期末复习题及答案——化工设计概论(可编辑)

1、期末复习题及答案化工设计概论（可编辑）期末复习题及答案化工设计概论中国石油大学 （ 北京 ） 远程教育学院化工设计概论 期末复习题一、给出下面概念和术语的定义活塞流型反应器管件分离过程温 - 焓图 T-H 固定床反应器聚式流态化传质分离过程平衡分离过程工艺流程示意图连续过程中间反应速率控制分离过程逆流反应器分离因子化工过程间歇过程工艺过程阶段夹点化学反应路线流化床反应器1、 （ ） 衡算式是化学反应过程物料衡算不能应用的。A（总质量衡算式；B（组分质量衡算式；C（元素原子物质的量衡算式；D（元素原子质量衡算式2、在进行过程的物料平衡计算时，对系统需要分析的内容有（ ） 。A（确定物料平衡方程式

2、；B（确定物流约束式；C（确定设备约束式；D（确定变量3、在温- 焓图中得到热复合曲线的步骤有 （ ） 。A（划分温区；B（各热流温度按高到低顺序排列；C（求每个温区的总热交换量 ;D（ 画出每个温区的总物流线4、 （ ） 不是化工设计的内容。A（反应过程选择与优化；B（分离过程选择与优化；C（厂区道路规划与设计；D（化工过程系统优化5、管道布置图包括下面（ ） 图样。A（管件图;B（管架图管道施工说明；C（蒸汽伴管系统布置图；D（管道平面布置图6、 （ ） 分离过程不是速率控制分离过程。A（膜分离过程；B（反渗透分离过程；C（冷冻干燥分离过程；D（超滤分离过程A（生产灵活性高；B（易实现自动

3、化；C（适合有固相的物流；D（适合生产季节性产 品8、分离过程的选择应分析分离过程的（ ） 方面。A（可行性;B（经济性；C（可靠性；D（生产规模9、对能量过程的分析方法有（ ） 。A（能量衡算法；B（热流分析法；C（嫡分析法；D（功衡算法10、夹点之上区域不可设置（ ） 。A（热阱；B（保温器；C（热源；D（物流混合器11、对新过程的化工设计需要进行（ ）A（概念设计；B（装置设计；C（中试设计；D（反应设计12、换热网络设计的目的是（ ） 。A（最小的公用工程量；B（最少的换热器台数；C（换热效益最大化；D（合理的公用 工程量13、 （ ） 分离过程是扩散分离过程。A（渗析分离过程；B（结

4、晶分离过程；C（超滤分离过程；D（精储分离过程14、能量过程的特点体现在（ ） 方面。A（能量的形式；B（能量转换；C（能量流率；D（能量传递的设施15、 （ ） 不是非工艺设计的内容。A（总图运输设计；B（公用工程设计；C（管路设计；D（土建设计16、设备布置图的标注包括下面（ ） 内容。A（平面定位尺寸；B（设备尺寸；C（高度方位尺寸；D（安装方位标17、化工过程的特征是过程中有（ ） 。A（ 中间反应 ;B（ 反应物预处理;C（ 最终反应 ;D（ 化学反应过程18、在物理过程中，存在（ ） 物料衡算式。A（总质量衡算式；B（组分质量衡算式；C（总物质的量衡算式；D（元素原子质量衡 算式1

5、9、温 - 焓图中物流线在横座标上的投影表示（ ） 。A（温度差；B（热交换量；C（质量;D（流率20、夹点有（ ） 特性。A（物流汇合为总物流；B（传热温差为零；C（传热面积为无限大；D（混合效果最大21、 （ ） 作功方式是机械功。A（电功;B（化学功；C（膨胀功；D（表面功22、降低精馏过程能耗的措施有（ ） 。A（预热进料；B（减少塔板数；C（减小回流比；D（增设中间再沸器23、采用表格法计算夹点温度和最小公用工程量的步骤有（ ） 。A（计算每个温区内的热量值；B（确定夹点温差；C（划分温区；D（计算热级联24、化工过程整合的要求有（ ） 。A（过程的安全性；B（过程的可靠性；C（过程

6、的环保性；D（过程的经济性25、工艺过程阶段中不包括（ ） 过程。A（反应过程；B（分离过程；C（产物回收过程；D（能量过程26、在进行过程的物料衡算时，必须设置基准，这些基准有（ ） 。A（能量基准；B（时间基准；C（质量基准；D（体积基准27、气体标准状态的温度和压力是（ ） 。A（T 273.15 K;B（T 275.15 K;C（P 0.1013 MPa;D（P 1.013 MPa28、 （ ） 不是连续过程具有的性质。A（整年不间断进料；B（具有稳定的反应区间；C（产物不间断的分离；D（具有稳定 的物流流率29、简单过程物料衡算是指（ ） 过程。A（混合单元；B（循环过程；C（精储单

7、元；D（弛放过程30、管道仪表流程图的图面由 （ ） 组成。A（附注;B（标注;C（设备图形；D（仪表控制31、配管工程设计的内容有（ ） 方面。A（管径的设计；B（管架的设计；C（阀件的选择；D（管的设计32、 （ ） 不是分离过程的要素。A（分离装置；B（分离剂；C（ 一股多组分进料物流；D（ 一股单组分进料物流33、按流态分类，流化床反应器可分为 （ ） 。A（气一液一周三相流化床反应器；B（散式流化床反应器；C（鼓泡流化床反应器 ;D（ 快速循环流化床反应器34、温 - 焓图中物流线左右平移时，不影响物流的 （ ） 性质。A（流率；B（温度差；C质量（；D（热交换量35、计算产物选择性

8、需要 （ ） 数据。A（流率;B（产物生成量；C（原料消耗量；D（产物与原料的关系比36、 （ ） 不是车间装置布置的发展趋势。A（露天化；B（大型化；C（集中化；D（定型化37、化学反应过程的主要内容有（ ） 方面。A（传热；B（反应；C（流速;D（传质38、组分混合有（ ） 特点。A（ 自发过程 ;B（?G 减小的过程;C（?G 增加的过程;D（?S 减少的过程39、 （ ） 不是管件的连接方式。A（法兰连接；B（对焊连接；C胶粘连接（；D（螺纹连接40、基本建设阶段有（ ） 时期。A（投资决策前时期；B（验收时期；C（投资时期；D（开工时期判断题1、综合产品评估法反映了副产品的经济性和重

9、要性。（A（对；B（错）2、管道的设计要考虑热膨胀和热补偿所带来的影响。（A（ 对 ; B（ 错 ）3、化工过程都是稳态过程。（A（ 对 ; B（ 错）4、新建设的化工装置在试生产前需要进行试车。（A（ 对; B（ 错）5、泵吸入管道的设计没有要求的，可以根据情况设计。（A（ 对 ; B（ 错）6、阀门的选用必须考虑流体的性质、压力、温度和阀门的材质。（A（ 对 ; B（ 错）7、在设计管道管径时，对流体流速是有限制的，存在最大允许流速。（A（ 对 ;B（错）8、描述能量“质”属性的定律是热力学第二定律。（A（ 对 ; B（ 错）9、稳定流动体系是指与环境之间存在物质和能量交换的体系。（A（

10、对 ; B（ 错）10、能量就是能量，没有高低、优劣之分。（A（ 对; B（ 错） 工厂布置图包括厂区布置图和设备布置图 （ 车间布置图 ） 。 （A（ 对; B（ 错） 塔的设计时一定要设计人孔或手孔。 （A（ 对 ; B（ 错） 非金属管材用于腐蚀性介质，温度和压力较高的场合。 （A（ 对 ;B（错）化工过程整合与优化的目的是使工艺更加完整。（A（对；B（错）工艺过程费用估算的目的是确定投资额度。 （A（ 对; B（ 错） 分离因子表征混合物在分离过程中可得到的分离程度的一种量度。 （A（ 对 ; B（ 错） 对于小直径、高度大的塔应采用单排布置。 （A（ 对 ; B（ 错） 封闭体系是指

11、与环境没有物质和能量交换的体系。 （A（ 对 ; B（ 错）仪表的控制符号有图形符号、字母代号和仪表位号。 （A（ 对; B（ 错） 夹点处内部换热最大，经济效益最大。 （A（ 对; B（ 错） 自由度分析就是要确定过程或单元的未知量个数。 （A（ 对; B（ 错） 化工设计是针对化工过程某个单元操作的设计。 （A（ 对; B（ 错） 在容器的设计时，一定要设计上放空、溢流和排放设施。 （A（ 对 ; B（ 错） 夹点之下不应设置任何公用工程加热器。 （A（ 对 ; B（ 错） 一个化工产品只有一种反应路线来生产。（A（对；B（错）化工过程就是化学反应的过程。（A（对；B（错）按照管道仪表流程

12、图（PID） 的设计程序，管道仪表流程图有6 个以上版本。 （A（ 对; B（ 错）化工设计的目 标是使化工工艺过程中各个单元的设计达到最佳。 （A（ 对; B（ 错）化学平衡常数可用来评估反应热效应的大小。 （A（ 对 ; B（ 错 ） 选择性是指目的产物占已转化反应原料的分量。（A（ 对; B（ 错）流化床反应器最明显的特征就是气流是下进上出，固体质量与浮力相近。（A（对；B（错）分离过程是自发的过程。（A（ Xt; B（错）温-始图是以温度T 为纵轴，以热始H为横轴的曲线图。（A（对；B（错）、如何得到理想条件下气一液系 统中的分离因子,、泵管道布置的一般要求是什么 ,什么是分离过程,

13、有何特征 , 、什么是化学反应过程, 其主要内容是什么 ,、车间设备布置的内容有哪些,、在进行化工设计时，化工设计将受到哪几方面的限制 ,、厂区布置的基本任务和要求是什么 ,、化工设计分为几个阶段, 分别是什么 ,、化工工艺过程的整合与优化的基本思路是什么 , 配管工程设计的内容有几个方面 , 分别是什么 , 有几类管道布置, 其一般要求是什么 , 化工设计分为哪几类设计,为什么要对所设计的工艺过程进行费用估算, 工艺过程费用估算方法有哪几种 , 夹点的定义和夹点的特征, 如何进行换热网络的设计, 原料路线选择应遵循什么原则 , 在进行工艺过程设计时，其设计的程序是什么, 在工艺过程的筛选和评

14、价中，过程整合的内容有哪些, 在化工设计中，基本上需要进行几类计算, 分别是什么 , 对存在化学反应的系统进行物料衡算时，有几种方法, 分别是什么, 为什么要设立基准。基准可否在自由度分析时作为已知条件, 进行能量衡算的基本程序是什么 , 仪表控制点的标注由几部分组成 , 设备布置图的标注有哪些 , 如何得到配管工程中管道的管径 , 有哪几种方法将工业管道进行分类, 在什么情况下要对管道进行热补偿, 热补偿的方法有哪些, 管道布置图的标注有哪些, 在燃料油容器上设计哪些部件, 有两个热流股与两个冷流股进行换热，其进出口温度和热容如下表所示。如果最小的温差？Tmin 10?,试确定该交换网络的夹

15、点温度 T和最小公用工程用量。物流类型及编号 热容流率 (kW/K) 初始温度 (?) 目标温度 (?) H1 6.0 525 300H2 4.0 485 375C1 4.0 300 475 C2 5.0 275 515 H2 转化为环己烷的流程示意图见下图 :已知输入系统中的苯有99 %反应生成环己烷，进入反应器物流的组成为80%H2和20 %C6H6摩尔分数，下同，产物物流中含有3 %的H2请对总单元、反应器单元、冷凝分离单元进行自由度分析。4、计算下表中 3 股冷流的冷复合曲线，并用热焓图表示。物流类型及编号 热容流率 (kW/K) 供应温度 (?) 目标温度 (?) 冷流 1 5.0

16、80280 冷流 2 3.0 50 200冷流 3 2.0 60 160 5 、对下图的单元操作进行自由度分析 :中国石油大学 ( 北京 ) 远程教育学院化工设计概论 期末复习题答案一、给出下面概念和术语的定义T 为纵轴，以热焓H 为横轴的曲线图，它表示了物流的热特性。6、固定床反应器: 是指所用固体催化剂，或固体反应物，固定于反应器中的一类反应器。7、聚式流态化 : 在流化床反应器中，固体颗粒在不同程度上成团聚状态。8、传质分离过程平衡分离过程24 小时，每周运行7 天，几乎全年都在基本不变的稳定条件下运行，直到为了检修而停车。11、中间反应: 就是指原料预处理过程中所发生的化学反应过程。

17、如一氧化碳 转化为氢的变换反应、乙醇氧化制乙醛的反应。12、速率控制分离过程: 是指通过某种介质如半透膜，在压力差、温度差、浓度差、电位差或其它梯度所造成的强制力的推动下，依靠各组分扩散传递速度的差异实现组分的分离。13、逆流反应器: 所有反应物料在反应器中逆流运行。14、分离因子: 是表征混合物在特定分离过程中可以得到的分离程度的一种量度。15、化工过程: 是指通过化学反应，使原料变成合格的目的产品时所经历的、进行的一切事件。16、间歇过程: 是指一个装置，或几套装置，或所有装置，都设计成经常地开车和停车，来生产一个产品。17、工艺过程阶段: 是化学工艺过程中的一部分，是由一个化学反应、反应

18、物的预处理和反应产物分离构成的一个工艺过程。18、夹点: 在温 - 焓图上通过冷、热复合曲线的平移，首次出现的相交点，就叫夹点。19、化学反应路线: 是指由反应原料到产品的各步反应顺序所组成的整体。一个化工产品，常常有多个反应途径。20、流化床反应器: 是指在反应器中流体气体和液体高速由下而上通过床层，带动床内的固体颗粒迅速运动，并使之悬浮在流动的气流中，从而表现出类似流体流动的一些特征的反应器。二、单项与多项选择题1、 B;2 、 ABCD;3、 ABCD;4、 C;5 、 ACD;6、 C;7 、 ACD;8、 ABCD;9、 AC;10、 A;11 、 AC;12、 CD;13、 BD;

19、14、 AD;15、 C;16、 ABCD;17、 ABCD;18、 ABCD;19 B、 ;20 、 BC;21、 C;22、 ACD;23、 ABCD;24、 ABCD;25 C、 ;26、 ;BCD 27、 AC;28、 B;29 、 BD;30、 ABCD;31、 ABCD;32、 D;33、 BCD;34、 BD;35、 BCD;36、 B;37、 ABD;38 AB、 ;39 、 C;40、 AC;三、判断题 A;2、 A;3、 B;4、 A;5、 B;6、 A;7、 A;8、 A;9、 A;10、 B;11 、 A;12、 A;13、 B;14、 B;15、 B;16、 A;17

20、、 B;18、 B;19 A、 ;20 、 B;21 、 A;22、 B;23、 A;24、 A;25、 B;26 B 、 ;27 、 A;28 B 、 ;29 、 B;30、 B;31、 A;32、 B;33 、 A;四、简答题1、答 : 在理想条件下，气液系统中组分在气相和液相之间达到平衡，并服从拉乌尔定律和道尔顿定律，即式中 yi ， xi 分别为 i 在气相和液相中的摩尔分数;p 总压 ;pi i 在气相中的分压;pi0 纯液体 i 的蒸气压。在此情况下，平衡比为因此双组分i 、 j 的分离因子为 : ，即分离因子aij 为 i 、 j 组分在操作温度下的饱和蒸汽压之比，也常称为相对挥

21、发度。、答 : 泵管道布置的一般要求是?、在满足工艺要求的前提下，满足泵正常运行及维修检查的要求。?、应避免热膨胀对泵出入口管道的影响，减少管道作用在泵管嘴处的应力和力矩。?、在充分满足管道柔性的前提下，使泵出入口管道最短。?、设计出合理的泵维修检查所需的空间，使泵的管道、阀门手轮不影响维修和检查操作。答 : 分离过程是指将一混合物转变为组成互不相同的两种或几种产品的操作。其特征是要有混合物原料、以及分离剂，和分离设施。、答: 化学反应过程是指一种化合物或多种化合物通过化学反应，化学变化转变为另一种或几种化合物的过程。其主要内容是反应器内的反应、传质和传热。、答 : 车间设备布置的内容有(1)

22、 确定各个工艺设备在车间平面和立面位置;(2) 确定某些在工艺流程图中的一般不予表达的辅助设备或公用设备的位置;(3) 确定供安装、操作与维修所用的通道系统的位置与尺寸 ;(4) 在上述各项的基础上确定建筑物、构筑物与场地的尺寸 ;(5) 确定管道、电气仪表管线、采暖通风管道的走向和位置。、答 : 在进行化工设计时，化工设计将受到四方面的限制，分别是化工资源限制、环保限制、水资源限制、化工技术限制。、答 :8、答:9、 1) 、原料到产物的反应路线选择。 (2) 、根据完整的工艺过程是由工艺过程阶段组成的特点，确定段数。 (3) 、每段中进行反应过程的优化、分离过程的优化。 (4) 、每段之间

23、如何联系。 (5) 、确定整个工艺过程的物料衡算和能量衡算。(6) 、确定整个工艺过程的操作条件，包括修正各阶段的操作条件。 (7) 、热交换网络的设计。 (8) 、通过上述几步，合成出数个工艺过程，再由经济核算，环保条件下利润至上原则，确定最优工艺过程。10、答: 配管工程设计的内容有7 个方面，分别是管径的设计、管道的选材及其规格选用、接管方式的选择、管件的选用、阀件的选择、管架的设计、管道的布置。11、答 : 有 2 大类管道布置，架空布置和地下布置。其一般要求是?、管道布置要符合有关的规范、标准和惯例。?、符合工艺专业对配管的要求。?、管道布置应尽量架空敷设。?、尽量“步步高”或“步步

24、低”，不出现或少出现气袋和液袋。？、管道过人行道h?2m过公路？4.5m,过铁路？6m ?、管道布置不应妨碍设备、机泵和仪表的操作和维修。？、采用管沟敷设时，沟底应有？2%的坡度，在最低处设排水点。？、管道本身应有足够的柔性，应尽量利用管道的自然形状对热胀自行进行补偿。 ?、管道穿过墙壁、楼板及平台时，孔洞的大小？管外径或隔热层外径加50 mm管道不应穿过防火墙和防爆墙。?、除了必要的法兰或螺纹连接外，应尽可能采用焊接连接。法兰的位置应避免处于人行通道和机泵上方。输送腐蚀性介质管道上的法兰应设安全防护罩。?、并排布置的管道应设置合理的间距。?、直管段两相邻环焊缝的允许最小距离？2.5倍焊缝厚度

25、，且？ 50 mm;要求消除应力时不得？ 5倍焊缝高度，且？ 80mmi12、答: 答: 答: 答:- 焓图上通过冷、热复合曲线的平移，首次出现的相交点，就叫夹点。夹点的特征是在夹点处，传热温差为零，传热面积无限大，系统内部换热达到最大。16、答: 答: 答:1) 、搜集和评价资料、新方法。 (2) 、计算、整理关键数据。(3) 、确定设计基础。 (4) 、过程的整合与优化。19、答: 答:1) 、整个化工过程的物料和能量核算，确定进料组成和流率，产物和副产物的组成、流率及三废的生成量。 (2) 、过程中各个单元操作的物料和能量核算，确定进出该单元操作的各个物流的组成和流率，以及操作条件。 (

26、3) 、确定整个化工过程，需要公用工程提供的蒸汽、水、电或其他燃料等的消耗定额和条件。21、答 : 答 : 答 : 答 : 答 : 构 筑物及其构件的尺寸，设备的名称、位号、设备在厂房建筑内的定位尺寸及其他说明等。26、答: 答 : 答 : 答 : 答 :总物料平衡式:F1 + F2,F3 + F4组分物料平衡式 :苯平衡F2,0.80 F3水平衡0.65 Fl,0.19 F3醇平衡 1-0.65 Fl, 1-0.80-0.19 F3 + F4对上述四个物料平衡方程，任选出 3 个组成一次方程组，并进行求解方程组，得 :Fl , 6333 kg/hF2 , 17333 kg/hF3 , 216

27、66 kg/h2、解:Tmin 10?/2 5?对应的物流 C1 C2 H1 H2 物流温度 (?) 300 475 275 515 525 300 485 375边界温度 (?) 305 480 280 520 520 295 480370边界温度顺序 280 295 305 370 480 520 2 、作热能阶图 :3、热量的复合温度范围A T(0C)480,520 40 ,1.0 ,40.0 过量370,480 110 ,1.0 ,110.0 过量305,370 65 3.0 195.0不足295,305 10 ,1.0 , 10.0 过量280,295 15 5.0 75.0不足按能

28、量传递原则：本题夹点温度T为305 ?和280?或280?最小热源：AHmin,(,40.0,110.0+195.0)+(,10.0+75.0),110.0 kW最小冷源：A Hmin,0 kW3、解:总单元自由度分析: 这是一个 2 进 1 出体系。进入体系的物流为 :纯氢物流、纯苯物流，因此变量为 2 个 ; 流出体系的物流为产物物流，组分为环己烷、氢和苯，变量为 4 个，已知条件为 1 个（氢气含量 ） ，物流约束方程1 个 ; 总单元物料平衡方程2 个 （ 氢和碳元素） ，化学反应约束方程1 个 ; 这样，总单元的总变量数为 6 个，已知条件1 个，方程 4 个，自由度为 1。反应器单元的自由度分析: 这是一个 1 进 1 出体系。进入体系的物流为 : 氢和苯的混合物，因此变量为 3 个，已知条件2 个 ; 流出体系的物流