化工过程开发与设计.doc

化工过程开发与设计复习题第一章 化工过程开发概述一.填空题 1.化工开发过程是指从实验室研究成果过渡到实现工业化的科学技术活动。2.直接搜集材料的基础形式：观察法.测量法.实验法和模拟法等。3.化工过程开发的基本方法：实验研究方法和数学模型方法。4.化工过程开发包括：过程研究及工程研究。二.名词解释：1.冷模实验：.采用物理性质与实际工业生产物料相近的惰性物质进行试验，不发生化学反应，单纯考察过程的物理规律。2.热模实验：用实际生产物料并按实际操作条件进行的试验，在试验设备内化学反应和物理过程同时发生，属综合性试验考察，主要是工艺条件的优化。3.工程研究：依赖研究人员和工程人员的知识.经验.和思维，去再创造的过程，是根据对自然规律的认识去创新的新概念的工作。三.简答题1. 化工过程开发的主要步骤有哪些？1.实验室研究 收集资料 概念设计 技术经济评价 模型试验 中试 基础设计 工程设计 建立生产装置2.化学实验室研究与化工生产有何区别？为什么实验室一般不能作为放大成工业规模的设计依据？实验室研究化工生产间歇操作连续操作物料不回收物料回收实验条件精确控制实验条件控制不精确设备容量小，很少考察传质传热等条件设备容量大，对传热传质的影响考察多设备受限设备大.考虑生产诸多条件不考虑设备腐蚀对生产影响必须考虑设备腐蚀对生产影响工业生产需要从经济角度考虑： 原材料的品级及供应渠道 产品质量及市场销售 能源供应及消耗 建设投资和生产成本 “三废”治理和环境保护这些都是在实验室研究中很少考虑的一些问题。因此，将实验室研究成果直接用于大规模工业生产是不合适的。4 论述题1.过程研究和工程研究分别指什么，以及两者间的关系。过程研究和工程研究在化工过程中是两个不同性质的研究工作，前者借助仪器或装置对过程运行的物理和化学规律进行探讨，为过程提供放大的信息和依据，或者则依赖研究和设计者的知识.经验和思维为化工过程开发提供决策，两者过程研究为工程研究提供分析判断的信息，而工程研究则是检验过程研究质量的重要环节。第二章 科学选题一.填空题1.产品需求预测采用 定性分析.定量分析和综合分析。2.我国科学科学研究和科技开发项目的来源的来源主要有三条途径，即计划项目.企业委托项目和自选项目。 .3.技术经济资料主要来源于文献调研.市场调研和实验室工作。 4.863计划从世界高技术发展的趋势和中国的需要与实际出发，坚持有限目标，突出重点方针，选择了 生物技术，航天技术，信息技术，激光技术，自动化技术，能源技术，新材料 7个高新技术领域作为我国高技术研究发展的重点。二.简答题1.选择开发课题应遵循的应遵循的原则有哪些?答：1.选题的先进性和科学性2.选题应符合市场需求和国家的产业政策3.选题应考虑经济效益4.选题应考虑合理的合成路线2、 一项技术技术开发是否可立项的条件有哪些？答;1.发展生产市场 2.合理的的原料路线 3.能够生产出合格的产品 4.有较好的的经济效益和社会效益3.我国的开发研究经费来源有哪些？答：1.国家和地方各级财政拨款 2.企业和各研究单位自筹经费 3.银行和金融机构的科技贷款 4.国际合作机构提供经费三.某化工产品2004年至2008年的需求统计数据如下表，预测2011年的需求量。 年份/年20042005200620072008产量10 4 /t1011131417解：2004至2008年5年产品的年平均增长率为： R=（Yt/Y)1/（t-1）1=（17/10）1/（5-1）1=14.2%则2011年的需求量为： Y2011=Y2008（1+R）t-1 =17（1+0.142）4-1=25.3（t） 第三章 绿色化学与技术一.填空题原子经济性反应的最大特点是: 最大限度的利用反应原料和减少废物排放二.名词解释2、 1.绿色化学：绿色化学使用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康.社区安全.生态环境有害的原料.催化剂.溶剂和试剂.产物和副产物等的使用和产生。3、 2.清洁生产：就是低消耗.低污染高产出.是实现经济效益.社会效益与环境效益相统一的工业生产模式。三.简答题1.原子利用率和产率的区别？2 产率没考虑最终产品以外的产品的使用与产生，而原子经济考察一个合成过程中的所有反应物转化成最终产物的情况，若所有的反应物均全部转化至产物中，则这个合成过程之100%的原子经济性反应。2.清洁生产的内容？ P45四.分析题自选一条目前使用的有机合成路线，用绿色化学原理对其进行评价。 作业题第四章 实验室工作一.填空题1.运用逻辑思维最重要最常见的一些科学方法有：分析 综合 归纳 演绎 类比2.发散思维的主要特征：流畅性 灵活性 独特性3.红外光谱的三要素 峰形 峰位 峰强二.名词解释1 .发散思维：发散思维是指在解决问题是能不拘一格地从仅有的信息中尽可能的扩展开去，朝着各种方向去探寻各种不同的解决问题途径和答案。2. 2 .离子交换分离法：离子交换分离法：利用离子交换剂与溶液中的离子之间所发生的交换反应进行分离的方法。3. 3 .热分析技术：热分析技术是指在程序控制温度下，测量物质的物理性质随温度变化的一类技术。三.简答题1 .简要回答实验室研究的方法有哪些？有思想模型与理想模型试验方法；科学思维的逻辑方法和非逻辑方法;创造性思维方法;数学方法。2 .膜分离中“膜”的定义。如果在一个流体相内或两个流体相之间有一薄层凝聚相物质把流体分隔开来成为两部分，则这一薄层物质就是膜。四.论述题何谓简单蒸馏.水蒸气蒸馏.减压蒸馏和共沸蒸馏？各适用于什么体系？答：简单蒸馏是指通过液体部分汽化，蒸汽在冷凝的过程过程达到分离的蒸馏方法。适用于：两种物质沸点相差较大（5080）；加热时不分解，无气体生成；物质非共沸物或恒沸物；没有有害气体产生。 水蒸气蒸馏是指将水蒸气通入不溶于水（或难溶于水）的有机物中或使有机物与水经过共沸而蒸出的过程。适用于含有无机盐.有机物.水的混合体系；要分离的有机物不溶于水；要分离的有机物可与水形成共沸物或恒沸物。减压蒸馏是指将蒸馏装置连接在一套减压系统上，使蒸馏前整个系统降低到只有常压的十几分之一或几十分之一，使有机物在比正常温度低的多的温度下进行蒸馏。适用于：沸点高的物质以及在常压下蒸馏未达到沸点时即受热分解.氧化或聚合的物质。共沸蒸馏是指向被分离混合液中有目的的加入一种组分，此组分能与被分离混合物中的某一个或几个成分形成具有最低沸点的共沸物，从而使其它的成分的沸点增大，共沸物很容易从体系中蒸出来。适用于：能够与共沸剂形成均相共沸物或非均相共沸物。第五章 化工过程放大一填空1.工业反应器中基本的传递过过程为 动量传递.热量传递.质量传递2. 返混 和 不均匀流动 是在连续流动反应器中发生的两种流动现象。3.经常用 转化率 来表示一个化学反应进行的程度。4.限制返混的主要措施是 分割。 二.名词解释1.冷漠实验：利用空气.水和砂等惰性物料替代化学物料在实验装置或工业装置上进行的实验（P94）2.放大效应：在未充分认识放大规律之前，因过程规模变大所引起的指标不能重复的现象（P87）三.简答1.逐级经验放大方法的基本特征。（1）着眼于外部联系，不研究内部规律。 （2）着眼于综合研究，不试图进行过程分解。 （3）认为的规定了决策序列。 (P88)4、 数学模型法的基本特征。（1）着眼于过程的内部规律，对过程进行分解与综合。 （2）抓住主要矛盾，忽略次要因素，对过程进行简化。 （3）在反应工程理论和传递过程理论指导下建立数学模型。 （4）设计模型来源于实践，又为实践所检验。 （P90）第六章 工程经济一.填空：1.环境评价包括：环境质量评价 和 环境影响评价2.技术经济评价的基本内容主要包括 社会评价、技术评价、技术经济评价和环境评价。二.名词解释1、 生产能力：即设计产量，一个生产装置在设计时预定的产量。2、 折旧率：指单位时间内设备折旧费与设备原价值的比率三.简答产品成本按费用发生地点可以分为哪几类？1.车间成本 2.工厂成本 3.经营成本 4.总成本四.论述题试叙述静态评价方法的优缺点。优点：1.简便.直观，适用于方案粗略评价。2.评价时与相应标准值比较，形成方案约束条件。3.评价指标为绝对指标，可对单一方案进行评价 缺点： 1.不能直观反映项目的总体盈利能力。 2.未考虑方案在经济寿命期内费用.收益的变化情况，未考虑各方案经济寿命差异对经济效果的影响。3.没有引入资金的时间因素，当项目运行时间较长时，不宜用这种方法进行评价。五.计算题某项目的现金流量如下表，设基准投资回收期为8年，试初步判断方案的可行性。年份项目012345678N净现金流量-100-500204040404040累计净现金流量-100-150-150-130-90-50-103070解：累计净现金流量首次出现正值的年份 T =7，第T-1年的累计净现金流量:-10第T年的净现金流量:40 ; 因此所以可以接受项目第七章 安全与环保一.填空题1.爆炸极限的影响因素：温度.压力.容器.惰性介质.氧含量.点火源。2.毒性物质分为：剧毒物.高毒物.中等毒物.低毒物.微毒物二.名词解释1.危险品：凡是具有各种不同程度的燃烧.爆炸.腐蚀.放射性等危险特征的物质，均称为危险品。三简答题1.环境影响评价功能是什么？判断功能.预测功能.选择功能.导向功能。四.论述题1.根据物质燃烧爆炸原理，说说防止发生火灾爆炸事故的基本原则。1. 控制可燃物和助燃物的浓度.温度.压力及混触条件，避免物料处于燃爆的危险状态。2.消除一切足以导致起火爆炸的点火源。3.采取各种阻隔手段，阻止火灾爆炸事故灾害的扩大。 第八章 过程分析与合成一.填空1.非均相混合物分离方法有：非均相混合物的分离方法有沉降和过滤。2.设混合物有10个组分，若用简单塔进行完全分离，则需用 个精馏塔，分离序列数为 。简单塔进行完全分离N1=9，分离序数列=2（N1!N!N1)!=4682二.名词解释1.均相物系：物系内部各处均匀且无相界面，包括溶液.气体混合物等。2.非均相物系：指物系内部有隔不同相的界面且界面两侧的物料性质有差异。三.简答题 1.选择工艺路线的原则是什么？原料供应的稳定性.经济合理性.技术先进性和运行可靠性.生产的安全性.环境的无害性2. 什么是试探法？要点是什么？试探法是试探规则指导下进行合成的方法，其要点是运用试探规则作出判断，从中方多的比较方案中选取少量有希望的结构方案，然后对这几个方案进行深入分析，从中找出最优方案。3、 化工过程合成方法有哪些？试探法.分枝界限法.调优法.计算机辅助过程合成4、 原料选择基本要求有哪些？技术可行性.供需可能性.经济合理性.资源利用合理性。四计算题一个含有5个组分的轻烃混合物的组成如下：组分组成（mol分率）相对组分间相对挥发度（37.7，1.72MPa)容易分离系数CESA丙烷0.052B异丁烷0.151.33C正丁烷0.252.1D异戊烷0.21.25E正戊烷0.35(1)求出对应的溶液分离系数CES(2)拟采用常规蒸馏，试综合出合适的分离序列，分离该5个组分为纯组分。解：（1）求取CES：（以A为例）该分离点下全系统的容易分离系数同理可得相应的值8.25(B）.114.5(C).13.46(D)（2）a.由M1.M2，采用常规蒸馏；由于轻组分沸点低，为减轻冷冻负荷，采用加压下冷冻b.D1.S1未用c.S2，组分D.E间难分离，这是因为其间组分相对挥发度最小，=1.25，故放在最后分离d.由C1，组分E含量大（占0.35），似应先分离出去，但因为S2优于C1，所以组分E不宜先分离出去e.由C2，倾向于50/50分离，加上再考虑CES值，则ABC/DE，即C.D间为分离点较宜，此时为0.45/0.55分离，CES=114.5为最大f.现考虑A.B.C的分离方案选择，需要比较各分离点的CES值f0.05/0.40.2/0.25=(-1)X10010033CES=F12.526.4五论述题简析侯氏制碱法与索氏制碱法的优缺点，并写出各自的主要反应。索氏制碱法的优缺点优点：1.原料（食盐和石灰石）便宜 2.产品纯碱的纯度高3.副产品氨和二氧化碳都可以回收 4.制作步骤简单，适用于大规模生产 缺点：1.NaCl利用率低 2.生产用途不 大的CaCl2。 主要化学反应：1.CaCO3CaO+CO2 CaO+H2OCa(OH)2 2.NaClNH3H2OCO2NaHCO3NH4Cl 3.2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2 4.NH4Cl +Ca(OH)2CaCl2+NH3+H2O侯氏制碱法优点：1.提高了食盐的利用率 2.利用了合成氨工厂的CO2和NH3，不需要石灰石和焦炭，节省了石灰煅烧设备 3.得到了Na2CO3和NH4Cl两种产品 4.流程缩短，设备减少，避免了大量废液和废渣的生成 缺点：设备的腐蚀 主要化学反应：1.NaClNH3H2OCO2NaHCO3NH4Cl . 2.2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2第九章 工业设计基础一填空1.在化工设计过程中，进行物料衡算的依据是：质量守恒定律。 进行能量衡算的依据是：能量守恒定律2.化工设计就过程开发而言，可分为 概念设计.中试设计.基础设计 三个环节3 简答题1. 什么是物料衡算及其基本方程？进入系统的全部物料质量等于离开该系统全部产物质量再加上损失掉的质量和累积起来的物料质量。G输入=G输出+G损失+G积累2.什么是能量恒算及它的基本方程？在物料衡算的基础上，根据能量守恒定律，定量的表示出过程中各步的能量变化关系，确定需提供的获可利用的能量