化工总控工技师（计算题）模拟试卷1

化工总控工技师（计算题）模拟试卷1一、计算题(本题共18题，每题1.0分，共18分。)有一换热器，采用水作为加热介质，出换热器时冷凝为对应的饱和水，水蒸气的流量为1000kg／h，被加热的液体进口温度为80℃，流量为6000kg／h，恒压平均热容为4．0kJ／(kg．K)，换热器的热效率为90％，过程为等压。试求：1、被加热液体的出口温度?标准答案：整个换热器为体系1h计算基准被加热的液体的出口温度的计算由题意及稳流系热力学第一定律得：η／△H蒸＋△H液＝0即：r／m蒸(h1－hg)＋m液cp(t出－t入)＝0代入数据得：0．90×1000×(844．6－2792)＋6000×4×(t出－80)＝0解之得：t出＝153．03℃知识点解析：暂无解析2、该换热器的热损失?(已知1．5MPa的饱和水、饱和蒸汽的焓值分别为：h1＝844．6kJ／kg、h2＝2792kJ／kg)标准答案：换热器的热损失Q损的计算Q损＝(1－η)△H蒸＝[10．0％×1000×(844．6－2792)]kJ／h＝－1．9474×105kJ／h知识点解析：暂无解析3、已知于半水煤气的组成如表所示：现加入一定数量的水蒸气进行变换反应，若H2O／CO＝3(摩尔比)，试计算对应的湿气组成?标准答案：以100mol干气为基准由H2O／CO＝3得加入的水蒸气的物质的量(mol)：n水＝3×27．8mol＝83．4mol则湿气的总量为：(100＋83．4)mol＝183．4mol湿气中各气体的组成为：CO：yCO湿＝nCO／(n干＋n水)＝27．8／183．4×100％＝15．16％同理可得其他各组成的湿气组成(摩尔分数)，列于下表：说明：干基——不包括水蒸气在内的混合气体的组成；湿基——包括水蒸气在内的混合气体的组成。若以1mol干气为计算基准，则干、湿基组成之间的换算如下：由湿基计算干基组成：yi干＝yi湿／(1－y水)由干基组成计算湿基组成：yi湿＝yi干／(1＋n水)计算时不管是湿气组成还是干气组成，均需将其组成进行加和，看其总和是否为1或100％，以便检验其计算的正确性。知识点解析：暂无解析4、50kg、20％的发烟硫酸可稀释成25％浓度的稀硫酸多少千克?标准答案：方法一，由S平衡直接计算需加水：(209－50)kg＝159kg方法二，先计算可稀释成的纯硫酸量，再计算25％的稀硫酸量52．25×100％＝x×25％r＝209kg说明：20％的发烟硫酸是指由20份游离的SO3和80份纯硫酸构成。知识点解析：暂无解析5、计算需将1000kg、60℃的饱和NaHCO3溶液冷却至多少摄氏度才可结晶析出50kg的NaHCO3？NaHCO3溶解度数据[g／100gH2O(l)]如表所示：标准答案：基准1000kg、60℃饱和NaHCO3溶液由题意画出过程示意图如下图所示：由t1＝60％查得：C1＝16．4g／100gH2O(l)故x1＝C1／(100＋C1)＝16．4／116．4＝0．1409总物料平衡：m1＝m2＋m3(1)NaHCO3(s)平衡：m1x1＝m2＋m3x3(2)代入数据得：1000＝50＋m3(3)1000×0．1409＝50＋m3x3(4)解之得：m3＝950kg，x3＝0．09568故C3＝100x3／(1－x3)＝[100×0．09568／(1－0．09568)]g／100g＝10．58g／100g由溶解度数据线性内插得：t3＝[20＋10／(11．1－9．60)×(10．58－9．60)]℃＝26．53％知识点解析：暂无解析6、现有1000kg／h、60℃的饱和NaHCO3溶液，先将其通入一蒸发器通过加热蒸出50kg的水，再现将其温度降低至20℃，问：每小时可从中结晶析出NaHCO3的量为多少千克?(NaHCO3的溶解度数据如表所示)标准答案：以1000kg、60％NaHCO3饱和溶液为计算基准，由题意画出过程示意图如下图所示：由t1＝60℃查表得：C1＝16．4g／100gH2O(1)，所以x1＝C1／(100＋C1)＝16．4／116．4＝0．1409t2＝20℃查表得：C2＝9．6g／100gH2O(l)，所以x2＝C2／(100＋C2)＝9．6／109．6＝0．08759总物料平衡：m1＝m2＋m3＋m4(1)NaHCO3(s)平衡：m1x1＝m2＋m2x2(2)代入数据得：1000＝m2＋m3＋100(3)1000×0．1409＝m22×0．08759＋m3＋100(4)解之得：m2＝936．78kg，m3＝63．22kg。知识点解析：暂无解析7、0℃、1atm下H2在1L水中溶解0．00198g，试计算在0℃、3atm下H2在10m3水中能溶解多少标准的H2？标准答案：气体的溶解度与压力成正比，0℃、3atm下H2的溶解度为：0．00198g×3＝0．00594g0℃、3atm在10m3水中溶解的H2量为：0．00594g×10000＝59．4g相当的标准体积数(m3)为：[59．4／(2×1000)×22．4]m3＝0．6653m3知识点解析：暂无解析8、如图所示的精馏塔，含有60％(质量分数)的乙醇溶液以每小时1000kg的加料量进入精馏塔，要求塔顶产出90％乙醇，塔釜出来的残液中含乙醇小于10％，试计算每小时产量和残液量?标准答案：基准每小时1000kg原料．设加料量为F、产量为D、残液量为W。总物料平衡：F＝D＋W(1)乙醇平衡：(2)将已知条件代入式(1)、式(2)中得：1000＝D＋W(3)1000×0．60＝D×0．90＋W×0．10(4)解式(3)、式(4)可得：D＝625kg，W＝375kg。知识点解析：暂无解析9、有一个蒸馏塔，输入和输出物料量及组成如图所示。输入物料1中A组分的98．7％自塔顶蒸出。求每千克输入物料可得到塔顶馏出物2的量及其组成?标准答案：基准为1h，令x为馏出物中A的百分含量，y为馏出物中B的百分含量。将各物料的流量及组成列于下表中：由上表可以看出，共有5个未知量，即P、W及流股2的组成A、B、C，由于组成A＋B＋C＝1，所以只需求得任意两个组成．如A、B(或B、C或C、A)，第三个组成就可求出。因此实际上是4个未知量，需要4个方程。但是输入和输出物料中共有3个组分，因而只能写出3个独立物料衡算式。第四个方程必须从另外给定的条件列出。根据题意，已知输入物料中A组分的98．7％自塔顶蒸出，即流股2中A组分量为：Px＝100kg×20％×98．7％＝19．74kg(1)总物料衡算式有P和W两个未知量。A、B、C三组分的衡算式中，A组分的衡算式只含有一个未知量W，所以先列A组分的衡算式。A组分衡算式100×20％＝W×0．5％＋19．74(2)总物料衡算式100＝P＋W(3)B组分衡算式100×30％＝5．5％W＋Py(4)由式(2)得W＝52kg代入式(3)得P＝(100—52)kg＝48kg代入式(4)得y＝56．54％由式(1)得x＝19．74／P×100％＝19．74／48×100％＝41．13％C组成为1－x－y＝1－41．13％－56．54％＝2．33％由C组分衡算式得100×50％＝52×94％＋48×(1－x－y)1－x－y＝2．33％，结果符合。知识点解析：暂无解析10、试计算年产400千吨纯硫酸的装置，原料硫黄、空气、水的理论消耗量。标准答案：以1000kg纯硫酸为计算基准，其总化学反应方程式为：由硫平衡可得所需硫黄的物质的量(nS)为：nS＝1000kg／98g／mol＝10．204kmol折合为硫黄的质量(mS)为：mS＝MSnS＝32g／mol×10．204kmol＝326．53kg由硫黄制酸总化学反应式得：所需的纯水的物质的量与硫黄的物质的量相同，故所需的水的质量(m水)为：m水＝M水，nS＝18g／mol×10．204kmol＝183．67kg所需理论耗氧量为硫黄物质的量的1．5倍，即：n氧＝1．5nS＝1．5×10．204kmol＝15．306kmol折合成纯空气理论量(nair)为：nair＝n氧／0．21＝15．306kmoI／0．21＝72．866kmol通常气体的数量采用标准状态下体积(立方米)表示，故：Vair＝22．4nair＝(22．4×72．866)m3＝1632．65m3对于一个年产400千吨纯硫酸的工厂，以上各原料理论消耗量只需乘系数4×105，即硫黄用量：(326．53×4×105×10－6)千吨＝130．6千吨空气用量：1632．65×4×105＝6．531×103m3纯水用量：(183．67×4×105×10－6)千吨＝73．47千吨说明：对于以上各原料的实际消耗量，不同的生产厂家由于具体的生产工艺和生产过程有所不同，会存在一定的差别，需具体对待。如空气过剩量的不同，实际空气的消耗量也就不同。在实际生产过程中，为了充分利用原料硫黄，都采用空气过剩的生产方法，即硫黄为限制反应物，空气为过量反应物。空气过量的程度通常用空气过剩系数(α)表示，其值为实际空气用量与理论空气用量的比值。知识点解析：暂无解析11、试计算硫黄为原料、空气过剩系数为2．1的SO2炉气的组成。标准答案：以1mol硫黄为计算基准焚硫炉中的反应：S＋O2＝SO2理论用O2量：n氧，理＝nS＝1mol实际用O2量：n氧，实＝α．nS＝2．1mol实际带入N2量：n氮，实＝(0．79／0．21)×α＝(0．79／0．21)×2．1mol＝7．9mol反应后炉气中各组分的量、组成列于下表：知识点解析：暂无解析12、用邻二甲苯气相催化氧化制邻苯二甲酸酐(苯酐)。邻二甲苯投料量210kg／h，空气流量4620m3／h(标准)。反应器出口物料组成(摩尔分数)为：苯酐0．654％，顺丁烯二酸酐(顺酐)0．066％，邻二甲苯0．030％，O216．53％，N277．75％，其他还有H2O、CO2、CO等。试计算邻二甲苯转化率及苯酐和顺酐的选择性、收率及质量收率?标准答案：由题意画出以下过程示意图：计算基准：1h反应式：C6H4(CH3)2＋3O2→C8H4O3(苯酐)＋3H2O(1)2C6H4(CH3)2＋9O2—→4C4H2O2(顺酐)＋6H2O(2)n氧气＝(4620／22．4×0．21)kmol／h＝43．31kmol／h210kg／h邻二甲苯所需最大理论氧气量：(4．5×210／106)kmol／h＝8．915kmol／h＜43．31kmol／h所以空气为过量反应物，邻二甲苯为限制反应物。输入反应器的N2量：n氮气＝(4620／22．4×0．79)kmol／h＝162．94kmol／h由氮平衡得产物总量PT：PT＝(162．94／0．7775)kmol／h＝209．57kmol／h产物中各物质的量为：邻二甲苯(209．57×0．0003)kmol／h＝0．06287kmol／h×106kg／kmol＝6．664kg／h苯酐：209．57×0．00654＝1．3706kmol／h×148kg／kmol＝202．84kg／h顺酐：209．57×0．00066＝0．1383kmol／h×98kg／kmol＝13．55kg／h邻二甲苯单程转化率：(210－6．664)／210＝96．83％苯酐选择性：顺酐选择性：苯酐单程收率：Y苯酐单＝x单×S苯酐＝96．83％×0．7145＝69．19％或顺酐单程收率：Y顺酐单＝x单×S顺酐＝96．83％×0．03605＝3．49％或说明：单程转化率、总转化率、平衡转化率、选择性、单程收率、总收率这6个参数的计算需要写出相应的化学反应方程式，并且这6个参数的数值范围均在0～100％之间。但是，当反应系统极其复杂，难以写出具体的化学反应方程式时，通常可用单程质量收率、总质量收率来计算反应系统中目的产物与限制反应物之间的关系，此时单程收率、总质量收率可能超出100％。例如：目的产物是分子量增大的反应，均四甲苯氧化制均苯四甲酸二酐的反应原料均四甲苯的摩尔质量为134g／mol，产品均苯四甲酸二酐的摩尔质量为218．12g／mol，其最大质量收率(理论质量收率)为：218．12／134＝162．8％，若某厂的实际质量收率为94％，只相当于摩尔收率为57．74％。因此，此时不能单看质量收率是否接近100％，而要与其理论质量收率进行比较才能真正反映出反应过程的好坏。知识点解析：暂无解析C2H6裂解制C2H4：已知入裂解系统的纯C2H6量为5000kg／h，C2H6的单程转化率为65％，分离后得纯C2H4产量为3000kg／h，排放气体中所含C2H6为新鲜C2H6进料量的2％。求此过程。13、总转化率；标准答案：以1h为计算基准，由题意画出过程示意图：