化工設(shè)計期末考試試卷[A]答案

1、精選文檔20092010學(xué)年第 一 學(xué)期期末考試試卷 化工設(shè)計 （ A卷 共 4 頁）（考試時間：2010 年 1 月 19 日 考試地點：西階101）題號一二三四五成果核分人簽字得分一、（共20分）簡答題（共5個小題，每小題4分）1、簡述化工工藝設(shè)計的內(nèi)容及步驟。依據(jù)設(shè)計任務(wù)書進(jìn)行流程組織流程的物料及能量衡算設(shè)備設(shè)計及選型帶把握點的工藝儀表管道流程圖車間平面、立面布置及配管圖設(shè)計工程概算及工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價工藝設(shè)計說明書2、簡述化工產(chǎn)品成本由哪些部分構(gòu)成。化工產(chǎn)品銷售成本主要由以下部分組成：主要原材料費用，幫助原材料費用，燃料及動力費用，人工費，專利或技術(shù)費用，折舊及大修基金，副產(chǎn)品收入，車間

2、經(jīng)費，企業(yè)管理費，銷售費用。3、簡述我國現(xiàn)行的化工基建程序。項目建議書 項目建議書審批通過后，進(jìn)行項目可行性爭辯 審查可行性爭辯，決策通過后，下達(dá)設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計階段（包括基礎(chǔ)設(shè)計、擴(kuò)初設(shè)計、施工圖設(shè)計） 施工建設(shè)期 工程試投產(chǎn)運行 項目正式投產(chǎn)4、說明流程組織時選擇化學(xué)反應(yīng)途徑應(yīng)當(dāng)考慮的一些主要因素。應(yīng)當(dāng)考慮的主要因素有：反應(yīng)步驟的長短；副反應(yīng)的數(shù)量；反應(yīng)的條件苛刻與否；反應(yīng)原料的成本；反應(yīng)的速度及轉(zhuǎn)化率；反應(yīng)產(chǎn)物是否簡潔分別；等等。5、簡述化工項目試生產(chǎn)的步驟。 清理工程現(xiàn)場清洗設(shè)備及管道設(shè)備單體以水代料試車流程以水代料聯(lián)動試車投入真實物料試生產(chǎn)A DB、CEA、D、EA、DA、D產(chǎn)品CB

3、BB精餾塔精餾塔分流器混合器混合器A、D精餾塔二、（共20分）由一個液液非均相反應(yīng)生產(chǎn)高純度的產(chǎn)品C，反應(yīng)式為ABC（其反應(yīng)速度 ），同時伴隨著副反應(yīng)ACD（可逆反應(yīng)，其正反應(yīng)速度 ）。已知選購來的原料A為液相原料，其中含有少量D及E。原料B也為液相，為純組份且價格較貴。A、D、B、C、E五種組分的相對揮發(fā)度由小到大（D、B之間相對揮發(fā)度相差更明顯）。A原料的價格較廉價，C與E之間能形成難分別的共沸物。試進(jìn)行這個過程的流程組織（連續(xù)操作流程，要求考慮反應(yīng)器的形式），寫出簡要說明，并畫出流程框架草圖。解：1、 為了保證C產(chǎn)品的純度，減輕反應(yīng)結(jié)束后后續(xù)分別的壓力，應(yīng)當(dāng)在原料預(yù)備階段先將易與C形成共

4、沸物的E先從原料A中分別去除；2、 從反應(yīng)的角度動身，應(yīng)當(dāng)選擇多釜串聯(lián)的釜式反應(yīng)器（非均相反應(yīng)），而且為了削減副反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)削減A原料的返混，所以A原料應(yīng)當(dāng)接受多釜滴加的方式；3、 原料B較貴，應(yīng)當(dāng)將其與C分別后全部返回使用；4、 要求生產(chǎn)高純C產(chǎn)品，C組份應(yīng)當(dāng)從精餾塔塔頂餾出；5、 D與A可以不分，通過分流器少量放空（A，D）混合物。三、（共20分）下表列出了冷、熱各兩股流的起始溫度和目標(biāo)溫度，并給出了其焓變及熱容流率。假設(shè)最小傳熱溫差，DTmin要求為20。依據(jù)熱交換網(wǎng)絡(luò)窄點（Pinch）原理，請用問題列表算法（The problem table algorithm）列出具體計算步驟：1、計

5、算出窄點。（10分）2、計算出外界最小輸入冷量（QCmin）和外界最小輸入熱量（QHmin）。（10分）流股類型Ti()To()DH（MW）CP（MW）1冷2018032.00.22冷14023027.00.33熱2008030.00.254熱2504031.50.15解：步驟1：依據(jù)DTmin，劃分溫度區(qū)間（列出此步得4分）流股類型Ti()To()TS()TT()1冷20180301902冷1402301502403熱20080190704熱2504024030步驟2：計算各區(qū)間熱容流率差及焓變（列出此步得4分）溫度間隔42流股安排TCPCCPHH （MW）2403500157.519014

6、001415080-0.2-1670400.05230步驟3：構(gòu)造假想最節(jié)能熱階流圖（列出此步得4分） 240 7.519041501670230 0 7.5 11.5 4.5 2.5 步驟4：構(gòu)造可行的最節(jié)能熱階流圖（列出此步得4分）240 7.51904150167023011.5 4.0 0 16 14 步驟5：（給出最終結(jié)果得4分）從步驟4得到窄點溫度、QCmin及QHmin該熱交換系統(tǒng)的窄點溫度為150（冷窄點溫度140，熱窄點溫度160）；外界最小輸入冷量QCmin為14.0MW；外界最小輸入熱量QHmin為11.5MW。四、（共15分）有一個化工項目，項目總投資共3800萬元人民

7、幣（全部靠銀行貸款），共1年建設(shè)期，其次年開頭，連續(xù)11年猜測其每年總銷售收入3700萬元人民幣，每年其總銷售成本為2800萬元人民幣，設(shè)該項目全部稅種免稅（不計各種稅收）。項目共12年壽命期，終了時無任何殘值，按年復(fù)利計算。其各年現(xiàn)金流量表猜測如下（單位：萬元人民幣）：年度（年）123 。12總投資3800總銷售收入37003700 。3700總銷售成本28002800 。28001、令年折現(xiàn)率為8，試計算該項目的凈現(xiàn)值（NPV）；（10分）2、試計算該項目能擔(dān)當(dāng)?shù)淖畲筱y行貸款年利率。（5分）解：1、以項目開頭建設(shè)為基準(zhǔn)時刻，則該項目全壽命期內(nèi)NPV為：項目建成后每年受益為：37002800

8、900萬元NPV900/1.08900/1.082900/1.083。900/1.08113800 解得：該項目在年折現(xiàn)率為8時，其凈現(xiàn)值NPV2625.1萬元 （列出計算式得7分，解出此步結(jié)果得3分）2、由于該項目資金全部為貸款，其內(nèi)部收益率即為其能擔(dān)當(dāng)?shù)淖畲筚J款年利率。設(shè)能擔(dān)當(dāng)?shù)淖畲竽昀蕿閤；則：NPV（x）0900/（1x）900/（1x）2900/（1x）3。900/（1x）1138000試差解得：x0.2065（列出計算式得3分，解出此步結(jié)果得2分）五、（共25分）乙醛可通過乙烯在銀催化劑作用下部分氧化制取，但通常伴隨著一個副反應(yīng)（乙烯的完全氧化反應(yīng)），反應(yīng)式為：2C2H4 O2

9、2CH3CHO （主反應(yīng)）C2H4 3O2 2CO2 2H2O （副反應(yīng)）設(shè)計已知：1、乙烯在反應(yīng)器內(nèi)單程轉(zhuǎn)化率為20；2、反應(yīng)器內(nèi)乙烯生成乙醛的單程選擇性率為80；3、離開吸取塔的氣流股有20通過分流器放空；4、分流器只牽涉到三種組份，提取塔也只牽涉到三種組份，除反應(yīng)器外，其它單元設(shè)備內(nèi)無化學(xué)反應(yīng)。圖中組成為摩爾分率。設(shè)計出的流程示意圖如下所示。要求：1、試作該過程的自由度分析（15分）。2、求解吸取塔吸取液流出流股（8號流股）的組成（10分）。65C2H4O 0.25CO2H2OO2 0.21N2 0.79C2H4O2N2H2O 1.00C2H4 1.00提取塔吸取塔 反應(yīng)器 混合器分流器

10、C2H4 0.10H2O 1.00C2H4O 0.0410987432111僅做流程MB計算時的自由度分析表反應(yīng)器吸取塔混合器提取塔分流器過程整體OB流股變量總數(shù)9139852510單元變量數(shù)2000022MB方程數(shù)66331196已知流股變量數(shù)1122042已知單元變量數(shù)2000020已知附加式數(shù)0000110原自由度+2+6+4+3+3+1+4計算基準(zhǔn)111最終自由度+1+6+3+3+30+4解：1、自由度分析結(jié)果見上表，是彈性設(shè)計，應(yīng)當(dāng)選擇衡算計算基準(zhǔn)：設(shè)反應(yīng)器進(jìn)料流股流量為100mol/h。完成以上自由度分析表。2、F3100mol/h；先求解反器的MB：3號流股C2H4分摩爾流量1000.1010mol/h因其在反應(yīng)器中單程轉(zhuǎn)化率為20，單程反應(yīng)消耗的C2H410202mol/h因其在反應(yīng)器中生成CH3CHO的單程選擇性率為80，則單程反應(yīng)生成CH3CHO消耗的C2H42801.6mol/h則：4號流股中C2H41028mol/h4號流股中CH3CHO1.6mol/h4號流股中CO2（21.6）20.8mol/h4號流股中H2O（21.6）20.8mol/h4號流股其它組份分流量