化工設(shè)計(jì)概論試題

1、六.計(jì)算題1. 利用乙烯部分氧化制取環(huán)氧乙烷，將乙烯在過(guò)量空氣條件下通過(guò)銀催化劑進(jìn)行如下 反應(yīng)，進(jìn)料物質(zhì)流量為1000mol/h，進(jìn)料中含乙烯10%（mol），乙烯轉(zhuǎn)化率為25%，計(jì)算 反應(yīng)器出口物料量。反應(yīng)方程式如下：2C2H4+O2 2C2H4O2氨氧化反應(yīng)器的能量衡算氨氧化反應(yīng)式為：4NH3 （氣）+ 502 （氣）4NO （氣）+ 6H2O （氣）此反應(yīng)在25C、 101. 3kPa的反應(yīng)熱為 aHu 904.6KJ?，F(xiàn)有25C的 100molNH3/h和300mol 02/h連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器，氨在反應(yīng)器內(nèi)全部反應(yīng)，產(chǎn)物在 300E呈氣 態(tài)離開(kāi)反應(yīng)器。如操作壓力為101. 3kPa,計(jì)算

2、反應(yīng)器應(yīng)輸入或輸出的熱量。300r時(shí) NO、02 和 H2O 的Cp （NO）= 30.80 J/ （molC）CP （O2）= 30.80 J/ （mol C）Cp （出0）= 34.80 J/ （mol C）3. 乙苯脫氫制苯乙烯，通入純乙苯為 250kg/h，乙苯與水蒸氣質(zhì)量比為1: 1.3,乙苯轉(zhuǎn) 化率為50%，其中在轉(zhuǎn)化掉的乙苯中有 90%轉(zhuǎn)化成苯乙烯；10%轉(zhuǎn)化成苯；試計(jì)算反應(yīng)器 出口物料質(zhì)量流量。轉(zhuǎn)化成苯乙烯的反應(yīng)：C8H10C 8H8+H2轉(zhuǎn)化成苯的反應(yīng)：C8H10C 6H6+C2H44. 甲烷在連續(xù)式反應(yīng)器中用空氣氧化生產(chǎn)甲醛，甲烷的轉(zhuǎn)化率為40%，氧氣完全反應(yīng)。CH4 （氣

3、）+ O2 HCHO （氣）+ H2O （氣）以100mol進(jìn)反應(yīng)器的甲烷為基準(zhǔn)。假定反應(yīng)在足夠低的壓力下進(jìn)行，氣體便可看作理想氣體。甲烷于25C進(jìn)反應(yīng)器.空氣于25C進(jìn)反應(yīng)器，如要保持出口產(chǎn)物為 150C，需從反應(yīng)器取走多少熱量？CP ( N2,150C)= 29.24 J/ ( mol -C)Cp (HCHO,150C)= 9.12 J/ ( mol C)Cp (H2O,150C)= 34.00 J/ (mol C)Cp (CH4,150C)= 39.2J/ (mol C) Hf (CH4) = 74.85KJ/mol Hf (HCHO) = 115.9KJ/mol Hf (H2O) =

4、241.83KJ/mol5. 鄰二甲苯空氣氧化制苯酐，乙知鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率為70%氧的用量為理論用量的150%每小時(shí)投入鄰二甲苯250kg，試計(jì)算出口物料流量。反應(yīng)式如下：C8H10+3O2C 8H4O3+3H2O6. 甲烷和氫氣混合用空氣完全燃燒來(lái)加熱鍋爐，煙道氣分析按體積組成為N272.28%;CO28.12%; O22.44%; H2O17.15%。問(wèn)：燃料中甲烷和氫氣的比例？反應(yīng)式：H2+1/2O2H 2OCH4+2O2 CO2+2H2O答案一填空題1. 工藝2. 現(xiàn)場(chǎng)施工3. 物料衡算4. 工藝流程5. 物料6. 位號(hào)7. 單位時(shí)間8. 選擇9. 連續(xù)10. 流程11.列管式12.閥

5、門(mén)13.支承14.腐蝕15.-三16.項(xiàng)目17.擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)18.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)19.管道號(hào)20.執(zhí)行21.氣相22.質(zhì)量守恒23.離心泵24.攪拌器25.平面26.中間27.管道28.直接29.蒸汽30.溫度31.車間32.工藝33.對(duì)流34.間歇35.標(biāo)準(zhǔn)（定型）36.小37.強(qiáng)度38.外39.平面40.同一41.吸入42. 生產(chǎn)43. 供熱44. 直接45. 完全二選擇題2. B3. A4. C5. D6. C7. A8. B9. B10. D11. A12. A13. C14. B15. A16. B17. D18. C19. B20. A21. D22. D23. B24. A25. D

6、26. A27. D28. C29. B30. D31. B三名詞解釋題1概念設(shè)計(jì)是從工程角度出發(fā)進(jìn)行的一種假想設(shè)計(jì)。2. 把各個(gè)生產(chǎn)單元按照一定的目的要求，有機(jī)地組合在一起，形成一個(gè)完整的生產(chǎn)工藝過(guò) 程，并用圖形描繪出來(lái)，即是工藝流程圖。3是對(duì)整個(gè)車間各工段、各設(shè)施在車間場(chǎng)地范圍內(nèi)，按照它們?cè)谏a(chǎn)中和生活中所起的作 用進(jìn)行合理的平面和立面布置。4. 建筑物的下面，支承建筑物重量的全部土壤稱為地基。5. 總預(yù)備費(fèi)包括基本預(yù)備費(fèi)和漲價(jià)預(yù)備費(fèi)兩項(xiàng)。6. 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是新技術(shù)開(kāi)發(fā)的最終成果，它是工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。7. 工藝流程設(shè)計(jì)通過(guò)工藝流程圖的形式，形象地反映了化工生產(chǎn)由原料進(jìn)入到產(chǎn)品輸出的過(guò)程。8化工

7、設(shè)備主要指在化工生產(chǎn)中常用的標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。9.用管道將各工段和各設(shè)備連接起來(lái)。稱管道布置。10設(shè)備購(gòu)置費(fèi)包括設(shè)備原價(jià)及運(yùn)雜費(fèi)用。11. 概算書(shū)是在初步設(shè)計(jì)階段編制的車間投資的大概計(jì)算。12. 工藝流程草圖：是用來(lái)表達(dá)整個(gè)工廠或車間生產(chǎn)流程的圖樣。13. 將各工段與各設(shè)備按生產(chǎn)流程在空間上進(jìn)行組合、布置稱車間布置。14. 基礎(chǔ)是建筑物的下部結(jié)構(gòu)，埋在地面以下。15. 其他費(fèi)用是指工程費(fèi)用以外的建設(shè)項(xiàng)目必須支出的費(fèi)用。四. 簡(jiǎn)答題1.工藝流程四個(gè)重要過(guò)程。（4分）1）原料預(yù)處理過(guò)程。（1分）2）反應(yīng)過(guò)程。（1分）3）產(chǎn)物的后處理。（1分）4）三廢的處理過(guò)程。（1分）2. 車間布置初步設(shè)計(jì)的主要

8、內(nèi)容。（6分）1. 生產(chǎn)、生產(chǎn)輔助、生活行政設(shè)施的空間布置；2. 決定車間場(chǎng)地與建筑物、構(gòu)筑物的大??；3. 設(shè)備的空間（水平和垂直方向）布置；4. 通道系統(tǒng)、物料運(yùn)輸設(shè)計(jì)；5. 安裝、操作、維修所需的的空間設(shè)計(jì)；6. 其他。答出一個(gè)得1分，最多得6分3. 工程概算費(fèi)用的分類。（4分）1）設(shè)備購(gòu)置費(fèi)。（1分）2）安裝工程費(fèi)。（1分）3）建筑工程費(fèi)。（1分）4）其他費(fèi)用。（1分）4. 什么情況需要保溫？ （5分）1）凡設(shè)備或管道表面區(qū)溫度超過(guò) 50C，需要減少熱損失;2）設(shè)備內(nèi)或輸送管道內(nèi)的介質(zhì)要求不結(jié)晶、不凝結(jié)；3）制冷系統(tǒng)的設(shè)備和管道中介質(zhì)輸送要求保冷；4）介質(zhì)的溫度低于周圍空氣露點(diǎn)溫度，要求

9、保冷；5）季節(jié)變化大。答出一個(gè)得1分，最多得5分。5. 泵的選用與設(shè)計(jì)程序。（6分）1）確定泵型。2）確定選泵的流量和揚(yáng)程。3）確定泵的安裝高度。4）確定泵的臺(tái)數(shù)和備用率。5）校核泵的軸功率。6）確定冷卻水或驅(qū)動(dòng)蒸汽的耗用量。7）選用電動(dòng)機(jī)。8）填寫(xiě)選泵規(guī)格表。答出一個(gè)得1分，最多得6分。6. 塔型選擇基本原則。（5分）1）生產(chǎn)能力大，彈性好。2）滿足工藝要求，分離效率高。3）運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性高，操作、維修方便。4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，造價(jià)較低。5）塔壓降小。答出一個(gè)得1分，最多得5分。7. 化工車間（裝置）工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容（6分）1）設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作2）方案設(shè)計(jì)3）化工計(jì)算4）車間布置設(shè)計(jì)5）化工管路設(shè)計(jì)

10、6）提供設(shè)計(jì)條件7）編制概算書(shū)及編制設(shè)計(jì)文件答出一個(gè)得1分，最多得6分。8. 簡(jiǎn)述化工車間管道布置設(shè)計(jì)的要求（4分）1）符合生產(chǎn)工藝流程的要求，并能滿足生產(chǎn)需要2）便于操作管理，并能保證安全生產(chǎn)。3）便于管道的安裝和維護(hù)。4）要求整齊美觀，并盡量節(jié)約材料和投資。答出一個(gè)得1分，最多得6分。9. 管道支架按其作用分類（4分）32. 固定支架 （1分）33滑動(dòng)支架 （1分）34導(dǎo)向支架 （1分）35.彈簧吊架（1分）10. 簡(jiǎn)述化工設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。（6分）1）基本形體以回轉(zhuǎn)體為主。2）各部分結(jié)構(gòu)尺寸大小相差懸殊。3）殼體上開(kāi)孔和管口多。4）廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)化零部件5）采用焊接結(jié)構(gòu)多。6）對(duì)材料有特

11、殊要求。7）防泄露安全結(jié)構(gòu)要求高。答出一個(gè)得1分，最多得6分。11.設(shè)計(jì)貯罐的一般程序。（6分）1）匯集工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。2）選擇容器材料。3）容器型式的選用。4）容積計(jì)算。5）確定貯罐基本尺寸。6）選擇標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)。7）開(kāi)口和支座。8）繪制設(shè)備草圖。答出一個(gè)得1分，最多得6分。12. 車間平面布置的內(nèi)容。（4分）1）生產(chǎn)設(shè)施。（1分）2）生產(chǎn)輔助設(shè)施。（1分）3）生活行政設(shè)施。（1分）4）其他特殊用室。（1分）13. 工藝上降低污垢系數(shù)方法。（4分）1）改進(jìn)水質(zhì)，（1分）2）消除死區(qū)，（1分）3）增加流速，（1分）4）防止局部過(guò)熱。（1分）14. 反應(yīng)釜設(shè)計(jì)程序。（6分）1）確定反應(yīng)釜操作方式2）匯

12、總設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)3）計(jì)算反應(yīng)釜體積4）確定反應(yīng)釜設(shè)計(jì)（選用）體積和臺(tái)數(shù)5）反應(yīng)釜直徑和筒體高度、封頭確定6）傳熱面積計(jì)算和校核7）攪拌器設(shè)計(jì)8）管口和開(kāi)孔設(shè)計(jì)答出一個(gè)得1分，最多得6分。15. 工程概算項(xiàng)目的劃分。（4分）1. 工程費(fèi)用（1分）2. 其他費(fèi)用（1分）3. 總預(yù)備費(fèi)（1分）4. 專項(xiàng)費(fèi)用（1分）16. 簡(jiǎn)述車間設(shè)備布置需要滿足的要求。（6分）2. 滿足生產(chǎn)工藝要求。（1分）3符合經(jīng)濟(jì)原則。（1分）4. 符合安全生產(chǎn)要求。（1分）5. 便于安裝和檢修。（1分）6. 建筑要求。（1分）7. 保證良好的操作條件。（1分）17. 簡(jiǎn)述化工設(shè)計(jì)結(jié)合國(guó)情應(yīng)考慮的問(wèn)題（6分）1）中國(guó)人民的消費(fèi)水

13、平及各種化工產(chǎn)品的消費(fèi)趨勢(shì)。（1分）2）中國(guó)化工機(jī)械設(shè)備及電氣儀表的制造能力。（1分）1 分）3）中國(guó)化工生產(chǎn)所用的化工原材料及設(shè)備用金屬材料的供應(yīng)情況。（4）中國(guó)環(huán)境保護(hù)的有關(guān)規(guī)定和化工生產(chǎn)中三廢排放情況。（1分）5）勞動(dòng)就業(yè)與化工生產(chǎn)自動(dòng)化水平的關(guān)系。（1分）6）資金籌措和外匯貯備情況。（1分）18. 露天或半露天布置的優(yōu)點(diǎn)。（4分）1）建筑投資少、用地省。（1分）2）利于安裝和檢修。（1分）3）有利于通風(fēng)。（1分）4）防火防爆。（1分）五. 畫(huà)圖識(shí)圖題1.畫(huà)出真空泵流量調(diào)節(jié)中的真空管吸入支路調(diào)節(jié)示意圖8畫(huà)出通過(guò)調(diào)節(jié)換熱介質(zhì)來(lái)控制換熱器溫度的控制方案示意圖3. 畫(huà)出離心泵出口旁路調(diào)節(jié)示意圖

14、。4. 畫(huà)出用提餾段塔板溫度控制塔底產(chǎn)品流量來(lái)實(shí)現(xiàn)精餾塔的控制示意圖5. 畫(huà)出離心泵出口直接節(jié)流調(diào)節(jié)示意圖 6畫(huà)出用精餾段塔板溫度控制塔頂產(chǎn)品流量來(lái)實(shí)現(xiàn)精餾塔控制的示意圖六. 計(jì)算題1.利用乙烯部分氧化制取環(huán)氧乙烷，將乙烯在過(guò)量空氣條件下通過(guò)銀催化劑進(jìn)行如下反應(yīng)，進(jìn)料物質(zhì)流量為1000mol/h，進(jìn)料中含乙烯10%（mol），乙烯轉(zhuǎn)化率為25%，計(jì)算 反應(yīng)器出口物料量。反應(yīng)方程式如下：2C2H4+O2T 2C2H4O解：以每小時(shí)為計(jì)算基準(zhǔn)。進(jìn)料：乙烯=1000X 10%=100 （mol/h） ;（1 分）空氣=1000X 90%=900 （ mol/h）;（ 1 分）其中：氮?dú)?900X 0

15、.79=711 （mol/h） ;（1 分）氧氣=900 X 0.21=189 （mol/h） ;（1 分）轉(zhuǎn)化掉乙烯=100X25%=25 （mol/h）；（ 1 分）則產(chǎn)物中:未反應(yīng)的乙烯:100-25=75 （mol/h） ; （1 分）生成環(huán)氧乙烷:A（ 1 分）25 （mol/消耗氧氣：2ol/h） ; （1 分）剩余氧氣:.5（ mol/h） ; （1 分）氮?dú)猓?11 (mol/h )。( 1 分)2氨氧化反應(yīng)器的能量衡算氨氧化反應(yīng)式為：4NH3 (氣)+ 502 (氣)4N0 (氣)+ 6H2O (氣)此反應(yīng)在25C、 101. 3kPa的反應(yīng)熱為 Hf 904.6KJ?，F(xiàn)有2

16、5C的 100molNH3/h和800mol空氣/h連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器，氨在反應(yīng)器內(nèi)全部反應(yīng)，產(chǎn)物在 200E呈 氣態(tài)離開(kāi)反應(yīng)器。如操作壓力為101. 3kPa,計(jì)算反應(yīng)器應(yīng)輸入或輸出的熱量。300r 時(shí) N2、02、NO 和 H2O 的CP (N2)= 29.50J/ (mol ;C)CP (O2)= 30.80 J/ (mol C)CP (NO)= 30.80 J/ (mol C)Cp (H2O)= 34.80 J/ (mol C)解：題給的進(jìn)料量由物料衡算得到反應(yīng)器出口各組分的摩爾流量。n (H2O)= 64X100= 150mol/h (1 分)n (NO)= 4X00= 100mol/h

17、 (1 分)n (O2)= 800X).21 54X100= 43mol/h (1 分)n (N2)= 800X).79= 632mol/h (1 分)算焓時(shí)的參考態(tài)：25C, 101.3KPa, NH3 (氣)，O2(氣)，NO (氣)，H2O (氣)。因此進(jìn)口的兩股物料的焓均為零。計(jì)算出口物料的焓:CH (H2O)= n( H2O) P (H2O) X200-25)=913.5KJ/h (1 分)H (NO)= n (NO) CP ( NO) X200-25)=539KJ/h (1 分)H (O2) = n (O2) CP ( O2) X200 25)=231.77KJ/h (1 分)H

18、(N2) = n (N2) CP ( N2) X200 25)= 3262.7KJ/h (1 分)反應(yīng)放熱 Hr= 100 X 904.6 ) 4h= 22615 KJ/h (1 分)過(guò)程的 H=- 22615+ 913.5+ 539+ 231.77+ 3262.7= 17668.03KJ/h (1 分)3. 乙苯脫氫制苯乙烯，通入純乙苯為 250kg/h，乙苯與水蒸氣質(zhì)量比為1： 1.3,乙苯轉(zhuǎn)化率為50%，其中在轉(zhuǎn)化掉的乙苯中有 90%轉(zhuǎn)化成苯乙烯；10%轉(zhuǎn)化成苯；反應(yīng)如下。試 計(jì)算反應(yīng)器出口物料量。轉(zhuǎn)化成苯乙烯的反應(yīng)：C8H10C 8H8+H2轉(zhuǎn)化成苯的反應(yīng)：C8H10C 6H6+C2H

19、4解：以每小時(shí)為計(jì)算基準(zhǔn)。每小時(shí)通入乙苯=250kg/h=2.358kmol/h; (1分)參加反應(yīng)的乙苯2.358爲(wèi)0%=1.179kmol/h;剩余乙苯=2.358 50%=1.179kmol/h=125kg/h; (1 分)配入水蒸氣=250X1.3=325kg/h; (1 分)在反應(yīng)掉的1.179kmol乙苯中轉(zhuǎn)化成苯乙烯=1.179 X0%=1.061kmol/h; (1分)轉(zhuǎn)化成苯=1.179X 10%=0.1179kmol; (1 分)則反應(yīng)生成：苯乙烯=1.061 04=110.34 (kg/h) ;(1 分)氫氣=1.061 X=2.33 (kg/h) ;(1 分)苯=0.1

20、179 8=9.20 (kg/h) ;(1 分)乙烯=0.1179 8=3.30 ( kg/h) ;(1 分)產(chǎn)物中水蒸氣=325 (kg/h)。(1分)4. 甲烷在連續(xù)式反應(yīng)器中用空氣氧化生產(chǎn)甲醛，甲烷的轉(zhuǎn)化率為40%，氧氣完全反應(yīng)。CH4 (氣)+ O2 HCHO (氣)+ H2O (氣)以100mol進(jìn)反應(yīng)器的甲烷為基準(zhǔn)。假定反應(yīng)在足夠低的壓力下進(jìn)行，氣體便可看作 理想氣體。甲烷于25T進(jìn)反應(yīng)器空氣于25E進(jìn)反應(yīng)器，如要保持出口產(chǎn)物為 150C，需 從反應(yīng)器取走多少熱量？cp (N2,150C)= 29.24 J/ (mol -C)cp (HCHO,150C)= 9.12 J/ ( mo

21、l C)Cp (H2O,150C)= 34.00 J/ (mol C)Cp (CH4,150C)= 39.2J/ (mol C) Hf (CH4) = 74.85KJ/mol Hf (HCHO) = 115.9KJ/mol Hf （H2O） = 241.83KJ/mol解：物料基難：100mol進(jìn)料CH4入口： CH4： 100molO2： 100 40%=40molN2: 40吃1 79=150.48mol （1 分）出口：CH4： 100 40=60mol（1 分）N2： 150.48molHCHO : 40mol （1 分）H2O： 40mol （1 分）取25r時(shí)生成各個(gè)反應(yīng)物和產(chǎn)物的

22、各種原子（即C、O2、H2）為基準(zhǔn)，非反應(yīng)物質(zhì) N2也取25 r為基準(zhǔn)，將各個(gè)焓值計(jì)算如下。CH 出（N2,150r）= nP （N2,150E） 150 25）=550KJ （1 分）H 進(jìn)（CH4,25E） = n（CH4）= 74.85 00= 7485KJ （1 分）H 出（CH4,150E） = n（CH4） +nC （ CH4,150E） （150-25）= （ 74.85+4.9） 60= 4197KJ（1分）H 出（H2O,150C） = n（ H2O） + nCP （ H2O,150E） （150-25）= （ 241.83+4.25） 40= 9503.2KJ （1 分）H 出（HCHO,150C） = n（HCHO） + nCP （HCHO,150E） 40=4590.4KJ （1 分） H=550- 4197 9503.2 4590.4（ 7485） = 10255.6KJ （1 分）5. 鄰二甲苯空氣氧化制苯酐，乙知鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率為70%氧的用量為理論用量的150%每小時(shí)投入鄰二甲苯250kg，試計(jì)算出口物料流量。反應(yīng)式如下：C8H10+3O2T C8H4O3+