2025年化工生產(chǎn)技術(shù)練習(xí)題與答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種反應(yīng)器更適合強(qiáng)放熱且要求溫度嚴(yán)格控制的液相反應(yīng)？A.間歇釜式反應(yīng)器B.連續(xù)釜式反應(yīng)器（CSTR）C.固定床反應(yīng)器D.流化床反應(yīng)器2.某精餾塔操作中，若進(jìn)料狀態(tài)由飽和液體變?yōu)槔湟后w（q>1），其他條件不變時(shí)，塔頂產(chǎn)品純度將：A.升高B.降低C.不變D.先升后降3.工業(yè)合成氨反應(yīng)（N?+3H??2NH?，ΔH=92.4kJ/mol）中，為提高平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)采取的措施是：A.升高溫度B.降低壓力C.使用高效催化劑D.及時(shí)移走產(chǎn)物NH?4.吸收操作中，若吸收劑用量L增大（其他條件不變），則吸收推動(dòng)力（yye）將：A.增大B.減小C.不變D.先增后減5.以下不屬于流化床反應(yīng)器特點(diǎn)的是：A.床層溫度均勻B.固體顆粒易磨損C.適合催化劑失活快的反應(yīng)D.返混程度小6.某換熱器中，熱流體由120℃降至80℃，冷流體由30℃升至60℃，逆流時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差（Δtm）為：A.50℃B.60℃C.70℃D.80℃7.干燥過(guò)程中，當(dāng)物料表面全部潤(rùn)濕時(shí)，處于：A.預(yù)熱階段B.恒速干燥階段C.降速干燥階段D.平衡階段8.催化裂化工藝中，主要目的產(chǎn)物是：A.柴油B.汽油C.煤油D.瀝青9.以下關(guān)于化工生產(chǎn)安全的描述，錯(cuò)誤的是：A.甲類(lèi)車(chē)間需設(shè)置防爆電氣設(shè)備B.氫氣管道應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)防腐蝕C.可燃?xì)怏w報(bào)警器的檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)靠近泄漏源下方D.緊急停車(chē)系統(tǒng)（ESD）需獨(dú)立于DCS控制10.反滲透膜分離的驅(qū)動(dòng)力是：A.壓力差B.濃度差C.電位差D.溫度差二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，少選得1分，錯(cuò)選不得分）1.影響化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素包括：A.反應(yīng)物濃度B.反應(yīng)溫度C.催化劑D.反應(yīng)器體積2.精餾塔操作中，若塔頂產(chǎn)品量D增加（F、x_F、R不變），可能導(dǎo)致：A.塔頂x_D降低B.塔底x_W升高C.精餾段液氣比L/V增大D.提餾段液氣比L’/V’減小3.工業(yè)上選擇吸收劑時(shí)，需考慮的主要性質(zhì)有：A.對(duì)溶質(zhì)的溶解度大B.揮發(fā)性小C.腐蝕性強(qiáng)D.再生能耗低4.以下屬于化工單元操作的是：A.結(jié)晶B.催化加氫C.過(guò)濾D.萃取5.關(guān)于化工生產(chǎn)中“三廢”處理的描述，正確的是：A.酸性廢水可通過(guò)中和法處理B.有機(jī)廢氣可采用催化燃燒法C.含重金屬的廢渣需填埋處理D.高濃度氨氮廢水可采用吹脫法三、填空題（每空1分，共20分）1.工業(yè)合成氨的催化劑主要成分為_(kāi)_______（主催化劑），常用________（助催化劑）提高活性。2.精餾操作中，最小回流比R_min是指________時(shí)的回流比，此時(shí)理論板數(shù)________。3.固定床反應(yīng)器的主要缺點(diǎn)是________和________（任寫(xiě)兩點(diǎn)）。4.吸收過(guò)程的推動(dòng)力可用氣相分壓差（pp）或液相濃度差（cc）表示，其傳質(zhì)速率方程為_(kāi)_______（氣相總傳質(zhì)）。5.流化床反應(yīng)器中，當(dāng)流體流速達(dá)到________時(shí)，固體顆粒開(kāi)始流化；流速超過(guò)________時(shí)，顆粒被帶出床層。6.干燥速率曲線中，恒速階段的干燥速率由________控制，降速階段由________控制。7.列管式換熱器中，為提高殼程流體流速，常設(shè)置________；為減少溫差應(yīng)力，可采用________結(jié)構(gòu)（如浮頭式）。8.化工生產(chǎn)中，“三烯”通常指乙烯、________和________，是石油化工的基礎(chǔ)原料。9.催化反應(yīng)的關(guān)鍵步驟包括反應(yīng)物擴(kuò)散、________、表面反應(yīng)、________和產(chǎn)物脫附。10.化工工藝設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是________和________（任寫(xiě)兩點(diǎn)）。四、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述固定床反應(yīng)器與流化床反應(yīng)器的適用場(chǎng)景差異。2.分析精餾塔操作中，回流比R對(duì)分離效果和能耗的影響。3.說(shuō)明工業(yè)上選擇催化劑時(shí)需考慮的主要性能指標(biāo)。4.畫(huà)出并標(biāo)注干燥速率曲線的典型階段，簡(jiǎn)述各階段的特點(diǎn)。5.解釋“等溫反應(yīng)器”與“絕熱反應(yīng)器”的區(qū)別，并舉例說(shuō)明其應(yīng)用場(chǎng)景。五、計(jì)算題（共25分）1.（10分）某一級(jí)不可逆液相反應(yīng)A→B，在間歇釜式反應(yīng)器中進(jìn)行。已知反應(yīng)速率常數(shù)k=0.05min?1，初始濃度c_A0=2mol/L，要求轉(zhuǎn)化率x_A=80%，求反應(yīng)時(shí)間t（假設(shè)輔助時(shí)間t’=10min，計(jì)算總操作時(shí)間T）。2.（15分）某列管換熱器用120℃的飽和水蒸氣加熱某液體（無(wú)相變），液體流量為5000kg/h，比熱容c_p=4.2kJ/(kg·℃)，入口溫度t1=20℃，出口溫度t2=80℃。已知換熱器總傳熱系數(shù)K=500W/(m2·℃)，忽略熱損失，求：（1）加熱蒸汽的放熱量Q（單位：kW）；（2）對(duì)數(shù)平均溫差Δtm（逆流，蒸汽冷凝后為飽和水，出口溫度仍為120℃）；（3）所需換熱器的換熱面積A（單位：m2）。六、綜合分析題（共30分）某化肥廠采用傳統(tǒng)合成氨工藝（流程：造氣→脫硫→變換→脫碳→壓縮→合成），近期發(fā)現(xiàn)合成塔出口氨含量（體積分?jǐn)?shù)）由15%降至12%，且催化劑床層熱點(diǎn)溫度（最高溫度點(diǎn)）上移（向入口方向移動(dòng)）。結(jié)合合成氨反應(yīng)特性（放熱、體積縮?。┖痛呋瘎┬阅埽治隹赡茉蚣案倪M(jìn)措施。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.B（連續(xù)釜式反應(yīng)器可通過(guò)連續(xù)進(jìn)料出料及時(shí)移熱，適合強(qiáng)放熱反應(yīng)控溫）2.A（q增大，進(jìn)料熱狀態(tài)更“冷”，提餾段液量增加，分離能力提升，塔頂純度升高）3.D（移走產(chǎn)物可使平衡正向移動(dòng)；升高溫度雖加快速率但降低平衡轉(zhuǎn)化率；催化劑不影響平衡）4.A（L增大，吸收劑用量增加，液相平衡濃度ye降低，推動(dòng)力yye增大）5.D（流化床返混嚴(yán)重，固定床返混?。?.A（逆流Δt1=12060=60℃，Δt2=8030=50℃，Δtm=(6050)/ln(60/50)≈50℃）7.B（恒速階段物料表面潤(rùn)濕，干燥速率由表面汽化控制）8.B（催化裂化主要生產(chǎn)高辛烷值汽油）9.C（氫氣密度小，泄漏后向上擴(kuò)散，檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在泄漏源上方）10.A（反滲透通過(guò)壓力差驅(qū)動(dòng)溶劑透過(guò)半透膜）二、多項(xiàng)選擇題1.ABC（反應(yīng)器體積不直接影響速率，濃度、溫度、催化劑是關(guān)鍵因素）2.ABD（D增加導(dǎo)致塔內(nèi)回流減少，分離能力下降，x_D降低，x_W升高；L/V=R/(R+1)不變，L’=L+qF，V’=V(1q)F，q=1時(shí)L’/V’=L/V，故C錯(cuò)誤）3.ABD（吸收劑需腐蝕性小，否則增加設(shè)備成本）4.ACD（催化加氫是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，非單元操作）5.ABD（含重金屬?gòu)U渣需穩(wěn)定化/固化處理，不可直接填埋）三、填空題1.還原鐵（αFe）；氧化鋁（Al?O?）、氧化鉀（K?O）（任寫(xiě)一種）2.理論板數(shù)為無(wú)窮大；無(wú)窮大3.傳熱困難（局部過(guò)熱）；催化劑再生困難（或床層壓降大）4.N_A=K_y(a)(yy_e)（或K_G(a)(pp)，a為單位體積傳質(zhì)面積）5.臨界流化速度（起始流化速度）；帶出速度（終端速度）6.表面汽化速率（外部條件）；內(nèi)部擴(kuò)散速率（物料性質(zhì)）7.折流板；補(bǔ)償8.丙烯；丁二烯9.吸附；產(chǎn)物擴(kuò)散10.工藝流程設(shè)計(jì)；設(shè)備選型與計(jì)算（或物料/熱量衡算）四、簡(jiǎn)答題1.固定床反應(yīng)器適用于：①催化劑顆粒大、不易磨損；②反應(yīng)熱較小或需精確控溫（通過(guò)列管換熱）；③催化劑再生周期長(zhǎng)（如合成氨）。流化床反應(yīng)器適用于：①催化劑顆粒小、易失活（需連續(xù)再生）；②強(qiáng)放熱或吸熱反應(yīng)（床層溫度均勻）；③氣固接觸要求高（如催化裂化）。2.回流比R增大：①分離效果提高（理論板數(shù)減少）；②塔頂冷凝量和塔底加熱量增加，能耗升高。R過(guò)小時(shí)（接近R_min），需無(wú)窮多理論板；R過(guò)大時(shí)（遠(yuǎn)大于R_min），能耗劇增但分離效果提升有限，經(jīng)濟(jì)上不合理。3.主要性能指標(biāo)：①活性（單位時(shí)間單位質(zhì)量催化劑的反應(yīng)速率）；②選擇性（目標(biāo)產(chǎn)物占總產(chǎn)物的比例）；③穩(wěn)定性（抗中毒、抗燒結(jié)能力，壽命長(zhǎng)）；④機(jī)械強(qiáng)度（耐磨損、抗壓）；⑤再生性能（失活后可恢復(fù)活性）。4.干燥速率曲線分為三階段：①預(yù)熱階段：物料溫度升至濕球溫度，干燥速率上升；②恒速干燥階段：物料表面完全潤(rùn)濕，干燥速率恒定（由表面汽化控制）；③降速干燥階段：物料表面局部干燥，內(nèi)部水分?jǐn)U散速率降低，干燥速率下降至平衡。5.等溫反應(yīng)器：通過(guò)換熱維持反應(yīng)溫度恒定（如列管式固定床反應(yīng)器，合成甲醇）；絕熱反應(yīng)器：無(wú)換熱，反應(yīng)熱導(dǎo)致溫度變化（如合成氨一段轉(zhuǎn)化爐，放熱反應(yīng)溫度升高）。等溫適用于熱效應(yīng)大、需嚴(yán)格控溫的反應(yīng)；絕熱適用于熱效應(yīng)小或允許溫度變化的反應(yīng)（如乙苯脫氫，吸熱反應(yīng)）。五、計(jì)算題1.一級(jí)反應(yīng)間歇釜反應(yīng)時(shí)間公式：t=(1/k)ln[1/(1x_A)]代入數(shù)據(jù)：t=(1/0.05)ln[1/(10.8)]=20×ln5≈20×1.609=32.18min總操作時(shí)間T=t+t’=32.18+10=42.18min≈42.2min2.（1）液體吸熱量Q=q_m·c_p·(t2t1)=5000kg/h×4.2kJ/(kg·℃)×(8020)℃=5000×4.2×60=1,260,000kJ/h=350kW（蒸汽放熱量等于液體吸熱量，故Q=350kW）（2）逆流時(shí)，熱流體（蒸汽）入口T1=120℃，出口T2=120℃（冷凝為飽和水）；冷流體入口t1=20℃，出口t2=80℃。Δt1=T1t2=12080=40℃，Δt2=T2t1=12020=100℃。對(duì)數(shù)平均溫差Δtm=(Δt1Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=(40100)/ln(40/100)=(60)/ln(0.4)≈(60)/(0.916)=65.5℃（3）換熱面積A=Q/(K·Δtm)=350×103W/(500W/(m2·℃)×65.5℃)=350000/(32750)≈10.69m2≈10.7m2六、綜合分析題可能原因：（1）催化劑活性下降：長(zhǎng)期使用后，催化劑因燒結(jié)、中毒（如硫、磷雜質(zhì)）或積碳導(dǎo)致活性位點(diǎn)減少，反應(yīng)速率降低，氨合成量減少；活性下降后，反應(yīng)主要在床層前部進(jìn)行（熱點(diǎn)上移）。（2）操作條件變化：如合成壓力降低（體積縮小反應(yīng)，壓力下降平衡逆向移動(dòng)）、循環(huán)氣中惰性氣體（CH?、Ar）含量升高（降低有效組分分壓）、入口氫氮比偏離3:1（最佳比例）。（3）原料氣質(zhì)量差：脫硫不徹底，H?S等毒物進(jìn)入合成塔，導(dǎo)致催化