化工设计期末考试试卷A答案

1、22精馏ad20092010 学年第 一 学期期末考试试卷二、（共 20 分 ）由一个液液非均相反应生产高纯度的产品c ，反应式为 a b?c（其反应速度 化工设计 （ a 卷 共 4 页）（考试时间：2010 年 1 月 19 日 考试地点：西阶 101） 题号 一 二 三 四 五 成绩 核分人签字 得分一、（共 20 分）简答题（共 5 个小题，每小题 4 分）1、简述化工工艺设计的内容及步骤。根据设计任务书 ?进行流程组织 ?流程的物料及能量衡算 ?设备设计及选型 ?带控制点的工艺仪表管道流程图?车间平面、立面布置及配管图设计?工程概算及工程技术经济评价?工艺设计说 明书2、简述化工产品

2、成本由哪些部分构成。r =c c ），同时伴随着副反应 ac?d（可逆反应，其正反应速度 r =c c）。已知采购来的原 a b a c料 a 为液相原料，其中含有少量 d 及 e。原料 b 也为液相，为纯组份且价格较贵。a、d、b、c、e 五种组分的相对挥发度由小到大（d、b 之间相对挥发度相差更明显）。a 原料的价格较便宜，c 与 e 之间能形成难分离的共沸物。试进行这个过程的流程组织（连续操作流程，要b求考虑反应器的形式）， 写出简要说明，并画出流程框架草图。解： b be1、 为了保证 c 产品的纯度，减轻反应结束后后续分离的压力，应该在原料准备阶段先将易与 c 形成共沸物的 e 先从

3、原料 a 中分离去除；a、d、e2、 从反应的角度出发，应该选择多釜串联的釜式反应器（非均相反混应合），器而且为了减少副反应，塔应该减少 a 原料的返混，所以 a 原料应该采用多釜滴加的方式；产品 c3、 原料 b 较贵，应该将其与 c 分离后全部返回使用；4、 要求生产高纯 c 产品，c 组份应该从精馏塔塔顶馏出；5、 d 与 a 可以不分，通过分流器少量放空（a，d）混合物。化工产品销售成本主要由以下部分组成：主要原材料费用，辅助原材料费用，燃料及动力费用，人工费，专利或技术费用，折旧及大修基金，副产品收入，车间经费，企业管理费，销售费用。混合器b、c精馏塔3、简述我国现行的化工基建程序。

4、项目建议书 ? 项目建议书审批通过后，进行项目可行性研究 ? 审查可行性研究，决策通过后，精馏塔下达设计任务书 ? 设计阶段（包括基础设计、扩初设计、施工图设计）?施工建设期 ? 工程试 投产运行 ? 项目正式投产4、说明流程组织时挑选化学反应途径应该考虑的一些主要因素。应该考虑的主要因素有：反应步骤的长短；副反应的数量；反应的条件苛刻与否；反应原料的成本；反应的速度及转化率；反应产物是否容易分离；等等。 5、简述化工项目试生产的步骤。清理工程现场?清洗设备及管道?设备单体以水代料试车?流程以水代料联动试车?投入真实物料试 生产a、d分流器a、da、dminhminiominiostch三、（

5、共 20 分）下表列出了冷、热各两股流的起始温度和目标温度，并给出了其焓变及热容流率。 假设最小传热温差，?t 要求为 20。根据热交换网络窄点（pinch）原理，请用问题列表算法（the problem table algorithm）列出具体计算步骤：1、 计算出窄点。（10 分）2、 计算出外界最小输入冷量（qcmin）和外界最小输入热量（qhmin）。（10 分）步骤 5：（给出最终结果得 4 分）从步骤 4 得到窄点温度、qcmin 及 qhmin该热交换系统的窄点温度为 150（冷窄点温度 140，热窄点温度 160）； 外界最小输入冷量 q 为 14.0mw；cmin外界最小输入

6、热量 q 为 11.5mw。四、（共 15 分）有一个化工项目，项目总投资共 3800 万元人民币（全部靠银行贷款），共 1 年建设 期，第二年开始，连续 11 年预测其每年总销售收入 3700 万元人民币，每年其总销售成本为 2800 万流股1类型冷t ()20t ()180?h（mw） 32.0cp（mw） 0.2元人民币，设该项目全部税种免税（不计各种税收）。项目共 12 年寿命期，终了时无任何残值，按年 复利计算。其各年现金流量表预测如下（单位：万元人民币）：2冷14023027.00.3年度（年）123。123热2008030.00.25总投资38004热2504031.50.15总

7、销售收入37003700。3700解：总销售成本28002800。2800步骤 1：根据?t ，划分温度区间（列出此步得 4 分）1、令年折现率为 8，试计算该项目的净现值（npv）；（10 分）流股123类型冷冷热t ()20140200t ()18023080t ()30150190t ()190240702、试计算该项目能承担的最大银行贷款年利率。（5 分）解：1、以项目开始建设为基准时刻，则该项目全寿命期内 npv 为： 项目建成后每年受益为：37002800900 万元4热2504024030npv900/1.08900/1.082900/1.083。900/1.08113800步骤

8、 2：计算各区间热容流率差及焓变（列出此步得 4 分）解得：该项目在年折现率为 8时，其净现值 npv2625.1 万元温度间隔240190150流股分配234t504080cp cp01501-0.2h （mw） 7.54-16（列出计算式得 7 分，解出此步结果得 3 分）2、因为该项目资金全部为贷款，其内部收益率即为其能承担的最大贷款年利率。设能承担的最大年 利率为 x；则：npv（x）0900/（1x）900/（1x）2900/（1x）3。900/（1x）1138000试差解得：x0.206570400.052（列出计算式得 3 分，解出此步结果得 2 分）301步骤 3：构造假想最节

9、能热阶流图（列出此步得 4 分） 240 7.51904150167023007.5 11.5 4.5 2.5步骤 4：构造可行的最节能热阶流图（列出此步得 4 分） 240 7.519041501670230 11.5 4.0 0 16 142 4 232 42222 422242242 4222 4232 42 4332 42 43222 238828 co2 88 co28 h2o32 222五、（共 25 分）乙醛可通过乙烯在银催化剂作用下部分氧化制取，但通常伴随着一个副反应（乙烯仅做流程 mb 计算时的自由度分析表的完全氧化反应），反应式为：反应器吸收塔混合器提取塔分流器过程整体2c

10、 h o 2ch cho （主反应）obc h 3o 2co 2h o （副反应）设计已知：1、 乙烯在反应器内单程转化率为 20；2、 反应器内乙烯生成乙醛的单程选择性率为 80；3、 离开吸收塔的气流股有 20通过分流器放空；4、 分流器只牵涉到三种组份，提取塔也只牵涉到三种组份，除反应器外，其它单元设备内无化 学反应。图中组成为摩尔分率。设计出的流程示意图如下所示。要求：1、 试作该过程的自由度分析（15 分）。2、 求解吸收塔吸收液流出流股（8 号流股）的组成（10 分）。流股变量总数 单元变量数 mb 方程数已知流股变量数 已知单元变量数 已知附加式数 原自由度计算基准 最终自由度9

11、26120+21+11306100+6+6903200+41+3803200+3+3501001+3+325219421+1101026200+4+46 5分流器解：1、自由度分析结果见上表，是弹性设计，应该挑选衡算计算基准：设反应器进料流股流c hon1c h 1.00混合器2o 0.2173c h0.10反应器c h o 0.25coh o411吸收塔8c h o 0.04提取塔9h o 1.00量为 100mol/h。完成以上自由度分析表。2、f 100mol/h；先求解反器的 mb：3 号流股 c h 分摩尔流量1000.1010mol/h因其在反应器中单程转化率为 20，单程反应消耗的 c h 10202mol/h 因其在反应器中生成 ch cho 的单程选择性率为 80，则单程反应生成 ch cho消耗的 c h 2801.6mol/h则：4 号流股中 c h 1028mol/h4 号流股中 ch cho1.6mol/h4 号流股中 co （21.6）20.8mol/h4 号流股中 h o（21.6）20.8mol/h4 号流股其它组份分流量 n