化工總控工高級(jí)技師（計(jì)算題）模擬試卷1

化工總控工高級(jí)技師（計(jì)算題）模擬試卷1一、計(jì)算題(本題共25題，每題1.0分，共25分。)1、乙烯氧化制環(huán)氧乙烷的反應(yīng)：(1)主反應(yīng)(2)副反應(yīng)CH2＝CH2＋3O2→2CO2＋2H2O已知進(jìn)入反應(yīng)器的乙烯量為1000kg，離開反應(yīng)器時(shí)乙烯量為200kg，進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)的新鮮乙烯量為816．3kg，經(jīng)分離后得產(chǎn)品環(huán)氧乙烷的量為1000kg。試計(jì)算：①單程轉(zhuǎn)化率；②總轉(zhuǎn)化率；③選擇性；④單程收率；⑤總收率；⑥單程質(zhì)量收率；⑦總質(zhì)量收率。標(biāo)準(zhǔn)答案：由題意畫出過程示意圖如下圖所示：a1A＋b1B→cC＋dD(主反應(yīng))a2A＋b2B→eE＋fF(副反應(yīng))知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析1000kg對(duì)硝基氯苯(ClC6H4NO2)用含20％游離SO3的發(fā)煙硫酸磺化，規(guī)定反應(yīng)終點(diǎn)時(shí)，廢酸中含游離7％SO3(假定反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為100％)。反應(yīng)式如下：ClC6H4NO2＋SO3→ClC6H3(SO3H)NO2試計(jì)算：2、20％SO3的發(fā)煙硫酸用量?標(biāo)準(zhǔn)答案：以1kmol對(duì)硝基氯苯為計(jì)算基準(zhǔn)，所需20％游離SO3量為x(kg)輸入量：對(duì)硝基氯苯1kmol為157．5kg發(fā)煙硫酸，其中SO3為0．2x(kg)、H2SO4為0．8x(kg)輸出量：對(duì)硝基氯苯磺酸1kmol為237．5kg廢酸，其中SO3為0．2x－80(kg)、H2SO4為0．8x(kg)已知廢酸中含7％SO3所以解得：x＝572．3kg將以上計(jì)算結(jié)果折合成以1000kg對(duì)硝基氯苯為計(jì)算基準(zhǔn)，乘上比例系數(shù)1000／157．5＝6．3492．則20％SO3的發(fā)煙硫酸用量：(572．3×6．3492)kg＝3633．7kg知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析3、廢酸生成量?標(biāo)準(zhǔn)答案：廢酸生成量：[(572．3－80)×6．3492]kg＝3125．7kg知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析4、對(duì)硝基氯苯磺酸生成量?標(biāo)準(zhǔn)答案：對(duì)硝基氯苯磺酸生成量：(237．5×6．3492)kg＝1507．9kg驗(yàn)算：輸入量(1000＋3633．7)kg＝4633．7kg輸出量(3125．7＋1507．9)kg＝4633．6kg所以結(jié)果符合。知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析5、甲烷、乙烷與水蒸氣用鎳催化劑進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成合成氣，反應(yīng)器出口氣體組成(干基)如表所示：假定原料中只含CH4和C2H6兩種成分，則求這兩種氣體的摩爾比為多少?每1000m3(標(biāo)準(zhǔn))原料氣需要多少千克水蒸氣參加反應(yīng)?標(biāo)準(zhǔn)答案：以100kmol干燥產(chǎn)物氣體為計(jì)算基準(zhǔn)。由題意畫出如下過程示意圖：列元素衡算式O原子S＝(18．6＋2×4．6)kmol＝27．8kmol(1)C原子M＋2E＝(4．6＋2×2．5＋18．6＋4．6)kmol＝32．8kmol(2)H原子4M＋6E＋2S＝(4×4．6＋6×2．5＋2×69．7)kmol＝172．8kmol(3)解上述方程組得：S＝27．8kmol／100kmol干燥產(chǎn)物氣體M＝18．8kmol／100kmol干燥產(chǎn)物氣體E＝7．0kmol／100kmol干燥產(chǎn)物氣體因此原料中CH4／C2H66(摩爾比)為：M／E＝18．8kmol／7．0kmol＝2．691000m3(標(biāo)準(zhǔn))原料氣所需參與反應(yīng)的水蒸氣量為：知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析已知一段轉(zhuǎn)化爐出口氣量為90000m3／h(標(biāo)準(zhǔn))，組成如表所示：求：6、二段出口氣量?標(biāo)準(zhǔn)答案：取1h為計(jì)算基準(zhǔn)由C平衡可得：90000×(0．0550＋0．1400＋0．900)＝V2(0．0850＋0．1130＋0．0020)V2＝128250m3／h(標(biāo)準(zhǔn))知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析7、二段爐中加入的空氣量(假定空氣組成：O2＝21％、N2＝78％、Ar＝1％)?(3)在二段爐中是水蒸氣分解為氫，還是氫被氧化為水?求分解的水或氧化的氫量為多少?標(biāo)準(zhǔn)答案：由N平衡得：90000×0．0005＋Vair×0．78＝128250×0．2130Vair＝34445．2m3／h(標(biāo)準(zhǔn))若采用Ar平衡，則：0．01Vair＝0．0027V2Vair＝34627．5m3／h(標(biāo)準(zhǔn))，相差182．3m3／h(標(biāo)準(zhǔn))干氣中的H平衡：一段轉(zhuǎn)化氣中含H：＝[90000×(0．7100＋2×0．0900)]m3／h(標(biāo)準(zhǔn))＝80100m3／h(標(biāo)準(zhǔn))二段轉(zhuǎn)化氣中含H：＝[128250×(0．5843＋2×0．0020)m3／h(標(biāo)準(zhǔn))＝75449．5m3／h(標(biāo)準(zhǔn))則：，說明有H2被氧化為H2O被氧化的H2為：＝80100－75449．5＝4650．5m3／h(標(biāo)準(zhǔn))說明：本題中的N2、Ar為聯(lián)系組分．即不參與反應(yīng)的惰性組分。當(dāng)系統(tǒng)中同時(shí)存在幾個(gè)聯(lián)系組分時(shí)，應(yīng)選擇數(shù)量級(jí)較大的聯(lián)系組分作衡算式，以免造成較大的誤差。知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析8、在接觸法硫酸生產(chǎn)中，SO2被氧化為SO3。反應(yīng)式為：氧化過程的溫度為570℃，壓力為1．1atm。輸入氣體的組成(摩爾分?jǐn)?shù))為：SO28％、O29％、N283％。計(jì)算達(dá)到平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率及平衡組成?(已知570℃的平衡常數(shù)Kp為14．9)標(biāo)準(zhǔn)答案：以1mol輸入氣體為基準(zhǔn)，設(shè)SO2平衡轉(zhuǎn)化率為x,則反應(yīng)前后各組分的量列于下表：因反應(yīng)系統(tǒng)處于常壓下，故系統(tǒng)內(nèi)的各氣體可視為理想氣體。由平衡常數(shù)表達(dá)式得：將各組分的分壓代入Kp表達(dá)式得：將Kp＝14．9、P＝1．1atm代入式(2)整理得：10．705284x3－44．6675x2＋59．0991x－24．1769＝0采用Newton迭代法解得：x＝0．793，故計(jì)算結(jié)果如下表所示：知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析9、試計(jì)算CH4與過量20％的空氣完全燃燒后的氣體組成?(已知空氣中O2、N2的摩爾分?jǐn)?shù)分別為21％和79％)標(biāo)準(zhǔn)答案：以1molCH4為計(jì)算基準(zhǔn)CH4與氧氣的反應(yīng)為：CH4＋2O2→CO2＋2H2O(1)燃燒前各氣體量的計(jì)算理論O2的量：＝2mol實(shí)際O2的量：＝1．2×2mol＝2．4mol帶人的N2的量：(2)燃燒后各氣體量的計(jì)算剩余O2的量：＝0．4mol生成的CO2的量：＝1mol生成的H2O的量：＝2mol燃燒后氣體的總量為：nT＝(0．4＋1＋2＋9．03)mol＝12．43mol各氣體的摩爾分?jǐn)?shù)為：yi＝ni／nT將反應(yīng)前后各物質(zhì)的量列于下表：說明：雖然本題未要求計(jì)算反應(yīng)物、生成物的質(zhì)量。但計(jì)算質(zhì)量可以幫助校驗(yàn)物料衡算是否正確，不論反應(yīng)多么復(fù)雜，最終進(jìn)出口各物質(zhì)的質(zhì)量一定守恒!質(zhì)量守恒。則說明物料衡量結(jié)果正確。知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析10、乙烯氧化制環(huán)氧乙烷，其生產(chǎn)流程如圖所示。已知新鮮原料中乙烯：空氣＝1：10，乙烯單程轉(zhuǎn)化率為55％，吸收塔出口氣體總量的65％循環(huán)返回反應(yīng)器。計(jì)算總轉(zhuǎn)化率、各流股物料量及排放物料W的組成。標(biāo)準(zhǔn)答案：反應(yīng)式(1)以10mol新鮮原料中的C2H4為計(jì)算基準(zhǔn)，則加入空氣量為100mol，其中O2為21mol、N2為79mol。設(shè)MF中C2H4為x(mol)，O2為y(mol)。以結(jié)點(diǎn)A為衡算對(duì)象，由單程轉(zhuǎn)化率和循環(huán)比得：10＋x(1－0．55)×65％＝xx＝14．134mol反應(yīng)生成的環(huán)氧乙烷的量：55％x＝0．55×14．134x＝7．774mol反應(yīng)器出口物料RP中C2H4剩余量：(14．134－7．774)mol＝6．360mol總轉(zhuǎn)化率為：7．774／10×100％＝77．74％反應(yīng)掉的O2為：(0．5×7．774)mol＝3．887mol以結(jié)點(diǎn)A為衡算對(duì)象，對(duì)O2衡算得：21＋0．65(y－3．887)＝y(tǒng)y＝52．781mol對(duì)N2作平衡，以整個(gè)系統(tǒng)為衡算對(duì)象，則：W中的N2為79mol對(duì)N2作平衡，以結(jié)點(diǎn)B為衡算對(duì)象，則：S中的N2為79／0．35mol＝225．71mol各流股中組分(單位；mol)列于下表：知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析11、如果質(zhì)量組成的分析數(shù)據(jù)為：N281．5％、O216．5％、C2H42．0％，循環(huán)比(R／W)為3．0，計(jì)算新鮮原料中乙烯與空氣的比例和單程轉(zhuǎn)化率?(假設(shè)此反應(yīng)系統(tǒng)中只發(fā)生乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷的單一主反應(yīng))標(biāo)準(zhǔn)答案：以100mol排放氣(W)為計(jì)算基準(zhǔn)以整個(gè)系統(tǒng)為體系，由N2平衡得：nair＝(81．5／0．79)mol＝103．16molF中O2為：0．21nair＝0．21×103．16mol＝21．66mol由于R、W、S、RP(不包括環(huán)氧乙烷)的組成相同．且R／W＝3所以nR＝3W＝300mol、nS＝4W＝400mol、nRP＝4W＝400mol(不包括環(huán)氧乙烷)故RP中的O2為：400×0．1650mol＝66mol對(duì)A點(diǎn)進(jìn)行O2衡算，則MF中O2為F中O2與R中的O2之和，即：(21．66＋300×0．1650)mol＝71．16mol對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行O2衡算，則反應(yīng)掉的O2為：(71．16－66)mol＝5．16mol反應(yīng)消耗的C2H4量：2×5．16mol＝10．32mol對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行C2H4衡算：MF中C2H4量＝RP中的C2H4量＋反應(yīng)器中消耗的C2H4量故MF中C2H4量：(400×0．02＋10．32)mol＝18．32mol對(duì)A點(diǎn)進(jìn)行C2H4衡算：(18．32－300×0．02)mol＝12．32mol物料衡算結(jié)果(單位：mol)如下表所示：知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析12、若加入熔硫釜中的硫黃溫度為常溫t0，熔硫采用0．5MPa的飽和蒸汽，最終將硫黃加熱至140℃的液態(tài)硫黃，假設(shè)熔硫釜的熱效率η1為95％，試計(jì)算處理1000kg硫黃需多少千克0．5MPa的飽和蒸汽?標(biāo)準(zhǔn)答案：以1000kg硫黃為計(jì)算基準(zhǔn)，以整個(gè)熔硫釜為體系假設(shè)蒸汽消耗量為m(kg)，則由穩(wěn)流體系能量平衡方程可得：η1m△h蒸汽＋△H硫黃＝0由水蒸氣查得：△h蒸汽＝－2108．5kJ／kg而硫黃由常溫(取t0＝25"C)被加熱至140℃的液態(tài)，其經(jīng)歷的過程如下圖所示：由圖可得：△H硫黃＝△H1＋△H2＋△H3，△H1查有關(guān)手冊(cè)可得：cp，s＝14．90＋29．12×10－3T，kJ／(kmol．K)△hv＝1727kJ／kmolcp，i＝45．032－16．636×10－3T．kJ／(kmol．K)n＝1000kg／32g／mol＝31．25kmol將上述數(shù)據(jù)代入△H1、△H2、△H3的計(jì)算式得：△H2＝n△hv＝31．25km01×1727kJ／mol＝5．397×104kJ△H硫黃＝△H1＋△H2＋△H3＝(7．321×104＋5．397×104＋2．528×104)kJ＝15．246×104kJ蒸汽消耗量m為：對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)過程中熔硫釜蒸汽消耗量．可根據(jù)硫酸產(chǎn)量、硫黃純度、SO2的轉(zhuǎn)化率、SO3的吸收率等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。如：年產(chǎn)400kt純硫酸裝置，若硫黃純度、SO2的轉(zhuǎn)化率、SO3的吸收率分別為0．995、0．996、0．995，一年按300天計(jì)，則該硫酸裝置每小時(shí)原料硫黃消耗量為：蒸汽消耗量為：(76．11×10－3×1．8397×104)kg／h＝1．4002×103kg／h知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析13、試計(jì)算以硫黃為原料，年產(chǎn)400kt純硫酸的生產(chǎn)裝置中廢熱鍋爐的產(chǎn)汽量?[假設(shè)鍋爐給水壓力為3MPa的飽和水，入廢熱鍋爐的原料氣組成如表所示(對(duì)應(yīng)于焚硫爐中空氣的過剩系數(shù)為2．1)，爐氣進(jìn)出口溫度分別為990．11℃、420℃]標(biāo)準(zhǔn)答案：以整個(gè)廢熱鍋爐為計(jì)算體系，以1mol進(jìn)入焚燒爐的硫黃為計(jì)算基準(zhǔn)，則爐氣量為10mol。由題意畫出以下過程示意圖：由能量平衡方程可得：△H水十△H氣＝Q損△H水＝m(h0－h(huán)1)由水蒸氣表查得3MPa飽和水、飽和蒸汽的焓分別為：h1＝1008．3kJ／kg、hg＝2804kJ／kg△H水＝m(hg－h(huán)1)＝m(2804kJ／kg－1008．3kJ／kg)＝m×1795．7kJ／kg計(jì)算爐氣溫度由990．11℃降至420℃的焓變。若采用將爐氣作為整體計(jì)算的方法，則為了便于計(jì)算，可先將爐氣中各組分的摩爾分率、cp，i中的各項(xiàng)系數(shù)值列于下表中，計(jì)算出爐氣的cp，氣，再進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)鍋爐絕熱，即熱效率為100％時(shí)，鍋爐產(chǎn)汽量：m＝1．959×102kJ／1795．7kJ／kg＝0．10907kg折合成小時(shí)產(chǎn)汽量：已知硫黃消耗量，則mT＝(0．10907×1．8397×104×103／32)kg／h＝6．271×104kg／h若考慮熱損失，如取熱效率為90％時(shí)，則折合成小時(shí)產(chǎn)汽量：mT’＝6．271×104kg／h×90％＝5．644×104kg／h知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析某液體物料在一換熱器中恒壓下從100℃加熱到300℃，其恒壓平均熱容為2．5kJ／(kg．K)，加熱用介質(zhì)為高溫?zé)煔?可視為理想氣體)，流量為40kmol／h，恒壓下從600℃降到400℃，其恒壓平均熱容為30．0kJ／(kmol．K)，換熱器的熱損失為30000kJ／h。試求：14、液體的流量?標(biāo)準(zhǔn)答案：以整個(gè)換熱器為體系，以1h為計(jì)算基準(zhǔn)液體的流量由穩(wěn)流體系熱力學(xué)第一定律得：△H氣＋△H液＝Q損40×30(400－600)＋m液×2．5(300－100)＝－30000解之得：m液＝420．0kg知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析15、該換熱器的熱效率?標(biāo)準(zhǔn)答案：該換熱器的熱效率η＝△H液／(－△H氣)＝420．0×2．5(300－100)／[40×30(600－400)]×100％＝2．1×105／(2．4×105)×100％＝87．5％知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析有一換熱器，熱流體為壓力1．0MPa的飽和水蒸氣，換熱后冷凝為對(duì)應(yīng)的飽和水。被加熱介質(zhì)為常壓的工藝空氣，進(jìn)出口溫度分別為100℃、160℃，流量為100kmol／h，換熱器的熱效率為95％。試求：16、水蒸氣的流量?標(biāo)準(zhǔn)答案：體系為整個(gè)換熱器，基準(zhǔn)為1h由穩(wěn)流系熱力學(xué)第一定律得：η△H蒸汽＋△Hair＝0△Hair＝cp*△Tair＝[100×30×(160－100)]kJ／h＝1．8×105kJ／h△H蒸汽＝m(h1－h(huán)g)由水蒸氣表查得1．0MPa時(shí)飽和水蒸氣、飽和水的焓值分別為：hg＝2778．1kJ／kg、h1＝762．81kJ／kg所以0．95×m(762．81－2778．1)＋1．8×105＝0m＝94．02kg知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析17、此換熱器的熱損失?[已知空氣的恒壓熱容為：cp*＝30kJ／(kmol．K)]標(biāo)準(zhǔn)答案：Q損＝(1－η)△H蒸汽＝0．05×94．02×(762．81－2778．1)＝－9．474×103kJ／h知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析已知某換熱器采用逆流換熱方式，熱流體量mh＝1000kg／h、其恒壓比熱容cph＝4kJ／(kg．K)且為常數(shù)、入口溫度t1＝300℃、換熱后出口溫度t2＝150℃；另一冷流體入口溫度t3＝110℃、換熱后出口溫度t4＝250℃，換熱過程傳熱系數(shù)K＝100W／(m2．K)，求：18、換熱器傳熱面積?標(biāo)準(zhǔn)答案：以1h為計(jì)算基準(zhǔn)換熱器傳熱面積的計(jì)算熱負(fù)荷：Q＝mhcph(t1－t2)＝[1000×4(300－150)]kJ／h＝6×105kJ／h＝1．667×105J／s傳熱推動(dòng)力：傳熱面積：A＝Q／(K△tm)＝[1．667×105／(100×44．81)]m2＝37．19m2知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析19、若換熱器熱損失為0，冷流體的恒壓比熱容為cpc＝3．2kJ／(kg．K)，則冷流體的量mc＝?標(biāo)準(zhǔn)答案：熱損失為0時(shí)的冷流體量mc的計(jì)算△H熱＋△H冷＝0．即：mhcph(t2－t1)＋mccpc(t4－t3)＝01000×4(150－300)＋mc×3．2(250－110)mc＝1339．29kg／h知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析20、若熱損失為6×104kJ／h，則mc’＝?標(biāo)準(zhǔn)答案：熱失為6×104kJ／h的冷流體量mc’的計(jì)算△H熱＋△H冷＝Q損，即：mhcph(t2－t1)＋mcc’cpc(t4－t3)＝－6×1041000×4(150－300)＋mc×3．2(250－110)＝－6×104mc’＝1205．36kg／h知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析有一換熱器，熱流體為壓力1．2MPa的飽和水蒸氣，流量為100kg／h，換熱后冷凝為對(duì)應(yīng)的飽和水。被加熱介質(zhì)為常壓的工藝空氣，進(jìn)口溫度為100℃，流量為110kmol／h，換熱器的熱損失為1．00×104kJ／h，試求：21、空氣出口溫度?標(biāo)準(zhǔn)答案：體系為整個(gè)換熱器，基準(zhǔn)為1h由穩(wěn)流系熱力學(xué)第一定律得：AH蒸汽＋△Hair＝Q損水蒸氣焓變?yōu)椋骸鱄蒸汽＝m(h1－h(huán)g)＝[100×(795．642－2783．74)]kJ／h＝－1．988×105kJ／h空氣的平均摩爾質(zhì)量：＝(0．21×32＋0．79×28)kg／kmol＝28．84kg／kmol空氣的質(zhì)量流量：mair＝(110×28．84)kg／h＝3172．4kg／h空氣的焓變：△Hair＝mair(t2－t1)＝3172．4×1．05(t2－100)＝3331．02(t2－100)所以－1．988×105＋3331．02(t2－100)＝－1．0×104解得：t2＝156．68℃知識(shí)點(diǎn)解析：暫無解析22、換熱器的熱效率?[已知空氣的恒壓熱容為：cp*＝1．05kJ／(kg．K)，1．2MPa時(shí)飽和水蒸氣、飽和水的焓值分別為：kg＝2783．74kJ／kg、h1＝795．642kJ