2023年化工设计概论试卷最新版.pdf

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1、一填空题 六.计算题 1.利用乙烯局部氧化制取环氧乙烷，将乙烯在过量空气条件下通过银催化剂进行如下反响，进料物质流量为 1000mol/h，进料中含乙烯 10%mol，乙烯转化率为 25%，计算反响器出口物料量。反响方程式如下：2C2H4+O22C2H4O 2.氨氧化反响器的能量衡算 氨氧化反响式为：4NH3气5O2气 4NO气6H2O气 此反响在 25、1013kPa 的反响热为 H0r=904.6KJ。现有 25的 100molNH3/h 和 300mol O2/h 连续进入反响器，氨在反响器内全部反响，产物在 300呈气态离开反响器。如操作压力为 1013kPa，计算反响器应输入或输出的

2、热量。300时 NO、O2 和 H2O 的 PCNO30.80 J/mol PCO230.80 J/mol PCH2O34.80 J/mol 3.乙苯脱氢制苯乙烯，通入纯乙苯为 250kg/h，乙苯与水蒸气质量比为 1：1.3，乙苯转化率为 50%，其中在转化掉的乙苯中有 90%转化成苯乙烯；10%转化成苯；试计算反响器出口物料质量流量。转化成苯乙烯的反响：C8H10C8H8+H2 转化成苯的反响：C8H10C6H6+C2H4 4.甲烷在连续式反响器中用空气氧化生产甲醛，甲烷的转化率为 40%，氧气完全反响。CH4气O2 HCHO气H2O气 以 100mol 进反响器的甲烷为基准。假定反响在足

3、够低的压力下进行，气体便可看作理想气体。甲烷于 25进反响器空气于 25进反响器，如要保持出口产物为 150，需从反响器取走多少热量？PCN2,15029.24 J/mol PCHCHO,1509.12 J/mol PCH2O,15034.00 J/mol PCCH4,15039.2J/mol H0f CH4=74.85KJ/mol H0f HCHO=115.9KJ/mol H0f H2O=241.83KJ/mol 5.邻二甲苯空气氧化制苯酐，乙知邻二甲苯的转化率为 70%，氧的用量为理论用量的 150%，每小时投入邻二甲苯 250kg，试计算出口物料流量。反响式如下：C8H10+3O2C8H

4、4O3+3H2O 6.甲烷和氢气混合用空气完全燃烧来加热锅炉，烟道气分析按体积组成为N272.28%；CO28.12%；O22.44%；H2O17.15%。问：燃料中甲烷和氢气的比例？反响式：H2+1/2O2H2O CH4+2O2CO2+2H2O 答案 一填空题 1.工艺 2.现场施工 3.物料衡算 4.工艺流程 5.物料 6.位号 7.单位时间 8.选择 气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可

5、产?料质?的开需从产取走9.连续 10.流程 11.列管式 12.阀门 13.支承 14.腐蚀 15.三 16.工程 17.扩大初步设计 18.设计说明书 19.管道号 20.执行 21.气相 22.质量守恒 23.离心泵 24.搅拌器 25.平面 26.中间 27.管道 28.直接 29.蒸汽 30.温度 31.车间 32.工艺 33.对流 34.间歇 35.标准定型)36.小 37.强度 气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料

6、为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的开需从产取走38.外 39.平面 40.同一 41.吸入 42.生产 43.供热 44.直接 45.完全 二选择题 2.B 3.A 4.C 5.D 6.C 7.A 8.B 9.B 10.D 11.A 12.A 13.C 14.B 15.A 16.B 17.D 18.C 19.B 20.A 气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的开需从产取

7、走21.D 22.D 23.B 24.A 25.D 26.A 27.D 28.C 29.B 30.D 31.B 三名词解释题 1.概念设计是从工程角度出发进行的一种假想设计。2.把各个生产单元按照一定的目的要求，有机地组合在一起，形成一个完整的生产工艺过程，并用图形描绘出来，即是工艺流程图。3.是对整个车间各工段、各设施在车间场地范围内，按照它们在生产中和生活中所起的作用进行合理的平面和立面布置。4.建筑物的下面，支承建筑物重量的全部土壤称为地基。5.总预备费包括根本预备费和涨价预备费两项。6.根底设计是新技术开发的最终成果，它是工程设计的依据。7.工艺流程设计通过工艺流程图的形式，形象地反映

8、了化工生产由原料进入到产品输出的过程。8.化工设备主要指在化工生产中常用的标准和非标准设备。9.用管道将各工段和各设备连接起来。称管道布置。10.设备购置费包括设备原价及运杂费用。11.概算书是在初步设计阶段编制的车间投资的大概计算。12.工艺流程草图：是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样。13.将各工段与各设备按生产流程在空间上进行组合、布置称车间布置。气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可

9、产?料质?的开需从产取走14.根底是建筑物的下部结构，埋在地面以下。15.其他费用是指工程费用以外的建设工程必须支出的费用。四.简答题 1.工艺流程四个重要过程。(4 分)1)原料预处理过程。1 分 2)反响过程。1 分 3)产物的后处理。1 分 4)三废的处理过程。1 分 2.车间布置初步设计的主要内容。6 分 1.生产、生产辅助、生活行政设施的空间布置；2.决定车间场地与建筑物、构筑物的大小；3.设备的空间水平和垂直方向布置；4.通道系统、物料运输设计；5.安装、操作、维修所需的的空间设计；6.其他。答出一个得 1 分，最多得 6 分 3.工程概算费用的分类。4 分 1)设备购置费。1 分

10、 2)安装工程费。1 分 3)建筑工程费。1 分 4)其他费用。1 分 4.什么情况需要保温？(5 分)1)凡设备或管道外表区温度超过 50，需要减少热损失；2)设备内或输送管道内的介质要求不结晶、不凝结；3)制冷系统的设备和管道中介质输送要求保冷；4)介质的温度低于周围空气露点温度，要求保冷；5)季节变化大。答出一个得 1 分，最多得 5 分。气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的

11、开需从产取走5.泵的选用与设计程序。(6 分)1确定泵型。2确定选泵的流量和扬程。3确定泵的安装高度。4确定泵的台数和备用率。5校核泵的轴功率。6确定冷却水或驱动蒸汽的耗用量。7选用电动机。8填写选泵规格表。答出一个得 1 分，最多得 6 分。6.塔型选择根本原那么。(5 分)1)生产能力大，弹性好。2)满足工艺要求，别离效率高。3)运转可靠性高，操作、维修方便。4)结构简单，加工方便，造价较低。5)塔压降小。答出一个得 1 分，最多得 5 分。7.化工车间装置工艺设计内容6 分 1)设计准备工作 2)方案设计 3)化工计算 4)车间布置设计 5)化工管路设计 6)提供设计条件 7)编制概算书

12、及编制设计文件 答出一个得 1 分，最多得 6 分。8.简述化工车间管道布置设计的要求4 分 1)符合生产工艺流程的要求，并能满足生产需要。2)便于操作管理，并能保证平安生产。气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的开需从产取走3)便于管道的安装和维护。4)要求整齐美观，并尽量节约材料和投资。答出一个得 1 分，最多得 6 分。9.管道支架按其作用分类4 分 32.固定支架 1 分 3

13、3.滑动支架 1 分 34.导向支架 1 分 35.弹簧吊架 1 分 10.简述化工设备的根本结构特点。(6 分)1)根本形体以回转体为主。2)各局部结构尺寸大小相差悬殊。3)壳体上开孔和管口多。4)广泛采用标准化零部件。5)采用焊接结构多。6)对材料有特殊要求。7)防泄露平安结构要求高。答出一个得 1 分，最多得 6 分。11.设计贮罐的一般程序。(6 分)1)聚集工艺设计数据。2)选择容器材料。3)容器型式的选用。4)容积计算。5)确定贮罐根本尺寸。6)选择标准型号。7)开口和支座。8)绘制设备草图。答出一个得 1 分，最多得 6 分。12.车间平面布置的内容。(4 分)1)生产设施。1

14、分 2)生产辅助设施。1 分 气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的开需从产取走3)生活行政设施。1 分 4)其他特殊用室。1 分 13.工艺上降低污垢系数方法。4 分 1)改良水质，1 分 2)消除死区，1 分 3)增加流速，1 分 4)防止局部过热。1 分 14.反响釜设计程序。6 分 1确定反响釜操作方式 2汇总设计根底数据 3计算反响釜体积 4确定反响釜设计选用体积和台数 5

15、反响釜直径和筒体高度、封头确定 6传热面积计算和校核 7搅拌器设计 8管口和开孔设计 答出一个得 1 分，最多得 6 分。15.工程概算工程的划分。(4 分)1.工程费用1 分 2.其他费用1 分 3.总预备费1 分 4.专项费用1 分 16.简述车间设备布置需要满足的要求。6 分 2.满足生产工艺要求。1 分 3.符合经济原那么。1 分 4.符合平安生产要求。1 分 5.便于安装和检修。1 分 6.建筑要求。1 分 7.保证良好的操作条件。1 分 气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想

16、于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的开需从产取走17.简述化工设计结合国情应考虑的问题6 分 1)中国人民的消费水平及各种化工产品的消费趋势。1 分 2)中国化工机械设备及电气仪表的制造能力。1 分 3)中国化工生产所用的化工原材料及设备用金属材料的供给情况。1 分 4)中国环境保护的有关规定和化工生产中三废排放情况。1 分 5)劳动就业与化工生产自动化水平的关系。1 分 6)资金筹措和外汇贮备情况。1 分 18.露天或半露天布置的优点。4 分 1)建筑投资少、用地省。1 分 2)利于安装和检修。1 分 3)有利于通风。1

17、分 4)防火防爆。1 分 五.画图识图题 1.画出真空泵流量调节中的真空管吸入支路调节示意图。气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的开需从产取走8.画出通过调节换热介质来控制换热器温度的控制方案示意图。3.画出离心泵出口旁路调节示意图。4.画出用提馏段塔板温度控制塔底产品流量来实现精馏塔的控制示意图。气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中

18、的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的开需从产取走5.画出离心泵出口直接节流调节示意图。6.画出用精馏段塔板温度控制塔顶产品流量来实现精馏塔控制的示意图。六.计算题 1.利用乙烯局部氧化制取环氧乙烷，将乙烯在过量空气条件下通过银催化剂进行如下反响，进料物质流量为 1000mol/h，进料中含乙烯 10%mol，乙烯转化率为 25%，计算反响器出口物料量。反响方程式如下：2C2H4+O22C2H4O 解：以每小时为计算基准。进料：乙烯=100010%=100mol/h

19、;1 分 空气=100090%=900mol/h；1 分 气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的开需从产取走其中：氮气=9000.79=711mol/h;1 分 氧气=9000.21=189mol/h;1 分 转化掉乙烯=10025%=25mol/h；1 分 那么产物中：未反响的乙烯：10025=75mol/h;1 分 生成环氧乙烷：25mol/h;1 分 消耗氧气：250.5=12

20、.5mol/h;1 分 剩余氧气：18912.5=176.5mol/h;1 分 氮气：711mol/h。1 分 2.氨氧化反响器的能量衡算 氨氧化反响式为：4NH3气5O2气 4NO气6H2O气 此反响在 25、1013kPa 的反响热为 H0r=904.6KJ。现有 25的 100molNH3/h 和 800mol 空气/h 连续进入反响器，氨在反响器内全部反响，产物在 200呈气态离开反响器。如操作压力为 1013kPa，计算反响器应输入或输出的热量。300时 N2、O2、NO 和 H2O 的 PCN229.50J/mol PCO230.80 J/mol PCNO30.80 J/mol P

21、CH2O34.80 J/mol 解：题给的进料量由物料衡算得到反响器出口各组分的摩尔流量。nH2O6 4 100150mol/h1 分 nNO4 4 100100mol/h1 分 nO2800 0.215 4 10043mol/h1 分 nN2800 0.79632mol/h1 分 算焓时的参考态：25，101.3KPa，NH3气，O2气，NO气，H2O气。因此进口的两股物料的焓均为零。计算出口物料的焓：气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在

22、的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的开需从产取走HH2O nH2OPCH2O(200-25)=913.5KJ/h 1 分 HNO nNOPCNO(200-25)=539KJ/h 1 分 HO2=nO2PCO2(20025)=231.77KJ/h 1 分 HN2=nN2PCN2(20025)=3262.7KJ/h 1 分 反响放热 H0r=100 (904.6)4=22615 KJ/h 1 分 过程的 H=22615913.5539231.773262.7=17668.03KJ/h1 分 3.乙苯脱氢制苯乙烯，通入纯乙苯为 250kg/h，乙苯与水蒸气质量比为 1：1.3

23、，乙苯转化率为 50%，其中在转化掉的乙苯中有 90%转化成苯乙烯；10%转化成苯；反响如下。试计算反响器出口物料量。转化成苯乙烯的反响：C8H10C8H8+H2 转化成苯的反响：C8H10C6H6+C2H4 解：以每小时为计算基准。每小时通入乙苯=250kg/h=2.358kmol/h;(1 分)参加反响的乙苯 2.358 50%=1.179kmol/h;剩余乙苯=2.358 50%=1.179kmol/h=125kg/h;(1 分)配入水蒸气=250 1.3=325kg/h;(1 分)在反响掉的 1.179kmol 乙苯中转化成苯乙烯=1.179 90%=1.061kmol/h；(1 分)

24、转化成苯=1.17910%=0.1179kmol;(1 分)那么反响生成：苯乙烯=1.061 104=110.34kg/h;(1 分)氢气=1.061 2=2.33kg/h;(1 分)苯=0.1179 78=9.20kg/h;(1 分)乙烯=0.1179 28=3.30kg/h;(1 分)产物中水蒸气=325kg/h。(1 分)4.甲烷在连续式反响器中用空气氧化生产甲醛，甲烷的转化率为 40%，氧气气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行

25、现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的开需从产取走完全反响。CH4气O2 HCHO气H2O气 以 100mol 进反响器的甲烷为基准。假定反响在足够低的压力下进行，气体便可看作理想气体。甲烷于 25进反响器空气于 25进反响器，如要保持出口产物为 150，需从反响器取走多少热量？PCN2,15029.24 J/mol PCHCHO,1509.12 J/mol PCH2O,15034.00 J/mol PCCH4,15039.2J/mol H0f CH4=74.85KJ/mol H0f HCHO=115.9KJ/mol H0f H2O=241.83KJ/mol 解：物料基难：10

26、0mol 进料 CH4 入口：CH4：100mol O2：100 40%=40mol N2：40 21 79=150.48mol1 分 出口：CH4：10040=60mol 1 分 N2：150.48mol HCHO：40mol1 分 H2O：40mol1 分 取 25时生成各个反响物和产物的各种原子即 C、O2、H2为基准，非反响物质 N2也取 25为基准，将各个焓值计算如下。H出N2,150=nPCN2,150(15025)=550KJ1 分 H进CH4,25=nH0f CH4=74.85 100=7485KJ1 分 H出CH4,150=nH0f CH4+nPCCH4,150(150-25

27、)=74.85+4.9 60=4197KJ1 分 气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的开需从产取走H出H2O,150=nH0f H2O+nPCH2O,150 (150-25)=241.83+4.25 40=9503.2KJ1 分 H出HCHO,150=nH0f HCHO+nPCHCHO,150(150-25)=115.9+1.14 40=4590.4KJ1 分 H=550 4197

28、9503.24590.47485=10255.6KJ1 分 5.邻二甲苯空气氧化制苯酐，乙知邻二甲苯的转化率为 70%，氧的用量为理论用量的 150%，每小时投入邻二甲苯 250kg，试计算出口物料流量。反响式如下：C8H10+3O2C8H4O3+3H2O 解：以每小时为计算基准。反响式 C8H10+3O2C8H4O3+3H2O 进料：邻二甲苯=250106=2.358kmol/h(邻二甲苯 M=106);1 分 氧气=2.35870%3150%=7.43 kmol/h;1 分 氮气=7.430.790.21=27.95kmol/h;1 分 出料：苯酐=2.35870%=1.65kmol/h;

29、1 分 水=2.35870%3=4.95kmol/h;1 分 氧气=7.432.35870%3=2.48kmol/h2 分;氮气=27.95kmol/h;1 分 未反响的邻二甲苯=250170%=75kg/h，75106=0.71kmol/h2 分 6.甲烷和氢气混合用空气完全燃烧来加热锅炉，烟道气分析按体积组成为N272.28%；CO28.12%；O22.44%；H2O17.15%。问：燃料中甲烷和氢气的比例？反响式：H2+1/2O2H2O CH4+2O2CO2+2H2 O 解：以烟道气 100mol 为计算基准，那么 N272.28mol；CO28.12 mol；O22.44 mol；H2

30、O17.15 mol。由 CO2量和反响式计算出甲烷量为 8.12mol;2 分 燃烧需氧为 8.12 2=16.24mol;2 分 以氮气为联系物，计算进料中的空气量和氧量：气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的开需从产取走空气为 72.280.79=91.49mol,1 分 氧气为 91.490.21=19.21mol。1 分 计算进料中的氢：氢燃烧耗氧量为 19.2116.242.44=0.53mol，1 分 氢为 0.53 2=1.06mol，1 分 通过以上计算得：燃料中甲烷和氢气的比例为 8.121.06=7.66。2 分 气此反响在的热为现有和连续进入器氨内全部产物呈态离的开如操作压力产转化掉乙苯的开苯中的开现成烯试计算出口料质量流甲烷在的口足够现低下行体便可看理想于空现掉要保想于持现掉要理想于需从取走多少?在的口行现?料为低?在的口现料质?掉想于?持?便可产?料质?的开需从产取走