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+HCl CH2CHCl,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? A 94.74 B 99.47 C 98.50 D 95.40 解:设乙炔转化率为X起始为1mol 初态 终态 C2H2 1 1-X
HCl 1×(1+0.1) 1×(1+0.1)-X CH2CHCl 0 X
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.3369.23 B.1369.23 C.2564.10 D.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
A CH3OH:30 HCHO:35 H2O:70 O2:35 N2:263 B CH3OH:30 HCHO:70 H2O:70 O2:35 N2:263 C CH3OH:30 HCHO:70 H2O:35 O2:35 N2:263 D CH3OH:30 HCHO:35 H2O:35 O2:35 N2:263 解:由 CH3OH + O2 ? HCHO + H2O
1 1 1
100×0.7 35 70 70 则反应后n CH3OH=100(1-0.7)=30mol n H20=n HCHO=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:①煤中碳含量为70wt%
②煤气组成(以mol%计)CO:40 H2:18 N2:42
③空气组成(以mol%计)N2:79 O2:21 空气分子量:29 ④反应式:C + H2O = CO + H2 2C + 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?
A 0.65:0.5 B 0.35:0.5 C 1:4 D 4:1 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3.56 kJ/(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?
A B 6.54 C D 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?
A 72 B 21 C 113 D 123 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?
A 937.8 B 10720 C 8372 D 1072 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) A 2.9×106 B 3.3×106 C 5.0×106 D 7.3×106 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 -82.6 B -254.1 C -271.3 D -85.2 解:PV=nRT
5×106×2.5×10-3=16/2×8.314T
得T=187.9K=-85℃
33
11. 露天消防水池每天在40℃暴晒下蒸发0.036m消防水(密度为1000kg/m),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。 A 245.7 B 2014 C 276.4 D 4.98 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
A 855 B 641 C 64100 D 577 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?
A 0.373 B 0.397 C 0.434 D 0.488 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
3
酸密度按1820kg/m,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?
A 29.2及4.1 B 28.8及3.5 C 32.2及4.5 D 32.2及4.1 解:H=Z+ P/ρg +λ[(l+le)/d]u2/2g
2
u=Q/0.785d=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?
3
(原油密度为850kg/ m,λ=0.03)
A 225 B 190 C 265 D 45 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? A 60 B 128 C 43 D 64 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?
A 2.75 B 5.78 C 5.61 D 4.63
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) A 3.57 B 1.57 C 1.12 D 1.02
2
解:Hg= P/ρ +(λl/d+ζ)u/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? A 27727 B 7596 C 31798 D 35547 解:由气 120-----40 水42-------32 78 8
△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=1 kJ/(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)
A 35 B 37 C 18 D 29 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
2
却管为Φ32×2.5mm的钢管,其导热系数50W/(m·℃),问总传热系数K[W/2
(m·℃)]是下列哪个数值?
A 49.20 B 28.72 C 0.03 D 87.25 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?
A 2357 B 544 C 884 D 442 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
2
求冷却到60℃,换热器的传热系数K=1000W/(m ·℃),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? A 18.6 B 16.8 C 11.4 D 8.2 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?
A 60 B 65 C 68 D 70 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
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1000kg/m,换热器换热效率为95%。问冷却水耗量(m/h)是下列哪个数值? A 118 B 131 C 138 D 124 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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