2011年注册化工工程师专业考试案例分析考试(上)

12011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→12Na2SO4+12K2SO4+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=1000142x/2+174y/2=12000得x=12mol;y=4mol58.5x/74.5y=702/298≈2.3562、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=10.719kg3、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CH4C2H6COCO2H2mol%4.62.518.64.669.7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=32.8O元素为18.6+4.6×2=27.8H元素为4.6×4+2.5×6+69.7×2=172.82其中由H2O转化的为27.8×2=55.6则有x+2y=32.84x+6y=172.8-55.6得x=18.8mol;y=7molM(CH4)/M(C2H6)=18.8×16/(7×30)=1.4324、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)=104.3Q=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)=0.08696X2=0.02/(1-0.02)=0.02041Gs=1000×(1-0.08)=920W=Gs(X1-X2)=920×(0.08696-0.02041)=61.23≈61.27(kg/h)Ls=W/(H2-H1)=61.27/(0.022-0.009)=4713L=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3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=0.06D/F=(xF-xW)/(xD-xW)=(0.5-0.06)/(0.95-0.06)=0.4944D=0.4944×F=0.4944×100=49.44L=RD=2×49.44=98.88Q1=rDL=21800×98.88=2.16×106（kJ/h）q=1V’=(R+1)D-(1-q)F=(2+1)×49.44-0=148.3Q’=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)=909.1α∝u0.8(说明：α=0.023（λ/d）(duρ/μ)0.8Prn)α21=α2(u1/u)=1000×20.8=1741K1=1/(1/α1+1/α21)=1/(1/10000+1/1741)=1483K’/K=1483/909.1=1.639、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4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=7.44H2：7.44×3=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=28.975PV=RTm/M得m=0.4146kgQ=Q1+Q2=-W=-0.4146×80=-33.168KJ11、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=25440KJ12、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)=10CaSO4·12H2O(s)+6H3PO4(l)+2HF(g)其标准反应热：rmH=-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：CaSO4·12H2O(s)fmH=-1576.3kJCaSO4·2H2O(s)fmH=-2022.7kJH2O(l)fmH=-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2CaSO4·12H2O+3H2O=2CaSO4·2H2O△Hm2=2×（-2022.7）-2×（-1576.3）-3×（-285.84）=-35.28KJ/mol△Hm=rmH1/2+△Hm2×5/2=-407.33KJ/mol613、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MPaX干度S熵kJ/kgh焓kJ/kgV比容m3/kg1.40.956.2626800.140.10.957.0325501.40.10.967.0726801.60.10.836.2622941.2（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/v2A2/A1=d2^2/d1^2=v2/v1D2=（v2/v1）^0.5×d1=(1.4/0.14)^0.5×20=63.2mm14、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