化工优化设计复习题-湖北大学

化工设计复习题1.化工生产有哪些特点？化工生产的特点有：工艺流程复杂、操作状态变化大、流体输送多、具有腐蚀性、具有毒性、易燃易爆、非标设备多。2.在化工设计中如何考虑安全生产？安全生产的概念贯穿于整个化工装置建设中，除了安装、施工、操作中要考虑外．设计过程中的周密考虑能消除安全隐患，使事故损失降低到最小。在设计中，流程上要考虑的安全因素主要是避免设备和管道内介质的压力超过允许的操作压力而造成灾难性事故的发生。一般利用安全泄压装置来及时排放管道内的介质，使管道内介质的压力迅速下降。设备丑管道中采用的安全泄压装置主要有爆破片和安全阀，或在管道上加安全水封和安全放空管。3.工艺流程设计中主要涉及哪些问题？确定整个流程的组成、确定每个过程和工序的组成、确定操作条件、控制方案的确定、合理利用原料及能量、制定三废的治理方法、制定安全生产措施。4.化工厂设计中考虑哪些全局性的问题？厂址选择、总图布置、安全防火与环境保护、公用工程、自动控制、土建设计。5.一般化工厂由哪几部分组成？人、财、物、产、供、销。6.在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑的原则有哪些？其步骤有哪些？先进性、可靠性、合理性；资料搜集与项目调研、生产设备类型与制造厂商调研、对调研结果进行全面分析对比。7．工艺流程设计的步骤有哪些？确定整个流程的组成，确定每个过程或工序的组成，确定工艺操作条件，确定控制方案，原料与能量的合理利用，制定“三废”处理方案，制定安全生产措施。8．工艺流程图的种类有哪些？工艺流程草图，工艺物料流程图，带控制点的工艺流程图，管道仪表流程图。9．化工设计的工作程序有哪些？设计准备工作－方案设计－化工计算－车间布置设计－化工管路设计－提供设计条件－编制概算书及设计文件10．车间布置设计的主要内容有哪些？确定各个设备在车间平面与立面上的位置；确定场地与建筑物、构筑物的尺寸；确定管道、电气仪表管线、采暖通风管道的走向和位置。要求：经济合理、节约投资、操作维修方便安全、设备排列简洁紧揍整齐美观。11．工艺流程图种类及图样内容？工艺流程草图：物料流程、图例、设备一览表；物料流程图：设备外形名称位号、物料表；带控制点的工艺流程图：图形、标注、图例、标题栏。物料管线：粗实线；辅助管道：重实线；设备外形及仪表管线：细实线12．简述初步设计说明书的主要内容设计依据、设计指导思想、产品方案、生产方法和工艺流程、车间组成和生产制度、原料和中间产品的主要技术规格、工艺计算、主要愿材料动力消耗定额、生产控制分析、仪表和自动控制、技术保安防火及工业卫生、车间布置、公用工程、“三废”治理、车间维修、土建资估算和资金筹措、产品成本估算、财务及经济评价。13．简述可行性研究说明书的主要内容总论、需求预测和拟建规模、资源原材料能源情况、厂址及建厂条件、设计方案、环保及终合利用、劳动保护安全防护、企业组织劳动定员和人员培项目实施进度的建投资估算和资金筹措、产品成本估算、财务及经济怕评价。二、计算题1．丙烷充分燃烧时要使空气过量25％，燃烧反应方程式为：38222534CHOCOHO试计算得到100摩尔燃烧产物（又称烟道气）需要加入的空气的摩尔量。解：以1mol入口丙烷为计算基准根据反应方程式，1mol丙烷需要5mol的氧气与之反应，因氧气过量25%，故需要加入的空气量为1.25529.760.21mol其中226.25,23.51OmolNmol烟道气中各组分的量：38CH0mol2N23.51mol2CO313mol2O6.2551.25mol2HO414mol因此，以1mol入口丙烷为基准的物料衡算结果如下入口出口38CH138CH02O6.252O1.252N23.512N23.512CO02CO32HO02HO4合计30.78合计31.76从计算结果可以看出，当空气加入量为29.76mol时，可产生烟道气31.76mol，所以，每产生100mol烟道气需加入的空气量为10029.7693.731.76mol2.含苯（B）和甲苯（T）等摩尔的混合液，温度60℃，连续加入一常压容器中，在器内混合物被加热到150℃，从器内出来的蒸汽含苯70%（摩尔）、液体含苯30%（摩尔）。计算分离每摩尔混合物所需的热量。已知苯和甲苯的热容计算式为：TClBp234.055.62)(,J/(mol·K)，TCgBp3295.006.74)(,J/(mol·℃)，2.181)(,lTpCJ/(mol·℃)，TCgTp38.018.94)(,J/(mol·℃)。又知苯和甲苯的在正常沸点下的汽化热分别为：molKJHCBv/76.30ˆ)10.80,(，molKJHCTv/47.33ˆ)62.110,(。解：以1摩尔物料为计算基准，60ºC先进行物料衡算得出分离器的液相和汽相各组分的摩尔含量为：汽相：B=0.35T=0.15液相：B=0.15T=0.35计算各股物料的摩尔焓：423333),(/95.13)234.055.62(ˆmolKJdTTHlB15060),(/31.162.181ˆmolKJdTHlT1.35333315010.80),(/15.42)3245.006.74(30760)234.055.62(ˆmolKJdTTdTTHgB62.1106015062.110),(/68.47)38.018.98(334702.181ˆmolKJdTTdTHgT()ˆiin出=0.15×13.59＋0.35×16.31＋0.35×42.15＋0.15×47.68=29.65kJ()ˆiin入=0故Q=()ˆiin出-)ˆiin入=29.65-0=29.65kJ3.试对甲烷水蒸气转化制合成氨原料气的一段转化炉进行热量衡算。以1200标准立方米/小时进炉气（干基）计，热损失取60000kJ/h，为简化起见，转化过程仅考虑下列反应：CH4(g)+H2O(g)←-------→CO(g)+3H2(g)rH=206.29kЈ/mol1atm,25℃催化剂甲烷混合气的进炉组成（干基体积百分浓度）为：CH4H2CO2N2H2O21.20%0.88%1.23%0.59%76.10%进炉温度为500℃,出炉温度为800℃,甲烷转化率为80%.附:有关组分的平均热容Ј/(mol•℃)组分CH4H2CO2CON2H2O25~500℃48.7829.2945.1230.1529.9735.7525~800℃56.4429.5648.2731.1630.8537.53解：以1小时的物料为计算基准，25ºC根据甲烷的转化率，可计算物料的确进出量结果如下表组分输入，m3（标）输出，m3（标）组分输入，m3（标）输出，m3（标）CH4254.4254.4-254.4×80%=50.88CO214.7614.76H210.5610.56+3×254.4×80%=621.12N27.087.08CO0254.4×80%=203.52H2O913.2913.2－254.4×80%=709.68(进)ˆiin=25(78.484.224.254－500)＋4.2256.10×29.29（25－500）＋4.2276.14×45.15（25－500）＋4.2208.7×29.97（25－500）＋4.222.913×35.75（25－500）=-0.96×106kJ()ˆiin出=(50.88×56.44＋621.12×29.56＋14.76×48.27＋7.08×30.85＋709.68×37.53＋203.52×31.16)4.2225800=1.91×106kJ转化的CH4量：4CHn=254.4×80%=203.52m3（标）44)ˆ(CHfCHn=kJ631087.129.206104.2252.203Q=kJ66661082.21087.11091.11096.0考虑到热损失，实际提供的热为：Q=2.82×106＋0.06×106=2.88×106kJ4．乙烯氧化为环氧乙烷的反应方程式如下：242241()()()2CHgOgCHOg试计算0.1013MPa、25℃下的反应热。解：乙烯（g）的标准生成热为0298,,52.28/fHkJmol乙烯环氧乙烷(g)的标准生成热为0298,,51/fHkJmol环氧乙烷－因此，0.1013Mpa，25℃下的反应热计算如下：000298,298,298,()()rififHnHnH反应物产物－1151152.280103.3/2kJmol＝（－）－＋＝－三、选择题1.在布置（A）时，应遵循缩短管长和顺应流程的原则。A:换热器B:塔C:泵D:搅拌器2.设备布置图中的标高用（A）表示。A、mB、cmC、mmD、都可以3.在工艺流程图中，设备标注为T-101b，其中T表示（B）。A、一种仪表的代号B、一种设备代号C、一种管道代号D、一种设备保温等级4.在对塔进行布置时，对于（C）需采用独立布置方案。A:将高度相近的塔B:数量不多、结构与大小相似的塔C:单塔或特别高大的塔D:较小的塔三个版次5设备布置设计不包括的内容是（B）。A．确定各个工艺设备在车间平面和立面的位置B．确定车间中各个设备的管口方法C．确定某些在工艺流程图中一般不予表达的辅助设备或公用设备的位置D．确定供安装、操作与维修所用的通道系统的位置与尺寸解答：B．正确答案。车间设备布置设计主要包括：①确定各个工艺设备在车间平面和立面的具体位置；②确定某些在工艺流程图中一般不予表达的辅助设备或公用设备的位置；③确定供安装、操作与维修所使用的通道系统的位置与尺寸；④确定场地与建筑物、构筑物的尺寸；⑤确定管道、电气代表管线、采暖通风管道的走向和位置。6.请指出下列有关安全距离数据中（A）是不正确的。A．回转机械彼此间距离为不小于1.5mB．贮槽之间的距离不小于0.4～0.6mC．换热器之间的距离不小于1.0mD．塔与塔之间的距离1.0～2.0m解答：A．正确答案。依据“车间布置设计有关尺寸和设备之间的安全距离”，回转机械彼此间距离为不小于0.8～1.2m。7.“泵的布置设计时应尽量集中布置，排成一条线，电机端对齐，正对道路。以下关于泵的布置正确的是（C）。A．泵与泵之间的距离视泵的大小而定，一般不小于1.0mB．双排泵之间的距离一般不小于1.5mC．泵与墙之间的距离一般不小于1.2m，以便通行D．泵的基础一般比地面高④400～500mm解答：C．正确答案。泵与泵之间一般不小于0.7m，双排泵之间一般不小于2.0m，泵基础一般高出地面100～200mm。8某工厂车间设备布置时，为节省投资，减少厂房面积，工艺设备与道路间的距离定为0.6m；操作设备时设备到墙的距离为0.8m；操作平台梯子的坡度为65°；通道通行部分的最小净空为2.1m。请问上述设计中数据正确的是（D）。A．①B．②C．③D．④解答：D．正确答案。依据“车间布置设计有关尺寸和设备之间的安全距离”，工艺设备与道路间的距离为不小于1.0m，工人操作时设备与墙面的距离不小于1.0m，操作平台梯子的坡度一般不超过45°，特殊可达到60°。9在化工工艺设计中，其核心内容是（C）。A工艺流程设计和生产方法的选择B车间布置设计和管道布置设计C工艺流程设计和车间布置设计D化工工艺计算和车间布置设计10下面为某一压力指示仪表的标注，表示方法正确的为（A）。A.PI-113B.TI-113C.PC-113D.PR-11311考虑厂房立面布置时，厂房的高度主要取决于（D）。A.设备的高低B.安装的位置C.安装条件D.综合考虑上面三方面因素12车间设备布置时，一些高大设备多采用（A）。A露天布置，以减少建筑物的费用，降低毒物的积累。B室内布置，以保护设备，使设备不受冷、热的影响。13．计划任务书是在(B)的基础上，按照上级审定的建设方案进行编写。A.初步设计B.可行性研究C.项目