化工過程設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)重點(diǎn)

一、不可簡約的流程：采用洋蔥邏輯結(jié)構(gòu)，他首先選擇反應(yīng)器，然后通過增加分離與循環(huán)系統(tǒng)向外擴(kuò)展，最后是換熱網(wǎng)絡(luò)公用工程。缺點(diǎn)：（1）在每個(gè)設(shè)計(jì)階段可能有不同的設(shè)計(jì)決定（2）即便完成并且評(píng)估了許多設(shè)計(jì)選擇也不能保證最終找到最優(yōu)設(shè)計(jì)；優(yōu)點(diǎn)：主觀能動(dòng)性大，設(shè)計(jì)者能夠控制基本設(shè)計(jì)決定，而且能夠隨設(shè)計(jì)進(jìn)展與設(shè)計(jì)本身進(jìn)行交流。5、可簡約流程：首先是一種超結(jié)構(gòu)，而這種超結(jié)構(gòu)包括所有可行的操作過程和可行的、相互影響的最優(yōu)設(shè)計(jì)設(shè)備流程，其次是用設(shè)計(jì)方程和設(shè)計(jì)變量將設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)變成數(shù)學(xué)問題，再次運(yùn)用優(yōu)化算法求解。缺點(diǎn)：是在決策過程中排除了設(shè)計(jì)工程師的作用。優(yōu)點(diǎn)：它能夠同時(shí)考慮許多不同的設(shè)計(jì)方案。另外，它能夠?qū)⑷康脑O(shè)計(jì)編寫成計(jì)算機(jī)程序，從而快速、高效低獲得設(shè)計(jì)方案。7、 轉(zhuǎn)變過程是通過反應(yīng)、分離、混合、加熱、冷卻、壓力改變和顆粒尺寸的變化等實(shí)現(xiàn)的。8、 模擬就是試圖用該過程的數(shù)學(xué)模型預(yù)測它建成以后的行為。9、 化工過程合成的復(fù)雜性是雙重的：（1）是否能確定所有的流程結(jié)構(gòu)；（2）是否能夠優(yōu)化每一個(gè)流程并進(jìn)行合理的比較，當(dāng)優(yōu)化流程結(jié)構(gòu)時(shí)，有些多方法能用來完成每一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)，也有許多方法能把所有的任務(wù)相互連接起來。10、 在進(jìn)行化工設(shè)計(jì)過程時(shí)，需要考慮兩類基本問題？（1） 是否能夠確定所有的流程結(jié)構(gòu)；（2） 是否能夠優(yōu)化每一個(gè)流程并進(jìn)行合理的比較。11、 過程設(shè)計(jì)的原則是從洋蔥模型的中心即反應(yīng)器開始的。A/t- 第—章1、 理想的反應(yīng)路徑是利用最便宜的原料并生產(chǎn)少量的副產(chǎn)品。2、 影響新反應(yīng)路徑開發(fā)的最主要的原因是缺少合適的催化劑。3、 反應(yīng)系統(tǒng)類型分類：單一反應(yīng)；平行反應(yīng)；串聯(lián)反應(yīng)；平行反應(yīng)又串聯(lián)反應(yīng)；聚合反應(yīng)。4、 反應(yīng)器性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)化率；選擇性；反應(yīng)器收率。3、單一反應(yīng)的目標(biāo)：用最小的體積實(shí)現(xiàn)最大生產(chǎn)；單一不可逆的轉(zhuǎn)化率應(yīng)選擇在95%左右，可逆轉(zhuǎn)化率則為平衡轉(zhuǎn)化率的95%左右。系統(tǒng)宜采用理想間歇反應(yīng)器或活塞流反應(yīng)器。單一可逆反應(yīng)的濃度改變可以通過：（1）進(jìn)料比；（2）惰性物的濃度；（3）在反應(yīng)中間移走產(chǎn)物。5、平行反應(yīng)設(shè)計(jì)目標(biāo)：是轉(zhuǎn)化率一定時(shí)，使選擇性最大；若想增加反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，則需減少原料的濃度。因此（1） 如果a2>a1，則反應(yīng)選擇性隨著轉(zhuǎn)化率的增加而增加。則反應(yīng)轉(zhuǎn)化率初步設(shè)為95%左右，可逆轉(zhuǎn)化率為平衡轉(zhuǎn)化率的95%；用全混流反應(yīng)器。（2） a2<a1，則反應(yīng)選擇性隨轉(zhuǎn)化率的增加而降低。不可逆轉(zhuǎn)化率為50%左右，不可逆為平衡轉(zhuǎn)化率的50%左右。用間歇或活塞流反應(yīng)器。7、串聯(lián)反應(yīng)：不可逆x在50%左右，可逆x在平衡轉(zhuǎn)化率的50%左右。系統(tǒng)宜采用理想間歇反應(yīng)器或活塞流反應(yīng)器。10、解決環(huán)境問題最好的方法不是環(huán)境處理，而是在過程開始時(shí)就不產(chǎn)生廢物。13、 理想間歇模型和活塞流模型的反應(yīng)器濃度高，適合主反應(yīng)級(jí)數(shù)高的反應(yīng)；連續(xù)全混流模型，反應(yīng)器內(nèi)濃度較低，適合副反應(yīng)級(jí)數(shù)較高的反應(yīng)。14、 聚合反應(yīng)可以分為兩類：（1）沒有終止或聚合物活性壽命比物料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間還長，要用連續(xù)全混流反應(yīng)器。（2）聚合物活性壽命比平均停留時(shí)間短，要用間歇或活塞流反應(yīng)器。15、 對(duì)理想單一可逆放熱反應(yīng)，理想的反應(yīng)溫度是隨反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率的增加而逐漸降低的。16、 溫度控制：間接換熱；冷激和熱激；載熱體。冷激是指在反應(yīng)器中間加入一股新鮮冷物料，對(duì)于放熱反應(yīng)，冷激是最好的控溫方法。熱激：對(duì)吸熱反應(yīng)，可在中間加入一股經(jīng)過預(yù)熱的新鮮物料。17、 催化劑失活：物理失活；表面沉積；結(jié)燒；中毒；化學(xué)變化。18、 實(shí)際反應(yīng)器：攪拌釜式反應(yīng)器；管式反應(yīng)器；固定床催化反應(yīng)器；固定床非催化反應(yīng)器；流化床催化反應(yīng)器；流化床非催化反應(yīng)器；窯。19、 反應(yīng)器的哪些操作會(huì)造成原料的利用率低？答：（1）轉(zhuǎn)化率低，未反應(yīng)完的原料難以分離和循環(huán)；（2）對(duì)于生成的副產(chǎn)物，有時(shí)可以單獨(dú)作為一種產(chǎn)品；有時(shí)可以簡單地作為燃料；有時(shí)則必須采用昂貴的廢物處理工藝進(jìn)行處理。（3）進(jìn)料的雜質(zhì)可能會(huì)反應(yīng)生產(chǎn)另外的副產(chǎn)物。20、間歇過程分離循環(huán)怎樣實(shí)現(xiàn)的：設(shè)置中間距曜；間歇過程循環(huán)時(shí)間不確定第三章1、 在獨(dú)立設(shè)計(jì)蒸發(fā)器時(shí)，有三個(gè)自由變量：（1）通過調(diào)整操作壓力改變蒸發(fā)溫度；（2） 通過調(diào)整換熱面積改變級(jí)間溫度；（3） 通過調(diào)整級(jí)數(shù)改變熱通量。2、 工業(yè)上常用的干燥器：隧道；旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)鼓；噴霧四種干燥器。3、 分離設(shè)計(jì)要求：（1）先是非均相分離，然后再均相分離；（2）能用地能耗，不用高能耗；（3）先易后難；（4）如果被分離物系是共沸物則應(yīng)先考慮采用變壓分離，再考慮使用質(zhì)量分離劑，為了設(shè)計(jì)中的環(huán)保問題，盡量不采用外加分離劑；4、 蒸餾的優(yōu)點(diǎn)：（1）蒸餾適用于很大的流量范圍；（2）適用于不同的進(jìn)料濃度；（3）可以產(chǎn)生高純度產(chǎn)品。5、 在設(shè)計(jì)初階段，不必對(duì)回流比及進(jìn)料條件進(jìn)行優(yōu)化，最優(yōu)條件與全過程熱集成后還會(huì)有較大的變化。6、 分離地分子量物最常用的方法是吸收，在吸收過程中液相流率、溫度和壓力是待定參數(shù)，在設(shè)計(jì)初期可不做優(yōu)化。7、 非均相混合物的分離方法：沉降；浮選；離心分離；過濾。（1）沉降：指液體中懸浮的固體顆粒在重力作用下沉降形成一清液層和以固體濃漿層的過程。在沉降過程中，顆粒受重力的作用從流體中分離出來。8、 浮選：是根據(jù)顆粒表面性質(zhì)的不同來進(jìn)行混合物的分離。第四章1、 反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率的確定：依據(jù)反應(yīng)是單一反應(yīng)還是復(fù)雜反應(yīng)，以及反應(yīng)是否可逆來初步確定轉(zhuǎn)化率。2、 對(duì)付復(fù)雜反應(yīng)，如果是生成副反應(yīng)的反應(yīng)是可逆的，并且生成的副反應(yīng)不會(huì)使催化劑中毒或者造成設(shè)備腐蝕，則采用全部副產(chǎn)物循環(huán)使得反應(yīng)生成副反應(yīng)的反應(yīng)得到全部抑制。3、 如果冷凝溫度為冷卻水溫度則可以采用以下分離方式分離：冷凍冷凝；吸收；吸附；膜分離。4、 間歇過程的優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)小批量生產(chǎn)而言更經(jīng)濟(jì)；（2）可靈活調(diào)整生產(chǎn)方案；（3）可靈活改變生產(chǎn)速率；（4）適用于在同一工廠中使用標(biāo)準(zhǔn)的多用途設(shè)備生產(chǎn)不同的產(chǎn)品；（5） 適用于設(shè)備需要清洗和消毒的情性；（6） 適于實(shí)驗(yàn)直接放大；（7）保證產(chǎn)品的統(tǒng)一性。5、過程收率的損失：（1）反應(yīng)器收率損失，包括生成副產(chǎn)品或沒將未反應(yīng)物料循環(huán)利用；（2）分離和循環(huán)系統(tǒng)損失。第五章1、 簡單塔是指：進(jìn)料分成兩產(chǎn)品；關(guān)鍵組分相對(duì)揮發(fā)度鄰近；有過一個(gè)再沸器和一個(gè)冷凝器。2、 影響分離順序數(shù)目的實(shí)現(xiàn)的條件是：（1）基于安全考慮，將毒性組分優(yōu)先移走流程。（2）優(yōu)先移走化學(xué)性質(zhì)活潑和熱敏性組分（3）優(yōu)先移走腐蝕性組分（4）如果某些組分聚合，必須加入阻聚劑（ 5）如果再沸器分解物污染產(chǎn)品則不應(yīng)從塔底采出目的產(chǎn)品（6）如果進(jìn)料為難凝組分，這些組分的冷凝需要低溫冷凍或特別高的操作壓力。3、 直觀推斷法則：最困難的最后分離；盡量采用直接分離順序；使塔頂產(chǎn)品近似為恒摩爾流。4、 氣相流率可以作為單塔設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用的衡量指標(biāo)。5、 非關(guān)鍵組分對(duì)分離過程的影響：增加分離負(fù)荷，使得熱負(fù)荷和氣相流率增加；增加塔頂塔底溫差，輕關(guān)鍵組分使冷凝器溫度降低，中關(guān)鍵組分使再沸器溫度升高。6、 蒸餾順序合成小結(jié)如果對(duì)熱集成沒有嚴(yán)格限制，則簡單蒸餾塔順序?yàn)椋?）識(shí)別最好的幾種非集成分離順序；（2）進(jìn)行熱集成。最佳非集成分離順序的最簡單判據(jù)是據(jù)總氣相負(fù)荷最小。如不滿足進(jìn)行簡單的簡潔計(jì)算和經(jīng)濟(jì)核算。1、 只有當(dāng)熱流股溫度在所有點(diǎn)上都高于相應(yīng)的冷流股溫差，兩流股間的換熱才是可行的。2、 超出熱流股起點(diǎn)那部分冷流股，是不能通過回收熱量來達(dá)到目標(biāo)溫度，所以只能用蒸汽加熱，這就是最小熱公用工程。3、 在設(shè)計(jì)中要達(dá)到的△Tmin,就要求換熱器純逆流操作，這在管式換熱器中是不可能實(shí)現(xiàn)的，這是因?yàn)闅?cè)的流股存在著周期性的交錯(cuò)流，因此，除非特殊條件許可，△Tmin一般不低于10C，在板式換熱器中溫差最小為5C，在板翅式換熱器中能達(dá)到1-2C。4、 組合曲線的合理配置是由能量費(fèi)用和投資費(fèi)用權(quán)衡所確定的，這一權(quán)衡對(duì)應(yīng)于一個(gè)經(jīng)濟(jì)的最小傳熱溫差△Tmin。5、 夾點(diǎn)（工藝夾點(diǎn)）：△Tmin只存在于）令熱組合曲線之間的一點(diǎn)，該店稱為熱回收夾點(diǎn)。6、 為了達(dá)到有組合曲線所設(shè)定的能量目標(biāo)，設(shè)計(jì)者不能使熱量穿越夾點(diǎn)，即應(yīng)避免：（1）夾點(diǎn)上方與夾點(diǎn)下方過程換熱；（2）公用工程的不合理利用。7、 最優(yōu)△Tmin正好位于門檻點(diǎn)時(shí)就不存在夾點(diǎn)，最優(yōu)△Tmin位置位于門檻之上，冷，熱公用工程同時(shí)存在，故存在夾點(diǎn)。8、 由于第二公用工程的引入，導(dǎo)致了夾點(diǎn)的出現(xiàn)，這稱為公用工程夾點(diǎn)。它所遵循的規(guī)則和工藝夾點(diǎn)相同。（公用工程夾點(diǎn)上方只能用高壓蒸汽，夾點(diǎn)下方只能用低壓蒸汽）9、 最常用的熱公用工程：加熱蒸汽、可分為多個(gè)等級(jí)。更高溫度熱負(fù)荷需要燃燒爐煙氣或熱油回路。10、 最常用的令公用工程：可以是冷凍劑、冷卻水、空氣（冷卻）、燃爐空氣預(yù)熱、鍋爐給水預(yù)熱，甚至可能是蒸汽發(fā)生（較高溫位）等。11、 對(duì)約束的取舍做判斷，若約束代價(jià)昂貴則：（1）放棄獨(dú)立度，過程作為一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。（2）保留獨(dú)立，另尋他法客服該約束。12、 產(chǎn)生約束的原因：集成區(qū)的劃分；兩股物流相距太遠(yuǎn)，導(dǎo)致不可能接受長距離管線鋪設(shè)；禁止兩流股匹配換熱。12、 構(gòu)造總組合曲線的方法是把問題表格級(jí)聯(lián)作成圖。13、 總組合曲線分布表示了每一轉(zhuǎn)換溫度區(qū)間經(jīng)熱回收后剩余加熱和令卻需求。14、 在需要此阿勇高溫?zé)嵩椿蛘咝枰邷責(zé)嵬康膱龊?，?yīng)使用燃爐燃燒燃料來傳遞輻射熱。15、 理論火焰溫度：是指燃料在空氣或氧氣中燃燒沒有熱量損失或給予時(shí)能達(dá)到的溫度。16、 提高理論溫度的方法：進(jìn)去氣體通過預(yù)熱；出去氣體邁開夾點(diǎn)。17、 酸露點(diǎn)：煙氣存在一個(gè)實(shí)際最低溫度點(diǎn)，在該點(diǎn)之下，煙氣開始冷凝并對(duì)煙道造成腐蝕，這一溫度點(diǎn)就叫酸露點(diǎn)。18、 熱機(jī)的合理安排是不能穿越夾點(diǎn)的熱集成。19、熱泵的合理安排應(yīng)是穿越夾點(diǎn)放置。 如果穿越了公用工程夾點(diǎn)，則無論位于工藝夾點(diǎn)的上方還是下方都是經(jīng)濟(jì)的。COP尸（Qhp+W/W,熱泵性能系數(shù)，COPp越高，經(jīng)濟(jì)性能越好，這就意味著熱泵跨越的溫升越小其經(jīng)濟(jì)性能越好。20、 冷凍系統(tǒng)是在低溫環(huán)境在吸收熱量的熱泵，放置位置也是在穿越夾點(diǎn)的位置。COP冷凍=QPW冷凍循環(huán)系數(shù)，其值越高經(jīng)濟(jì)性能越好。21、 飽和蒸汽進(jìn)入管網(wǎng)，會(huì)因熱損失造成過量令凝，造成熱損失。22、 換熱網(wǎng)絡(luò)與公用工程的總結(jié)：能量目標(biāo)一一總結(jié)答：無需進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)及公用工程的設(shè)計(jì)就可設(shè)定過程的能量目標(biāo)。這些能量目標(biāo)可直接從物料即能量平衡計(jì)算出來。因此不需進(jìn)行洋蔥模型外層的具體設(shè)計(jì)，就可以估算出能量費(fèi)用。利用總組合曲線，可以快速方便地篩選各種公用工程的選擇方案。第七章1、影響換熱網(wǎng)絡(luò)投資費(fèi)用的主要因素 ：換熱單元數(shù)目；換熱面積；殼程數(shù)；建造材料；設(shè)備類型；壓力等級(jí)。2、 路徑：是指相互連接的若干條線的序列。3、 若圖中任意兩個(gè)點(diǎn)可以有一條路徑連通則該圖就構(gòu)成一個(gè)組元。4、 NUnit=S+L-C為匹配或換熱單兀數(shù)，S流股數(shù)，L獨(dú)立回路數(shù)目，C組元數(shù)目；網(wǎng)絡(luò)不存在夾點(diǎn)的最小換熱單兀數(shù)計(jì)算公式：NjN|T=S-1；網(wǎng)絡(luò)存在夾點(diǎn)的最小單元數(shù)NjnJ=（S夾點(diǎn)上方-1）+（S夾點(diǎn)下方-1）5、 一旦洋蔥模型的前兩層（反應(yīng)器和分離器）設(shè)計(jì)已經(jīng)確定下來，那么總費(fèi)用就可以簡單地有所有反應(yīng)器、分離器的總費(fèi)用加上換熱網(wǎng)絡(luò)及公用工程的總目標(biāo)費(fèi)用得出。第八章1、 反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率、再循環(huán)流股中雜質(zhì)濃度的變化及全流程的變化屬于全局權(quán)衡。2、 反應(yīng)器、分離系統(tǒng)既包含局部權(quán)衡，又包括全局死亡量。8死亡量。8、有三類閥限值：計(jì)時(shí)暴露；短期暴露；最高極限暴露。3、 提高設(shè)備利用率的方法：（1）將一個(gè)以上的操作合并在一臺(tái)設(shè)備中，但這些操作不能限制循環(huán)時(shí)間； （2）覆蓋操作；（3）在限定批循環(huán)時(shí)間的加工步驟使用平行操作和串聯(lián)操作；增加設(shè)備尺寸，以降低具有非限制批循環(huán)時(shí)間的操作步驟的死時(shí)間；（4）在具有非批限制循環(huán)時(shí)間的操作步驟降低設(shè)備尺寸，以增加設(shè)備的加工時(shí)間，從而降低這些操作步驟的死時(shí)間；（5）在間歇操作步驟之間加入中間儲(chǔ)曜。4、 在間歇操作中的全部變量：批量、批循環(huán)時(shí)間、平行和串聯(lián)操作的間歇單元數(shù)、設(shè)備尺寸、中間儲(chǔ)曜數(shù)；（反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率、在循環(huán)流股中的惰性組分濃度是其他過程中還應(yīng)考慮的變量）5、 當(dāng)一個(gè)給定優(yōu)化的流程時(shí)可以確定兩大類權(quán)衡問題：局部權(quán)衡和全局權(quán)衡。后者會(huì)引起全流程的變化。第九章1、 化工廠中三大主要危險(xiǎn)是：火災(zāi)；爆炸；有毒物質(zhì)釋放。2、 影響火災(zāi)的重要因素：（1）閃點(diǎn)：是液體釋放出足夠蒸汽并和空氣形成可燃混合物的最低溫度，通常隨壓力增加而增加。（2）自然溫度：是物質(zhì)不需要任何外界火源就能在空氣中自動(dòng)燃燒的溫度。（3）可燃界限：按化學(xué)計(jì)量關(guān)系組成的混合物最易燃燒。通?？扇忌舷孪薜臐舛确謩e按化學(xué)計(jì)量關(guān)系組成的混合物濃度的0.5和2倍?？扇冀缦捱€受溫度和壓力的影響溫度、壓力升高使可燃范圍變寬。因?yàn)榭扇家后w有更大的質(zhì)量，所以它比可燃?xì)怏w混合物危險(xiǎn)得多。3、 哪兩種爆炸與化學(xué)能量釋放有關(guān)：（1）爆燃火焰前緣比較慢地，即以啞聲速，穿擊可燃混合物；（2）爆震，火焰前緣以沖擊波的形式穿過。爆震產(chǎn)生更大的壓力，因此爆震比爆燃更具破壞性。4、 爆炸發(fā)生的條件：（1）封閉式爆炸：發(fā)生在容器、管路或者建筑物內(nèi)。（2）蒸汽云爆炸：發(fā)生在敞開空氣中。5、 有毒物質(zhì)的三種接觸途徑：呼吸、皮膚接觸、攝入。6、 半致死濃度LC50：規(guī)定暴露時(shí)間內(nèi)，一般是4個(gè)小時(shí)，測定使試驗(yàn)組半數(shù)死亡的毒劑濃度。7、 半致死量ld50:對(duì)非載氣物質(zhì)，使實(shí)驗(yàn)組半數(shù)9、 在流程中處理危險(xiǎn)的最好辦法使之完全排除，實(shí)施過