2011年注册化工工程师专业案例考试真题及答案下午卷
一、案例分析题(总题数：25，分数：50.00)
1.脱异丁烷塔操作压力为0.51MPa（G），塔顶有冷凝冷却器，塔底有热虹吸式再沸器。进料组份为C3~C6，塔顶和塔底操作温度分别为50℃和71℃，轻重关键组份为异丁烷和正丁烷，要求塔顶产品中异丁烷的含量≥0.88（摩尔分数），正丁烷的含量≤0.01（摩尔分数）；塔釜产品中正丁烷的含量≥0.66（摩尔分数），异丁烷的含量≤0.045（摩尔分数）。 各组份在塔顶和塔底操作温度下的相对挥发度 为满足分离要求，该塔的最小理论板数是下列哪个数值？ （分数：2.00） A.18.5 B.16.5 √ C.7.8 D.0.8
解析：解：Nmin=ln[(Xa/Xb)D/(Xa/Xb)W]/lnα
=ln[(0.88/0.10)/(0.045/0.60)]/ln(1.36×1.28)^0.5=17.5 减去再沸器1块，得17.5-1=16.5
2.在萃取塔中，以环丁砜为溶剂萃取C6馏分中的苯。C6馏分的进料量为20000kg/h，其中含苯0.5（质量分数），其余为C6非芳烃。该系统的溶质重量分配系数（m）和溶剂比（S）有如下关系： m=y/x=2.75S 式中：m—溶质重量分配系数； S—溶剂比（溶剂重量流率与进料中溶质重量流率之比）； y—溶质在萃取相中的重量流率； x—溶质在萃余相中的重量流率； 如苯的回收率为99%，进萃取塔的溶剂流量（kg/h）是下列那个数值？ （分数：2.00） A.360000 B.120000 C.60000 √ D.59400
解析：解：m=y/x=2.75S^2 0.99/(1-0.99)=2.75S^2得S=6 S=V/(0.5F) V=6×20000×0.5=60000
3.将含苯0.4（质量分数）和甲苯0.6（质量分数）的混合液在精馏塔中进行分离，混合液进料量15000kg/h，饱和液体进料。分离要求塔顶产品含苯0.97（质量分数），塔釜产品含苯0.02（质量分数）。操作采用的回流比为3.5。再沸器用2.0MPa（A）的蒸汽加热，加热蒸汽凝结水在饱和温度下排出。若不计整个系统的热损失，再沸器每小时消耗的加热蒸汽量（kg）是下列哪个数值？ （分数：2.00） A.1376 B.5262 C.5943 D.7770 √
解析：解：D=F(Xf-Xw)/(XD-Xw)=1500×（0.4-0.02）/(0.97-0.02)=6000kg/h W=F-D=9000kg/h Q1=15000×163=2.445×10^6 Q2=(3.5+1)×6000×577-3.5×6000×100=13
1
2
Q1+Q2=Q3+Q6=Q3+Q4-Q5 FHf+W气（r1-r2）=WHw+(R+1)DH4-RDH5 15000×163+W气（2798-903）=9000×410+（3.5+1）×6000×577-3.5×6000×100 W=7770
4.在一填料吸收塔中，用一乙醇胺（MEA）溶剂吸收烟道气中的CO2，烟道气中含18%的CO2，其余可视为N2。吸收塔入塔混合气流量3000kg/(m2·h)；入塔液体CO2的含量为0.02kmol/kmolMEA，流量为2500 kg/(㎡·h)。已知MEA的分子量为61，MEA溶液浓度为122kg/m3，操作条件下其密度为992 kg/m3，若要求吸收塔排出气体CO2的含量≤1%，则出塔液体中CO2的最小量（kmol/kmolMEA）是下列哪个数值？ （分数：2.00） A.3.01 B.3.33 √ C.5.04 D.5.06
解析：解：L=(2500/992)×122/61=5.04mol 设入口CO2 xmol;N2 Vmol则有 x/V=0.18/(1-0.18) 44x+28V=3000 得V=79.618;x=17.516 又Y1=y1/(1-y1)=0.18/(1-0.18)=0.2195 Y2= y2/(1-y2)=0.01/(1-0.01)=0.0101 V(Y1-Y2)=L(X1-X2) 79.618×（0.2195-0.0101）=5.04×（X1-0.02） X1=3.33
5.在逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的有害成分。已知平衡关系为Y=2X，操作液气比L/V=2，入塔气相浓度为0.008（摩尔分数），出塔液相浓度为0.0035（摩尔分数）。若改用板式塔，所需理论板数为下列那个数值？ （分数：2.00） A.6 B.5 C.8 D.7 √
解析：解：Y1=y1/(1-y1)=0.00806 X1=0.003512 由V(Y1-Y2)=L(X1-X2)得Y2=0.00108 △Ym=[(Y1-Y1*)-(Y2-Y2*)]/ln[(Y1-Y1*)-(Y2-Y2*)]=1.09×10^（-3）
Y1-Y2=0.0081-0.00108=7.02×10^（-3） 当A=1时 NT=NOG=(Y1-Y2)/(Y2-Mx2)= (Y1-Y2)/ △Ym=6.4 取整N=7
6.在100℃，苯与甲苯的饱和蒸汽压分别是179.18kPa和74.53kPa。当总压为120 kPa时，苯与甲苯混合物中甲苯的气相组成为下列哪个数值？ （分数：2.00） A.0.35 √ B.0.45 C.0.25 D.0.55
解析：解：XA=(120-179.18)/(74.53-179.18)=0.566 XA=[P-PB(t)]/[PA(t)-PB(t)]=f(P,t) P*A.XA/P总=74.53×0.566/120=0.35
7.在101.33kPa的恒定总压下，将温度为130℃，湿度H0 为0.096kg/（kg干气）的湿空气进行冷却到20℃。在此温度下，水的饱和蒸汽压为2.33kPa。此时，每kg干气所析出的水分（kg）为下列哪个数值？ （分数：2.00） A.0.0514
2
B.0.0414 C.0.0714 D.0.0814 √
解析：解:H2=0.622PS/(P-PS)=0.0146 W=V(H2-H1)=0.0814
8.现有2%（质量分数）的盐溶液，在28℃下连续进入一单效蒸发器中，被浓缩至3%（质量分数）。蒸发器的传热面积为69.7㎡，加热蒸汽为110℃的饱和水蒸汽。加料量为4950kg/h，料液的比热容C0=4.1kJ/（kg·℃）。操作在101.3kPa下进行，蒸发潜热为2258 kJ/kg，沸点升高可以忽略。当其他条件（加热蒸汽及进料温度、进料浓度、操作压力）不变时，将加料量提高至7480 kg/h，溶液可被浓缩到到浓度（质量百分数）为下列哪个数值？ （分数：2.00） A.4.2% B.2.4% √ C.1.8% D.3.4%
解析：解：W=F(1-X0/X1)=4950(1-0.02/0.03)=1650 Q=1650×2258+（4950-1650）×4.1×（100-0）-4950×4.1×（28-0） =W’×2258+（7480-W’）×4.1×100-7480×4.1×28 解得W’=1246 X1’=7840×0.02/(7840-1246)=0.0238
9.等容不可逆水解反应A+B→R+S在等温下进行，其过程如下：两股等体积的液体物料流入4L的混合器反应器中，流股1中组份A的浓度为0.02mol/L，流股2中组份B的浓度为1.4mol/L，离开反应器的混合液中R的浓度是0.002mol/L，问：A的转化率（%）为下列哪个数值？ A.90 B.20 √ C.43 D.80
解析：解：∵CR1=0.02mol/l ∴反应掉0.002mol/l 的A ∴CA=CA0.XA 0.002=(0.02/2)XA XA=0.2
10.反应A（g）+B（g）→ C（g），气相反应物A被B的水溶液吸收，动力学方程为-rA=kCACB，由于反应物B在水中浓度远大于A，在反应过程中可视为不变，而反应物A溶解于水的速率极快，以至于A在水中的浓度恒为其饱和溶解度。反应器容积为5m3，装料系数为0.8，问C的生成量（kmol）为下列哪个数值？已知：k=2m3/kmol·h；CB0=3kmol/m3；CA饱和=0.02kmol/m3；水溶液流量为10m3/h。 （分数：2.00） A.0.30 B.0.96 C.0.24 √ D.1.20
解析：解：Ra=KCA.CB=2×0.02×3=0.12kmol/m3 τ=VR/V0=0.8×5/10=0.4h NC=0.12×0.4×5=0.24kmol
11.已知某气体反应2A→R为一级反应，反应速率常数k=0.231（mim）。若开始时反应混合物中A占体积80%，反应过程中维持压力不变，那么3分钟后反应混合物体积减少了的百
3
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（分数：2.00）
分数（%）为下列哪个数值？ （分数：2.00） A.80 B.20 √ C.60 D.40
解析：解：kt=ln[1/(1-XA)]∴XA=1-e^(-kt)=1-e^(-0.231×3)=0.5 又2A→R,设初态为100,则有 初态 终态 A 80 80×0.5=40 R 0 80×0.5/2=20 其他 20 20 所以（V终-V初）/V初=[100-（40+20+20）]/100=20%
12.在轴向移动床催化剂再生器中用干燥的高温再生气体（含氧惰气），连续地在再生器内把催化剂上的积碳烧掉。进入再生器的催化剂流量为500kg/h，催化剂上的碳含量为5wt%，再生气体中含氧量为5wt%。为保证离开再生器的催化剂上不含碳，控制离开再生器的再生后气体中含0.5wt%的过剩氧。 计算压缩机正常操作条件下提供的再生气体量（kg/h）为下列哪个数值？ （分数：2.00） A.1484 √ B.1164 C.970 D.586
解析：解：C含量500×0.05=25kg/h 有 C + O2 → CO2 12 32 44 25 66.7 91.7 O元素平衡：0.05V=66.7+0.005V V=1482
13.精馏塔内上升气相密度为20.3kg/m3，下降液相密度为512.6kg/m3，气相负荷因子为0.06m/s，塔内气相体积流量为1370m3/h，泛点率取70%。经过水力学计算设计单溢流道筛板塔结构，塔盘上鼓泡面积为1.4㎡，直降液管面积为0.22㎡，经计算塔径为下列哪个数值？
（分数：2.00） A.1.33 B.1.53 √ C.1.75 D.0.23
解析：解：AT=ZL+2Af=1.4+2×0.22=1.84m2 D=(1.84/0.785)^0.5=1.53
14.一离心风机，对空气的最大输送量为14500kg/h，在该风量下所需的风压为12000Pa。风机入口空气温度30℃，当地大气压99kPa。在风机效率85%时，风机的轴功率（kW）为下列哪个数值？ 提示：标准状态（压力101.3kPa，20℃）空气的密度为1.2kg/m3 （分数：2.00） A.47.9 B.52.5 √ C.49.8 D.54.6
解析：解：PT’=PT(1.2/ρ) ρ=1.2×（99/101.3）×[(273+20）/(273+30)]=1.134 ∴代入得PT’=12698Pa Ne=Qv.Hρg=Qm.PT/ρ=14500×12698/(1.134×3600)=45.1KW N=Ne/η=45.1/0.85=53.1KW 另有计算舍弃小数点不同，也有海友计算如下： 工况密度
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ρ=PM/RT=1.14(P=99,T=303) 标况风压H‘=H*（ρ'/ρ）=12000*1.2/1.14 标况轴功率N=QH/η=14500/1.14/3600*12000*1.2/1.14/1000/0.85=52.5
15.用纯吸收剂吸收混合气体中的苯，已知混合气体中苯的摩尔分数为0.05，气体流量为65kmol/h，苯在两相中的平衡关系为Y=25X，操作的液气比为最小液气比的1.4倍。在要求吸收率为90%时，吸收剂的用量（kmol/h）为下列哪个数值？ （分数：2.00） A.1890 B.1940 √ C.2050 D.2320
解析：解：L/V=1.4(L/V)min=1.4mη=1.4×25×0.9=31.5 V=65(1-Y1)=61.75 L=61.75×31.5=1945
16.一个连续式干燥器，进料的含水率（湿基）13%，干燥后产品含水率0.99%，干燥产品量300kg/h。温度15℃、湿度0.0073kg水/kg干空气，焓值35kJ/h的空气经过预热器加热到95℃后送入干燥器。离开干燥器的空气温度为50℃、湿度0.023kg水/kg干空气。忽略预热器的热损失，它的热负荷（kW）为下列哪个数值？ （分数：2.00） A.38 B.43 C.51 D.59 √
解析：解：H1=H0=0.0073kg水/kg空气
I1=(1.01+1.88×0.0073)×95+2495×0.0073=115.43kg/kg干空气 W=G2(W1-W2)/(1-W1)=300×（0.13-0.0099）/(1-0.13)=41.41kg/h
L=W/(H2-H1)=41.41/(0.023-0.0073)=2637.6 Q=L(I1-I0)=2637.6×（115.43-35）/3600=59KW
17.一个单效蒸发器，将溶液从10%（固体含量）浓缩到65%，进入蒸发器的溶液25℃，蒸发器的操作压力为143.3 kPa（A），蒸发水量为25000 kg/h，使用压力为1917.7 kPa（A）的饱和蒸汽作为加热介质，它的消耗量（kg/h）为下列哪个数值？ 忽略溶液的沸点升高，已知溶液的比热为4.19kJ/（kg·K）。 提示：操作压力143.3 kPa水蒸气对应的蒸汽温度为110℃，其汽化潜热为2232.0 kJ/kg；压力1917.7 kPa饱和水蒸气的汽化潜热为1902.5 kJ/kg。 （分数：2.00） A.54300 B.34840 √ C.29320 D.39850
解析：解：W=F(1-x0/x1)∴F=29545
D=[Wr’+FC0(t1-t0)]/r=[25000×2232+29545×4.19×(110-25)]/1902.5=34860
18.一个单程列管换热器，列管为φ25×2mm，共92根，管长6m。将水从30℃加热到50℃，水流经管程（光滑管）的阻力损失为3000Pa。上述条件下，该换热器的热负荷（kW）为下列哪个数值？ 已知在上述平均温度下，水的密度为992kg/m3，粘度为65.6×10Pa·s，
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2011年注册化工工程师专业案例考试真题及答案下午卷
