《化工工藝學(xué)(高起專)》作業(yè)考核試題(含主觀題)題庫(kù)及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在合成氨生產(chǎn)中，下列哪一項(xiàng)不是影響平衡氨含量的主要因素？A.溫度B.壓力C.催化劑活性D.氫氮比答案：C解析：平衡氨含量由熱力學(xué)決定，溫度、壓力、氫氮比直接改變平衡常數(shù)；催化劑活性只影響反應(yīng)速率，不改變平衡位置。2.石油常減壓蒸餾裝置中，減壓塔頂油一般用作：A.催化重整原料B.乙烯裂解原料C.潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油D.燃料油組分答案：D解析：減壓塔頂油餾程寬、芳烴少、十六烷值低，直接調(diào)合為燃料油最經(jīng)濟(jì)；重整、裂解均需更窄餾分。3.對(duì)苯二甲酸（PTA）裝置氧化單元尾氣中，含量最高的有機(jī)組分是：A.對(duì)二甲苯B.對(duì)甲基苯甲酸C.苯甲酸D.乙酸答案：D解析：氧化劑為乙酸，反應(yīng)副產(chǎn)乙酸甲酯、乙酸等，乙酸揮發(fā)性最強(qiáng)，尾氣中占比最大。4.甲醇合成反應(yīng)器采用冷激式多段絕熱床的核心目的是：A.降低壓降B.抑制副反應(yīng)C.控制溫升，提高凈值轉(zhuǎn)化率D.減少催化劑用量答案：C解析：CO+2H??CH?OH放熱強(qiáng)烈，段間冷激可削峰填谷，使床層溫度逼近最佳溫度曲線，凈值轉(zhuǎn)化率最大。5.氯堿工業(yè)中，離子膜電解槽陰極室pH值通常控制在：A.2～3B.7左右C.12～14D.任意值均可答案：C解析：陰極生成NaOH，需高OH?濃度阻止Cl?溶解生成次氯酸，同時(shí)保證膜兩側(cè)鈉離子遷移推動(dòng)力。6.尿素合成塔出料中Biuret含量升高，最直接的原因是：A.氨碳比升高B.停留時(shí)間延長(zhǎng)C.溫度降低D.壓力升高答案：B解析：Biuret由兩分子尿素縮合生成，反應(yīng)級(jí)數(shù)高，對(duì)停留時(shí)間敏感；溫度降低、氨碳比升高均抑制其生成。7.乙烯裝置堿洗塔黃油生成量突然增加，應(yīng)優(yōu)先檢查：A.堿濃度B.堿洗溫度C.裂解氣中氧含量D.塔盤開(kāi)孔率答案：C解析：微量O?引發(fā)烯烴自由基聚合生成黃油；氧含量每增加10ppm，黃油量可翻番。8.天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫，水碳比由3.5提到4.5，下列哪項(xiàng)變化正確？A.出口CH?干基摩爾分?jǐn)?shù)升高B.爐管壁溫升高C.單位產(chǎn)氫能耗下降D.析碳傾向減弱答案：D解析：水碳比高，水氣化反應(yīng)C+H?O→CO+H?推動(dòng)力大，抑制析碳；CH?轉(zhuǎn)化率提高，出口CH?下降。9.磷酸二銨（DAP）生產(chǎn)中，中和槽料漿pH突然下跌，首先應(yīng)：A.提高硫酸加入量B.降低氨加入量C.檢查磷酸濃度是否異常偏低D.加大攪拌功率答案：C解析：磷酸濃度低導(dǎo)致氨/酸比虛高，實(shí)際H?PO?不足，pH下跌；補(bǔ)酸可迅速糾正。10.煤制油漿態(tài)床費(fèi)托合成，催化劑失活主因排序正確的是：A.硫中毒>燒結(jié)>積碳B.燒結(jié)>硫中毒>積碳C.積碳>硫中毒>燒結(jié)D.硫中毒>積碳>燒結(jié)答案：A解析：漿態(tài)床溫度均勻，燒結(jié)相對(duì)慢；原料氣硫0.1ppm即可不可逆占據(jù)活性位；重質(zhì)蠟包裹造成積碳。二、判斷改錯(cuò)題（每題3分，共15分）11.環(huán)氧乙烷水合制乙二醇反應(yīng)，水比越高，乙二醇選擇性一定越高。答案：錯(cuò)誤解析：水比過(guò)高，反應(yīng)速率下降，副產(chǎn)二乙二醇、三乙二醇比例反而上升；工業(yè)水比控制在20～25已最優(yōu)。12.苯乙烯負(fù)壓絕熱脫氫，壓力越低，苯乙烯收率越高，因此真空度可無(wú)限提高。答案：錯(cuò)誤解析：真空度受密封、壓縮機(jī)能耗限制；過(guò)度真空導(dǎo)致泄漏空氣進(jìn)入，引發(fā)聚合、爆炸風(fēng)險(xiǎn)。13.離子膜法燒堿中，陽(yáng)極液NaCl濃度越低越有利于抑制氯中含氧。答案：錯(cuò)誤解析：陽(yáng)極液NaCl<170g/L時(shí)，析氧副反應(yīng)加劇，氯中含氧升高；應(yīng)控制190～210g/L。14.對(duì)二甲苯吸附分離，吸附劑對(duì)PX的吸附能力隨溫度升高而增強(qiáng)。答案：錯(cuò)誤解析：PX吸附為放熱過(guò)程，溫度升高平衡向解吸方向移動(dòng)；工業(yè)吸附溫度175℃已兼顧動(dòng)力學(xué)與選擇性。15.甲醇羰基化制醋酸，銠催化劑活性中心為Rh(I)羰基絡(luò)合物，若系統(tǒng)CO分壓驟降，Rh(III)沉淀風(fēng)險(xiǎn)增大。答案：正確解析：CO為配體，分壓下降導(dǎo)致Rh(I)失去配位保護(hù)，被過(guò)量HI氧化為Rh(III)而沉淀，造成“黑泥”。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）16.結(jié)合反應(yīng)工程原理，說(shuō)明為什么現(xiàn)代合成氨裝置采用“高溫高壓、低溫回收”兩段布置，并給出一段爐出口甲烷控制指標(biāo)及理由。答案：（1）熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)矛盾：N?+3H??2NH?放熱，高壓、低溫有利平衡，但低溫動(dòng)力學(xué)極慢。（2）兩段布置：前段高溫（450～500℃）高壓（15～30MPa）在Fe基催化劑上快速反應(yīng)，凈值轉(zhuǎn)化率高；后段逐級(jí)冷卻，使氣相氨冷凝分離，剩余H?、N?循環(huán)，突破平衡限制。（3）一段爐出口CH?≤0.3mol%（干基）：CH?為惰性氣，循環(huán)積累會(huì)增大壓縮功、降低分壓，且高溫下CH?裂解析碳堵塞催化劑；控制指標(biāo)通過(guò)水碳比、溫度、空速優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。17.畫出煤制烯烴（MTO）裝置甲醇進(jìn)料雜質(zhì)指標(biāo)魚骨圖，并闡述二甲醚超標(biāo)對(duì)催化劑的危害機(jī)理。答案：魚骨圖主骨為“甲醇雜質(zhì)”，中骨分“金屬、含氧化合物、水、其他”四支。金屬下含Na?、Fe3?；含氧化合物下含二甲醚、乙酸、丙酮；水下含游離水、溶解水；其他下含Cl?、硫醇。危害機(jī)理：二甲醚在SAPO-34分子篩酸性位上先質(zhì)子化生成甲氧基，隨后與甲醇競(jìng)爭(zhēng)吸附，導(dǎo)致有效酸位被占據(jù)；同時(shí)二甲醚裂解生成低碳烯烴速率慢，積碳前驅(qū)體（芳烴）增多，快速堵塞孔口，使催化劑失活速率提高2～3倍。工業(yè)要求二甲醚≤100ppm。18.某30萬(wàn)噸/年P(guān)TA裝置氧化反應(yīng)器尾氣氧含量由2.5%升至4.0%（干基），列出三條可能原因并給出對(duì)應(yīng)處理措施。答案：原因1：對(duì)二甲苯進(jìn)料量突降，而空氣量未及時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致氧過(guò)量。措施：校正PX流量計(jì)，自動(dòng)聯(lián)鎖空氣/PX摩爾比至6.0±0.1。原因2：催化劑活性下降，CO與副產(chǎn)甲苯、苯甲醛氧化不完全，耗氧減少。措施：提高反應(yīng)溫度2～3℃，必要時(shí)補(bǔ)加新鮮Co/Mn/Br催化劑。原因3：反應(yīng)器攪拌密封失效，空氣短路直接進(jìn)入尾氣。措施：停車更換機(jī)械密封，在線監(jiān)測(cè)尾氣中N?/Ar比驗(yàn)證短路。四、計(jì)算題（共20分）19.某天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化爐出口氣體干基組成：CH?3.0%，CO8.5%，CO?9.0%，H?79.5%。已知原料天然氣（100%CH?）與水蒸汽摩爾比3.5，求：（1）單程CH?轉(zhuǎn)化率；（2）按化學(xué)計(jì)量比計(jì)算的水碳比；（3）若目標(biāo)為CH?干基≤0.5%，保持溫度不變，需將水碳比提高到多少？（假設(shè)CO、CO?比例不變，僅CH?與H?O變化）答案：（1）基準(zhǔn)100mol干氣，則CH?剩余3mol，已轉(zhuǎn)化97mol，原料CH?=剩余+轉(zhuǎn)化=3+97=100mol，單程轉(zhuǎn)化率=97%。（2）出口CO+CO?=17.5mol，由CH?+H?O→CO+3H?、CH?+2H?O→CO?+4H?，設(shè)生成COxmol，CO?ymol，x+y=17.5，3x+4y=79.5，解得x=9.5，y=8.0。耗水=9.5+2×8.0=25.5mol，水碳比=25.5/100=0.255（理論最小值）。（3）設(shè)新水碳比為m，轉(zhuǎn)化率為α，剩余CH?=100(1-α)，干氣總量=100+100(m-α)，令100(1-α)/[100+100(m-α)]=0.005，且CO+CO?仍為17.5%，聯(lián)立得α=0.995，m≈3.8。需將水碳比由3.5提至3.8。20.某硫酸廠采用“3+1”兩次轉(zhuǎn)化流程，一段入口SO?10%（vol），O?11%，N?79%，反應(yīng)后三段出口SO?8.2%，求：（1）三段累計(jì)轉(zhuǎn)化率；（2）四段需補(bǔ)充多少空氣（以原氣量100mol為基準(zhǔn)）可使最終轉(zhuǎn)化率達(dá)99.5%？（設(shè)補(bǔ)充空氣O?21%，N?79%，溫度恒定）答案：（1）原SO?10mol，生成SO?8.2mol，累計(jì)轉(zhuǎn)化率=8.2/10=82%。（2）設(shè)補(bǔ)充空氣Amol，則新O?=11+0.21A，SO?剩余=10-8.2=1.8mol，需再轉(zhuǎn)化10×0.995-8.2=1.75mol，耗O?1.75/2=0.875mol。平衡時(shí)O?≥2%（防催化劑過(guò)熱），列式：(11+0.21A-0.875)/(100+A-1.75)=0.02，解得A≈18.2mol。需補(bǔ)充空氣18.2mol。五、綜合設(shè)計(jì)題（15分）21.某企業(yè)擬將現(xiàn)有5萬(wàn)噸/年間歇釜式硝基苯裝置改造為連續(xù)絕熱硝化，目標(biāo)產(chǎn)能20萬(wàn)噸/年，要求廢酸濃度≥68%H?SO?以直接循環(huán)。給出：（1）工藝方案（反應(yīng)器型式、溫度、相比、停留時(shí)間）；（2）關(guān)鍵控制回路及儀表選型；（3）安全泄放計(jì)算（假設(shè)反應(yīng)器有效容積3m3，物料比熱2.1kJkg?1K?1，反應(yīng)放熱ΔH=-117kJmol?1硝基苯，密度1.3tm?3，絕熱溫升不超過(guò)15K）。答案：（1）方案：采用環(huán)管+靜態(tài)混合器絕熱反應(yīng)器，苯與混酸（HNO?15%，H?SO?68%，H?O17%）并流，相比1:1.2（體積），溫度35～45℃，停留時(shí)間60s，管道內(nèi)徑0.1m，總長(zhǎng)120m，雷諾數(shù)>10?，保證湍流。（2）控制：①比值控制，苯流量為主動(dòng)量，混酸為從動(dòng)量，科氏質(zhì)量流量計(jì)+變頻泵，比值0.95～1.05；②出口密度計(jì)在線檢測(cè)廢酸濃度，低于68%自動(dòng)切至廢酸罐；③紅外測(cè)溫每10m一點(diǎn)，任一點(diǎn)>50℃聯(lián)鎖急冷（注入5℃冷水）。（3）泄放：絕熱溫升15K對(duì)應(yīng)最大轉(zhuǎn)化率x=15×2.1×1300/(117×1000/123)