《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 38780.419638627892FB x ==+ 釜残液中苯的摩尔分数 2780.023*********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 2000232.2/86.13F kmol h == 依题意，馏出液中能回收原料中97%的苯，所以 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解得 124.2/,108/W kmol h D kmol h ==所以，94.5194.510.8752DB x ===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：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 226.25,23.51O mol N mol 烟道气中各组分的量：38C H 0 mol 2N 23.51 mol产生100mol 烟道气需加入的空气量为习题3天然气蒸汽转化法制造合成氨原料气的示意流程图转化炉内进行烃类蒸汽转化反应，以甲烷为例，烃类蒸汽转化的反应方程式为天然气经一段转化炉转化后继续进入二段转化炉反应，在一段转化炉出口添加空气以配合合成氨原料气中所需的氮气，同时，一段转化气中的一部分氢气遇O 2燃烧供给系统热量。

二段转化后再经一氧化碳变换工序使混合气中的CO 大部分转化为CO 2和H 2，CO 转化为CO 2和H 2的方程式为222CO+H O CO +3H 垐?噲?，变换后的气体进入脱除CO 2工序脱除CO 2，再经甲烷化工序除去残存的微量CO 和CO 2后作为合成氨合格原料气。

解：以100 kmol 合成氨原料气为计算基准。

设天然气用量为x kmol ，添加空气量为y kmol 。

（1）作系统N 2平衡因为在天然气蒸汽转化法制造合成氨原料气过程中，N 2没有参加反应，它的数量在反应器的进口、出口物料中没有变化，作系统N 2平衡得0.0033x + 0.79y =24.64 (A)(2)作系统氢平衡甲烷转化制H 2的计量关系推导如下：甲烷蒸汽转化反应过程 422CH +H O CO+3H 垐?噲?CO 变换反应过程 222CO+H O CO +3H 垐?噲?总过程 4222CH +2H O CO +4H 垐?噲?用同样的方法可推导出烃类蒸汽转化制2H 的计量关系通式为2氢气燃烧的反应过程 2222H +O =2H O燃烧消耗的H 2为作系统H 2平衡得20.2173.974 1.08x y -⨯=+⨯471.63100(B) 式中（4 1.08⨯）是合成氨原料气的CH 4折合为H 2物质的量(mol)(A)式合(B)式联解得到因此，制造100kmol 的合成氨原料气需加入天然气18.92kmol ，一段转化炉出口需添加31.11kmol 的空气。

习题4 乙烯氧化为环氧乙烷的反应方程式如下：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/f H kJ mol ∆=乙烯环氧乙烷(g)的标准生成热为 0298,,51/f H kJ mol ∆=环氧乙烷－因此，0.1013Mpa ，25℃下的反应热计算如下：习题5 乙烯氧化制环氧乙烷的反应器中进行如下反应：主反应 242241()()()2C H g O g C H O g +−−→ 副反应 24222()3()2()2()C H g O g CO g H O g +−−→+ 反应温度基本维持在250℃，该温度下主、副反应的反应的反应热分别为0523105395/H kJ kmol -∆=乙烯 0523*******/H kJ kmol -∆=乙烯乙烯的单程转化率为32％，反应的选择性为69％，反应器进口混合气的温度为210℃，流量450003()/m STP h ,其组成如下：210℃下反应器入口混合气体热容250℃下反应器入口混合气体热容因此，反应器入口混合气体在210℃～250℃的平均热容为由热载体移走的热量为第四章设备的工艺设计及化工设备图1.简述泵的选用与设计程序a.确定泵型；b.确定泵的流量与扬程；c.确定泵的安装高度；d.确定泵的台数和备用率按泵的操作台数；e.校核泵的轴功率；f.确定冷却水或驱动蒸汽的耗用量；g.选用电动机；h.填写选泵规格表。

2.简述换热器的设计原则a.换热器设计要满足工艺操作条件，长期运转，安全可靠，不泄漏，维修清洗方便，较高的传热效率，流体阻力尽量小，安装尺寸符合要求；b.确定介质流程；c.确定终端温差；d.确定流速、流向和压力降；e.确定传热系数和污垢系数；f.选用标准系列化的换热。

3.填料塔设计程序a.汇总设计参数和物性数据；b.选用填料；c.确定塔径；d.计算填料塔压降；e.验算塔内喷淋密度；f.计算填料层高度Z；g.计算塔的总高度H；h.塔的其它附件设计和选定。

4.化工设备施工图的组成a.装配图表示设备的全貌、组成和特性的图样，它表达设备各主要部分的结构特征、装配和连接关系、特征尺寸、外形尺寸、安装尺寸及对外连接尺寸、技术要求等。

b.部件图表示可拆或不可拆部件的结构、尺寸，以及所属零部件之间的关系、技术特性和技术要求等资料的图样。

c.零件图表示零件的形状、尺寸、加工，以及热处理和检验等资料的图样。

d.零部件图由零件图、部件图组成的图样。

e.表格图用表格表示多个形状相同．尺寸不同的零件的图样。

f.特殊工具图表示设备安装、试压和维修时使用的特殊工具的图样。

g.标准图(或通用图) 指国家部门和各设计单位编制的化工设备上常用零部件的标准图和通用图。

h.梯子平台图支承于设备外壁上的梯子、平台结构的图样。

i.预焊件图设备外壁上保温、梯子、平台、管线支架等安装前在设备外壁上需预先焊接的零件的图样。

j.管口方位图设备上管口、支耳、吊耳、人孔吊柱、板式塔降液波板、换热器折流板缺口位置；地脚螺栓、接地板、梯子及铭牌等方位的图样。

k.技术要求设备在制造、试验、验收时应遵守的条款和文件。

l.计算书设备强度、刚度等的计算文件。

当用计算机计算时，应将输入数据和计算结果作为计算文件。

m.说明书设备结构原理、技术特性、制造、安装、运输、使用、维护、检修及其它需说明的文件。

n.图纸目录每个设备的图纸及技术文件的全套设计文件的清单。

5.化工设备图的绘制方法及步骤a.确定绘图比例、选择图幅、布图、画图；b.尺寸和焊缝代号标注；c.编写零部件序号和管口符号；d.填写明细栏和管口表；e.填写设计数据表、标题栏等。