化工设计习题及解答 2

《化工设计》习题及解答

第一章化工设计概论

1、化工设计的种类有哪些？

根据项目性质化工设计可分为：新建项目设计、重复建设项目设计、已有装置的改造设计。

根据化工过程开发程序化工设计可分为：概念设计、中试设计、基础设计和工程设计；其中工程设计又包括：初步设计、扩大初步设计和施工图设计。

2、请画出化工厂设计的工作程序示意图。

3、可行性研究报告包含哪些内容？

1.总论。包括项目名称、可行性研究的主办单位和负责人，可行性研究编制的依据和原则，可行性研究的依据，项目提出的背景、投资必要性和经济意义，研究的范围和主要过程；研究的简要综合结论，存在的主要问题和建议。

2.市场预测。包括国内外市场情况预测和产品的价格分析。

3.产品方案及生产规模。对于老厂改、扩建和技术改造项目要结合企业现有内部和外部条件，对产品方案和生产规模要作方案比较，进行优选。

4.工艺技术方案。包括工艺技术方案的选择、工艺流程和消耗定额、自控技术方案、主要设备的选择和标准化等内容。

5.原料、原料、辅助材料及燃料的供应。

6.建厂条件和厂址方案。

7.公用工程和辅助设施方案。

8.节能。包括能耗指标及分析、节能措施综述、单项节能工程等内容。

9.环境保护与劳动安全。

10.工厂组织和劳动定员。

11.项目实施规划。包括建设周期的规划实施进度规划等内容。

12.投资估算和资金筹措。

13.财务、经济评价及社会效益评价。

14.结论。包括综合评价和研究报告的结论等内容。

4、设计任务书的内容主要包括哪些内容？

1.项目设计的目的和依据；

2.生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则；

3.矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水、运输等协作条件；

4.资源综合利用、环境保护、三废治理的要求；

5.厂址与占地面积和城市规划的关系；

6.防空、防震等的要求；

7.建设工期与进度计划；

8.投资控制数；

9.劳动定员及组织管理制度；

10.经济效益、资金来源、投资回收年限。

第二章 工艺流程设计

习题与思考题（包括答案）： 1、化工工艺设计包括哪些内容？

生产方法选择，工艺流程设计，工艺计算，设备的设计与选型，设备布置，管道设计对非工艺设计提条件，设计说明书，概预算书。

2、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。 3、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。 4、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。 5、管道仪表流程图有哪些版式？

基础工程设计阶段有：A 版PI 图(初版)、B 版PI 图(内审版)、C 版PI 图(用户版)及D 版PI 图(确认版)；

详细工程设计阶段有：E 版PI 图(详1版)、F 版PI 图(详2版)、G 版PI 图(施工版)。 6、某管道标注为“PG1310-300 A1A-H ”，表示什么意思？

7、固定床反应器温度控制形式有哪些？画出示意图。

(a)用进料浓度控制 (b)用进料温度控制Ⅰ (c) 用进料温度控制Ⅱ (d)用冷料量控制

8、PIDCAD 软件具有哪些特点？

PIDCAD 软件操作简单、方便易学，适合于工程技术、设计人员及高校师生从事化工工程设计、流程图绘制时使用；结合工艺设备管理软件，可实现工厂工艺、设备信息化管理。

第三章物料衡算与热量衡算

习题1连续常压蒸馏塔进料为含苯质量分数(下同)38％(wt)和甲苯62％的混合溶液，要求馏出液中能回收原料中97％的苯，釜残液中含苯不低于2％。进料流量为20000kg ／h ，求馏出液和釜残液的流量和组成。

解：苯的相对分子质量为78，甲苯的相对分子质量为92。以下标B 代表苯。

进料中苯的摩尔分数 38

780.419638627892

FB x =

=+

釜残液中苯的摩尔分数 2

780.023*********

WB x =

=+

进料平均相对分子质量 0.419678(10.4196)9286.13M =⨯+-⨯=

进塔原料的摩尔流量 2000

232.2/86.13

F

kmol h =

=

依题意，馏出液中能回收原料中97%的苯，所以

97.430.9794.51/DB Dx kmol h =⨯=

作全塔苯的质量衡算得 FB DB WB Fx Dx Wx =+

作全塔总质量衡算得 F

W D =+

将已知数据代人上述质量衡算方程得

232.20.419694.510.02351⨯=+ 232.2W D =+

解得 124.2/,108/W

kmol h D kmol h ==

所以，94.5194.51

0.8752108

DB x D =

==

习题2 丙烷充分燃烧时要使空气过量25％，燃烧反应方程式为： 38

222534C H O CO H O +→+

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

1.255

29.760.21

mol ⨯= 其中 226.25,23.51O mol N mol

烟道气中各组分的量：

38C H 0 mol 2N 23.51 mol

2CO 313mol ⨯= 2O 6.255 1.25mol -= 2H O 414mol ⨯=

因此，以1mol 入口丙烷为基准的物料衡算结果如下

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

10029.76

93.731.76

mol ⨯=

习题3天然气蒸汽转化法制造合成氨原料气的示意流程图