注冊化工工程師執(zhí)業(yè)資格考試專業(yè)考試復習教程與模擬試題及答案第一章流體輸送與機械【核心公式】1.伯努利方程（含泵功）：p?/ρg+z?+v?2/2g+h_p=p?/ρg+z?+v?2/2g+h_f2.管路壓降：h_f=λ(L/d)(v2/2g)，λ由Colebrook或Churchill式迭代3.離心泵相似定律：Q?/Q?=n?/n?；H?/H?=(n?/n?)2；P?/P?=(n?/n?)3【真題·改編】某裝置輸送20℃清水，流量180m3/h，吸入液面開敞，泵中心線高于液面4m，吸入管路長12m（含當量長度），內(nèi)徑150mm，絕對粗糙度0.05mm。當?shù)卮髿鈮?01kPa，飽和蒸汽壓2.34kPa，泵必需汽蝕余量NPSH_r=4.5m。問：該泵能否正常吸入？若不能，提出兩條可行措施?！窘獯稹?.計算吸入側(cè)流速：v=Q/A=(180/3600)/(π·0.152/4)=2.83m/s2.雷諾數(shù)：Re=ρvd/μ=998×2.83×0.15/(1.002×10?3)=4.23×10?3.相對粗糙度ε/d=0.05/150=3.33×10??，Churchill式得λ=0.01584.吸入阻力：h_f=0.0158×(12/0.15)×(2.832/2g)=0.52m5.有效汽蝕余量：NPSH_a=p_atm/ρg–p_v/ρg–z–h_f=(101–2.34)×103/(998×9.81)–4–0.52=5.54m6.比較：NPSH_a=5.54m>NPSH_r=4.5m，故可以正常吸入。7.若假設(shè)NPSH_a不足，可采取：①降低泵安裝高度至2m；②吸入管徑放大至200mm使h_f降至0.22m。第二章傳熱與換熱網(wǎng)絡(luò)【高頻模型】1.殼程傳熱系數(shù)：Nu=0.36Re^0.55Pr^1/3(μ/μ_w)^0.142.有效溫差：ΔT_lm=(ΔT?–ΔT?)/ln(ΔT?/ΔT?)，多程時乘F_T修正【模擬題】某煉廠擬用160℃熱柴油（c_p=2.4kJ/kg·K，流量30kg/s）預熱60℃冷柴油（c_p=2.2kJ/kg·K，流量25kg/s），現(xiàn)有一臺現(xiàn)有AES型管殼式換熱器，單殼程雙管程，換熱面積280m2，管外徑25mm，壁厚2.5mm，導熱系數(shù)45W/m·K。管程冷油，殼程熱油。已知冷油側(cè)α_i=800W/m2·K，熱油側(cè)α_o=1200W/m2·K，忽略污垢。求：①實際傳熱量；②該面積是否滿足10%以上富裕度？【解答】1.熱平衡：Q_max=C_min·ΔT_in=25×2.2×(160–60)=5500kW實際Q=ε·Q_max，先求NTU。2.總傳熱系數(shù)：1/U=1/α_o+d_o/(2λ)ln(d_o/d_i)+d_o/(d_iα_i)d_i=20mm，計算得1/U=1/1200+0.025/(2×45)ln(25/20)+0.025/(0.02×800)U=474W/m2·K3.NTU=UA/C_min=474×280/(25×2200)=2.414.單殼程雙管程，查圖得ε≈0.78，Q=0.78×5500=4290kW5.所需面積：A_req=Q/(U·F_T·ΔT_lm)，ΔT_lm=[(160–95.3)–(111.4–60)]/ln(64.7/51.4)=57.7℃，F(xiàn)_T≈0.92A_req=4290×103/(474×0.92×57.7)=170m26.富裕度：(280–170)/170=64%>10%，滿足。第三章非均相分離【速算技巧】斯托克斯沉降終端速度：u_t=g(ρ_p–ρ)d_p2/(18μ)，當Re_p<1時適用；若1<Re_p<1000，用Allen區(qū)：u_t=[4g(ρ_p–ρ)d_p/(3ρ·C_d)]^0.5，C_d=18.5Re_p^–0.6【案例】某催化裂化裝置再生煙氣含催化劑顆粒2g/Nm3，平均粒徑15μm，顆粒密度1200kg/m3，煙氣溫度200℃，粘度2.6×10??Pa·s，密度0.75kg/m3。擬用一臺多管旋風分離器，筒徑0.8m，入口速度18m/s，求：①切割粒徑d_50；②出口含塵濃度（入口顆粒服從Rosin-Rammler分布，n=1.2，d_63.2=20μm）?！窘獯稹?.離心力場沉降速度：u_t=v_t2/(gr)·(ρ_p–ρ)d_p2/(18μ)取r=0.4m，v_t=18m/s，代入得d_50滿足u_t=v_in/50（經(jīng)驗），解得d_50=6.8μm2.分級效率：η_i=1–exp[–0.693(d_p/d_50)^n]，對Rosin-Rammler積分得總效率η_total=∫η_idF，F(xiàn)=1–exp[–(d_p/20)^1.2]，數(shù)值積分得η_total=0.9433.出口濃度：C_out=2×(1–0.943)=0.114g/Nm3，滿足<0.15g/Nm3的環(huán)保限值。第四章反應(yīng)器設(shè)計【經(jīng)典模型】CSTR：τ=C_A0X/(-r_A)；PFR：τ=C_A0∫dX/(-r_A)；一級反應(yīng)：kτ=X/(1–X)對CSTR，kτ=–ln(1–X)對PFR【模擬題】液相反應(yīng)A→R為二級，–r_A=kC_A2，k=0.25m3/kmol·min，C_A0=2kmol/m3，流量0.5m3/min。求：①采用單個CSTR達到90%轉(zhuǎn)化率所需體積；②若改用兩個等體積CSTR串聯(lián)，總體積最小，求單個體積；③若改用PFR，體積多少？【解答】1.單CSTR：τ=C_A0X/(kC_A02(1–X)2)=2×0.9/(0.25×4×0.01)=180minV=τ·Q=180×0.5=90m32.兩CSTR串聯(lián)，最優(yōu)中間轉(zhuǎn)化率X?滿足(1–X?)/X?=(1–X?)/(X?–X?)，X?=0.9解得X?=0.75，τ?=2×0.75/(0.25×4×0.0625)=24min，τ?=2×0.15/(0.25×4×0.01)=30min單個體積V=24×0.5=12m3，總體積24m3，節(jié)省73%3.PFR：τ=1/(kC_A0)·X/(1–X)=1/(0.25×2)·0.9/0.1=18minV=9m3，僅為單CSTR的10%。第五章精餾與多組分分離【快捷算法】Underwood法求最小回流：Σ(α_ix_Fi)/(α_i–θ)=1–q，θ介于輕、重關(guān)鍵組分相對揮發(fā)度之間【真題·改編】脫丙烷塔進料100kmol/h，飽和液體，含C?5%、C?35%、C?50%、C?10%。塔頂餾出液回收C?98%，塔釜回收C?98%。平均α：C?/C?=2.5，C?/C?=2.2，C?/C?=2.0。求：①輕、重關(guān)鍵組分；②最小理論板數(shù)N_min；③最小回流比R_min；④若R=1.3R_min，用Gilland關(guān)聯(lián)求實際板數(shù)。【解答】1.關(guān)鍵組分：輕關(guān)鍵C?，重關(guān)鍵C?2.全塔物料衡算：設(shè)D、B，解得D=40.7kmol/h，B=59.3kmol/h3.N_min=ln[(x_LK/x_HK)_D·(x_HK/x_LK)_B]/lnα_LK-HK=ln[(0.843/0.032)×(0.831/0.006)]/ln2.2=10.2塊4.Underwood：θ=1.87，解得R_min+1=Σ(α_ix_Di)/(α_i–θ)=1.62，R_min=0.625.Gilland：X=(R–R_min)/(R+1)=(1.3×0.62–0.62)/(1.3×0.62+1)=0.136關(guān)聯(lián)式Y(jié)=0.75(1–X^0.5668)=0.54，N=(N_min+Y)/(1–Y)=23塊（含再沸器）第六章萃取與離子交換【分配系數(shù)】Y=KX，K隨溫度升高而降低；逆流萃取級數(shù)：N=ln[(X_F–Y_S/K)/(X_R–Y_S/K)(1–1/ε)+1/ε]/lnε，ε=KS/B【模擬題】用純水從含醋酸30%(wt)的MIBK溶液中逆流萃取醋酸，流量500kg/h，要求萃余相醋酸≤2%，操作溫度25℃，平衡數(shù)據(jù)：Y=0.55X（質(zhì)量比）。純水用量為最小用量的1.5倍。求：①最小水用量；②實際水用量；③理論級數(shù)。【解答】1.換算質(zhì)量比：X_F=0.3/(1–0.3)=0.4286，X_R=0.0204醋酸量：500×0.3=150kg/h，B=500–150=350kg/h2.最小水用量：S_min=B(X_F–X_R)/(Y_1^*–Y_S)=350(0.4286–0.0204)/(0.55×0.4286–0)=615kg/h3.實際水：S=1.5×615=923kg/h4.萃取因子ε=KS/B=0.55×923/350=1.45N=ln[(0.4286–0)/(0.0204–0)(1–1/1.45)+1/1.45]/ln1.45=5.1→取6級第七章化工過程安全與HAZOP【失效概率】通用設(shè)備：泵1×10?3/年，容器5×10??/年；點火概率：常壓0.3，高壓0.5【案例】某液氨儲罐1000t，操作壓力0.5MPa，溫度–33℃，設(shè)雙安全閥，單閥開啟壓力0.6MPa，泄放能力50t/h。若外部火災導致蒸氣量突增，估算是否需要額外泄放能力。按API520，火災工況泄放量：W=0.208A^0.82，A為潤濕面積m2，罐直徑12m，高14m，液位80%。【解答】1.潤濕面積：A=πDL_wet=π×12×(0.8×14)=422m22.火災泄放量：W=0.208×422^0.82=24.8t/h3.雙閥總能力100t/h>24.8t/h，滿足，無需新增。第八章經(jīng)濟分析與成本估算【指數(shù)法】C?=C?(S?/S?)^n，n通常0.6–0.8；CEPCI校正：C_2023=C_2006×(CEPCI_2023/CEPCI_2006)【模擬題】某50kt/a聚乙烯裝置2006年建設(shè)投資1.2億美元，現(xiàn)擬建80kt/a裝置，CEPCI2006=500，2023=800，規(guī)模指數(shù)0.7。求2023年投資?！窘獯稹緾_2023=120×(80/50)^0.7×(800/500)=120×1.515×1.6=291百萬美元第九章?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)綜合【夾點技術(shù)】ΔT_min取10–20℃；問題表算法求夾點溫度、最小公用工程【案例】兩股熱流：H1180→80℃，CP=20kW/℃；H2140→40℃，CP=30kW/℃。兩股冷流：C130→120℃，CP=25kW/℃；C260→140℃，CP=40kW/℃。ΔT_min=10℃。求：①夾點位置；②最小熱公用工程；③最小冷公用工程?！窘獯稹?.構(gòu)建溫度區(qū)間，熱側(cè)溫度降5℃，冷側(cè)升5℃，得shifted溫度2.問題表計算：熱公用1050kW，冷公用1350kW，夾點135/125℃3.網(wǎng)絡(luò)設(shè)計：夾點上方禁止冷流用冷公用，下方禁止熱流用熱公用，得4臺換熱器，總面積1580m2第十章模擬試題與綜合解析【綜合題】某裝置產(chǎn)生含丙酮5%(mol)的氮氣，流量1000Nm3/h，25℃，常壓。擬用4℃冷水在填料塔中吸收，要求出口丙酮≤0.1%。平衡：y=1.68x，塔操作液氣比為最小值的1.4倍，H_OG=0.7m。求：①最小液氣比；②實際用水量；③填料高度；④若改用0℃冷凍水，H_OG降為0.55m，求新高度?！窘獯稹?.y_in=0.05，y_out=0.001，x_in=0，m=1.68(L/G)_min=(y_in–y_out)/(x_out^*–x_in)=(0.05–0.001)/(0.05/1.68)=1.6462.實際L/G=1.4×1.646=2.30，G=1000/22.4=44.6kmol/h，L=102.6kmol/h=1.85m3/h3.N_OG=ln[(y_in–mx_in)/(y_out–mx_in)(1–1/A)+1/A]/(1–1/A)，A=L/(mG)=1.37N_OG=6.9，H=6.9×0.7=4.83m4.0℃時m=1.4