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
2011年注册化工工程师专业考试案例分析第二天上午
1、1kgNaCl和KCl的混合物，用H2SO4处理后，回收了1.2kgK2SO4和Na2SO4，问在原混合物中NaCl和KCl的重量比是下列哪个数值？
已知反应式：
NaCl+KCl+H2SO4→
Na2SO4+
K2SO4+HCl
（A）0.2（B）2.7（C）0.5（D）2.1
解：
设NaClxmol,KClymol,
NaCl分子量58.5;KCl分子量74.5;Na2SO4分子量142;K2SO4分子量174
元素守恒得
58.5x+74.5y=1000
142x/2+174y/2=12000
得x=12mol;y=4mol
58.5x/74.5y=702/298≈2.356
2、将200m3空气自水汽分压8.0kPa干燥至1.333kPa，进口空气温度为273.15℃，压力为101.3kPa，问所除去的水分量（kg）为下列哪个数值？
（A）4.895（B）5.812（C）5.353（D）10.717
解：
干燥前水汽体积分数为8/101.3=0.079
干燥后1.333/101.3=0.01316
绝干气量V=200×（1-0.079）=184.2m3
干燥除去水量=200×0.079-184.2×0.01316/（1-0.01316）=13.34m3
体积标定m=13.34×18/22.4=10.719kg
3、含有甲烷和乙烷的原料气，在反应器中与水蒸气反应生成含氢的混合气，反应后的气体组成（干基）为：
组成
CH4
C2H6
CO
CO2
H2
mol%
4.6
2.5
18.6
4.6
69.7
试问原料气中的CH4/C2H6的重量比是下列哪个数值？
（A）0.372（B）0.698（C）1.432（D）2.690
解：
设原有CH4xmol%;C2H6ymol%
则初态C元素为x+2y;H元素为4x+6y
则终态C元素为4.6+2.5×2+18.6+4.6=32.8
O元素为18.6+4.6×2=27.8
H元素为4.6×4+2.5×6+69.7×2=172.8
其中由H2O转化的为27.8×2=55.6
则有x+2y=32.8
4x+6y=172.8-55.6
得x=18.8mol;y=7mol
M（CH4）/M（C2H6）=18.8×16/（7×30）=1.432
4、利用渣油废热并流加热原油，已知渣油流量为360000kg/h，初温为300℃，终温为200℃，原油初温为25℃，终温为175℃。
渣油比热为1.67kJ/（kg·K）,原油比热为1.48kJ/（kg·K），总传热系数K为350W/（m2·K），问换热器的面积（m2）是下列哪个数值？
（A）318（B）1651（C）458（D）406
解
△t1=300-25=275
△t2=200-175=25
△tm=（△t1-△t2）/ln（△t1/△t2）=（275-25）/ln（275/25）=104.3
Q=KA△tm=mcp（T2-T1）
A=（360000/3600）×1.67×103（300-200）/（350×104.3）=458（㎡）
5、在一连续干燥器中，处理湿物料1000kg/h，湿物料经干燥后含水量由8%降至2%（均为湿基）。
温度为20℃、湿度为0.009kg水/kg绝干空气的新鲜空气经加热器预热后进入干燥器，离开干燥器时空气的湿度为0.022kg水/kg绝干空气，问水分蒸发量（kg/h）和新鲜空气消耗量（kg/h）是下列哪一组数值？
（A）30.6，2375（B）61.27，4713（C）30.6，4713（D）61.27，4755
解：
X1=0.08/（1-0.08）=0.08696
X2=0.02/（1-0.02）=0.02041
Gs=1000×（1-0.08）=920
W=Gs（X1-X2）=920×（0.08696-0.02041）=61.23≈61.27（kg/h）
Ls=W/（H2-H1）=61.27/（0.022-0.009）=4713
L=Ls（1+H0）=4710×（1+0.009）=4755（kg/h）
6、用精馏塔分离某二元混合物A和B，该塔塔顶设一分凝器和全凝器，分凝器的凝液作塔顶回流，气相作为产品在全凝器中冷凝。
已知进料为饱和状态，进料量为100kmol/h，其中轻组分A的浓度为0.5（摩尔分率，下同），操作回流比为2.0，现要求塔顶产品中A组分浓度为0.95，塔底产品中B组分浓度为0.94，塔顶蒸汽的冷凝潜热为21800kJ/kmol，塔釜液体汽化潜热为21900kJ/kmol，问分凝器热负荷（kJ/h）、再沸器热负荷（kJ/h）为下列哪组数值？
（A）2.16×106，3.25×106（B）2.23×106，3.25×106
（C）2.16×106，2.25×106（D）3.23×106，4.25×106
解：
xW=1-0.94=0.06
D/F=（xF-xW）/（xD-xW）=（0.5-0.06）/（0.95-0.06）=0.4944
D=0.4944×F=0.4944×100=49.44
L=RD=2×49.44=98.88
Q1=rDL=21800×98.88=2.16×106（kJ/h）
q=1
V’=（R+1）D-（1-q）F=（2+1）×49.44-0=148.3
Q’=rWV’=21900×148.3=3.25×106（kJ/h）
7、乙烷和纯氧反应生成CO2和水，如果12kg的乙烷和48kg的氧混合，且90mol%乙烷参加反应，问最终混合物重量（kg）和CO2的含量（wt%）是下列哪个数值？
（A）60，52.8（B）55，58.7（C）50，43.6（D）40，35.1
解：
反应前后质量守恒：
W=12+48=60（kg）
氧气过量;
W（CO2）=12×0.9×44×2/30=31.68（kg）
W%=31.68/60=0.528=52.8%
8、在冷凝器中用冷却水冷凝饱和温度下的水蒸气，已知水蒸气传热膜系数α1为10000W/（m2·K），冷却水传热膜系数α2为1000W/（m2·K）。
若忽略管壁热阻，将冷却水流量增加一倍，问新工况与原有工况总传热系数的比值是下列哪个数值？
（A）1.21（B）1.63（C）2.00（D）2.79
解：
K=1/（1/α1+1/α2）=1/（1/10000+1/1000）=909.1
α∝u0.8 （说明：
α=0.023（λ/d）（duρ/μ）0.8Prn）
α21=α2（u1/u）=1000×20.8=1741
K1=1/（1/α1+1/α21）=1/（1/10000+1/1741）=1483
K’/K=1483/909.1=1.63
9、某生产工艺流程如图，气反应式为：
N2+3H2→2NH3。
已知进料（F1）组成为：
N2=24.8mol%，H2=74.4mol%，惰性气体I=0.8mol%，N2的单程转化率为30%，反应后（F2）生成液氨，液氨经分离器排出（F3）。
放空气（F4）中不含NH3，忽略惰性气体在液氨中的溶解，问放空气中各组分的百分组成（mol%）是下列哪一组数值？
（A）N2：
25.23H2：
72.79I：
1.98NH3：
0
（B）N2：
20.39H2：
61.18I：
0.95NH3：
17.48
（C）N2：
24.72H2：
74.14I：
1.14NH3：
0
（D）无法求解
解：
设F1为100mol
反应掉的气体量：
N2：
24.8×0.3=7.44
H2：
7.44×3=22.32
总气体量F4=100-7.44-22.32=70.24
各气体的百分组成（mol/%）：
N2：
（24.8-7.44）/70.24=0.2472=24.72%
H2：
（74.4-22.32）/70.24=0.7414=74.14%
惰性气体：
0.8/70.24=0.0114=1.14%
10、容积为0.35m3的空罐内为0.1kPa真空压力，迅速开启罐体上的阀门，使得大气中的空气被吸入罐内，最终罐内压力与大气压力相平衡。
吸气过程始终保持罐体内与大气温度25℃相同。
由空气表（温焓图）查得初始状态25℃，0.1kPa下空气的内能值为220kJ/kg；终止状态25℃，101.325kPa下空气的焓值为300kJ/kg，空气的分子量为28.97。
在此空气吸入过程中，体系向环境的放热量（kJ）是下列哪个数值？
提示：
1.空气吸入过程为瞬间动态过程，按气体等温等熵过程考虑；
2.空罐内的空气质量按零考虑。
（A）33（B）91（C）124（D）395
解：
以吸入气体为体系进行分析
气体经历吸入和膨胀两个环节
第一个环节：
等温等熵Q1=0
第二个环节（初始、终态一致）：
△U=0，因此Q2=W
△H2=0;W=△（PV）=H-U=300-220=80KJ/kg
已知V=0.35m3;P=101.325;T=298;M=28.97
PV=RTm/M
得m=0.4146kg
Q=Q1+Q2=-W=-0.4146×80=-33.168KJ
11、精馏塔原操作工况为冷凝器热负荷50400kJ/h，再沸器负荷为60000kJ/h。
节能改造后，采用热泵技术，直接将塔顶馏出气体引入压缩机增压，提高温度后送入塔釜再沸器冷凝，放出的潜热用以加热釜液气化。
热泵系统所需压缩功为2kW，热泵制冷系数为φ=0.8，有效系数为η=0.6。
若不考虑热损失，再沸器需外部蒸汽补充的热量（kJ/h）是下列哪个数值？
（A）2400（B）15840（C）25440（D）32640
解：
热泵供热系数ε=φη=8×0.6=4.8
又ε=Q/W故热泵提供的热量Q=Wε=2×3600×4.8=34560KJ
再沸器需要热量Q0=60000KJ/h
故需补充热量60000-34560=25440KJ
12、某湿法磷酸厂，将半水磷酸工艺改造为二水磷酸工艺，半水法磷酸萃取反应方程式为：
2Ca5（PO4）3F（s）+10H2SO4（l）+5H2O（l）=10CaSO4·
H2O（s）+6H3PO4（l）+2HF（g）
其标准反应热：
=-638.26kJ
二水法萃取反应方程式为：
Ca5（PO4）3F（s）+5H2SO4（l）+10H2O（l）=5CaSO4·2H2O（s）+3H3PO4（l）+HF（g）
已知：
下列化合物标准生成热：
CaSO4·
H2O（s）
=-1576.3kJ
CaSO4·2H2O（s）
=-2022.7kJ
H2O（l）
=-285.84kJ
问二水法萃取反应方程的标准反应热数值（kJ/mol）是下列哪个数值？
（A）-814.66（B）-673.54（C）-407.33（D）-336.77
解列方程2CaSO4·
H2O+3H2O=2CaSO4·2H2O
△Hm2=2×（-2022.7）-2×（-1576.3）-3×（-285.84）=-35.28KJ/mol
△Hm=
1/2+△Hm2×5/2=-407.33KJ/mol
13、压力为1.4MPa，干度为0.95的水蒸汽流经一直径为φ25×2.5mm的绝热管道，经阀绝热节流膨胀到0.1MPa，如图所示，要求节流前后的流速不变，问节流后管道的内径D2（mm）是下列哪个数值？
提示：
饱和水蒸汽焓、熵查表得如下表数据：
P绝对MPa
X干度
S熵kJ/kg
h焓kJ/kg
V比容m3/kg
1.4
0.95
6.26
2680
0.14
0.1
0.95
7.03
2550
1.4
0.1
0.96
7.07
2680
1.6
0.1
0.83
6.26
2294
1.2
（A）63（B）59（C）68（D）75
解：
qm=ACf/v
根据连续方程，各截面的质量流量相等则有qm=A1Cf1/v1=A2Cf2/v2
A2/A1=d2^2/d1^2=v2/v1
D2=（v2/v1）^0.5×d1=（1.4/0.14）^0.5×20=63.2mm
14、用泵将30℃的锅炉给水（密度为1000kg/m3）从0.1MPa加压至1.5MPa送入锅炉，泵的实际效率相当于绝热可逆过程效率的60%。
已知热力学基本关系式是dH=TdS+VdP，假设此稳流绝热可逆过程的动能和势能可以忽略不计，问泵的轴功率是下列哪个数值？
（A）1400（B）233（C）1485（D）2333
解根据流体体系能量衡算
△H+g△Z+△u^2/2=q+W（△H表示焓）
由题知可按绝热可逆过程60%处理且可忽略动能和势能则
g△Z=0;△u^2/2=0;q=0
△H=W=T△S+V△P
已知绝热可逆，△S=0，△P=1.4MPa
以1kg流体进行计算
V=0.001m3;△H=1400J/kg
则泵消耗功率1400/0.6=2333
15、某低温甲醇洗涤装置的氮气汽提塔，塔底操作压力P1为0.24MPa（A），操作温度为-42.5℃。
现有塔底离心泵正常流量为248.5m3/h，最大流量为261m3/h。
塔底正常液面距塔底离心泵吸入口中心线4.7m，操作时液面在正常液面上下0.3m之间波动，塔底介质的饱和蒸汽压Pv为240kPa，密度ρ为852kg/m3，NPSHa的安全裕量为0.5m，泵吸入管系统的全部局部阻力损失△P为0.1kg/cm2，则泵的NPSHr（m）为下列哪个数值？
（注：
泵流量安全系数K=Vmax/V正常）
提示：
（题错，第二个因为减号）
（A）2.6（B）3.6（C）2.9（D）3.1
解：
=（0.24-0.24）×10^6/ρg+（4.7-0.3）-9.81×10^3×（261/248.5）^2/（9.81×852）
=3.1
NPSHr=3.1-0.5=2.6
16、一离心式风机将有机尾气从气柜送到废气锅炉中燃烧，尾气管路总长为60m（已包括所有局部阻力的当量长度），管内径为400mm，阻力系数为0.02（尾气流动已进入阻力平方区）。
已知气柜内压力为500Pa（G），废气锅炉燃烧器压力要求为1200Pa（G），风机输送的尾气量为4m3/s，尾气密度为0.9kg/m3，则离心风机要求的压头（Pa）和理论功率（kW）是下列哪一组数值？
（A）1243，4.97（B）743，2.97（C）705，2.82（D）748，3.00
解：
u=4×4/（3.14×0.42）=31.83（m/s）
△P=1200-500=700（Pa）
HT=△P+（λL/d）（ρu2/2）=700+0.02×60×0.9×31.832/（0.4×2）=2068（Pa）
N=HTQ=2068×4=8271（W）=8.27（kW）
无答案选项
17、某甲醇精馏塔，塔的操作压力为0.2MPa（G）。
现通过一离心泵将地上常压贮槽中的粗甲醇送到精馏塔中，已知塔的进料口与贮槽液面差40m，贮槽液面高出离心泵进口5m。
操作温度下，粗甲醇的密度为781kg/m3，管道系统阻力损失为10m，管内流速为1.2m/s。
问离心泵的扬程（m）是下列哪个数值？
（A）76.2（B）66.2（C）81.2（D）91.1
解：
H=△Z+△P/ρg+u2/2g+∑Hf=40+0.2×106/（781×9.81）+1.22/（2×9.81）+10=76.2（m）
18、用一台离心泵将密度为1200kg/m3的液体从地面敞口池输送到高位密封储槽（其表压为9.81×104Pa），两端液面的位差△Z=10m，管路总长L=150m（包括所有局部阻力的当量长度），泵进出口管均为φ108×4mm的钢管，摩擦因数λ=0.02。
若离心泵的特性曲线方程为H=40-222Q2（式中，H为压头，单位为m；Q为流量，单位为m3/min），该管路的输送量（m3/h）是下列哪个数值？
（A）0.31（B）1.76（C）17.88（D）18.48
解：
u=4Q/（3.14×0.12×60）=2.122Q （Q单位为m3/min）
H=△Z+△P/ρg+λLu2/2dg=10+9.81×104/（1200×9.81）+0.02×150×2.1222Q2/（0.1×2×9.81）
=18.33+6.885Q2
H=40-222Q2
解得：
Q=0.3077（m3/min）≈18.48（m3/h）
19、流量为26m3/h，温度为20℃的水，流经100m长的无缝钢管，允许8m水柱的压头损失。
已知20℃水的物性参数为：
密度ρ=1000kg/m3，水的流动为湍流，λ=0.027，问该管道最适宜选择下列哪种规格（mm）？
（A）φ76×4（B）φ108×4（C）φ57×3（D）φ300×6
解：
u=4Q/3.14d2=4×26/（3600×3.14×d2）=9.196×10-3d-2
（λL/d）×u2/2g=8
（0.027×100/d）×（9.196×10-3d-2）2/（2×9.81）=8
d=0.068（m） 即ф76×4
20、两台相同的离心泵，带台泵的特性曲线为H=60-8×103Q2（式中H的单位为m，Q的单位为m3/s），当两台泵并联工作时，可将池水以6L/s的流量送到12m高的敞口高位槽中；当两台泵串联工作时，其输送量（m3/s）是下列哪个数值？
（本题照片很不清晰，有些数据不一定准确）
（A）7.12×103（B）6.63×103（C）3.93×103（D）6.29×103
解：
H并联=60-（8/4）×105×0.0062=52.8
he=A+BQ2=12+0.0062
H并联=he
得：
B=1.133×106
he=12+1.133×106Q2
H串联=2×60-2×8×105×Q2
得：
Q=6.29×10-3 （m3/s）
21、某平壁炉炉壁由耐火砖、保温砖和建筑砖三种材料组成，相邻材料之间接触密切，各层材料的热阻依次为R1=0.16（m2·℃）/W，R2=0.90（m2·℃）/W，R3=0.24（m2·℃）/W，已测得耐火砖与保温砖接触面上的温度t2=825℃，保温砖与建筑砖接触面上的温度t1=240℃，问通过炉壁的热流密度q（W/m2）及炉壁的导热总温差∑△t（℃）是下列哪一组数值？
（A）650，845（B）650，585（C）450，585（D）450，742.5
解：
公式：
q=△t/R
q=（t2-t1）/R2=（825-240）/0.9=650（W/m2）
650=（t1-t0）/R3=（240-t0）/0.24 t0=81（℃）
650=（t3-t2）/R1=（t3-825）/0.16 t3=929（℃）
∑△t=929-81=845（℃）
22、25℃的某油品以0.6m/s的流速在直径φ25×2.5mm、长3m的水平管内流动而被加热，管内壁平均温度为88℃。
油品在进出口平均温度下的物性常数为ρ=810kg/m3，μ=5.1×10-3Pa·s，Cp=2.01kJ/（kg·℃），λ=0.15W/（m·℃）；壁温油品粘度为μw=3.1×10-3Pa·s，忽略热损失，忽略自然对流的影响。
油品出口温度（℃）是下列哪个数值？
（A）20.74（B）35.07（C）25.1（D）30.42
解：
Re=duρ/μ=0.02×0.6×810/（5.1×10^3）=1906<2300
Pr=Cpμ/λ=2.01×10^3×5.1×10^3/0.15=68.34>0.6
用管内层流流动时的给热公式
a=1.86（λ/di）Re^（1/3）*Pr^（1/3）*（di/L）^（1/3）*（μ/uw）^0.14
=1.86×（0.15/0.02）×1906^（1/3）×68.34^（1/3）×（0.02/3）^（1/3）×（5.1/3.1）^0.14
=142.7
Q=mCp（t2-t1）=αA△tm
=0.785×0.02^2×0.6×810×2.01×10^3×（t2-25）
=142.7×3.14×0.02×3×[88-（25+t2）/2]
得t2=30.29℃
23、某厂裂解气的油吸收装置中，热油贫吸收油和冷的富吸收油在列管换热器中逆流进行热交换。
热油贫吸收油的流量为80000kg/h，平均温度下的比热为2.24kJ/（kg·℃），其入口温度是160℃，出口温度是62℃；冷的富吸收油的流量为82000kg/h，其入口温度是30℃，出口温度是122℃。
已知换热器的传热系数K为257W/（m2·℃），在考虑换热器富余量为15%后的换热面积（m2）是下列那个数值？
（A）150（B）624（C）542（D）350
解：
△t1=160-122=38
△t2=62-30=32
△tm=（△t1-△t2）/ln（△t1/△t2）=（38-32）/ln（38/32）=34.91
m1C1（t1-t2）=KA△tm
（80000/3600）×2.24×1000（160-62）=257×34.91A
A=543.6（㎡）
A’=543.6×1.15=625（㎡）≈624（㎡）
24、有一单壳程双管程换热器，采用120℃饱和蒸汽在壳程冷凝来加热管程的压缩空气，管内空气的流速为15m/s，管径为φ38×2.5mm，总管数为200根。
空气进口温度为26℃，要求出口温度为86℃，已知定性温度下压缩空气的比热容Cp=1.005kJ/（kg·K），密度为ρ=4.28kg/m3，空气侧的传热膜系数为60.0W/（m2·K）。
如忽略热损失、污垢热阻和管壁热阻。
该换热器的管长（m）是下列哪个数值？
（A）3.5（B）4.5（C）5.5（D）6.5
解：
△tm=（86-26）/ln（（120-26）/（120-86））=59
K=αidi/do=60×33/38=52.11
m=（3.14/4）×（200/2）×15×0.0332=1.283
mCp（t2-t1）=KA△tm
5.491×1.005×1000（86-26）=52.11×59A
A=107.7（㎡）
L=107.7/（200×3.14×0.038）=4.5（m）
25、某炼油厂有两台传热面积相同，传热系数均为K=350W/（m2·℃）的列管式换热器串联使用，具体参数如下图所示：
平均温度差校正因子FT与R和S的关系如下：
R
S
FT
2.42
0.33
0.92
3.06
0.15
0.98
3.06
0.292
0.88
则每台换热器的换热面积（m2）是下列那个数值？
（A）43（B）86（C）113（D）226
解：
△tm=（208-133）/ln（（208-133）/（113-102））=33.33
S=（t2-t1）/（T1-t1）=（133-102）/（208-102）=0.292
R=（T1-T2）/（t2-t1）=（208-113）/（113-102）=3.06
取FT=0.88
△t=FT×△tm=0.88×33.33=29.33
mCp（T1-T2）=KA
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