化工设计习题及答案.docx
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1、第一章 化工设计程序和内容本章习题及答案:1、化工设计的种类有哪些?国外通用的设计程序分为哪几个阶段?答: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。国外通用的设计程序分为工艺设计( )、基础工程设计( )和详细工程设计( )三个阶段。2请画出化工厂设计的工作程序示意图。3、画出化工新技术开发的工作框图。4、化工设计人员应具备哪些基本素质,才能完成设计任务?答:1) 具有丰富的工程经验和扎实的化工基础理论知识;2) 充分了解工
2、艺过程,掌握现代化的设计工具和化工单元及最新发展动态;3) 熟知本专业及其他相关专业的关系。5、厂址选择的主要影响因素有哪些?为什么?答:影响因素:a)原料,b)能源,c)水资源,d)运输条件,e)环境影响a)厂址宜选在原材料、能源较丰富或供应方便的地区。b)厂址宜选在水资源丰富、水质较好的地区)厂址应具有较便利的运输条件)选厂应注意节约用地、少占耕地)选厂应注意对当地的环境保护)选厂应考虑周围的协作关系)地势要高、不淹不涝)其他一些注意事项;(避免在地震断层和基本烈度9度以上的地震区,易遭受洪水、泥石流、滑坡的危害的山区,又开采价值的矿藏地区,国家规定的历史文物、生物保护和风景旅游点)。6、
3、为什么要进行可行性研究?可行性研究报告包括哪些内容?答:a)作为建设项目投资决策和编制设计任务书的依据;b)作为向银行申请贷款的依据;c)作为及建设项目有关的各部门商谈合同的依据;d)作为建设项目开展初步设计的基础;e)作为安排基本建设计划和开展各项建设前期工作的依据;f)作为环保部门审查建设项目对环境评价的依据。主要包括:总论;需求预测;产品的生产方案及生产规模;工艺技术方案;原材料、燃料及水电汽的来源及供应;建厂条件和厂址选择布局方案;公用工程和辅助设施方案;节能;环境保护及安全卫生;工厂组织、劳动定员和人员培训;项目实施规划;投资估算和资金筹措;经济效益评价及社会效益评价;结论,包括综合
4、评价和研究报告的结论等内容。7、可行性研究报告和设计任务书有什么区别?答:内容上:可行性研究报告只提供依据 设计任务书是结论;性质上:可行性研究报告给上级提供决策的文件 设计任务书给设计人员的指令;时间上:可行性研究报告在先 设计任务书在后8、设计任务书主要包括哪些内容?(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) 资源综合利用和环境保护、“三废”治理的要求。(5) 建设地区或地点,占地面积的估算。(6) 防空、防震等的要求。(7) 建设工期及进度计划。(8) 投资控制数。(9) 劳动
5、定员控制数。(10) 经济效益、资金来源、投资回收年限。9、简述车间工艺设计的主要内容。车间工艺设计的主要内容:设计准备工作,方案设计,化工计算(物料衡算、能量衡算、设备选型及计算),车间布置设计,配管工程设计,向非工艺专业设计人员提供设计条件,编制概算书及编制设计文件。第二章 工艺流程设计本章习题及答案:1、化工工艺设计包括哪些内容?答:生产方法选择,工艺流程设计,工艺计算,设备的设计及选型,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、工艺流程设计的步骤有哪些?答: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,原料及能量的合理利用,制定“三
6、废”处理方案,制定安全生产措施。3、在选择生产方法和工艺流程时,应该着重考虑哪些原则?简述确定生产方法和工艺流程的步骤。答:先进性、可靠性、合理性。资料搜集及项目调研、生产设备类型及制造厂商调研、对调研结果进行全面分析对比。4、工艺流程设计的任务有哪些?答: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,控制方案的确定,原料及能量的合理利用,制定“三废”处理方案,制定安全生产措施。5、工艺流程图的种类有哪些?管道仪表流程图有哪些版式?答:工艺流程草图,工艺物料流程图,带控制点的工艺流程图,工艺管道及仪表流程图。基础工程设计阶段有:A版图(初版)、B版图(内审版)、C版图(用户版
7、)及D版图(确认版);详细工程设计阶段有:E版图(详1版)、F版图(详2版)、G版图(施工版)。6、根据 20519.2-2009标准,填写下表中工艺流程图的设备类别代号。设备类别代号表( 20519.2-2009)设备类别代 号压缩机、风机C换热器E工业炉F起重运输设备L其他机械M泵P反应器R火炬、烟囱S塔T容器(槽、罐)V计量设备W其他设备X7、根据下列管道仪表流程图中的图例,填写(管道、阀门、设备、等)名称。名 称图 例名 称图 例放空管(帽)阻火器同心异径管喷射器文氏管视镜、视钟离心泵旋转泵、齿轮泵浮顶罐湿式气柜板式塔喷洒塔列管式反应器流化床反应器U型管式换热器离心式压缩机8、下图是某
8、管道的标注,请说明第16单元各表示什么意思?第1单元()为物料代号,代表工艺气体;第2单元(13)为工程工序编号;第3单元(10)为管道顺序号;第4单元(300)为管道规格,代表公称直径300;第5单元(A1A)为管道等级,第一个A表示管道的公称压力等级代号,1表示管道材料等级顺序号,第二个A表示管道材质类别,代号为“铸铁”;第6单元(H)为绝热或隔声代号。9、固定床反应器温度控制形式有哪些?画出示意图。10、软件具有哪些特点?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 工艺计算本章
9、习题及答案:习题1连续常压蒸馏塔进料为含苯质量分数(下同)38()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20000h,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 釜残液中苯的摩尔分数 进料平均相对分子质量 进塔原料的摩尔流量 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 作全塔总质量衡算得 将已知数据代人上述质量衡算方程得解得 所以,组分塔进料塔顶馏出物釜残液%()%()%()%()%()%()苯76003897.4341.967372.685.60
10、94.5287.52227.82.02.922.35甲苯1240062134.858.041240.214.4013.4812.4811159.498.0121.397.65合计20000100232.21008612.810010810011387.2100124.2100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1入口丙烷为计算基准根据反应方程式,1丙烷需要5的氧气及之反应,因氧气过量25%,故需要加入的空气量为 其中 烟道气中各组分的量: 0 23.51 因此,以1入口丙烷为基准的物料衡算结果如下入口
11、出口106.251.2523.5123.510304合计30.78合计31.76从计算结果可以看出,当空气加入量为29.76时,可产生烟道气31.76,所以,每产生100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天然气x 蒸汽蒸汽一段转化炉空气二段转化炉变换2脱除2甲烷化合成氨原料气 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42O3H2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大部分转
12、化为和,转化为和的方程式为2O2+3H2,变换后的气体进入脱除工序脱除,再经甲烷化工序除去残存的微量和后作为合成氨合格原料气。已知某厂天然气的组成为:组分4C2H6C3H8C4H10(正)C4H10(异)C5H12(正)C5H12(异)N22合计%()83.2010.005.160.690.500.060.050.330.01100要求合成氨原料气的组成为:组分H2N24合计%()73.9724.640.311.08100计算天然气的用量和空气的用量。解:以100 合成氨原料气为计算基准。设天然气用量为,添加空气量为。(1)作系统N2平衡因为在天然气蒸汽转化法制造合成氨原料气过程中,N2没有参
13、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N2平衡得 0.0033x + 0.79y =24.64 (A)(2)作系统氢平衡甲烷转化制H2的计量关系推导如下:甲烷蒸汽转化反应过程 变换反应过程 总过程 用同样的方法可推导出烃类蒸汽转化制的计量关系通式为因此,100 天然气可提供的理论H2为组分烃量可提供的理论烃量483.204 83.20=332.80C2H610.007 10.00=70C3H85.1610 5.16=51.60C4H10(正)0.6913 0.69=8.97C4H10(异)0.5013 0.50=6.50C5H12(正)0.0616 0.06=0.96C5H
14、12(异)0.0516 0.05=0.80N20.33020.010合计100471.63因此,天然气进料可提供的理论H2为氢气燃烧的反应过程 燃烧消耗的H2为作系统H2平衡得 (B)式中()是合成氨原料气的4折合为H2物质的量()(A) 式合(B)式联解得到因此,制造100的合成氨原料气需加入天然气18.92,一段转化炉出口需添加31.11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0.1013、25下的反应热。解:乙烯(g)的标准生成热为 环氧乙烷(g)的标准生成热为 因此,0.1013,25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 副反应
15、 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乙烯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45000,其组成如下:组分合计%()3.582.014.5100热损失按反应放出热量的5%考虑,求热载体移出的热量。解:查得有关气体的热容数据如下:组分水蒸气21064.4331.3830.0425066.9431.6745.5635.35103.830.17假设如下热力学途径: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210250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
16、图本章习题及答案:1简述泵的选用及设计程序?答:a.确定泵型b.确定泵的流量及扬程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?答: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简述填料塔设计程序?答: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
17、密度f.计算填料层高度Zg.计算塔的总高度Hh.塔的其它附件设计和选定4化工设备施工图的组成?答: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
18、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.
19、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 简述化工设备图的绘制方法及步骤?答: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6简述化工设备图阅读的基本要求?答:a.了解设备的性能,作用和工作原理;b.了解设备的总体结构、局部结构及各零件之间的装配关系和安装要求;c.了解设备各零部件的主要形状、材料、结构尺寸及强度尺寸和制造要求;d.了解设备在设计、制造、检验和安装等方面的技术要求。第五章 车间布置设计本章习题及答案:一、填空题1设备布置图是在厂房建筑图的基础上增加设备布置的内容,用粗实
20、线表示 设备 ,厂房建筑用 细实线 画出。2设备布置图主要包括反映设备水平布置情况的 平面图和反映某处立面布置情况的 剖面图 。二、选择题1厂房建筑的承重柱在平面中排列所形成的网格称为柱网,沿厂房长度方向的各承重柱自左向右用( A )依次编号。 A 、 、 B 、 、 C A或B2在化工设备图中,设备的轮廓,一般按比例用( A )绘制。A粗实线(b) B中实线(23) C细实线(3) D点划线3在布置 ( A )时,应遵循缩短管长和顺应流程的原则。A换热器 B塔 C泵 D搅拌器4设备布置图中的标高用( A )表示。Am B C D都可以5在设备平面布置图中,设备标注为101b,其中T表示( B
21、 )。A一种设备等级 B一种设备代号 C设备一种材质 D一种设备保温等级6在对塔进行布置时,对于(C)需采用独立布置方案。A将高度相近的塔 B数量不多、结构及大小相似的塔C单塔或特别高大的塔 D较小的塔7以下有关工程设计阶段及版次的叙述错误的是(B )。A工程设计阶段分基础设计和详细工程设计两个阶段B在基础设计阶段,应完成初步设计条件版(A)版,内部审核版(B版)和用户批准版(C)版三个版次的设计C在详细工程设计阶段,应完成1版(详细设计1版),2版(详细设计2版),3版(施工版)三个版次的设计D对于小型或成熟工艺装置的设计,至少应完成初步条件版,设计版和施工版三个版次8设备布置设计不包括的内
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