化工设计期末试题精选[A]【每日一练】

自由度
+2
+6
+4
+3
+3
+1
+4
计算基准
－1
－1
－1
最终自由度
+1
+6
+3
+3
+3
0
+4
解：
1、自由度分析结果见上表，是弹性设计，应该挑选衡算计算基准：设反应器进料流股流 量为 100mol/h。完成以上自由度分析表。
2、F3＝100mol/h； 先求解反器的 MB：
3 号流股 C2H4 分摩尔流量＝100×0.10＝10mol/h 因其在反应器中单程转化率为 20％，单程反应消耗的 C2H4＝10×20％＝2mol/h 因其在反应器中生成 CH3CHO 的单程选择性率为 80％，则单程反应生成 CH3CHO 消耗的 C2H4＝2×80％＝1.6mol/h 则：4 号流股中 C2H4＝10－2＝8mol/h
人工费，专利或技术费用，折旧及大修基金，副产品收入，车间经费，企业管理费，销售费用。
3、简述我国现行的化工基建程序。
混合器
B、C
精 馏
塔
精 馏 塔
项目建议书 项目建议书审批通过后，进行项目可行性研究 审查可行性研究，决策通过后， 下达设计任务书 设计阶段（包括基础设计、扩初设计、施工图设计） 施工建设期 工
11.5
4.0
0
16
14
⊿H （MW）
7.5 4 -16 2
NPV＝900/1.08＋900/1.082＋900/1.083＋。。。＋900/1.0811－3800 解得：该项目在年折现率为 8％时，其净现值 NPV＝2625.1 万元
（列出计算式得 7 分，解出此步结果得 3 分）
2、因为该项目资金全部为贷款，其内部收益率即为其能承担的最大贷款年利率。设能承担的最大年 利率为 x；则： NPV（x）＝0
步骤 5：（给出最终结果得 4 分）从步骤 4 得到窄点温度、QCmin 及 QHmin 该热交换系统的窄点温度为 150℃（冷窄点温度 140℃，热窄点温度 160℃）； 外界最小输入冷量 QCmin 为 14.0MW；
外界最小输入热量 QHmin 为 11.5MW。
cheng
2、计算出外界最小输入冷量（QCmin）和外界最小输入热量（QHmin）。（10 分）
元人民币，设该项目全部税种免税（不计各种税收）。项目共 12 年寿命期，终了时无任何残值，按年
复利计算。其各年现金流量表预测如下（单位：万元人民币）：
年度（年）
1
2
3
。。。
12
总投资
3800
总销售收入
3700
3700
。。。
3700
总销售成本
2800
2800
。。。
2800
1、令年折现率为 8％，试计算该项目的净现值（NPV）；（10 分）
900/（1＋x）＋900/（1＋x）2＋900/（1＋x）3＋。。。＋900/（1＋x）11－3800＝0
试差解得：x＝0.2065 （列出计算式得 3 分，解出此步结果得 2 分）
cheng
cheng
五、（共 25 分）乙醛可通过乙烯在银催化剂作用下部分氧化制取，但通常伴随着一个副反应（乙烯
的完全氧化反应），反应式为：
2009～2010 学年第 一 学期期末考试试卷 《 化工设计 》（ A 卷 共 4 页） （考试时间：2010 年 1 月 19 日 考试地点：西阶 101）
题号 一
二
三
四
五
成绩
核分人签字
得分
一、（共 20 分）简答题（共 5 个小题，每小题 4 分）
1、简述化工工艺设计的内容及步骤。
根据设计任务书进行流程组织流程的物料及能量衡算设备设计及选型带控制点的
40
0．1
150
2
80
-0.2
70
40
0.05
30
1
步骤 3：构造假想最节能热阶流图（列出此步得 4 分）
240℃ →7.5→190℃→4→150℃→－16→70℃→2→30℃
0
－7.5 －11.5
4.5
2.5
步骤 4：构造可行的最节能热阶流图（列出此步得 4 分）
240℃ →7.5→190℃→4→150℃→－16→70℃→2→30℃
E 五种组分的相对挥发度由小到大（D、B 之间相对挥发度相差更明显）。A 原料的价格较便宜，C 与
E 之间能形成难分离的共沸物。试进行这个过程的流程组织（连续操作流程，要B 求考虑反应器的形式）， 写出简要说明，并画出流程框架草图。
解： E
B
B
A、D、E
精 馏
塔
混合器 产品 C
AD
设计说明书
2、简述化工产品成本由哪些部分构成。 化工产品销售成本主要由以下部分组成：主要原材料费用，辅助原材料费用，燃料及动力费用，
10
结果，8 号流股组成（CH3CHO，CO2，H2O）＝（0.04，0.02，0.94）（摩尔分率）
H2O 1.00
cheng
cheng
cheng
A、D
分流器
A、D
程试投产运行 项目正式投产
A、D
4、说明流程组织时挑选化学反应途径应该考虑的一些主要因素。 应该考虑的主要因素有： 反应步骤的长短；副反应的数量； 反应的条件苛刻与否；反应原料的成本；反应的速度及转化率；反应产物是否容易分离；等等。
5、简述化工项目试生产的步骤。 清理工程现场清洗设备及管道设备单体以水代料试车流程以水代料联动试车投入真实物
4 号流股中 CH3CHO＝1.6mol/h 4 号流股中 CO2＝（2－1.6）×2＝0.8mol/h 4 号流股中 H2O＝（2－1.6）×2＝0.8mol/h 4 号流股其它组份分流量 N2，O2 分流量无全解。 再解吸收塔的 MB： CH3CHO 衡算，0.04F8＝1.6，解得：F8＝40mol/h CO2 衡算，X8，CO2×F8＝0.8，解得：X8，CO2＝0.8/40＝0.02 因 8 号流股只有 3 种组份，则 X8，H2O＝1－002－0.04＝0.94
To(℃) 180 230 80 40
TS＊(℃) 30 150 190 240
TT＊(℃) 190 240 70 30
四、（共 15 分）有一个化工项目，项目总投资共 3800 万元人民币（全部靠银行贷款），共 1 年建设
期，第二年开始，连续 11 年预测其每年总销售收入 3700 万元人民币，每年其总销售成本为 2800 万
工艺仪表管道流程图车间平面、立面布置及配管图设计工程概算及工程技术经济评价工艺
cheng
二、（共 20 分）由一个液液非均相反应生产高纯度的产品 C，反应式为 A＋BC（其反应速度
r
C
AC
2 B
），同时伴随着副反应 A＋CD（可逆反应，其正反应速度
r CA2CC ）。已知采购来的
原料 A 为液相原料，其中含有少量 D 及 E。原料 B 也为液相，为纯组份且价格较贵。A、D、B、C、
流股 类型
Ti(℃)
To(℃)
H（MW）
1
冷
20
180
32.0
2
冷
140
230
27.0
3
热
200
80
30.0
4
热
250
40
31.5
解：
步骤 1：根据Tmin，划分温度区间（列出此步得 4 分）
CP（MW／℃） 0.2 0.3 0.25 0.15
流股 1 2 3 4
类型 冷 冷 热 热
Ti(℃) 20 140 200 250
学反应。图中组成为摩尔分率。设计出的流程示意图如下所示。要求：
1、试作该过程的自由度分析（15 分）。
2、求解吸收塔吸收液流出流股（8 号流股）的组成（10 分）。
6
5
分流器
C2H4 O2 N2
7
1 C2H4 1.00
混合器 2
O2 0.21 N2 0.79
3 C2H4 0.10
4 反应器
11
C2H4O 0.25 CO2 H2O
吸 收 塔
8 C2H4O 0.04
9 H2O 1.00
提 取 塔
仅做流程 MB 计算时的自由度分析表
反应器
吸收塔
混合器
提取塔
分流器
过程
整体
OB
流股变量总数
9
13
9
8
5
25
10
单元变量数
2
0
0
0
0
2
2
MB 方程数
6
6
3
3
1
19
6
已知流股变量数
1
1
2
2
0
4
2
已知单元变量数
2
0
0
0
0
2
0
已知附加式数
0
0
0
料试生产
cheng
三、（共 20 分）下表列出了冷、热各两股流的起始温度和目标温度，并给出了其焓变及热容流率。
假设最小传热温差，Tmin 要求为 20℃。根据热交换网络窄点（Pinch）原理，请用问题列表算法（The problem table algorithm）列出具体计算步骤： 1、计算出窄点。（10 分）
2、试计算该项目能承担的最大银行贷款年利率。（5 分）
解：
1、以项目开始建设为基准时刻，则该项目全寿命期内 NPV 为： 项目建成后每年受益为：3700－2800＝900 万元
步骤 2：计算各区间热容流率差及焓变（列出此步得 4 分）