化工过程开发与设计作业答案解析

化工过程开发与设计作业名字：韦良优班级：应化12班学号：201409202101

1.化工过程开发步骤有哪些？具体是什么？

答：1.实验室研究

1）基础研究：指在实验室进行的筛选技术路线和工艺方案，测定有关物性数据及反应热、动力学参数，筛选分析方法和研制催化剂等。

2）小试：在基础研究的基础上，在实验室建立小型实验装置进行工艺模拟试验，主要任务是优化工艺条件。

2.收集资料：包括过程放大和设计装置所需的数据和判据，以及围绕工艺过程评价或项目评估

所需要的原料、产品、能源、市场、交通、环保、地理环境等多种信息。

3.概念设计（预设计）：它是根据实验室研究成果和收集的技术经济资料，对被开发过程的工

业化方案提出的初步设想。目的在于检验实验室研究成果是否符合技术开发的要求，对以后开发步骤的研究或设计工作提供指导。

主要内容：◆工艺路线和工艺方法的说明◆工艺流程简图◆简单的物料衡算和能量衡算◆原材料及其消耗指标◆主要设备型式◆预计的“三废”◆排放量及毒害性◆投资成本估算◆中试研究的建议

4.技术经济评价：它是对开发项目进行技术可靠性和经济合理性的考察，以便对技术方案和开

发工作进行决策。

技术经济评价贯穿于开发过程的始终。

1）初步评价（立题评价）：是在选题或确定开发项目时决定取舍所进行的评价。

2）中间评价：是在开发过程中，对开发研究的各个阶段

结果作出评价，通常侧重于技术方案的科学性和可靠性，以及在经济上的合理性。

3）最终评价（工业化评价或项目评估）：是在技术开发工作后期进行的评价。目的是为项目的投资建设作出决策。评价的依据是开发研究报告、市场研究报告等技术经济资料。若

评价结论肯定，即可投资进行建设。

5.模型试验：一般是对工业生产中的某些重要过程作放大的工业模拟试验。所用设备一般比实

验室规模大并且具有工业设备的仿真性质。主要研究内容：考察各种工程因素对过程的

作用及其规律，观察放大效应和分析、寻找产生放大效应的原因。

6.中试（中间试验工厂）：它是在小试或模型试验之后进行的半工业化规模的模拟试验。是一

次较大规模的对开发的技术方案作较全面的试验考察。其结果可作为基础设计的依据。

7.基础设计：它是在最终评价获得肯定结论后，根据中试研究结果及有关资料，对工业生产方

案及生产装置所进行的原则设计。内容：生产装置说明、工艺流程及流程叙述、物料衡

算及能量衡算、设备型式和规格明细表、“三废”排放及治理、检测方法和检测仪表等

详细设计内容。

8.过程设计（施工图设计）：是依据基础设计编制的，用于指导过程实施的最终技术文件。

9.建立生产装置：依据过程设计的图纸和文件，购进和制作设备，安装生产装置，按工艺要求

进行调试、开车和试生产。

2.化工过程开发有几种方法？具体都是哪些？

答：一、逐级经验放大法：逐级经验放大法是运用物质模型从实验室规模的小试开始，经过逐级放大的模型试验研究直到将化工过程放大成为生产规模。这种放大方法每放大一级都必须建立相应的模型装置，详细观察和记录模型试验中发生的各种现象和结果。而每一级放大设计的依据主要是前一级试验所取得的研究结果和数据，故为经验性质的放大。

研究方法：化工过程开发需要解决的问题通常是如何合理选择设备型式，确定最佳的工艺条件，以及将设备放大达到过程开发的目标。而逐级经验放大法的研究方法则主要是通过试验来取得设备选型，条件优化和设备放大的信息和结论。

1）设备选型：设备选型通常都以小试验的方式进行。因为过程开发初期技术方案尚未确定，不可能花费大量投资建立各种型式的大型设备作设备型式的筛选试验，例如化学反应器选型是采用不同型式和结构的小型反应器，在实验室对所开发的反应过程进行试验研究。从试验结果的优劣，即可确定最佳型式的反应器。这种试验考察的因素仅仅是设备的型式和结构，故为结构变量试验。

2）优化工艺条件：优化工艺条件的试验研究应在设备选型试验之后进行，如果设备型式未定，则条件优化将无意义。这种试验仍然可以在设备选型所确定的小型试验设备内进行。试验考察的因素是各种工艺条件，并从不同操作条件的试验结果对比中筛选出最佳工艺条化。由于试验仅仅改变工艺操作条件，故为操作变量试验。

3）反应器放大：反应器放大的试验研究是采用建立模型装置的方式进行逐级放大，每放大一级都必须重复前一级试验确定的条件，考察放大效应，并取得设备放大的有关判据或数据。这种试验所考察的因素是设备几何尺寸改变以后对于过程结果产生的影响，故为几何变量试验。

二、数学模拟法：数学模拟法是一种新开发方法，它不一定要通过试验去取得放大的判据和数据，一般是在认识过程特征的基础上，运用理论分析找到描述过程规律的数学模型，并验证该模型与实际过程等效，就可以用来进行放大设计计算。

1. 数学模型：数学模型通常是一组微分方程或者一组代数方程，用以描述过程的动态规律。由于化工过程一般都比较复杂，要找到真实描述过程动态规律的数学模型往往十分困难，即使是能够找到，也常因模型过于复杂，而无法实际应用。因此，对于数学模型的要求，既要能够描述过程，又要简单而便于应用。

2、研究方法：根据建立数学模型的思想方法，以化学反应过程开发为例，数学模拟法可以按以下研究步骤进行。

1）实验室研究化学反应特征：实验室研究化学反应特征的主要任务是测定反应热力学和动力学的特征规律及其参数。由于研究目的是掌握过程运行的内在规律，其研究内容和研究手段都与逐级经验放大法的实验室研究有很大差别。它已不再是反应器选型和条件优化，而是希望从过程内在规律上去揭示过程运行的实质。因此应尽可能排除外界因素对于过程内在规律的干扰，试验装置并不一定要求与生产装置相似，但对于试验测定的精度要求较高。

3.化工过程系统工程的基本任务和内容是什么？

答：化工过程系统工程的基本内容：从化工系统的整体目标出发，根据系统内部各个组成部分的特性及其相互关系，确定化工系统在规划、设计、控制和管理等方面的最优策略。

任务：把系统工程的思想、方法用于解决化工过程系统的设计、开发、操作、控制等问题。在一定的限制条件下，根据输入及输出要求，寻求整体性能最优的过程系统。

4.什么是化工过程？主要包括哪些过程？