注册化工工程师专业考试案例分析考试上.docx
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注册化工工程师专业考试案例分析考试上
2012年注册化工工程师专业考试案例考试（上）
2012年9月16日8：
00~11：
00
1.由乙炔和氯化氢在催化剂存在下合成氯乙烯，反应进行时，氯化氢过量10mol%，反应式为C2H2+HClCH2CHCl，若反应器出口气体中氯乙烯含量为90mol%，问乙炔转化率（%）是下列哪个数值？
A94.74B99.47C98.50D95.40
解：
设乙炔转化率为X起始为1mol
初态终态
C2H211-X
HCl1×（1+0.1）1×（1+0.1）-X
CH2CHCl0X
有X/（1-X+1.1-X+X）=0.9得X=99.47%
2．用下列两种酸：
（1）8%（wt%，下同）H2SO4、87%HNO3、5%H2O，
（2）98%H2SO4、2%H2O，与2000kg组成为26%HNO3、56%H2SO4、18%H2O的混酸调配成组成为30%HNO3、58%H2SO4、12%H2O的混酸，问调配后的混酸总量（kg）是下列哪个数值？
A.3369.23B.1369.23C.2564.10D.2805.13
解：
设酸1为Xkg,酸2为Ykg则有
0.8X+0.98Y+2000×0.56=（X+Y+2000）×0.58
0.87X+2000×0.26=（X+Y+2000）×0.3
联立解得X,Y后得X+Y+2000=3369.23
3．在甲醇催化氧化制甲醛的反应中，反应物和生成物均为气态，使用过量40%的空气，甲醇转化率70%，若甲醇进料为100mol，问反应后气体混合物各组分含量（mol）是下列哪组数值？
提示：
反应式为CH3OH+
O2↔HCHO+H2O
ACH3OH：
30HCHO：
35H2O：
70O2：
35N2：
263
BCH3OH：
30HCHO：
70H2O：
70O2：
35N2：
263
CCH3OH：
30HCHO：
70H2O：
35O2：
35N2：
263
DCH3OH：
30HCHO：
35H2O：
35O2：
35N2：
263
解：
由CH3OH+
O2↔HCHO+H2O
1
11
100×0.7357070
则反应后nCH3OH=100（1-0.7）=30mol
nH20=nHCHO=70mol
仅B符合，其他不再作计算。
4．生产500Nm3煤气，需用煤、蒸汽和空气量（kg）为下列哪组数值？
已知：
煤中碳含量为70wt%
煤气组成（以mol%计）CO：
40H2：
18N2：
42
空气组成（以mol%计）N2：
79O2：
21空气分子量：
29
反应式：
C+H2O=CO+H22C+O2=2CO
A煤154.27蒸汽72.32空气344.11
B煤107.99蒸汽72.32空气344.11
C煤78.11蒸汽72.32空气265.85
D煤107.99蒸汽72.32空气265.85
解：
设使用煤Xkg，蒸汽Ymol，空气Zmol
500×0.42/22.4=0.79Z得Z=11.867mol则有11.867×29=344.1kg
500×0.18/22.4=Y得Y=4.02mol则有4.02×18=72.32kg
500×0.4/22.4=0.7X/12得X=153kg
5．油品A与油品B混合后得油品C的单元操作过程如图所示，已知油品A含65%的C6，35%的C8，油品B含50%的C6，50%的C8，混合油品C中的C8和C6的组成分别为53%和47%，问油品A和油品B的混合比例是下列哪项数值？
A0.65：
0.5B0.35：
0.5C1：
4D4：
1
解：
由平衡知
0.65A+0.5B=（A+B）0.53
得A/B=0.03/0.12=1：
4
6.换热器将平均比热容为3.56kJ/（kg·℃）的某种溶液自25℃加热到80℃，溶液流量为1.0kg/s。
加热介质为120℃的饱和水蒸汽（焓值为2708.9kJ/kg），其消耗量为0.095kg/s，蒸汽冷凝成同温度的饱和水（焓值为503.6kJ/kg）。
问换热器的热损失率（%）为下列哪个数值？
AB6.54CD
解：
由热量衡算知
W汽r=mCp△t+QL
QL=0.095×（2708.9-503.6）-1×3.56×（80-25）=13.7035
QL/W汽r=13.7035/209.5035=6.54%
7.某气体进入气体冷却塔与冷却水直接接触冷却，气体在冷却塔中的放热量为4500000kJ/h（不包括水蒸汽的冷凝放热）。
已知：
进冷却塔气体中含水汽量1543kg/h，出冷却塔气体中含水汽量297kg/h，冷却水比热容4.186kJ/（kg·℃），冷却水升温15℃，水蒸气冷凝潜热为2570kJ/kg。
不考虑气体在冷却过程中的损失和塔的吸（散）热损失。
问冷却水的用量（t/h）是下列哪个数值？
A72B21C113D123
解：
由热量衡算知
M水Cp△t=（1543-297）×2570+4500000
得M水=123t/h
8.将10000kg/h的6%（wt%，下同）乙醇溶液送入精馏塔，从塔顶输出95%乙醇溶液，从塔底输出含0.1%乙醇的废水。
问塔底产品流率（kg/h）是下列哪个数值？
A937.8B10720C8372D1072
解：
F=D+W
FXf=DXD+WXW
得W=F（XD-Xf）/（XD-XW）=10000×（0.95-0.06）/（0.95-0.001）
=9378.3kg/h
无答案选项
9.根据第8题图示，将10000kg/h温度为368K的乙醇溶液送入精馏塔，从塔顶输出343K的乙醇溶液，从塔底排出温度373K、8400kJ/h的乙醇废水。
塔顶冷凝器从塔内物料取出的热量为4.91×106kJ/h，全塔热损失为3.5×105kJ/h（原题为3.5×106kJ/h）。
已知塔顶乙醇溶液的平均比热容为2.1kJ/（kg·K），进料乙醇溶液和塔底乙醇溶液的比热容基本与水相同，可取为4.5kJ/（kg·K），问塔底再沸器热负荷（kJ/h）是下列哪个数值？
（提示：
基准温度设为273K）
A2.9×106B3.3×106C5.0×106D7.3×106
解：
由热量衡算知
10000×4.5×（368-273）+Q=（10000-8000）×2.1×（343-273）+4.91×106+8400×4.5×（373-273）+3.5×105
得Q=5×106
10.一个2.5升钢瓶里装着16g氢气，钢瓶最高允许使用压力为5MPa（A），问钢瓶气体允许最高温度（℃）是下列哪个数值？
A-82.6B-254.1C-271.3D-85.2
解：
PV=nRT
5×106×2.5×10-3=16/2×8.314T
得T=187.9K=-85℃
11.露天消防水池每天在40℃暴晒下蒸发0.036m3消防水（密度为1000kg/m3），问此过程的熵变（kJ/K）是下列哪个数值？
提示：
水在40℃、常压下蒸发潜热为43.28kJ/mol，饱和蒸汽压7.37KPa。
A245.7B2014C276.4D4.98
解：
蒸发水为0.036×1000/18=2kmol
取基准温度为0°C则有
△S=3.6×4.184×40-2000×（7.37/101.3）×43.28
=-272.64KJ/K
12.年产20×104m3的啤酒厂利用麦汁煮沸锅的二次蒸汽把水加热至96℃，再用96℃热水把72℃、110m3过滤麦汁加热至90℃，110m3过滤麦汁煮沸后得100m3热麦汁，由热麦汁酿制成啤酒的总损失为10%，过滤麦汁的比热容为4.1kJ/（kg·℃），密度为1040kg/m3，问该厂利用二次蒸汽一年可以节约的燃煤（t）是下列哪个数值？
提示：
燃煤的热值按29260kJ/kg计
A855B641C64100D577
解：
110m3过滤麦汁加热量为
Q1=mCp△T
=110×1040×4.1×（90-72）=8442720KJ
Q1/[100×（1-10%）]=Q2/20×104
Q2=1.87616×1010KJ=29260×10-3M
M=641t
13.某厂利用压缩空气从硫酸贮槽向硫酸高位槽压送98%浓硫酸，高位槽液面距贮槽液面位差20米，高位槽与大气相同，每次压送3m3，要求在20分钟内压送完毕，浓硫酸密度为1820kg/m3，采用内径为40mm的碳钢管输送，管道总长50米，摩擦系数λ按0.02计，有两个90°弯头和一个半开的截至阀，90°弯头和一个半开的截止阀阻力系数分别按0.5和9计。
问压缩空气的压力（MPa）至少是下列哪个数值？
A0.373B0.397C0.434D0.488
解：
Q=3/（20/60）=9m3/h
u=Q/0.785d2=2m/s
P/ρ=gZ+（λl/d+∑ζ+1）u12/2
=9.81×20+（0.02×5/0.04+2×0.5+9+1）×22/2
P=0.488×106Pa
14.用离心泵从常压硫酸贮槽向密闭硫酸高位槽输送浓硫酸，已知高位槽液面距泵的进口位差28米，贮槽液面高出泵进口3米，高位槽液面压力为50kPa，泵的进出口管路均为Φ89×4.5mm碳钢管，管路总长50米，所有局部阻力当量长度为20米浓硫酸在管内的摩擦系数为0.025，已知离心泵流量为20m3/h，浓硫酸密度按1820kg/m3，离心泵的效率η按70%计，问需要离心泵的扬程（m）和轴功率（kW）是下列哪组数值？
A29.2及4.1B28.8及3.5C32.2及4.5D32.2及4.1
解：
H=Z+P/ρg+λ[（l+le）/d]u2/2g
u=Q/0.785d2=1.1m/s
H=（28-3）+50×103/（1820×9.81）+0.025×[（50+20）/0.08]×1.12/（2×9.81）
=29.1m
N=QHρg/η=20×29.1×1820×9.81/（3600×0.7）=4123w=4.1KW
15.某石化厂用Φ325×12.5mm的钢管将原油由码头输送到6000米外的厂内罐区，管路的允许压降为0.2MPa，问该管路的最大运输量（t/h）是下列哪个数值？
（原油密度为850kg/m3，λ=0.03）
A225B190C265D45
解：
△P/ρ=∑hf=λ（l/d）u2/2
0.2×106/850=0.03×[6000/（0.325-2×0.0125）]×u2/2
u=0.886m/s
Q=0.785d2uρ=225m3/h×850kg/m3=191.5t/h
16.某厂由水面恒定的高位敞口水槽向300米外的敞口设备供水，水槽液面至出水口的垂直高度为6.5米，供水管内径为100毫米，若管路的总阻力按61.5kJ/kg考虑，问管路中水的流量（m3/h）是下列哪个数值？
A60B128C43D64
解：
列方程gZ=u2/2+∑hf
9.81×6.5=u2/2+61.5得u=2.13m/s
Q=0.785d2u=0.785×0.12×2.13×3600=60m3/h
17.用泵将水从敞口贮槽送至冷却塔，贮槽水面至塔顶水出口处高差为10m，冷却塔内压力为3×104Pa（G），输水管内径为100mm，管路总长为100m（包括所有局部阻力的当量长度），输水量为70m3/h，已知λ=0.024，泵的效率为70%，问泵的轴功率（kW）是下列哪个数值？
A2.75B5.78C5.61D4.63
解：
u=Q/0.785d2=70/（0.785×0.12×3600）=2.48m/s
H=Z+P/ρg+λ（l/d）u2/2g
=10+3×104/（1000×9.81）+0.024×（100/0.1）×2.482/（2×9.81）
=0.58m
N=QHρg/η=70×20.58×1000×9.81/（3600×0.7）=5.61KW
18.由敞口高位槽向精馏塔进料，高位槽液位距槽底部恒定保持2米不变，且距精馏塔进料口高度为H米，物料输送管为Φ108×4mm不锈钢管，管长H+5米，管路上所有管件的阻力降为5.32Nm/kg。
精馏塔的操作压力为2.94×104Pa，精馏塔的进料量必须控制在50m3/h，物料的密度为1200kg/m3。
问高位槽底部到精馏塔进料口最小高度（m）是下列哪个数值？
（注λ=0.027）
A3.57B1.57C1.12D1.02
解：
Hg=P/ρ+（λl/d+ζ）u2/2+∑hf
得H=3.57m
则H-2=1.57m
19.有一气体压缩机级间冷却器，总传热面积为54.8m3，将某种气体从120℃冷却到40℃。
使用的冷却水入口温度为32℃，温升10℃，与气体作逆流流动，换热器的总传热系数约为250W/（m2·℃），冷却水的平均比热容4.187kJ/（kg·℃），平均温差的修正系数为0.76，问冷却水的用量（kg）是下列哪个数值？
A27727B7596C31798D35547
解：
由气120-----40
水42-------32
788
△tm=（78-8）/ln（78/8）=30.74
△tm’=0.76△tm=23.36
Q=KA△tm’=mCp△t
m=KA△tm’/Cp△t
=3.6×250×54.8×23.36/[4.187×（42-32）]=27563kg
20.某一气体冷却器采用逆流换热。
将空气从50℃冷却到35℃，气体的比热容Cp=1kJ/（kg·℃），流量5040kg/h，换热器的面积为28m2，传热系数为60W/（m2·℃），冷却水进口温度为25℃，问水的出口温度（℃）是下列哪个数值？
（提示：
按算术平均温差计算传热推动力）
A35B37C18D29
解：
设水出口温度为t，则有
△tm=（50+35）/2-（t+25）/2=（60-t）/2
Q=KA△tm=mCp△t
60×3.6×28×（60-t）/2=5040×1×（50-35）
t=35°C
21.一空气冷却器，空气在管外横向流过，管外侧的对流传热系数为90W/（m2·℃），冷却水在管内流过，管内侧的对流传热系数为4000W/（m2·℃），冷却管为Φ32×2.5mm的钢管，其导热系数50W/（m2·℃），问总传热系数K[W/（m2·℃）]是下列哪个数值？
A49.20B28.72C0.03D87.25
解：
1/K0=d0/αidi+Rsid0/di+bdo/λdm+Rso+1/αo
K0=87.25
22.某厂一平壁定态加热炉的炉壁由耐火砖、保温砖和建筑砖三种均匀材料组成，相邻材料之间密切接触，各层材料的热阻依次为R1=0.2m2·K/W，R2=0.8m2·K/W，R3=0.3m2·K/W。
已测得耐火砖与保温砖接触面上的温度t2=804℃，保温砖与建筑砖接触面上的温度t1=260℃，问炉壁导热的总温差（K）是下列哪个数值？
A2357B544C884D442
解：
q=△T/∑R=（t2-t1）/R
△T=（804-260）×（0.2+0.8+2.3）/0.8=884
23.有一逆流管壳式换热器，用循环水冷却工艺废水送出界区。
循环水的进口温度为32℃，出口温度控制在42℃，工艺废水流量为8000kg/h，温度120℃，要求冷却到60℃，换热器的传热系数K=1000W/（m2·℃），工艺废水的平均比热容为4.187kJ/（kg·℃），问这台换热器的换热面积（m2）是下列哪个数值？
A18.6B16.8C11.4D8.2
解：
△tm=[（120-42）-（60-32）]/ln[（120-42）/（60-32）]=48.8
Q=KA△tm=mCp△t
A=8000×4.187×（120-60）/（1000×48.8×3.6）=11.4
24.有一单管程单壳程的列管式换热器，热油走壳程，工艺水走管程，冷热逆流流动，冬季工艺水的进口温度15℃，出口温度75℃，可将热油从130℃冷却到70℃。
夏季工艺水进口温度升至30℃，热油流量和进口温度不变，为保证热油出口温度也不变，工艺水的流量增加1倍，问工艺水出口温度（℃）是下列哪个数值？
A60B65C68D70
解：
Q=m油Cp油△T=m水1Cp水1△t1=m水2Cp水2△t2
∴△t2/△t1=m水1/m水2
（t-30）/（75-15）=1/2得t=60℃
25.某啤酒厂欲将100m3、97℃热麦汁在60分钟内经板式换热器冷却至8℃，冷却水进出口温度分别是3℃和80℃，已知热麦汁平均密度为1040kg/m3，平均比热容为4.10kJ/（kg·K），冷却水平均比热容为4.186kJ/（kg·K），密度1000kg/m3，换热器换热效率为95%。
问冷却水耗量（m3/h）是下列哪个数值？
A118B131C138D124
解：
Q=m水Cp水△tη=m麦Cp麦△T
m水4.186×1000×（80-3）×0.95=100×1040×4.1×（97-8）
m水=124m3/h
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