化工过程开发与设计作业答案解析

化工过程开发与设计作业

名字：韦良优班级：应化12班学号：2

L化工过程开发步骤有哪些？具体是什么？

答：1.试验室探讨

1）基础探讨：指在试验室进行的筛选技术路途和工艺方案，测定有关物性数据与反应

热、动力学参数，筛选分析方法和研制催化剂等。

2）小试：在基础探讨的基础上，在试验室建立小型试验装置进行工艺模拟试验，主要

任务是优化工艺条件。

2.收集资料：包括过程放大和设计装置所需的数据和判据，以与围绕工艺过程评价或

项目评估所须要的原料、产品、能源、市场、交通、环保、地理环境等多种信息。

3.概念设计（预设计）：它是依据试验室探讨成果和收集的技术经济资料，对被开发

过程的工业化方案提出的初步设想。目的在于检验试验室探讨成果是否符合技术开发

的要求，对以后开发步骤的探讨或设计工作供应指导。

主要内容：♦工艺路途和工艺方法的说明♦工艺流程简图♦简洁的物料衡算和能量衡算

♦原材料与其消耗指标♦主要设备型式♦预料的“三废”♦排放量与毒害性♦投资成

本估算♦中试探讨的建议

4.技术经济评价：它是对开发项目进行技术牢靠性和经济合理性的考察，以便对技术

方案和开发工作进行决策。

技术经济评价贯穿于开发过程的始终。

1）初步评价（立题评价）：是在选题或确定开发项目时确定取舍所进行的评价。

2）中间评价：是在开发过程中，对开发探讨的各个阶段

结果作出评价，通常侧重于技术方案的科学性和牢靠性，以与在经济上的合理性。

3）最终评价（工业化评价或项目评估）：是在技术开发工作后期进行的评价。目的是

为项目的投资建设作出决策。评价的依据是开发探讨报告、市场探讨报告等技术

经济资料。若评价结论确定，即可投资进行建设。

5.模型试验：一般是对工业生产中的某些重要过程作放大的工业模拟试验。所用设备

一般比试验室规模大并且具有工业设备的仿真性质。主要探讨内容：考察各种工

程因素对过程的作用与其规律，视察放大效应和分析、找寻产生放大效应的缘由。

6,中试（中间试验工厂）：它是在小试或模型试验之后进行的半工业化规模的模拟试

验。是一次较大规模的对开发的技术方案作较全面的试验考察。其结果可作为基

础设计的依据。

7.基础设计：它是在最终评价获得确定结论后，依据中试探讨结果与有关资料，对工

业生产方案与生产装置所进行的原则设计。内容：生产装置说明、工艺流程与流

程叙述、物料衡算与能量衡算、设备型式和规格明细表、“三废”排放与治理、

检测方法和检测仪表等具体设计内容。

8.过程设计（施工图设计）：是依据基础设计编制的，用于指导过程实施的最终技术

文件。

9.建立生产装置：依据过程设计的图纸和文件，购进和制作设备，安装生产装置，按

工艺要求进行调试、开车和试生产。

2.化工过程开发有几种方法？具体都是哪些？

答：一、逐级阅历放大法：逐级阅历放大法是运用物质模型从试验室规模的小试起先,

经过逐级放大的模型试验探讨直到将化工过程放大成为生产规模。这种放大方法每放

大一级都必需建立相应的模型装置，具体视察和记录模型试验中发生的各种现象和结

果。而每一级放大设计的依据主要是前一级试验所取得的探讨结果和数据，故为阅历

性质的放大。

探讨方法：化工过程开发须要解决的问题通常是如何合理选择设备型式，确定最佳的

工艺条件，以与将设备放大达到过程开发的目标。而逐级阅历放大法的探讨方法则主

要是通过试验来取得设备选型，条件优化和设备放大的信息和结论。

1）设备选型：设备选型通常都以小试验的方式进行。因为过程开发初期技术方案尚未

确定，不行能花费大量投资建立各种型式的大型设备作设备型式的筛选试验，例如化

学反应器选型是采纳不同型式和结构的小型反应器，在试验室对所开发的反应过程进

行试验探讨。从试验结果的优劣，即可确定最佳型式的反应器。这种试验考察的因素

仅仅是设备的型式和结构，故为结构变量试验。

2）优化工艺条件：优化工艺条件的试验探讨应在设备选型试验之后进行，假如设备型

式未定，则条件优化将无意义。这种试验仍旧可以在设备选型所确定的小型试验设备

内进行。试验考察的因素是各种工艺条件，并从不同操作条件的试验结果对比中筛选

出最佳工艺条化。由于试验仅仅变更工艺操作条件，故为操作变量试验。

3）反应器放大：反应器放大的试验探讨是采纳建立模型装置的方式进行逐级放大,

每放大一级都必需重复前一级试验确定的条件，考察放大效应，并取得设备放大的有

关判据或数据。这种试验所考察的因素是设备几何尺寸变更以后对于过程结果产生的

影响，故为几何变量试验。

二、数学模拟法：数学模拟法是一种新开发方法，它不确定要通过试验去取得放大的

判据和数据，一般是在相识过程特征的基础上，运用理论分析找到描述过程规律的数

学模型，并验证该模型与实际过程等效，就可以用来进行放大设计计算。

1.数学模型：数学模型通常是一组微分方程或者一组代数方程，用以描述过程的动

态规律。由于化工过程一般都比较困难，要找到真实描述过程动态规律的数学模型往

往非常困难，即使是能够找到，也常因模型过于困难，而无法实际应用。因此，对于

数学模型的要求，既要能够描述过程，又要简洁而便于应用。

2、探讨方法：依据建立数学模型的思想方法，以化学反应过程开发为例，数学模拟法

可以按以下探讨步骤进行。

1）试验室探讨化学反应特征：试验室探讨化学反应特征的主要任务是测定反应热力

学和动力学的特征规律与其参数。由于探讨目的是驾驭过程运行的内在规律，其探讨

内容和探讨手段都与逐级阅历放大法的试验室探讨有很大差别。它已不再是反应器选

型和条件优化，而是希望从过程内在规律上去揭示过程运行的实质。因此应尽可能解

除外界因素对于过程内在规律的干扰，试验装置并不确定要求与生产装置相像，但对

于试验测定的精度要求较高。

3.化工过程系统工程的基本任务和内容是什么？

答：化工过程系统工程的基本内容：从化工系统的整体目标动身，依据系统内部各个

组成部分的特性与其相互关系，确定化工系统在规划、设计、限制和管理等方面的最

优策略。

任务：把系统工程的思想、方法用于解决化工过程系统的设计、开发、操作、限制等

问题。在确定的限制条件下，依据输入与输出要求，寻求整体性能最优的过程系统。

4.什么是化工过程？主要包括哪些过程？

答：化工过程是以自然物料为原料，经过物理或化学加工制成产品的过程。

包括：原料制备、化学反应、产品分别等过程。还有化学反应过程、催化反应过程、

热裂解反应过程、电解质溶液离子反应过程、生物化学反应过程、换热过程、分别过

程。

5.化工过程系统工程的基本内容是什么？

答：化工过程系统工程的基本内容：从化工系统的整体目标动身，依据系统内部各个

组成部分的特性与其相互关系，确定化工系统在规划、设计、限制和管理等方面的最

优策略。

6.什么是化工过程的系统模拟？能解决哪些问题？如何建立一个模拟系统？

答：系统的模拟：假如一个生产系统A是比较困难的系统，而不能预知其效果如何，

则可以找另外一个比较简洁的系统B,其操作特性与系统A的相同，但是比A简洁进行

试验或解算，因而，为了预知系统A的效果，就可以用试验系统B的性能来代替A。也

就是说，利用一个更为便利、经济而性能相像的系统B来仿照A系统的性能一仿真。B

是A的模型。

假如系统B与系统A不仅性能相像，而且物理化学过程本质也一样，只不过规模尺

寸大小不同，则这种模拟称为“物理模拟”（又称相像模拟）。

7.什么是化工过程的系统分析？能解决哪些问题？

•答：对于系统结构与其中子系统均已给定的现有系统进行分析，即建立各子系统的数

学模型，依据给定的系统结构进行整个系统的数学模拟，预料在不同条件下系统

的特性和行为，借以发觉其薄弱环节并加以改进。主要是分析过程系统的运行机

制、影响因素、过程模型的数学描述、目标函数的建立、实惠工况下的最佳操作

参数。分析的目的：使所选方案在技术上先进、可行，在经济上优越、合理。

8.什么是化工过程的系统合成？能解决哪些问题？

答：依据规定的系统特性，寻求所需的系统结构与其各子系统的性能，并使系统按规

定的目标进行最优组合。寻优方法：模拟退火法、进化算法、遗传算法等。

9.化工过程的系统合成主要包括哪些过程？

答：(1)反应路径的合成：在给定的原料和规定的产品之间的反应步骤称作反就路径,

优选反应路径是反应路径合成的任务。

(2)换热器网络的合成：确定出具有最小的设备投资费和操作费，并满意把每一过程

物流由初始温度达到指定温度的换热网络。

(3)分别序列的合成：给定一进料流股，已知它的状态，系统化的设计出能从进料中

分别出所要求产品的过程，并使费用最小。

(4)反应器网络的合成：为制造所要求的产品，对于给定的化学反应路径以与主、副

反应的速率数据，确定一个反应器的最优结构和操作条件，以使在给定的产率下总生

产成本最小。

(5)全流程的合成：寻求把给定原料转变成所要求产品的最经济、合理的流程结构。

(6)公用工程系统的合成：满意公用工程要求的前提下确定系统的流程结构和操作条

件，使系统总费用最小。

(7)过程系统能量集成：采纳更节能的操作单元，从全过程系统的能量供求关系上分

析，把反应、分别、换热和公用工程一同考虑，综合利用能量。

10.什么是CIMS和CIPS?

答：(1)、ClMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)计算机集成制造系

统：通过计算机硬、软件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技

术、系统工程技术，将企业生产活动中有关的人、技术经营三要素与其信息流、物质

流有机集成为实施优化运作的大系统，形成CIMSo(2)、ComputerIntegratedProcess

System以CIPS的概念和方法组织过程生产企业的运作环节，包括生产限制、调度、管

理、经营决策、市场分析、新产品设计与探讨开发，直到销售和售后服务、用户看法

反馈，形成以市场为驱动、全局优化的企业系统。

1L间歇过程的设计与操作优化能解决哪些问题？

答：间歇过程在化工牛产中的重要地位：小批量、精细化T产品：单产品、多产品、

多目的。探讨内容：减小操作循环周期，提高生产率；提高各批量生产的

重复性以提高产品质量；合理利用原料、能源和设备以降低成本；提高适应性以应付

产品规格与原料配方等的变更。

12.学好化工系统工程对你解决问题能有什么帮助？

答:

■过程系统数学模拟：是指建立过程系统的数学模型或描述模

型并在计算机上加以体现和试验。

-稳态模型：过程对象主要研究的参数不随时间的变化而变

化，如物料及能量平衡模型，涉及代数方程组，应用广泛。

•解决的问题：物料衡算；热量衡算；设备尺寸和费用计算；

技术经济评价。

-动态模型：考虑过程对象主要研究的参数随时间的变化而

变化，反映过程在外部干扰作用下，引起的不稳定过程或

者开、停车过程；或某些间歇操作过程，时间是一个主要

自变量，数学上是常微分方程组问题。

•模拟系统的组成

-输入、输出系统、单元操作模块库、物性数据库；数值解

算模拟库；执行系统。

13.进行化工车间管道布置时应留意哪些问题?

答：（1）物料因素：①输送易燃、易爆、有毒与有腐蚀性的物料管道不得铺设在生

活间、楼梯、走廊和门等处，这些管道上还应设置平安阀、防爆膜、阻火器和水封等

防火防爆装置，并应将放空管引至指定地点或高过屋面2m以上。②有腐蚀性物料的管

道，不得铺设在通道上空和并列管线的上方或内侧口③管道铺设时应有确定的坡度，

坡度方向一般是沿物流的方向，坡度一般为1/100-5/1000o粘度小的液体物料管道

可取5/1000左右，含固体的物料管道可取1/100左右。④真空管线应尽量短，尽量削

减弯头和阀门，以降低阻力，达到更高的真空度。

（2）考虑施工、操作与修理：①管道应尽量集中布置在公用管架上，平行走直线，

少拐弯，少交叉，不阻碍门窗开启和设备、阀门与管件的安装修理，并列管道的阀门

应尽量错开排列。②支管多的管道应布置在并行管线的外侧，引出支管时，气体管道

应从上方引出，液体管道应从下方引出，管道应尽量避开出现“气袋”、“口袋”和

“盲肠”。③管道应尽量沿墙面铺设，或布置在固定在墙上的管架上，管道与墙面之

间的距离以能容纳管件、阀门与便利安装修理为原则。④管道穿过墙壁和楼板时，应

在墙面和楼板上预埋一个直径大的套管，让管线穿过套管，防止管道移动或振动时对

墙面或楼板造成损坏。套管应高出楼板、平台表面50mm。⑤为了安装和操作便利，管

道上的阀门和仪表的布置高度可参考以下数据：阀门（包括球阀、截止阀、闸阀）

1.2-1.6m;平安阀2.2m;温度计、压力计l.47.6m⑥为了便利管道的安装、检修与

防止变形后碰撞，管道间应保持确定的间距。阀门、法兰应尽量错开排列，以减小间

距，

（3）平安生产:①架空管道与地面的距离除符合工艺要求外，还应便于操作和检修。

管道跨越通道时，最低点离地：通过人行道时不小干2m：通过马路时不小干4.5m：通

过铁路时不小于6叱通过厂区主要交通干线时离地5m。②干脆埋地或管沟中铺设的管

道通过道路时应加套管等加以爱护。③为了防止介质在管内流淌产生静电聚集而发生

危急，易燃、易爆介质的管道应实行接地措施，以保证平安生产。④长距离输送蒸汽

或其他热物料的管道，应考虑热补偿问题，如在两个固定支架之间设置补偿器和滑动

支架。⑤玻璃管等脆性材料管道的外面最好用塑料薄膜包袱，避开管道裂开时溅出液

体，发生意外。⑥为了避开发生电化学腐蚀，不锈钢管道不宜与碳钢管道干脆接触，

要采纳胶垫隔离等措施。

（4）其他因素：①管道与阀门一般不宜干脆支承在设备上。②距离较近的两设备间的

连接管道，不应直连，应用45。或90。弯接。③管道布置时应兼顾电缆、照明、仪表与采

暖通风等其他非工艺管道的布置。

14.管道在管架上的平面布置原则?

答：（1）较重的管道布置在靠近支柱处（2）连接管道布置在设备同侧的外边（3）工

艺管道置于下层（4）切断阀应布置成一排（5）高温或低温的管道要用管托（6）支架

间的距离耍适当。

15.管道布置图的绘制应留意哪些问题？

答：（一）比例、图幅与分区原则

（1）比例:管道布置图的常用比例为1:50和1:100,如管道困难的也可采纳1:20或1:25

的比例。

（2）图幅：一般用1号或2号图纸，有时也用0号图纸。

（3）分区原则：由于车间（装置）范围比较大，为了清晰表达各工段管道布置状况，

须要分区绘制管道布置图时，常常以各工段或工序为单位划分区段，每个区段以该区

在车间内所占的墙或柱的定位轴全车间的管道

（二）视图配置：车间管道布置图一般只绘出平面图、剖面图和向视图等，而且以平

面图为主，其他视图为辅。对多层建筑，应分层绘制管道平面布置图。

若平面图上还有局部平面和操作平台，则应单独绘制局部管线的平面布置图。

（1）管道平面布置图的画法：①用细实线画出厂房平面图。画法同设备布置图，标

注柱网轴线编号和柱距尺寸。

②用细实线画出全部设备的简洁外形和全部管口，加注设备位号和名称。

③用粗单实线画出全部工艺物料管道和辅段编号、规格、物料代号与其流向箭头。

④用规定的符号或代号在要求的部位画出管件、管架、阀门和仪表限制点。

⑤标注厂房定位轴线的分尺寸。

（2）管道立面剖视图的画法：①画出地平线或室内地面、各楼面和设备基础，标注

其标高尺寸。

②用细实线按比例画出设备简洁外形与全部管口，并标注设备名称和位号。

③用粗单实线画出全部工艺物料管道和协助物料管道平面图，在管道上方或左方标注

管段编号、规格、物料代号与其流向箭头。

④用规定的符号或代号在要求的部位画出管件、管架、阀门和仪表限制点。

⑤标注厂房定位轴线的分尺寸和总尺寸，设备的定位尺寸，管道定位尺寸和标高。

16.写出石油的加工的主要途径和产品？

答：石油的加工的主要途径和产品

•过程系统数学模拟：是指建立过程系统的数学模型或描述模

型并在计算机上加以体现和试验。

-稳态模型：过程对象主要研究的参数不随时间的变化而变

化，如物料及能量平衡模型，涉及代数方程组，应用广泛。

•解决的问题：物料衡算；热量衡算；设备尺寸和费用计算；

技术经济评价。

-动态模型：考虑过程对象主要研究的参数随时间的变化而

变化，反映过程在外部干扰作用下，引起的不稳定过程或

者开、停车过程；或某些间歇操作过程，时间是一个主要

自变量，数学上是常微分方程组问题。

•模拟系统的组成

-输入、输出系统、单元操作模块库、物性数据库；数值解

算模拟库；执行系统。

•过程系统数学模拟：是指建立过程系统的数学模型或描述模

型并在计算机上加以体现和试验。

-稳态模型：过程对象主要研究的参数不随时间的变化而变

化，如物料及能量平衡模型，涉及代数方程组，应用广泛。

•解决的问题：物料衡算；热量衡算；设备尺寸和费用计算；

技术经济评价。

-动态模型：考虑过程对象主要研究的参数随时间的变化而

变化，反映过程在外部干扰作用下，引起的不稳定过程或

者开、停车过程；或某些间歇操作过程，时间是一个主要

自变量，数学上是常微分方程组问题。

•模拟系统的组成

-输入、输出系统、单元操作模块库、物性数据库；数值解

算模拟库；执行系统。

17.写出化工生产过程与流程？

答：一、化工生产过程：化工生产过程一般可概括为原料预处理、化学反应和产品

分别与精制三大步骤。

（1）原料预处理主要目的是使初始原料达到反应所须要的状态和规格。例如固体

需裂开、过筛；液体需加热或气化；有些反应物要预先脱除杂质，或配制成确定的浓

度。在多数主产过程中，原料预处理本身就很困难，要用到很多物理的和化学的方法

和技术，有些原料预处理成本占总生产成本的大部分。

（2）化学反应通过该步骤完成由原料到产物的转变，是化工生产过程的核心。反

应温度、压力、浓度、催化剂（多数反应须要）或其他物料的性质以与反应设备的技

术水同等各种因素对产品的数量和质量有重要影响，是化学工艺学探讨的重点内容。

化学反应类型繁多，若按反应特性分，有氧化、还原、加氢、脱氧、歧化、异构化、

烷基化、脱基化、分解、水解、水合、偶合、聚合、缩合、酯化、磺化、硝化、卤化、

重氮化等众多反应；若按反应体系中物料的相态分，有均相反应和非均相反应（多相

反应）；若依据是否运用催化剂来分，有催化反应和非催化反应。

实现化学反应过程的设备称为反应器。工业反应器的类型众多，不同反应过程，所用

的反应器形式不同。反应器若按结构特点分；有管式反应器（装填催化剂，也可是空

管）、床式反应器（装填催化剂，有固定床、移动床、流化床与沸腾床等）、釜式反

应器和塔式反应器等；若按操作方式分，有间歇式、连续式和半连续式三种；若按换

热状况分，有等温反应器、绝热反应器和变温反应器，换热方式有间接换热式和干脆

换热式。

（3）产品的分别利精制目的是获得符合规格的产品；并回收、利用副产物。在多

数反应过程中，由于诸多缘由，致使反应后产物是包括目的产物在内的很多物质的混

合物，有时目的产物的浓度甚至很低，必需对反应后的混合物进行分别、提浓和精制

才能得到符合规格的产品。同时耍回收剩余反应物，以提高原料利用率。

分别和精制的方法和技术是多种多样的，通常有冷凝、汲取、吸附、冷冻、闪蒸、精

储、萃取、渗透膜分别、结晶、过滤和干燥等，不同生产过程可以有针对性地采纳相

应的分别和精制方法。分别出来的副产物和“三废’也应加以利用或处理。

二、化工生产工艺流程

1工艺流程和流程：

原料须要经过包括物质和能量特换的一系列加工，方能转变成所需产品实施这些转

换须要有相应的功能单元来完成，按物料加工依次将这些功能单元有机地组合起来，

则构筑成工艺流程。将原料转变成化工产品的工艺流程称为化工生产工艺流程（或将

一个过程的主要设备、机泵、限制仪表、工艺管线等按其内在联系结合起来，实现从

原料到产品的过程所构成的图）。

化工生产中的工艺流程是丰姿多彩的，不同产品的生产工艺流程当然不同，同一产

品用不同原料来生产，工艺流程也大不相同；有时即使原料相同，产品也相同，若采

纳的工艺路途或加工方法不同，在流程上也有区分。

18.写出设备工艺设计的主要工作和方法？

答：L结合流程确定化工单元操作所需设备类型；2.确定设备材质；3.确定设备

的设计参数；4.确定标准设备的型号和台数；5.确定标准图的图号和型号；6.非

标设备，向（机械设计一）专业提设计条件；7.汇总列出设备一览表。8.同设备专业设

计人员进行图纸会签。

19.车间的组成？

答：生产设施，生产协助设施，生活行政设施等。

20.设备布置设计的原则或应考虑的几个方面？

答：设备布置因生产规模、设备特点、工艺操作要求等不同有：

室内布置、室内和露天联合布置、露天化布置

1、室外：A、生产中一般不常常操作或可用自动化仪表限制的设备，如塔设备、换热

设备、液体原料贮罐、成品贮罐、气柜等。B、由大气调整温度的设备，如空冷器、凉

水塔等。

2、室内：A、不允许有显著温度变更，不能受大气影响的一些设备，如某些反应罐，

各种机械传动设备。B、装有精度很高仪表的设备等。

一、主导风向对设备布置的要求

二、生产工艺对设备布置的要求(流程通畅，生产连续正常)

①在布置设备时确定要满意工艺流程依次，要保证水平方向和垂直方向的连续性；

②凡属相同的儿套设备或同类型的设备或操作性质相像的有关设备，应尽可能布置在

一起；

③设备布置时除了要考虑设备本身所占的地位外必需有足够的操作、通行与检修须要

的位置；④要考虑相同设备或相像设备互换运用的可能性；⑤要尽可能地缩短设备间

管线。⑥车间内要留有堆放原料、成品和包装材料的空地；⑦传动设备要有安装平安

防护装置的位置；⑧要考虑物料特性对防火、防爆、防毒与限制噪音的要求；⑨依据

生产发展的须要与可能，适当预留