化工過程設計復習重點

一、不可簡約的流程：采用洋蔥邏輯結構，他首先選擇反應器，然后通過增加分離與循環(huán)系統(tǒng)向外擴展，最后是換熱網(wǎng)絡公用工程。缺點：（1）在每個設計階段可能有不同的設計決定（2）即便完成并且評估了許多設計選擇也不能保證最終找到最優(yōu)設計；優(yōu)點：主觀能動性大，設計者能夠控制基本設計決定，而且能夠隨設計進展與設計本身進行交流。5、可簡約流程：首先是一種超結構，而這種超結構包括所有可行的操作過程和可行的、相互影響的最優(yōu)設計設備流程，其次是用設計方程和設計變量將設計問題轉變成數(shù)學問題，再次運用優(yōu)化算法求解。缺點：是在決策過程中排除了設計工程師的作用。優(yōu)點：它能夠同時考慮許多不同的設計方案。另外，它能夠將全部的設計編寫成計算機程序，從而快速、高效低獲得設計方案。7、 轉變過程是通過反應、分離、混合、加熱、冷卻、壓力改變和顆粒尺寸的變化等實現(xiàn)的。8、 模擬就是試圖用該過程的數(shù)學模型預測它建成以后的行為。9、 化工過程合成的復雜性是雙重的：（1）是否能確定所有的流程結構；（2）是否能夠優(yōu)化每一個流程并進行合理的比較，當優(yōu)化流程結構時，有些多方法能用來完成每一個獨立的任務，也有許多方法能把所有的任務相互連接起來。10、 在進行化工設計過程時，需要考慮兩類基本問題？（1） 是否能夠確定所有的流程結構；（2） 是否能夠優(yōu)化每一個流程并進行合理的比較。11、 過程設計的原則是從洋蔥模型的中心即反應器開始的。A/t- 第—章1、 理想的反應路徑是利用最便宜的原料并生產(chǎn)少量的副產(chǎn)品。2、 影響新反應路徑開發(fā)的最主要的原因是缺少合適的催化劑。3、 反應系統(tǒng)類型分類：單一反應；平行反應；串聯(lián)反應；平行反應又串聯(lián)反應；聚合反應。4、 反應器性能指標：轉化率；選擇性；反應器收率。3、單一反應的目標：用最小的體積實現(xiàn)最大生產(chǎn)；單一不可逆的轉化率應選擇在95%左右，可逆轉化率則為平衡轉化率的95%左右。系統(tǒng)宜采用理想間歇反應器或活塞流反應器。單一可逆反應的濃度改變可以通過：（1）進料比；（2）惰性物的濃度；（3）在反應中間移走產(chǎn)物。5、平行反應設計目標：是轉化率一定時，使選擇性最大；若想增加反應的轉化率，則需減少原料的濃度。因此（1） 如果a2>a1，則反應選擇性隨著轉化率的增加而增加。則反應轉化率初步設為95%左右，可逆轉化率為平衡轉化率的95%；用全混流反應器。（2） a2<a1，則反應選擇性隨轉化率的增加而降低。不可逆轉化率為50%左右，不可逆為平衡轉化率的50%左右。用間歇或活塞流反應器。7、串聯(lián)反應：不可逆x在50%左右，可逆x在平衡轉化率的50%左右。系統(tǒng)宜采用理想間歇反應器或活塞流反應器。10、解決環(huán)境問題最好的方法不是環(huán)境處理，而是在過程開始時就不產(chǎn)生廢物。13、 理想間歇模型和活塞流模型的反應器濃度高，適合主反應級數(shù)高的反應；連續(xù)全混流模型，反應器內濃度較低，適合副反應級數(shù)較高的反應。14、 聚合反應可以分為兩類：（1）沒有終止或聚合物活性壽命比物料在反應器中的停留時間還長，要用連續(xù)全混流反應器。（2）聚合物活性壽命比平均停留時間短，要用間歇或活塞流反應器。15、 對理想單一可逆放熱反應，理想的反應溫度是隨反應的轉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。冷激是指在反應器中間加入一股新鮮冷物料，對于放熱反應，冷激是最好的控溫方法。熱激：對吸熱反應，可在中間加入一股經(jīng)過預熱的新鮮物料。17、 催化劑失活：物理失活；表面沉積；結燒；中毒；化學變化。18、 實際反應器：攪拌釜式反應器；管式反應器；固定床催化反應器；固定床非催化反應器；流化床催化反應器；流化床非催化反應器；窯。19、 反應器的哪些操作會造成原料的利用率低？答：（1）轉化率低，未反應完的原料難以分離和循環(huán)；（2）對于生成的副產(chǎn)物，有時可以單獨作為一種產(chǎn)品；有時可以簡單地作為燃料；有時則必須采用昂貴的廢物處理工藝進行處理。（3）進料的雜質可能會反應生產(chǎn)另外的副產(chǎn)物。20、間歇過程分離循環(huán)怎樣實現(xiàn)的：設置中間距曜；間歇過程循環(huán)時間不確定第三章1、 在獨立設計蒸發(fā)器時，有三個自由變量：（1）通過調整操作壓力改變蒸發(fā)溫度；（2） 通過調整換熱面積改變級間溫度；（3） 通過調整級數(shù)改變熱通量。2、 工業(yè)上常用的干燥器：隧道；旋轉；轉鼓；噴霧四種干燥器。3、 分離設計要求：（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先考慮采用變壓分離，再考慮使用質量分離劑，為了設計中的環(huán)保問題，盡量不采用外加分離劑；4、 蒸餾的優(yōu)點：（1）蒸餾適用于很大的流量范圍；（2）適用于不同的進料濃度；（3）可以產(chǎn)生高純度產(chǎn)品。5、 在設計初階段，不必對回流比及進料條件進行優(yōu)化，最優(yōu)條件與全過程熱集成后還會有較大的變化。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)，在設計初期可不做優(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)顆粒表面性質的不同來進行混合物的分離。第四章1、 反應器的轉化率的確定：依據(jù)反應是單一反應還是復雜反應，以及反應是否可逆來初步確定轉化率。2、 對付復雜反應，如果是生成副反應的反應是可逆的，并且生成的副反應不會使催化劑中毒或者造成設備腐蝕，則采用全部副產(chǎn)物循環(huán)使得反應生成副反應的反應得到全部抑制。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：（1）對小批量生產(chǎn)而言更經(jīng)濟；（2）可靈活調整生產(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準的多用途設備生產(chǎn)不同的產(chǎn)品；（5） 適用于設備需要清洗和消毒的情性；（6） 適于實驗直接放大；（7）保證產(chǎn)品的統(tǒng)一性。5、過程收率的損失：（1）反應器收率損失，包括生成副產(chǎn)品或沒將未反應物料循環(huán)利用；（2）分離和循環(huán)系統(tǒng)損失。第五章1、 簡單塔是指：進料分成兩產(chǎn)品；關鍵組分相對揮發(fā)度鄰近；有過一個再沸器和一個冷凝器。2、 影響分離順序數(shù)目的實現(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)先移走化學性質活潑和熱敏性組分（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)品則不應從塔底采出目的產(chǎn)品（6）如果進料為難凝組分，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備費用和操作費用的衡量指標。5、 非關鍵組分對分離過程的影響：增加分離負荷，使得熱負荷和氣相流率增加；增加塔頂塔底溫差，輕關鍵組分使冷凝器溫度降低，中關鍵組分使再沸器溫度升高。6、 蒸餾順序合成小結如果對熱集成沒有嚴格限制，則簡單蒸餾塔順序為（1）識別最好的幾種非集成分離順序；（2）進行熱集成。最佳非集成分離順序的最簡單判據(jù)是據(jù)總氣相負荷最小。如不滿足進行簡單的簡潔計算和經(jīng)濟核算。1、 只有當熱流股溫度在所有點上都高于相應的冷流股溫差，兩流股間的換熱才是可行的。2、 超出熱流股起點那部分冷流股，是不能通過回收熱量來達到目標溫度，所以只能用蒸汽加熱，這就是最小熱公用工程。3、 在設計中要達到的△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現(xiàn)的，這是因為殼側的流股存在著周期性的交錯流，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到1-2C。4、 組合曲線的合理配置是由能量費用和投資費用權衡所確定的，這一權衡對應于一個經(jīng)濟的最小傳熱溫差△Tmin。5、 夾點（工藝夾點）：△Tmin只存在于）令熱組合曲線之間的一點，該店稱為熱回收夾點。6、 為了達到有組合曲線所設定的能量目標，設計者不能使熱量穿越夾點，即應避免：（1）夾點上方與夾點下方過程換熱；（2）公用工程的不合理利用。7、 最優(yōu)△Tmin正好位于門檻點時就不存在夾點，最優(yōu)△Tmin位置位于門檻之上，冷，熱公用工程同時存在，故存在夾點。8、 由于第二公用工程的引入，導致了夾點的出現(xiàn)，這稱為公用工程夾點。它所遵循的規(guī)則和工藝夾點相同。（公用工程夾點上方只能用高壓蒸汽，夾點下方只能用低壓蒸汽）9、 最常用的熱公用工程：加熱蒸汽、可分為多個等級。更高溫度熱負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）、燃爐空氣預熱、鍋爐給水預熱，甚至可能是蒸汽發(fā)生（較高溫位）等。11、 對約束的取舍做判斷，若約束代價昂貴則：（1）放棄獨立度，過程作為一個系統(tǒng)運行。（2）保留獨立，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，導致不可能接受長距離管線鋪設；禁止兩流股匹配換熱。12、 構造總組合曲線的方法是把問題表格級聯(lián)作成圖。13、 總組合曲線分布表示了每一轉換溫度區(qū)間經(jīng)熱回收后剩余加熱和令卻需求。14、 在需要此阿勇高溫熱源或者需要高溫熱通量的場合，應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能達到的溫度。16、 提高理論溫度的方法：進去氣體通過預熱；出去氣體邁開夾點。17、 酸露點：煙氣存在一個實際最低溫度點，在該點之下，煙氣開始冷凝并對煙道造成腐蝕，這一溫度點就叫酸露點。18、 熱機的合理安排是不能穿越夾點的熱集成。19、熱泵的合理安排應是穿越夾點放置。 如果穿越了公用工程夾點，則無論位于工藝夾點的上方還是下方都是經(jīng)濟的。COP尸（Qhp+W/W,熱泵性能系數(shù)，COPp越高，經(jīng)濟性能越好，這就意味著熱泵跨越的溫升越小其經(jīng)濟性能越好。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的位置。COP冷凍=QPW冷凍循環(huán)系數(shù)，其值越高經(jīng)濟性能越好。21、 飽和蒸汽進入管網(wǎng)，會因熱損失造成過量令凝，造成熱損失。22、 換熱網(wǎng)絡與公用工程的總結：能量目標一一總結答：無需進行換熱網(wǎng)絡及公用工程的設計就可設定過程的能量目標。這些能量目標可直接從物料即能量平衡計算出來。因此不需進行洋蔥模型外層的具體設計，就可以估算出能量費用。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)絡投資費用的主要因素 ：換熱單元數(shù)目；換熱面積；殼程數(shù)；建造材料；設備類型；壓力等級。2、 路徑：是指相互連接的若干條線的序列。3、 若圖中任意兩個點可以有一條路徑連通則該圖就構成一個組元。4、 NUnit=S+L-C為匹配或換熱單兀數(shù)，S流股數(shù)，L獨立回路數(shù)目，C組元數(shù)目；網(wǎng)絡不存在夾點的最小換熱單兀數(shù)計算公式：NjN|T=S-1；網(wǎng)絡存在夾點的最小單元數(shù)NjnJ=（S夾點上方-1）+（S夾點下方-1）5、 一旦洋蔥模型的前兩層（反應器和分離器）設計已經(jīng)確定下來，那么總費用就可以簡單地有所有反應器、分離器的總費用加上換熱網(wǎng)絡及公用工程的總目標費用得出。第八章1、 反應器轉化率、再循環(huán)流股中雜質濃度的變化及全流程的變化屬于全局權衡。2、 反應器、分離系統(tǒng)既包含局部權衡，又包括全局死亡量。8死亡量。8、有三類閥限值：計時暴露；短期暴露；最高極限暴露。3、 提高設備利用率的方法：（1）將一個以上的操作合并在一臺設備中，但這些操作不能限制循環(huán)時間； （2）覆蓋操作；（3）在限定批循環(huán)時間的加工步驟使用平行操作和串聯(lián)操作；增加設備尺寸，以降低具有非限制批循環(huán)時間的操作步驟的死時間；（4）在具有非批限制循環(huán)時間的操作步驟降低設備尺寸，以增加設備的加工時間，從而降低這些操作步驟的死時間；（5）在間歇操作步驟之間加入中間儲曜。4、 在間歇操作中的全部變量：批量、批循環(huán)時間、平行和串聯(lián)操作的間歇單元數(shù)、設備尺寸、中間儲曜數(shù)；（反應器轉化率、在循環(huán)流股中的惰性組分濃度是其他過程中還應考慮的變量）5、 當一個給定優(yōu)化的流程時可以確定兩大類權衡問題：局部權衡和全局權衡。后者會引起全流程的變化。第九章1、 化工廠中三大主要危險是：火災；爆炸；有毒物質釋放。2、 影響火災的重要因素：（1）閃點：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：是物質不需要任何外界火源就能在空氣中自動燃燒的溫度。（3）可燃界限：按化學計量關系組成的混合物最易燃燒。通?？扇忌舷孪薜臐舛确謩e按化學計量關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。因為可燃液體有更大的質量，所以它比可燃氣體混合物危險得多。3、 哪兩種爆炸與化學能量釋放有關：（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。（2）蒸汽云爆炸：發(fā)生在敞開空氣中。5、 有毒物質的三種接觸途徑：呼吸、皮膚接觸、攝入。6、 半致死濃度LC50：規(guī)定暴露時間內，一般是4個小時，測定使試驗組半數(shù)死亡的毒劑濃度。7、 半致死量ld50:對非載氣物質，使實驗組半數(shù)9、 在流程中處理危險的最好辦法使之完全排除，實施過