国家开放大学化工设计复习期末复习题

1、1复习复习2第一章绪论第一章绪论v要点：要点：化工化工设计分分类及主要完成的任及主要完成的任务；化工工程化工工程设计阶段、主要任段、主要任务；化工工程化工工程设计的程序、各程序的的程序、各程序的联系和任系和任务。3工艺设计和工程设计类型及分类工艺设计和工程设计类型及分类v新技新技术开开发研究研究单位的工程开位的工程开发部部门负责概念概念设计中中试设计基基础设计v工程工程设计设计单位完成位完成初步初步设计详细设计（施工（施工图设计）4中试设计中试设计v某些开某些开发项目不能采用数学模型法投目不能采用数学模型法投产，必，必须通通过相当相当规模的装置才能模的装置才能获取数据取数据时，需要中，需要中试设计。v内容和工程内容和工程设计的内容基本相当，的内容基本相当，规模小，可以不出管道、模小，可以不出管道、仪表和管架的安装表和管架的安装图。v流程和流程和设备形式上不一定与工形式上不一定与工业装置相同，但必装置相同，但必须在本在本质上反映工上反映工业装置的特性和装置的特性和规律，得到基律，得到基础设计所需的数据。所需的数据。5工程设计基本程序工程设计基本程序工程设计基本程序工程设计基本程序设计前期

2、工作阶段设计前期工作阶段初步设计和施工图设计阶段初步设计和施工图设计阶段施工、试车阶段施工、试车阶段主要内容：主要内容：厂址选择、项目建议书、可厂址选择、项目建议书、可行性报告、设计任务书行性报告、设计任务书6厂址选择厂址选择厂址选择厂址选择v对工厂的建工厂的建设进度、投度、投资、经济效益和效益和环境保境保护等有重大等有重大影响，厂址影响，厂址选定后才能定后才能进行行设计的前期工作的前期工作v原原则：应符合国家、地区、行符合国家、地区、行业、部、部门发展大局的需要；展大局的需要；应选在原料、燃料、在原料、燃料、动力充足，运力充足，运输方便，方便，产品品销售便利的地区。售便利的地区。并在公用工程、生活并在公用工程、生活设施有良好基施有良好基础的地区；的地区；化工厂厂址附件化工厂厂址附件应该有良好、充足的水源；（化工有良好、充足的水源；（化工类企企业对水有水有强烈的需求依烈的需求依赖）应该注意注意节约用地及占地种用地及占地种类，并考，并考虑工厂工厂发展的需要；展的需要；应考考虑附近居民的安全与健康，厂址的气候及防灾害能力；附近居民的安全与健康，厂址的气候及防灾害能力；避免建在国家或地区的水

3、利、避免建在国家或地区的水利、历史、自然、文化等各史、自然、文化等各类保保护区；区；良好的地良好的地质条件：条件：9 9度以上的地震区不能建厂、下沉度以上的地震区不能建厂、下沉IIII级以上大孔以上大孔性黄土不宜建厂、地耐力要求性黄土不宜建厂、地耐力要求147kPa147kPa以上（小于以上（小于98kPa98kPa不宜建厂）、不宜建厂）、喀斯特地貌土崩地段和底下有淤泥流沙不宜建厂、已采喀斯特地貌土崩地段和底下有淤泥流沙不宜建厂、已采矿坑和有用坑和有用矿藏上部地面不宜建厂。藏上部地面不宜建厂。影响因素：影响因素：a）原料、）原料、b）能源、）能源、c）水资源、）水资源、d）运输条件、）运输条件、e）环境影响）环境影响7例：拟建一硫酸厂，其厂址的选择主要考虑的特殊因素？例：拟建一硫酸厂，其厂址的选择主要考虑的特殊因素？v 硫酸是一种腐蚀性液体，需要随产随销。硫酸是一种腐蚀性液体，需要随产随销。v 硫酸的运输价格比较贵。硫酸的运输价格比较贵。v 硫酸厂对环境的污染比较严重。硫酸厂对环境的污染比较严重。厂址选择：厂址选择：v离硫酸消费中心近一些。离硫酸消费中心近一些。v避免建在人口稠密的居民

4、区和环保要求高的地区。避免建在人口稠密的居民区和环保要求高的地区。v在消费中心建厂规模可大些，在边远或硫酸用量不多的地在消费中心建厂规模可大些，在边远或硫酸用量不多的地区，建厂规模可小些。区，建厂规模可小些。厂址选择案例厂址选择案例8v物料衡算：基本准物料衡算：基本准则是是质量守恒定律量守恒定律v能量衡算：基本准能量衡算：基本准则是能量守恒定律是能量守恒定律v设备的的选型和型和设计计算算第二章化工工艺计算第二章化工工艺计算9v要点：要点：化工工化工工艺计算的算的计算内容；算内容；化工工化工工艺计算的基本原理；算的基本原理；物料衡算和能量衡算的基本方法；物料衡算和能量衡算的基本方法；流程模流程模拟软件的基本步件的基本步骤。化工工艺计算的内容化工工艺计算的内容10转化率、收率和选择性转化率、收率和选择性转化率、收率和选择性转化率、收率和选择性v目的目的产物的收率物的收率Y Yv关健关健组份份转化率化率X X11转化率、收率和选择性转化率、收率和选择性转化率、收率和选择性转化率、收率和选择性v目的目的产物的物的选择性性S Sv循循环比比v混合比混合比12转化率、收率和选择性转化率、收率和选择

5、性转化率、收率和选择性转化率、收率和选择性 在由在由邻二甲苯二甲苯经空气氧化生成空气氧化生成邻苯二甲苯二甲酐的反的反应中，其反中，其反应方程式如下：方程式如下：经试验测得，物料得，物料进口主要化合物口主要化合物为邻二甲苯二甲苯100mol；出口物料；出口物料为邻苯二苯二甲酸甲酸酐78.2mol、马来酸来酸酐6.44mol、二氧化碳、二氧化碳146.64mol。求目的求目的产物物邻苯二甲酸苯二甲酸酐的的选择性。性。解：由第一个反解：由第一个反应计算，算，邻二甲苯二甲苯转化量化量为78.2mol 由第二个反由第二个反应计算，算，邻二甲苯二甲苯转化量化量为6.44mol，生成的，生成的CO2为6.444mol 由第三个反由第三个反应计算，算，该反反应生成的生成的CO2量量为(146.646.444）mol，则转化化的的邻二甲苯二甲苯转化量化量为(146.646.444)/8；则转化了的化了的邻二甲苯二甲苯总量量为：78.26.44(146.646.444)/8=99.75mol 选择性性78.2/99.75100%=78.39%13带循环物流的过程带循环物流的过程带循环物流的过程带循环物流的

6、过程v乙醇脱乙醇脱氢生成乙生成乙醛的反的反应为：C2H5OH CH3CHO +H2 流程如流程如图所示，新所示，新鲜原料原料N1为乙醇，粗乙醇，粗产物物N3为乙醇、乙乙醇、乙醛和和氢，分，分离离设备将乙醇从粗将乙醇从粗产物中分离出来：物中分离出来：假假设未反未反应的乙醇全部循的乙醇全部循环，其，其单程程转化率化率为60%，求其循，求其循环比比（N4/N5）(摩摩尔比比)。混合器混合器反应器反应器分离设备分离设备N1N2N3N5N4解：解：由反应式：由反应式：C2H5OH CH3CHO +H2，得：，得：N3=N2*0.6+N2*0.6+N2*0.4 N4=N2*0.4 N5=N2*0.6+N2*0.6=1.2N2 N4/N5=0.4/1.2=0.33141 1建立流程2设置单位制定义组分3选择热力学方法4输入物流数据5 5输入工艺数据6运行并查看结果7模拟的模拟的7 7个步骤个步骤15v工工艺流程流程设计的原的原则和任和任务v化工化工过程合成方法程合成方法反应过程的设计分离过程的设计换热过程的设计v工工艺流程流程图设计的种的种类v工工艺流程流程图设计的的绘制制第三章化工工艺流程设计第三

7、章化工工艺流程设计16一般工艺流程部分至少分为三个重要部分，即：原料预处理、一般工艺流程部分至少分为三个重要部分，即：原料预处理、反应过程、产物的后处理反应过程、产物的后处理(分离纯化分离纯化)。工艺流程设计时须以反应过程为中心。工艺流程设计时须以反应过程为中心。内容：内容：l反应过程的设计反应过程的设计l分离过程的设计分离过程的设计l换热过程的设计换热过程的设计原料原料原料原料贮存贮存进料进料预处理预处理反反应应产品产品分离分离产品产品精制精制贮存贮存包装包装产品产品工艺流程设计方法工艺流程设计方法17反应过程的设计输出条件反应过程的设计输出条件 出口物料包括所有反出口物料包括所有反应的每一个的每一个产物、未物、未转化的原料以化的原料以及随原料及随原料进入系入系统的的杂质，反，反应器出口器出口组分可能有六个去向：分可能有六个去向：v主主产品品v有价有价值的的联产品或副品或副产品品v价价值较低的燃料低的燃料v循循环v排空排空v有害物有害物质去三去三废处理理 对于同一个去向的不同于同一个去向的不同组分，分，应研究有无必要把它研究有无必要把它们分分离，要离，要坚决避免把各个决避免把各个组分

8、先分离再合并的做法。分先分离再合并的做法。18分离过程的设计分离过程的设计v物物质的混合是一个不可逆的混合是一个不可逆过程，能程，能够自自发地完成。地完成。其逆其逆过程分离必然要消耗一定的能量才能程分离必然要消耗一定的能量才能进行。行。v分离分离过程程设计的目的目标是在是在满足足产品品质量和回收率量和回收率的前提下减少能量的消耗。的前提下减少能量的消耗。v分离分离过程的程的类型型第一第一类是以能量是以能量为分离分离剂，例如精，例如精馏、蒸、蒸发、结晶、晶、干燥、干燥、闪蒸等。蒸等。第二第二类是以物是以物质为分离分离剂，例如解吸、吸收、萃取、，例如解吸、吸收、萃取、吸附，浸取，离子交吸附，浸取，离子交换等。等。第三第三类是利用物是利用物质的密度、粒度、表面等性的密度、粒度、表面等性质不同而不同而进行的机械分离行的机械分离过程，例如沉降，离心分离，旋程，例如沉降，离心分离，旋风分分离，离，过滤，浮，浮选等等过程。程。19分离过程的设计分离方法的选择分离过程的设计分离方法的选择例：有邻、间、对二甲苯混合物欲分离成纯物质，试根据其例：有邻、间、对二甲苯混合物欲分离成纯物质，试根据其分子性质选择

9、分离方法。分子性质选择分离方法。解：各种分子性质除了分子形状外，邻、间、对二甲苯的其解：各种分子性质除了分子形状外，邻、间、对二甲苯的其他各种性质都差别不大，因此可以预计精馏、萃取，吸他各种性质都差别不大，因此可以预计精馏、萃取，吸收等过程都不能有效地将该混合物分离成纯化合物。收等过程都不能有效地将该混合物分离成纯化合物。各异构体分子形状之间的差别随着温度降低成为固体后各异构体分子形状之间的差别随着温度降低成为固体后更为显著，故建议采用冷冻结晶分离。更为显著，故建议采用冷冻结晶分离。另：各异构体的分子体积，偶极矩和极性也有细小的差别，另：各异构体的分子体积，偶极矩和极性也有细小的差别，如果有适当的外部物质能使这些异构体的反应活性有显如果有适当的外部物质能使这些异构体的反应活性有显著差别，或者有对异构体有较高吸附选择性的吸附剂，著差别，或者有对异构体有较高吸附选择性的吸附剂，则也可以考虑采取化学反应分离或者吸附分离。则也可以考虑采取化学反应分离或者吸附分离。20换热过程的设计热泵换热过程的设计热泵 热泵是一种把是一种把热量从低温端送向高温端的系量从低温端送向高温端的系统，是一，是一种种节

10、能能设备。它消耗一部分高。它消耗一部分高质量的能量，通量的能量，通过热力循力循环，把自然把自然环境或生境或生产排放出的余排放出的余热加以挖掘加以挖掘进行利用。行利用。21换热过程的设计热泵的效率换热过程的设计热泵的效率 热泵的操作费用取决于驱动压缩的机械能或者电能的费用，热泵的操作费用取决于驱动压缩的机械能或者电能的费用，热泵的经济性能是已消耗单位功量热泵的经济性能是已消耗单位功量Ws所取得的供热量来衡量的，所取得的供热量来衡量的，称为制热系数称为制热系数。对于可逆热泵（逆卡诺循环）的制热系数为：。对于可逆热泵（逆卡诺循环）的制热系数为：由于实际过程中，压缩机运转总是有一定的机械能效率、由于实际过程中，压缩机运转总是有一定的机械能效率、工质流动过程中摩擦起热及漏热造成实际热泵制热系数要小于工质流动过程中摩擦起热及漏热造成实际热泵制热系数要小于可逆热泵的制热系数。可逆热泵的制热系数。能效系数能效系数COP值大于值大于1，热泵是一种比较合理的供热装置。，热泵是一种比较合理的供热装置。22工艺流程图的种类工艺流程图的种类工工艺流程方框流程方框图工工艺流程草流程草图工工艺物料流程物料流程图带控

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