化工設(shè)計概論試題

1、六.計算題1. 利用乙烯部分氧化制取環(huán)氧乙烷，將乙烯在過量空氣條件下通過銀催化劑進行如 下反應(yīng)，進料物質(zhì)流量為1000mol/h，進料中含乙烯10%（mol），乙烯轉(zhuǎn)化率為25%計算 反應(yīng)器出口物料量。反應(yīng)方程式如下：2GH+O2C2HO2. 氨氧化反應(yīng)器的能量衡算氨氧化反應(yīng)式為：4NH 3 （氣）+ 5Q （氣）4NO （氣）+ 6HO （氣）此反應(yīng)在25C、 101 . 3kPa的反應(yīng)熱為 AH0-?，F(xiàn)有25C的100molNH/h和 300mol 02/h連續(xù)進入反應(yīng)器，氨在反應(yīng)器內(nèi)全部反應(yīng)，產(chǎn)物在300°C呈氣態(tài)離開反應(yīng)器。如操作壓力為101. 3kPa,計算反應(yīng)器應(yīng)輸入或輸

2、出的熱量。300C時NO Q和出0的CP （NQ = J/ （mol C）Cp （Q）= J/ （mol C）Cp （HQ= J/ （mol C）3. 乙苯脫氫制苯乙烯，通入純乙苯為 250kg/h，乙苯與水蒸氣質(zhì)量比為 1:，乙苯轉(zhuǎn) 化率為50%其中在轉(zhuǎn)化掉的乙苯中有90%?；杀揭蚁?0%?；杀?；試計算反應(yīng)器出 口物料質(zhì)量流量。轉(zhuǎn)化成苯乙烯的反應(yīng)：C 8HoCH8+H轉(zhuǎn)化成苯的反應(yīng)：C 8HoCH6+CHl4. 甲烷在連續(xù)式反應(yīng)器中用空氣氧化生產(chǎn)甲醛，甲烷的轉(zhuǎn)化率為40%氧氣完全反應(yīng)。CH 4 （氣）+ O HCH（氣）+ HO（氣）以100mol進反應(yīng)器的甲烷為基準。假定反應(yīng)在足夠低

3、的壓力下進行，氣體便可看作 理想氣體。甲烷于25C進反應(yīng)器.空氣于25C進反應(yīng)器，如要保持出口產(chǎn)物為 150C，需 從反應(yīng)器取走多少熱量？Cp ( Nd50°C) = J/ (molC)Cp (HCHO50C) = J/ (mol C)Cp (H2Q150C) = J/ (mol C)Cp (CH,150C) = ( mol C) H°f (CH) = mol H°f (HCHO = mol H°f ( HjQ) = mol5. 鄰二甲苯空氣氧化制苯酐，乙知鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率為70%氧的用量為理論用量的150%每小時投入鄰二甲苯250kg，試計算出口物料流

4、量。反應(yīng)式如下：GHio+3QfC 8HQ+3HO6. 甲烷和氫氣混合用空氣完全燃燒來加熱鍋爐，煙道氣分析按體積組成為% % % %問：燃料中甲烷和氫氣的比例？反應(yīng)式：F2+1/2O2H2OCH 4+2Q CO+2HO答案一填空題1. 工藝2. 現(xiàn)場施工3. 物料衡算4. 工藝流程5. 物料6. 位號7. 單位時間8. 選擇9. 連續(xù)10. 流程12.閥門13.支承14.腐蝕15.三16.項目17.擴大初步設(shè)計18.設(shè)計說明書19.管道號20.執(zhí)行21.氣相22.質(zhì)量守恒23.離心泵24.攪拌器25.平面26.中間27.管道28.直接29.蒸汽30.溫度31.車間32.工藝33.對流34.間歇

5、35.標(biāo)準（定型 ）36.小37.強度38.外39.平面40.同一41.吸入42. 生產(chǎn)43. 供熱44. 直接45. 完全 二選擇題2. B3. A4. C5. D6. C7. A8. B9. B10. D11. A12. A13. C14. B15. A16. B17. D18. C19. B20. A21. D22. D23. B24. A25. D27. D28. C29. B30. D31. B三名詞解釋題1. 概念設(shè)計是從工程角度出發(fā)進行的一種假想設(shè)計。2. 把各個生產(chǎn)單元按照一定的目的要求，有機地組合在一起，形成一個完整的生產(chǎn)工藝 過程，并用圖形描繪出來，即是工藝流程圖。3. 是

6、對整個車間各工段、各設(shè)施在車間場地范圍內(nèi)，按照它們在生產(chǎn)中和生活中所起的作 用進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稱為地基。5. 總預(yù)備費包括基本預(yù)備費和漲價預(yù)備費兩項。6. 基礎(chǔ)設(shè)計是新技術(shù)開發(fā)的最終成果，它是工程設(shè)計的依據(jù)。7. 工藝流程設(shè)計通過工藝流程圖的形式，形象地反映了化工生產(chǎn)由原料進入到產(chǎn)品輸出的 過程。8. 化工設(shè)備主要指在化工生產(chǎn)中常用的標(biāo)準和非標(biāo)準設(shè)備。9. 用管道將各工段和各設(shè)備連接起來。稱管道布置。10. 設(shè)備購置費包括設(shè)備原價及運雜費用。11. 概算書是在初步設(shè)計階段編制的車間投資的大概計算。12. 工藝流程草圖：是用來表達整個工廠或車

7、間生產(chǎn)流程的圖樣。13. 將各工段與各設(shè)備按生產(chǎn)流程在空間上進行組合、布置稱車間布置。14. 基礎(chǔ)是建筑物的下部結(jié)構(gòu)，埋在地面以下。15. 其他費用是指工程費用以外的建設(shè)項目必須支出的費用。四.簡答題1. 工藝流程四個重要過程。 （4 分）1）原料預(yù)處理過程。（1 分）2）反應(yīng)過程。（ 1 分）3）產(chǎn)物的后處理。（1 分）4）三廢的處理過程。（1 分）2. 車間布置初步設(shè)計的主要內(nèi)容。 （6 分）1. 生產(chǎn)、生產(chǎn)輔助、生活行政設(shè)施的空間布置；2. 決定車間場地與建筑物、構(gòu)筑物的大??；3. 設(shè)備的空間（水平和垂直方向）布置；4. 通道系統(tǒng)、物料運輸設(shè)計；5. 安裝、操作、維修所需的的空間設(shè)計；6

8、. 其他。答出一個得 1分，最多得 6 分3. 工程概算費用的分類。 （4 分）1）設(shè)備購置費。（1 分）2）安裝工程費。（1 分）3）建筑工程費。（1 分）4）其他費用。（1 分）4. 什么情況需要保溫？ （5 分）1）凡設(shè)備或管道表面區(qū)溫度超過50C，需要減少熱損失;2）設(shè)備內(nèi)或輸送管道內(nèi)的介質(zhì)要求不結(jié)晶、不凝結(jié)；3）制冷系統(tǒng)的設(shè)備和管道中介質(zhì)輸送要求保冷;4）介質(zhì)的溫度低于周圍空氣露點溫度，要求保冷;5）季節(jié)變化大。 答出一個得 1 分，最多得 5 分。5. 泵的選用與設(shè)計程序。 （6 分）1 ）確定泵型。2）確定選泵的流量和揚程。3）確定泵的安裝高度。4）確定泵的臺數(shù)和備用率。5）校核

9、泵的軸功率。6）確定冷卻水或驅(qū)動蒸汽的耗用量。7）選用電動機。答出一個得 1 分，最多得 6 分6. 塔型選擇基本原則。 （5 分）1）生產(chǎn)能力大，彈性好。2）滿足工藝要求，分離效率高。3）運轉(zhuǎn)可靠性高，操作、維修方便。4）結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，造價較低。5）塔壓降小。答出一個得 1 分，最多得 5 分。7. 化工車間（裝置）工藝設(shè)計內(nèi)容（ 6 分）1）設(shè)計準備工作2）方案設(shè)計3）化工計算4）車間布置設(shè)計5）化工管路設(shè)計6）提供設(shè)計條件7）編制概算書及編制設(shè)計文件 答出一個得 1 分，最多得 6 分。8. 簡述化工車間管道布置設(shè)計的要求（ 4 分）1）符合生產(chǎn)工藝流程的要求，并能滿足生產(chǎn)需要2）

10、便于操作管理，并能保證安全生產(chǎn)。3）便于管道的安裝和維護。4）要求整齊美觀，并盡量節(jié)約材料和投資。 答出一個得 1分，最多得 6 分。9. 管道支架按其作用分類（ 4 分）32. 固定支架（ 1 分）33. 滑動支架（ 1 分）34. 導(dǎo)向支架（ 1 分）35. 彈簧吊架（ 1 分）10. 簡述化工設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)特點。 （6 分）1）基本形體以回轉(zhuǎn)體為主。3） 殼體上開孔和管口多。4） 廣泛采用標(biāo)準化零部件。5）采用焊接結(jié)構(gòu)多。6）對材料有特殊要求。7）防泄露安全結(jié)構(gòu)要求高。 答出一個得 1分，最多得 6 分。11. 設(shè)計貯罐的一般程序。 （6 分）1）匯集工藝設(shè)計數(shù)據(jù)。2）選擇容器材料。3）

11、容器型式的選用。4）容積計算。5）確定貯罐基本尺寸。6）選擇標(biāo)準型號。7）開口和支座。8）繪制設(shè)備草圖。答出一個得 1 分，最多得 6 分。12. 車間平面布置的內(nèi)容。 （4 分）1）生產(chǎn)設(shè)施。 （1 分）2）生產(chǎn)輔助設(shè)施。（1 分）3）生活行政設(shè)施。（1 分）4）其他特殊用室。（1 分）13. 工藝上降低污垢系數(shù)方法。 （4分）1）改進水質(zhì)，（1 分）2）消除死區(qū)，（1 分）3）增加流速，（1 分）4）防止局部過熱。（1 分）14. 反應(yīng)釜設(shè)計程序。（6 分）1）確定反應(yīng)釜操作方式2）匯總設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)3）計算反應(yīng)釜體積4）確定反應(yīng)釜設(shè)計（選用）體積和臺數(shù)5）反應(yīng)釜直徑和筒體高度、封頭確定6）

12、傳熱面積計算和校核7）攪拌器設(shè)計8）管口和開孔設(shè)計答出一個得 1 分，最多得 6 分。15. 工程概算項目的劃分。 （4 分）1. 工程費用（ 1 分）2. 其他費用（ 1 分）3. 總預(yù)備費（ 1 分）4. 專項費用（ 1 分）16. 簡述車間設(shè)備布置需要滿足的要求。 （6 分）2. 滿足生產(chǎn)工藝要求。 （1 分）3. 符合經(jīng)濟原則。（ 1 分）4. 符合安全生產(chǎn)要求。 （1 分）5. 便于安裝和檢修。（1 分）6. 建筑要求。（1 分）7. 保證良好的操作條件。 （1 分）17. 簡述化工設(shè)計結(jié)合國情應(yīng)考慮的問題（ 6 分）1）中國人民的消費水平及各種化工產(chǎn)品的消費趨勢。 （1 分）1 分

13、）2）中國化工機械設(shè)備及電氣儀表的制造能力。 （1 分）3）中國化工生產(chǎn)所用的化工原材料及設(shè)備用金屬材料的供應(yīng)情況。4）中國環(huán)境保護的有關(guān)規(guī)定和化工生產(chǎn)中三廢排放情況。 （1 分）5）勞動就業(yè)與化工生產(chǎn)自動化水平的關(guān)系。 （1 分）6）資金籌措和外匯貯備情況。 （1 分）18. 露天或半露天布置的優(yōu)點。 （ 4 分）1） 建筑投資少、用地省。 （1分）2）利于安裝和檢修。（1 分）3）有利于通風(fēng)。（1 分）4）防火防爆。（1 分）五.畫圖識圖題1. 畫出真空泵流量調(diào)節(jié)中的真空管吸入支路調(diào)節(jié)示意圖。8. 畫出通過調(diào)節(jié)換熱介質(zhì)來控制換熱器溫度的控制方案示意圖3. 畫出離心泵出口旁路調(diào)節(jié)示意圖。4.

14、 畫出用提餾段塔板溫度控制塔底產(chǎn)品流量來實現(xiàn)精餾塔的控制示意圖5. 畫出離心泵出口直接節(jié)流調(diào)節(jié)示意圖。6. 畫出用精餾段塔板溫度控制塔頂產(chǎn)品流量來實現(xiàn)精餾塔控制的示意圖。六.計算題1.利用乙烯部分氧化制取環(huán)氧乙烷，將乙烯在過量空氣條件下通過銀催化劑進行如 下反應(yīng)，進料物質(zhì)流量為1000mol/h，進料中含乙烯10%(mol)，乙烯轉(zhuǎn)化率為25%計算 反應(yīng)器出口物料量。反應(yīng)方程式如下:2GH+Q2GHO解：以每小時為計算基準。進料：乙烯=1000x 10%=100( mol/h ) ;(1 分)空氣=1000x 90%=900( mol/h ); (1分)其中：氮氣=900x =711 (mol

15、/h ) ;$( 1 分)、 氧氣=900x =189 (mol/h ) ； I|(r分)'轉(zhuǎn)化掉乙烯=100x 25%=25( mol/h ); (1 分)則產(chǎn)物中:未反應(yīng)的乙烯：100-2(mol/h ) ; (1 分)生成環(huán)氧乙烷：25 （mol/h ） ; （1分）消耗氧氣：25 X = （mol/h ） ; （1 分）剩余氧氣：189 = （mol/h ） ; （1 分）氮氣：711 （mol/h ）。（1 分）2. 氨氧化反應(yīng)器的能量衡算氨氧化反應(yīng)式為：4NH 3 （氣）+ 5Q （氣）4NO （氣）+ 6H2O （氣）此反應(yīng)在25C、 101 . 3kPa的反應(yīng)熱為 H&

16、#176;=?，F(xiàn)有25C的100molNH/h和800mol空氣/h連續(xù)進入反應(yīng)器，氨在反應(yīng)器內(nèi)全部反應(yīng)，產(chǎn)物在200C呈氣態(tài)離開反應(yīng)器。如操作壓力為101. 3kPa,計算反應(yīng)器應(yīng)輸入或輸出的熱量。300C 時 NQ、Q、NO 和 H2OCp(N )=(mol -r)Cp(O2)=J/(mol °C)Cp(NO=J/(mol -C)Cp(HO=J/(mol -C)解：題給的進料量由物料衡算得到反應(yīng)器出口各組分的摩爾流量。n (H2O)= 6-4X 100= 150mol/h (1 分)n (NO = 4-4X 100= 100mol/h (1 分)n (Q)= 800X 5-4X

17、100= 43mol/h (1 分)n (N)= 800X = 632mol/h (1 分)算焓時的參考態(tài)：25C, , NH3(氣)，Q (氣)，NO(氣)，H2O (氣)。因此進口的 兩股物料的焓均為零。計算出口物料的焓:H (fO)= n ( HO CP ( HO X (200 -25)=h(1 分)H (NO = n (NO P (NO X (200-25)=539KJ/h(1 分)H (Q ) = n (Q) CP ( O ) X (200 25)=h (1 分)H (N ) = n (N ) CP ( N ) X (200 25)= h (1 分)反應(yīng)放熱 AH0- 100 X (

18、)十4 = 22615 KJ/h (1 分)過程的 H 22615+ + 539+ = h (1 分)3. 乙苯脫氫制苯乙烯，通入純乙苯為250kg/h，乙苯與水蒸氣質(zhì)量比為 1:,乙苯轉(zhuǎn)化率為50%其中在轉(zhuǎn)化掉的乙苯中有90%?；杀揭蚁?；10%?；杀?；反應(yīng)如下。試計 算反應(yīng)器出口物料量。轉(zhuǎn)化成苯乙烯的反應(yīng)：C 8HwfCH8+H轉(zhuǎn)化成苯的反應(yīng)：C 8H0fCH6+GH解：以每小時為計算基準。每小時通入乙苯=250kg/h=h; （1 分）參加反應(yīng)的乙苯x 50%=h;剩余乙苯=x 50%=h=25kg/h; （1 分）配入水蒸氣=250x =325kg/h;（1分）在反應(yīng)掉的乙苯中轉(zhuǎn)化成

19、苯乙烯=x 90%=h （1分）轉(zhuǎn)化成苯=x 10%=; （1分）則反應(yīng)生成：苯乙烯=x 104= （ kg/h ） ;（1 分）氫氣=x 2= （ kg/h ） ;（1 分）苯=x 78=（ kg/h ） ;（1 分）乙烯=x 28= （ kg/h ） ;（1 分）產(chǎn)物中水蒸氣=325 （kg/h ）。（1分）4. 甲烷在連續(xù)式反應(yīng)器中用空氣氧化生產(chǎn)甲醛，甲烷的轉(zhuǎn)化率為40%氧氣完全反應(yīng)。GH 4 （氣）+ Q HGH（氣）+ HO（氣）以100mol進反應(yīng)器的甲烷為基準。假定反應(yīng)在足夠低的壓力下進行，氣體便可看作 理想氣體。甲烷于25E進反應(yīng)器空氣于25E進反應(yīng)器，如要保持出口產(chǎn)物為 15

20、0C，需 從反應(yīng)器取走多少熱量？Cp （Nd50°C） = J/ （molC）Cp （HCHQ50C） = J/ （mol C）Cp （”Q150C） = J/ （mol C）Cp （CH,150C） = （ mol C） H°f (CH4) = mol H°f (HCHO = mol H°f (HO) = mol解：物料基難：100mol進料CH入口： CH4: 100molQ: 100X 40%=40mol2: 40- 21 X 79= ( 1 分)出口：CH4: 100 40=60mol (1 分)HCHO 40mol (1 分)H2O: 40mol (1 分)取25C時生成各個反應(yīng)物和產(chǎn)物的各種原子(即 C Q、H2)為基準，非反應(yīng)物質(zhì) 2 也取25E為基準，將各個焓值計算如下。H 出(NJ50C) = nCp ( N,150C)X (150 25)=550KJ (1 分)H進(CH,25°C) = n 曲 (CH) =X 100= 7485KJ (1 分)H出(CH,150C) = n臥 (CH) +nCP ( CH,150C)X (150-25)= ( +)X 60= 4197KJ (1 分)H出(H2O150C) = n(H2C) +nCp (H2Q150C)X (150-25)= ( +)X