shù)>45%，最易發(fā)生的異常現(xiàn)象是：A.軸流泵汽蝕B.傳熱系數(shù)驟降C.反應(yīng)器頂部結(jié)塊D.產(chǎn)品熔指漂移答案：B解析：高固含率下漿液粘度呈指數(shù)上升，近壁面處出現(xiàn)“固體滑移層”，有效導(dǎo)熱系數(shù)λeff下降50%以上，導(dǎo)致傳熱系數(shù)驟降；泵汽蝕需入口飽和蒸氣壓條件，頂部結(jié)塊與靜電相關(guān)，熔指漂移由H2濃度波動引起。11.（多選）關(guān)于乙烷裂解爐輻射段爐管滲碳失效，下列說法正確的是：A.滲碳層導(dǎo)熱系數(shù)低于基體B.滲碳優(yōu)先在奧氏體晶界發(fā)生C.提高Cr含量至35%可完全抑制D.采用內(nèi)襯SiC套管可延緩E.滲碳速率與C2H6分壓平方成正比答案：ABD解析：滲碳層為Cr23C6等碳化物，λ≈15Wm?1K?1，低于HP45合金的28Wm?1K?1；晶界Cr擴(kuò)散快，碳化物易析出；Cr>30%僅能降低速率，無法完全抑制；SiC套管可阻隔碳活度；滲碳速率∝aC·√(pC2H6)，非平方關(guān)系。12.（多選）在己內(nèi)酰胺氨肟化工藝中，下列措施可提高環(huán)己酮轉(zhuǎn)化率并降低過氧化氫分解率的是：A.采用微通道反應(yīng)器B.將TS-1催化劑粒徑從200μm降至20μmC.加入0.1%wtNa2CO3D.提高反應(yīng)溫度至120℃E.采用分段進(jìn)料H2O2答案：ABE解析：微通道強(qiáng)化傳質(zhì)，降低H2O2局部過剩；小粒徑縮短擴(kuò)散路徑，減少內(nèi)擴(kuò)散導(dǎo)致的H2O2無效分解；分段進(jìn)料維持低過氧化物濃度；Na2CO3中和酸性會加速H2O2分解；高溫使H2O2自分解指數(shù)上升。13.（多選）關(guān)于合成氣發(fā)酵制乙醇的Clostridiumcarboxidivorans連續(xù)攪拌釜-膜分離耦合系統(tǒng)，下列說法正確的是：A.膜通量>70Lm?2h?1時易出現(xiàn)菌體污染層B.CO抑制常數(shù)KI=0.08molL?1C.乙醇/乙酸選擇性隨pH升高而升高D.膜截留分子量應(yīng)<1000DaE.菌體對H2耐受閾值>CO答案：ABC解析：高通量下剪切不足，菌體易在膜面沉積；文獻(xiàn)KI值0.08；pH升高使酸解離，乙酸以Ac?形式透過膜，乙醇保持中性，表觀選擇性上升；截留分子量需>3000Da以保證乙醇透過；H2抑制常數(shù)KI,H2≈0.15，高于CO。14.（多選）在天然氣液化混合制冷劑（MRC）循環(huán)優(yōu)化中，采用N2-CH4-C2H4-C3H8四元工質(zhì)，若降低N2含量，則：A.壓縮機(jī)排氣溫度下降B.冷箱?損失降低C.高壓分離器液相C3H8增加D.單位液化功耗下降E.低溫段溫差曲線更平滑答案：BCE解析：N2減少使高溫段制冷量不足，需增加C2H4/C3H8補(bǔ)償，冷箱溫差曲線更平滑，?損降低；高壓分離器溫度升高，C3H8更多冷凝；排氣溫度因質(zhì)量流量減少而略升；功耗因換熱改善而下降。15.（多選）關(guān)于鋰電池正極材料前驅(qū)體Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2連續(xù)攪拌釜-管式串聯(lián)結(jié)晶系統(tǒng)，下列說法正確的是：A.管式段Peclet數(shù)>50可抑制二次成核B.釜段pH=11.5時一次顆粒粒徑D50最小C.氨絡(luò)合劑濃度升高使晶習(xí)由片狀變球狀D.過渡金屬總濃度>2.5molL?1時易出現(xiàn)膠體E.采用超聲霧化加料可降低團(tuán)聚指數(shù)30%答案：ACDE解析：高Pe數(shù)降低返混，減少二次成核；pH=11.5時過飽和度最大，粒徑反而??；氨濃度升高使生長面由(001)變?yōu)?101)，球狀化；高濃度下離子強(qiáng)度大，膠體穩(wěn)定性下降；超聲霧化降低局部過飽和，團(tuán)聚減少。16.（填空）某丙烯腈裝置反應(yīng)器出口氣體含丙烯腈7.2%vol、HCN1.1%、NH30.8%，經(jīng)急冷塔用硫酸銨溶液循環(huán)冷卻，若控制急冷塔頂溫度45℃，則塔頂水蒸氣分壓為________kPa，已知該溫度下飽和蒸氣壓9.59kPa，溶液中硫酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%，其水活度系數(shù)0.685。答案：6.57解析：pH2O=γw·p*=0.685×9.59=6.57kPa。17.（填空）在己二酸綠色合成路線中，以環(huán)己烯為底物，H2O2為氧化劑，【NaWO4/【CH3(n-C8H17)3N】HSO4】為相轉(zhuǎn)移催化劑，若反應(yīng)器體積1m3，環(huán)己烯初始濃度2.5kmolm?3，H2O2與環(huán)己烯摩爾比4:1，反應(yīng)溫度90℃，實(shí)驗(yàn)測得速率方程-rA=0.85·CA0.7·CB0.5molL?1min?1，其中CB為H2O2濃度，則達(dá)到95%轉(zhuǎn)化率所需空時為________min。答案：47.3解析：代入速率方程積分得τ=∫(1/(-rA))dX=∫0X(1/(0.85·CA0.7·CB0.5))dX，令CA=CA0(1-X)，CB=CB0-4CA0X，換算單位后數(shù)值積分得47.3min。18.（填空）某煤制天然氣項(xiàng)目采用甲烷化串并聯(lián)工藝，原料氣組成CO20%、CO28%、H268%，目標(biāo)產(chǎn)品CH4>97%，若采用三段絕熱甲烷化，段間換熱，則第一段出口CO轉(zhuǎn)化率需控制在________%以內(nèi)，才能保證熱點(diǎn)溫度<700℃，已知催化劑允許最高溫度700℃，反應(yīng)熱ΔH=-206kJmol?1，氣體平均熱容36Jmol?1K?1。答案：62.4解析：絕熱溫升ΔTad=(-ΔX·ΔH)/(Cp·n總)，令ΔTad≤(700-280)K，解得ΔX≤62.4%。19.（填空）在環(huán)氧丙烷HPPO法工藝中，若丙烯與H2O2摩爾比2.5:1，TS-1催化劑選擇性92%，則每生產(chǎn)1t環(huán)氧丙烷副產(chǎn)________kg丙二醇單甲醚。答案：86解析：按反應(yīng)式C3H6+H2O2→PO+H2O，副反應(yīng)PO+CH3OH→1-甲氧基-2-丙醇，選擇性損失8%，1tPO需副產(chǎn)0.08×76/58×1000=86kg。20.（填空）某聚酯裝置縮聚反應(yīng)器采用圓盤轉(zhuǎn)子強(qiáng)化表面更新，若熔體粘度從200Pa·s升至400Pa·s，則相同轉(zhuǎn)速下體積傳質(zhì)系數(shù)kLa將下降________%，已知kLa∝(μ^-0.6)。答案：31.5解析：(400/200)^-0.6=2^-0.6=0.660，下降1-0.660=34.0%，考慮圓盤邊緣湍流修正，實(shí)際下降約31.5%。21.（流程設(shè)計(jì)）某企業(yè)擬建年產(chǎn)50萬噸PDH裝置，采用丙烷脫氫-選擇氫化-烯烴分離方案。請完成下列任務(wù)：（1）畫出包含主要設(shè)備、熱交換網(wǎng)絡(luò)、壓縮機(jī)制冷劑循環(huán)的方塊流程圖（文字描述即可）；（2）給出反應(yīng)部分物料平衡（以100kmolh?1丙烷進(jìn)料為基準(zhǔn)），單程轉(zhuǎn)化率45%，選擇性89%，循環(huán)丙烷純度96%；（3）計(jì)算反應(yīng)器出口氣體冷卻至40℃所需冷卻負(fù)荷，已知出口氣含C3H855kmol、C3H640kmol、H240kmol、CH42kmol，入口溫度580℃，平均熱容46Jmol?1K?1；（4）若采用燃?xì)馔钙津?qū)動壓縮機(jī)，透平效率38%，燃料氣低熱值50MJkg?1，求單位產(chǎn)品能耗（kg燃料/t丙烯）。答案與解析：（1）流程：丙烷預(yù)熱→徑向絕熱反應(yīng)器→廢熱鍋爐（產(chǎn)10MPa蒸汽）→三級選擇氫化（Pd/Al2O3）→干燥→三塔烯烴分離（脫乙烷-脫丙烷-丙烯精餾）→冷箱回收H2；熱交換網(wǎng)絡(luò)：反應(yīng)器出口-進(jìn)料換熱器、蒸汽過熱器、透平凝汽回?zé)?；制冷：丙?丙烷復(fù)疊制冷，-40℃、-15℃兩級。（2）基準(zhǔn)100kmolh?1丙烷，單程反應(yīng)45kmol，生成丙烯40kmol、副產(chǎn)CH42kmol、C2H41kmol、C2H62kmol；分離后循環(huán)丙烷55kmol，純度96%，需排放5kmol丙烷以除惰性；新鮮丙烷補(bǔ)充=反應(yīng)消耗+排放=45+5=50kmolh?1；年產(chǎn)50萬噸需新鮮丙烷=50×10?/(40×0.089)=1.40×10?ta?1。（3）冷卻負(fù)荷Q=Σn·Cp·ΔT=(55+40+40+2)×46×(580-40)=137×46×540=3.40×10?kJh?1=944kW。（4）壓縮機(jī)軸功率：丙烯壓縮+循環(huán)氫+制冷，合計(jì)約1.85MW；透平燃料耗=1.85/0.38=4.87MW；燃料氣耗=4.87/50=0.0974kgs?1=350kgh?1；單位產(chǎn)品能耗=350/40=8.75kg燃料/t丙烯。22.（設(shè)備計(jì)算）某廠新建一座直徑3.6m的乙苯/苯乙烯精餾塔，采用規(guī)整填料Y250，理論板當(dāng)量高度0.28m，全塔共需60塊理論板，塔頂壓力6kPa，塔底壓力14kPa，塔頂溫度65℃，塔底溫度105℃。請計(jì)算：（1）填料層總高度；（2）若塔頂氣相負(fù)荷3600m3h?1，操作液氣比1.2，計(jì)算泛點(diǎn)率（已知Y250在6kPa下液泛因子Fmax=1.8ms?1(kgm?3)^0.5）；（3）塔底再沸器采用10bar飽和蒸汽，若傳熱系數(shù)U=1200Wm?2K?1，溫差30℃，求所需面積；（4）若改用降膜再沸器，傳熱系數(shù)可提至2500Wm?2K?1，面積減少多少百分比？答案與解析：（1）總高=60×0.28=16.8m，分三段安裝，每段5.6m。（2）氣相密度ρV=PM/RT=6×106/(8.314×338)=0.226kgm?3；液相密度ρL≈840kgm?3；氣相負(fù)荷3600/3600=1m3s?1；塔截面積A=0.785×3.62=10.18m2；F因子=F/(ρV^0.5)=1/(0.226^0.5)=2.10；泛點(diǎn)率=2.10/1.8=1.17，超限17%，需降負(fù)荷或換填料。（3）再沸熱負(fù)荷Q=蒸汽冷凝潛熱=3600×ρV×λ=3600×0.226×380=3.09×10?kJh?1=85.8kW；面積A=Q/(UΔT)=85800/(1200×30)=2.38m2。（4）新面積A’=85800/(2500×30)=1.14m2；減少百分比=(2.38-1.14)/2.38=52%。23.（安全與HAZOP）針對上述PDH反應(yīng)器，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)“反應(yīng)器出口-廢熱鍋爐連接管線”HAZOP分析，引導(dǎo)詞“無流量”，請列出可能原因、后果及現(xiàn)有防護(hù)措施，并補(bǔ)充建議。答案：原因：①反應(yīng)器飛溫導(dǎo)致催化劑燒結(jié)，床層堵塞；②出口大閥誤關(guān)；③廢熱鍋爐管爆裂，緊急切斷閥ESDV關(guān)閉。后果：①反應(yīng)器壓力驟升，Rupturedisc爆破，高溫?zé)N泄放→火災(zāi)爆炸；②壓縮機(jī)喘振停機(jī)；③循環(huán)氫中斷，后續(xù)加氫系統(tǒng)超壓?，F(xiàn)有措施：①雙路壓差變送器聯(lián)鎖2oo3；②ESD閥帶限位開關(guān)，DCS報(bào)警；③爆破片+火炬系統(tǒng)。建議：增加①反應(yīng)器出口快速旁路泄壓閥（3s全開），②在線激光粒度儀監(jiān)測催化劑粉塵，③增設(shè)紅外熱像儀監(jiān)測飛溫早期熱點(diǎn)。24.（節(jié)能優(yōu)化）某環(huán)氧氯丙烷裝置丙烯高溫氯化反應(yīng)器原用冷卻水移熱，現(xiàn)擬采用有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）回收反應(yīng)熱，反應(yīng)溫度420℃，放熱15MW，冷卻水側(cè)可降至200℃。請：（1）選擇合適ORC工質(zhì)并說明理由；（2）估算凈發(fā)電功率（熱源15MW，冷源40℃，膨脹等熵效率85%，泵效率75%，換熱器夾點(diǎn)20℃）；（3）計(jì)算年運(yùn)行8000h的CO2減排量（電網(wǎng)排放因子0.85kgkWh?1）。答案：（1）選甲苯：臨界溫度319℃，臨界壓力4.1MPa，420℃下熱穩(wěn)定，蒸發(fā)潛熱大，飽和蒸氣壓適中，不易分解，環(huán)保ODP=0。（2）甲苯在200→420℃吸熱，平均Cp=1.8kJkg?1K?1，流量m=15000/(1.8×220)=37.9kgs?1；蒸發(fā)段200→318℃，吸熱Qeva=37.9×1.8×118=8.05MW；過熱段318→420℃，吸熱6.95MW；膨脹出口40℃飽和氣，h3=720kJkg?1，h4s=540，ηs=0.85，h4=720-0.85×(720-540)=567；功率Wexp=m(h3-h4)=37.9×153=5.80MW；泵耗Wpp=m(h2s-h1)/0.75=37.9×(280-200)/0.75=4.04MW；凈發(fā)電=5.80-4.04=1.76MW。（3）年發(fā)電1.76×8000=14080MWh；減排14080×0.85=11968tCO2。25.（綜合設(shè)計(jì)）某沿海園區(qū)規(guī)劃以100萬噸/年甲醇為原料，通過MTO-烯烴裂解（OCP）-聚烯烴一體化路線，生產(chǎn)80萬噸聚乙烯、40萬噸聚丙烯，副產(chǎn)氫氣8萬噸。請給出：（1）總流程框圖（文字描述）；（2）關(guān)鍵設(shè)備清單（≥10臺，含規(guī)格參數(shù)）；（3）年CO2排放估算（含工藝、公用工程）；（4）碳減排技術(shù)路徑（至少3條，量化效果）。答案：（1）流程：甲醇→DMTO流化床（5000td?1）-急冷-壓縮-脫甲烷-脫乙烷-OCP提升管-烯烴分離-乙烯精餾（99.9%）-氣相法PE（Unipol）-丙烯精餾-液相法PP（Spheripol）-氫氣PSA-燃料氣管網(wǎng)。（2）關(guān)鍵設(shè)備：①DMTO反應(yīng)器φ10m×40m，催化劑75t，再生循環(huán)800th?1；②乙烯壓縮機(jī)三段離心，流量180th?1，功率28MW；③OCP提升管φ1.8m×35m，出口620℃；④PE流化床反應(yīng)器φ5m×25m，樹脂停留3.5h；⑤PP環(huán)管反應(yīng)器雙環(huán)φ0.6m×120m，壓力35bar；⑥冷箱-185℃，板翅式，鋁合金；⑦丙烯制冷壓縮機(jī)，-40℃，功率12MW；⑧氫氣PSA，10塔，回收率87%，純度99.999%；⑨MEG再生塔φ3.2m×50m，填料250Y；⑩CO2捕集膜系統(tǒng)，Polyactive膜，面積12萬m2，捕集率70%。（3）排放：工藝CO2=甲醇原料碳-產(chǎn)品碳=100×0.375-120×0.856=-52.2萬t（負(fù)碳），但公用工程：蒸汽900萬t，耗煤120萬t，排放CO2280萬t；電力60萬MWh，排放51萬t；合計(jì)331萬ta?1。（4）減排路徑：①電解水制氫替代煤制氫，綠氫8萬噸，減排72萬t；②ORC回收PE反應(yīng)熱20MW，發(fā)電1.4萬MWh，減排1.2萬t；③CO2捕集-尿素，捕集100萬t，減排100萬t；④光伏自備電廠200MW，年供電16億kWh，減排136萬t；合計(jì)減排309萬t，剩余22萬t可通過生物甲醇原料中和，實(shí)現(xiàn)凈零。26.（計(jì)算證明）證明：對于一級不可逆反應(yīng)A→B，在n段冷激式絕熱固定床中，若每段出口溫度相同且為最優(yōu)溫度Top，則總催化劑用量最小，并給出Top表達(dá)式（已知速率常數(shù)k=k0exp(-E/RT)，平衡常數(shù)K=exp(ΔS/R-ΔH/RT)）。答案：證明：設(shè)第i段轉(zhuǎn)化率Xi-1→Xi，絕熱操作線T=Ti0+λ(X-Xi-1)，λ=(-ΔH)FA0/(ΣFiCpi)。目標(biāo)函數(shù)minΣWi=minΣ(FA0(Xi-Xi-1))/(k(Ti)(1-Xi))。構(gòu)造Lagrange函數(shù)，引入等溫約束Ti=Top，對Xi求導(dǎo)并令?L/?Xi=0，得k(Top)(1-Xi)=k(Top)(1-Xi+1)，即各段出口速率相等；再對Top求導(dǎo)，得dk/dT(1-X)=0，即dlnk/dT=0，亦即E/(RTop