化工设计概论试卷.docx

课程名称：化工设计概论 开课性质： 考查（闭卷） 适用班级： 精细0511/12/13/14 适用学期： 08-09-2姓名 班级 学号 得分 一、填空1化工设计是一个将系统（如一个工厂、一个车间或一套装置）全部用工程制图的方式，描绘成图纸、表格及必要的文字说明，也就是把工艺流程、技术装备转化成工程语言的过程。2化工设计的特点是政策性强、技术性强、经济性强、综合性强。3化工设计的发展与石油化学工业等技术的发展有直接的关系。4完成初步设计的同时还应当做出总概算。5施工图设计的任务是根据初步设计审批意见，解决初步设计阶段待定的各种问题，并以其作为施工单位编制施工组织、施工设计、施工预算和进行施工的依据。6施工图设计详细内容包括图纸总目录、工艺图纸目录、带控制点工艺流程图、首页图、设备布置图、设备图、设备表、管路安装图、综合材料表、设备管口方位图、设备及管路的保温与防腐设计等。7现场施工中设计代表的任务是参加基建的现场施工和安装、调试工作，作技术指导，使装置达到设计所规定的各项指标要求。8车间工艺设计包括的内容有生产方法的选择、工艺流程的设计、工艺计算、车间布置设计、化工管路设计、提供设计条件及编制概算书和设计文件等。9设计人员接受任务后，首先要解决的问题是选择合适的生产方法。10工艺设计的中心环节是工艺计算。11工艺计算的主要内容包括物料衡算、热量衡算、设备计算与选型等，并在此基础上绘制物料流程图、主要设备总图和必要部件图，以及带控制点的工艺流程图。12车间布置设计的任务是确定整个工艺流程中的全部设备在平面和空间中的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构形式。13化工管路设计的任务是确定装置的全部管线、阀件、管件及各种管架的位置，以满足生产工艺的要求。14提供设计条件的内容包括总图、土建、运输、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加热、采暖通风、给排水等非工艺专业的设计条件。15设计中经常进行分析比较的技术经济指标有产品成本、基建投资、劳动生产率、投资回收率、消耗定额、劳动力需要量和工资总额等。16设计文件内容包括设计说明书、附图（流程图、设备布置图、设备图等）和附表（设备一览表、材料汇总表等）。17选择生产方法就是选择工艺路线。18生产工艺流程图一般由物料流程、图例和设备一览表3个部分组成。19设备一览表只需列出序号、位号、设备名称和备注即可。20在生产工流程图中，设备轮廓线用细实线画出，物料管线用粗实线画出，动力管线用中实线画出。21物料流程图一般以车间为单位进行绘制。22工艺流程设计的第一步是确定生产线数目。23全工艺流程的核心是反应过程。24一般采用的绘制比例是1100，如设备过大或过小，则比例相应用1200或150。25带控制点的工艺流程图包括图形、标注、图例和标题栏4个部分内容。26设备的标注由设备位号、设备名称及设备标注线组成。27设备位号由设备分类代号、主项代号、设备顺序号和有相同设备的数量尾号组成。28写出常用设备名称及其代号序号分类代号序号分类代号序号分类代号1泵P5工业炉F9起重运输设备L2反应器R6容器（槽、罐）V10计量设备W3换热器E7塔T11其它机械M4压缩机、风机C8火炬、烟囱S12其他设备X29绘制管路时，应避免穿过设备或使管路交叉，确实不能避免时，应将横向管路线断开一段。30水平管路，在管线的上方标注管路标志方位；垂直管路，在管线的左侧标注管路标志方位。31写出常用仪表控制点参量及其代号序号参量代号1温度T2压力P3液位L4流量F5质量W6速度（频率）S7湿度（水分）K32仪表位号由字母代号和阿拉伯数字编号组成。第一个字母表示被测量，后继字母表示仪表的功能。33仪表位号的标注法是上半圆中填写字母代号，下半圆中填写数字编号。34精馏塔的具体控制方案是通过塔顶、塔底及进料控制实现的。35塔顶控制方案的基本要求是：将出塔蒸气的绝大部分冷凝下来，排除不凝性气体；调节回流量LR和馏出液量D，保持塔内压力稳定。36物料衡算的目的是根据原料与产品之间的定量转化关系，计算原料的消耗量，各种中间产品、产品和副产品的产量，生产过程中各阶段的消耗量以及组成，进而为热量衡算、其他工艺计算及设备计算打下基础。37物料衡算的基础是质量守恒定律。38转化率是表示原料通过化学反应产生化学变化的程度。计算式如下：转化率=反应掉的原料量原料量100%39要想生产能力大，过程既经济又合理，则单程收率越高越好。40连续过程的物料衡算方法有直接求算法、利用节点进行核算法和利用联系组分进行物料衡算法3种。41循环过程的目的是维持操作，控制产品质量，降低原料消耗，提高原料利用率等。42化工生产中常用的加热剂有水蒸气、烟道气、电能，有时也用联苯醚等有机热载体。43化工生产中常用的冷却剂有水、空气、冷冻盐水等。44动力消耗包括自来水（一次水）、循环水（二次水）、冷冻盐水、蒸气、电、石油气、重油、氮气、压缩空气等。45设备设计与选型是在物料衡算和热量衡算基础上进行的，其目的是决定工艺设备的类型、规格、主要尺寸和台数，为车间布置设计、施工图设计及非工艺设计项目提供足够的设计数据。46化工设备的主要技术经济指标有单位生产能力、消耗系数、设备价格、管理费用和产品总成本。47一般化工设备的使用年限是1020年，高压设备的使用年限是2025年。48流量按最大流量计或正常流量的1.11.2倍计。扬程为所需的实际扬程，它依管网的安装和实际操作条件而定。所选泵的扬程值应大于实际生产所需的扬程值。49因为结构简单，输液无脉动，流量调节简单，因此，除难以胜任的场合外，应尽可能选用离心泵。50选择换热器时，要根据热负荷、流量的大小，流体的流动特性和污浊程度，操作压力和温度，允许的压力损失等因素，结合各种换热器的特征与使用场所的客观条件来合理选择。51一个好的分离方案应具有合理利用能量、降低能耗，设备投资少，生产能力大，产品质量稳定及操作简便等特点。52精馏设备的型式很多，按塔内部主要部件不同，可以分为板式塔与填料塔两大类。板式塔又有筛板塔、浮阀塔、泡罩塔、浮动喷射塔多种型式；而填料塔也有多种填料。53在精馏设备选型时应满足生产能力大，分离效率高，体积小，可靠性高，满足工艺需要，结构简单，踏板压力降小等的要求。54对各种形式塔板的成本进行比较时，不仅考虑一层塔板的造价，还应当将塔板的效率和处理能力考虑在内，也就是从完成同一分离任务考虑，对塔的总投资来进行比较。55按结构分类，反应器有管式反应器、釜式反应器、固定床反应器、流化床反应器等，另外还有鼓泡式反应器、塔式反应器等。56搅拌器的形式有桨式、涡轮式、推进式、框式（或锚式）、螺杆式及螺带式等。57反应釜的换热主要有夹套、内冷、外冷、溶剂蒸发、回流冷却和直接加冷却剂等方式。58蒸发设备的选型主要考虑被蒸发溶液的性质，如黏度、发泡性、腐蚀性、热敏性和是否容易结晶或析出结晶等因素。59室内布置受气候影响小，操作条件好。小规模的间隙操作、操作频繁的设备或低温地区的设备，以室内布置为宜。60图的绘制一般分下列3个阶段进行：先绘制生产工艺流程草图；再绘制物料流程图；后绘制带控制点的工艺流程图。61塔的布置形式很多，常在室外集中布置，在满足工艺流程的前提下，可把高度相近的塔相邻布置。62塔通常安装在高位换热器和容器的建筑物或框架旁，利用容器或换热器的平台作为塔的人孔、仪表和阀门的操作与维修的通道。63换热器的布置原则是顺应管路和缩小管路长度，其位置取决于与他密切联系的设备布置。64釜式反应器一般用挂耳支承在建（构）筑物或操作台的梁上；对于体积大、质量大或振动大的设备，要用支脚直接支撑在地面或楼板上。两台以上相同的反应器应尽可能排成一直线。65泵应尽量靠近供料设备，以保证良好的吸入条件。它们常集中布置在室外、建筑物底层或泵房。66往复式压缩机结构复杂，拆装时间长，所以都布置在压缩机室内，并配有起重装置，其周围要留有足够大的空地。67按HG20519.7-92规定，设备布置图一般只绘平面图。图样中包括一组视图、尺寸及标注、安装方位标、附注说明及标题栏等。68对于较复杂的装置或有多层建（构）筑物的装置，当平面图表示不清楚时，可以绘制剖视图或局部剖视图。剖视符号用AA、BB、XX大写英文字母表示。69管路是化工生产中不可缺少的组成部分，像人体中的血管一样，起着输送各种流体的作用。70公称通径既不是管子的内径也不是管子的外径，而是管子的名义直径，它与管子的实际内径相接近，但不一定相等。公称通径用DN表示。71公称压力是管路、管件和阀门在一定温度范围内的最大允许工作压力。用PN表示。72管路连接常用的方法有焊接、螺纹连接和法兰连接3种。73阀门的作用是控制流体在管内的流动。其功能有启闭、调节、节流、自控和保证安全等。74不同流体按其性质、形态和操作要求不同，应选用不同的流速。黏度较大的流体，管内的压力降较大，流速应较低。75计算管路压力降的目的是为了选择合适的泵、压缩机、鼓风机等输送设备和校核流速或管径。最常用的方法是利用算图进行计算。76管路应避免通过电动机、仪表盘、配电盘上空；塔及容器的管路不可从人孔正前方通过。77管路安装时应尽量避免出现“气袋”、“口袋”和盲肠，当无法避免时，应在管线最高点设置放空阀，最低点设置放静阀。阀门、仪表的安装应方便操作与维修，一般阀门安装高度以离操作面1.2 m为宜，水平管路上的阀门、阀杆不宜垂直向下。78人孔应设在安全、方便的操作区，常将一个塔的几个人孔设在一条垂线上，并对着道路。二、选择题(20分，每题1分)1属于换热器的控制方案有（AB）（A）调节换热介质流量；（B）旁路调节；（C）循环调节；（D）PID调节2在带控制点的工艺流程图中，常用比例为：（B）（A）1：10；（B）1：100；（C）1：35；（D）1:1503常用设备分类代号中，表示泵的符号为：（B）（A）B；（B）P；（C）D；（D）C4工艺流程图中表示工艺气的是：（C）（A）PA；（B）PGS；（C）PG；（D）IG5在仪表位号的标注中，TRC的含义是：（C）（A） 温度报警积分；（B） 温度控制变送；（C） 温度记录控制；（D） 温度积分控制6单程转化率与总转化率的区别在于：（A）（A） 计算基准；（B） 计算方法；（C） 计算目标；（D） 计算程序7在设备布置图中，安装方位标的圆直径为：（C）（A）5 mm；（B）10 mm；（C）14 mm；（D）20 mm8同一公称通径管子的（A）相同。（A）外径；（B）内、外径的算术平均值；（C）内径；（D）内、外径的对数平均值9管子中流体和气体的流速一般不超过（C）。（A）5 m/s，50 m/s ；（B）3 m/s，30 m/s；（C）3 m/s，100 m/s；（D）10 m/s，100 m/s10黏度大的流体一般应选择（A）。（A）低流速；（B）高流速；（C）适宜流速；（D）特定流速11在进行车间布置设计时，宜优先考虑（C）。（A）室内布置；（B）T形布置；（C）露天布置；（D）L形布置12在进行车间布置设计时，加热炉、明火设备与产生易燃易爆气的设备间的距离一般不小于（C）。（A）10 m；（B）15 m；（C）18 m；（D）30 m13在不影响工艺流程的情况下，较高设备宜（A）。（A）集中布置；（B）T形布置；（C）分散布置；（D）L形布置14绘制管路布置图时常用常比例为（C）。（A）1：10；（B）1：20；（C）1：30；（D）1：10015在化工设计过程中，概算工作在（BC）过程进行。（A）编制设计任务书；（B）初步设计 ；（C）施工图设计；（D）现场施工中16在绘制带控制点的工艺流程图时，遇到管路穿过设备或交叉时应（A）。（A） 将纵向管路断开一段；（B）将横向管路断开一段；（C） 将横、纵向管路断开一段；（D）将管路都不断开17用作保温材料的热导率宜（A）。（A）低；（B）高；（C）较高；（D）适中18在绘制带控制点的工艺流程图时，遇到管路拐弯时应（A）。（A）成直角；（B）圆弧；（C）成45度角；（D）成60度角19在带控制点的工艺流程图中，仪表编号的标注方法是：上半圆中填写（C），下半圆中填写（ ）（A）数字编号，字母代号；（B）参量代号，功能代号；（C）字母代号，数字编号；（D）功能代号，参量代号20对间隙操作的釜式反应器来说，人孔或加料口离地面、楼板或操作平台面的高度以（B）为宜。（A）500 mm；（B）800 mm；（C）1 000 mm；（D）1 200 mm三、简答题1. 初步设计工作程序一般有哪几个步骤？答：初步设计工作程序一般有以下几个步骤：（1） 设计准备阶段；（2） 工艺专业设计方案的确定；（3） 其他专业的具体工作；（4） 各专业有关图纸的会签；（5） 编制初步设计总概算；（6） 审定文件并报上级主管部门组织审批。2. 生产方法的选择有哪几个步骤？答：生产方法的选择有以下几个步骤：（1） 设计资料的选择；（2） 生产方法的比较与确定；（3） 选择生产方法时应注意的事项等。3. 带控制点的工艺流程图以什么为主项进行绘制？其原则是什么？答：带控制点的工艺流程图以车间（装置）或工段（工序）为主项进行绘制。原则上是一个主项绘一张图样。如流程复杂可分成数张，但仍算一张图样，使用同一图号。4. 写出下列按工段编制仪表位号中各部分的含义：T RC - 1 31T RC - 1 31序号（一般用二位数字，也可以用三位数字）工段代号功能字母代号答： 5. 泵的流量控制方案有哪两种？分别用于何种场合？答：泵的流量控制方案有出口节流控制和旁路控制两种方案。泵的出口节流控制是离心泵流量控制常用的方法；旁路控制主要用于容积式泵（往复泵、齿轮泵、螺杆泵等）的流量调节。6. 热量衡算的目的是什么？答：热量衡算的目的如下：（1） 通过计算传入或传出的热量，确定加热剂或冷却剂的消耗量以及其他能量的消耗；（2） 计算传热面积以决定换热设备的工艺尺寸；（3） 确定合理利用热量的方案以提高热量综合利用的效率。7. 设备设计与选型的要求有哪些？答：（1）要充分考虑工艺上的要求；（2）运行可靠，操作安全，便于连续化和自动化生产；（3）能创造良好工作环境和无污染；（4）便于购置、容易制造。总之，要全面贯彻先进、适用、高效、安全、可靠、省材和节资的原则。具体还要从技术经济指标和设备结构上的要求加以考虑。8. 选择设备材料时应注意哪些事项？答：选择设备的材料时，首先要了解处理介质的性质，包括氧化性、还原性、介质浓度和腐蚀性能。其次是设备要承受的温度（高温、常温还是低温）。各种材料的耐温性能是不一样的，一般随温度升高其耐温性能减弱。在低温下要考虑材料的脆性。最后还要考虑设备承受的压力（高压、中压、低压或真空）。一般压力愈高，要求材料的强度、耐腐蚀性能也愈好。9. 车间布置设计包括哪两个部分？ 答：车间布置设计包括车间各个工段、各设施在车间场地范围内的平面布置和设备布置两个部分。10. 化工车间通常包括哪些设施？答：化工车间通常包括生产设施（生产工段、原料和产品仓库、控制室、露天堆场或贮罐区）、生产辅助设施（除尘通风室、配电室、机修间、化验室等）、生活行政设施（车间办公室、更衣室、浴室、卫生间等）及其他特殊用室（劳动保护室、保健室等）。11. 露天布置的优、缺点是什么？答：露天布置的优点是建筑投资少，用地小，有利于安装检修，有利于通风、防火、防爆、防毒；缺点是受气候影响大，操作条件差，自动控制要求高。12. 设备布置的原则有哪些？答：设备布置的原则如下：（1） 设备布置露天化；（2） 满足生产工艺与操作要求；（3） 符合安装与检修的要求；（4） 符合安全技术要求；（5） 符合建筑要求；（6） 考虑通道与管廊的布置。四、计算题1某厂用空气氧化邻二甲苯生产苯酐。原料流量为205 kg/h邻二甲苯，4 500 m3/h空气。从反应的计量关系可知，生成1 mol的苯酐需反应掉1 mol的邻二甲苯。经检验得到的反应器出口气体组成如下：组分苯酐顺酐邻二甲苯O2N2其他合计%(mol)0.650.040.0316.58784.70100试计算：（1）邻二甲苯的转化率、苯酐收率和反应选择性。（2）苯酐的年产量（按330天/年计）。解：因为其中含有大量N2，且N2为惰性组分（不参加反应），所以，选择N2作为物料衡算的联系物。进入反应器的空气中含有N2：（4 500/22.4）0.79=158.7 kmol/h设反应器出口气体的总流量为x kmol/h，则有：0.78x=158.7 x=203.5 kmol/h因此，反应器出口气体含有邻二甲苯：203.50.03%=0.061 kmol/h=0.061106=6.47 kg/h反应器出口气体含有苯酐：203.50.65%=1.323 kmol/h所以，邻二甲苯转化率X=（205-6.47）/205=96.8%苯酐收率Y=1.323/（205/106）=68.6%反应选择性S=Y/X=0.686/0.968=0.71=71%苯酐的年产量=1.32324330148=1.550106 kg/h=1 550 t/a2一种废酸，组成为23%（质量分数）的HNO3、57%H2SO4和20%H2O。加入93%的浓硫酸及90%的浓硝酸，要求混合成27%HNO3、60%H2SO4的混合酸。计算所需废酸及加入浓酸的数量。解：设所需废酸量为x kg浓硫酸量为y kg浓硝酸量为z kg第一步：画出物料流程简图。第二步：选择基准。可选择废酸或浓酸的质量为基准，也可以用混合酸的质量为基准。本例选择混合酸为基准，总量为100 kg。第三步：列物料衡算式。 总物料： x+y+z=100 (1)H2SO4： 57%x+93%y=1000.6=60 (2)HNO3： 23%x+90%z=1000.27=27 (3)解由式（1）、（2）和（3）联立的方程组得：x=41.8 kg 废酸y=39 kg 浓硫酸z=19.2 kg 浓硝酸第四步：核算水平衡加入水量：41.820%+397%+19.210%=13 kg混合酸含水量：10013%=13 kg两者相等，故计算正确。3乙烯氧化制环氧乙烷的反应器中进行下列反应：主反应：C2H4（g）+1/2O2 （g） C2H4O（g）副反应：C2H4（g）+3O2（g） CO2（g）+2H2O（g）反应温度基本上维持在250 ，该温度下主、副反应的反应热分别为：主反应：-H5230=105 395 kJ/kmol乙烯副反应：-H5230=1 321 726 kJ/kmol乙烯乙烯单程转化率为32%，反应选择性为69%，反应器出口混合气体温度为210 ，流量为45 000 m3/h(STP)。其组成如下：组分C2H4N2O2合计%（mo