中国石油大学（北京）远程教育学院
化工设计概论期末复习题
一、给出下面概念和术语的定义
1、热；
2、活塞流型反应器；
3、管件；
4、分离过程；
5、温-焓图(T-H)；
6、固定床反应器；
7、聚式流态化；
8、传质分离过程（平衡分离过程）；
9、工艺流程示意图；10、连续过程；11、中间反应；12、速率控制分离过程；
13、逆流反应器；14、分离因子；15、化工过程；16、间歇过程；17、工艺过程阶段；
18、夹点；19、化学反应路线；20、流化床反应器；
二、单项与多项选择题
1、（）衡算式是化学反应过程物料衡算不能应用的。
A．总质量衡算式；B．组分质量衡算式；
C．元素原子物质的量衡算式；D．元素原子质量衡算式
2、在进行过程的物料平衡计算时，对系统需要分析的内容有（）。
A．确定物料平衡方程式；B．确定物流约束式；C．确定设备约束式；D．确定变量3、在温-焓图中得到热复合曲线的步骤有（）步骤。
A．划分温区；B．各热流温度按高到低顺序排列；
C．求每个温区的总热交换量；D．画出每个温区的总物流线
4、（）不是化工设计的内容。
A．反应过程选择与优化；B．分离过程选择与优化；
C．厂区道路规划与设计；D．化工过程系统优化
5、管道布置图包括下面（）图样。
A．管件图；B．管架图管道施工说明；
C．蒸汽伴管系统布置图；D．管道平面布置图
6、（）分离过程不是速率控制分离过程。
A．膜分离过程；B．反渗透分离过程；C．冷冻干燥分离过程；D．超滤分离过程
7、间歇过程有（）特点。
A．生产灵活性高；B．易实现自动化；
C．适合有固相的物流；D．适合生产季节性产品
8、分离过程的选择应分析分离过程的（）方面。
A．可行性；B．经济性；C．可靠性；D．生产规模
9、对能量过程的分析方法有（）。
A．能量衡算法；B．热流分析法；C．熵分析法；D．功衡算法
10、夹点之上区域不可设置（）。
A．热阱；B．保温器；C．热源；D．物流混合器
11、对新过程的化工设计需要进行（）
A．概念设计；B．装置设计；C．中试设计；D．反应设计
12、换热网络设计的目的是得到（）。
A．最小的公用工程量；B．最少的换热器台数；
C．换热效益最大化；D．合理的公用工程量
13、（）分离过程是扩散分离过程。
A．渗析分离过程；B．结晶分离过程；C．超滤分离过程；D．精馏分离过程14、能量过程的特点体现在（）方面。
A．能量的形式；B．能量转换；C．能量流率；D．能量传递的设施
15、（）不是非工艺设计的内容。
A．总图运输设计；B．公用工程设计；C．管路设计；D．土建设计
16、设备布置图的标注包括下面（）内容。
A．平面定位尺寸；B．设备尺寸；C．高度方位尺寸；D．安装方位标
17、化工过程的特征是过程中有（）。
A．中间反应；B．反应物预处理；C．最终反应；D．化学反应过程
18、在物理过程中，存在（）物料衡算式。
A．总质量衡算式；B．组分质量衡算式；
C．总物质的量衡算式；D．元素原子质量衡算式
19、温-焓图中物流线在横座标上的投影表示（）。
A．温度差；B．热交换量；C．质量；D．流率
20、夹点有（）特性。
A．物流汇合为总物流；B．传热温差为零；
C．传热面积为无限大；D．混合效果最大
21、（）作功方式是机械功。
A．电功；B．化学功；C．膨胀功；D．表面功
22、降低精馏过程能耗的措施有（）。
A．预热进料；B．减少塔板数；C．减小回流比；D．增设中间再沸器
23、采用表格法计算夹点温度和最小公用工程量的步骤有（）。
A．计算每个温区内的热量值；B．确定夹点温差；C．划分温区；D．计算热级联24、化工过程整合的要求有（）。
A．过程的安全性；B．过程的可靠性；C．过程的环保性；D．过程的经济性25、工艺过程阶段中不包括（）过程。
A．反应过程；B．分离过程；C．产物回收过程；D．能量过程
26、在进行过程的物料衡算时，必须设置基准，这些基准有（）。
A．能量基准；B．时间基准；C．质量基准；D．体积基准
27、气体标准状态的温度和压力是（）。
A．T=273.15 K；B．T=275.15 K；C．P=0.1013 MPa；D．P=1.013 MPa
28、（）不是连续过程具有的性质。
A．整年不间断进料；B．具有稳定的反应区间；
C．产物不间断的分离；D．具有稳定的物流流率
29、简单过程物料衡算是指（）过程。
A．混合单元；B．循环过程；C．精馏单元；D．弛放过程
30、管道仪表流程图的图面由（）组成。
A．附注；B．标注；C．设备图形；D．仪表控制
31、配管工程设计的内容有（）方面。
A．管径的设计；B．管架的设计；C．阀件的选择；D．管路的设计
32、（）不是分离过程的要素。
A．分离装置；B．分离剂；C．一股多组分进料物流；D．一股单组分进料物流33、按流态分类，流化床反应器可分为（）。
A．气—液—固三相流化床反应器；B．散式流化床反应器；
C．鼓泡流化床反应器；D．快速循环流化床反应器
34、温-焓图中物流线左右平移时，不影响物流的（）性质。
A．流率；B．温度差；C质量．；D．热交换量
35、计算产物选择性需要（）数据。
A．流率；B．产物生成量；C．原料消耗量；D．产物与原料的关系比
36、（）不是车间装置布置的发展趋势。
A．露天化；B．大型化；C．集中化；D．定型化
37、化学反应过程的主要内容有（）方面。
A．传热；B．反应；C．流速；D．传质
38、组分混合有（）特点。
A．自发过程；B．△G减小的过程；C．△G增加的过程；D．△S减少的过程39、（）不是管件的连接方式。
A．法兰连接；B．对焊连接；C胶粘连接．；D．螺纹连接
40、基本建设阶段有（）时期。
A．投资决策前时期；B．验收时期；C．投资时期；D．开工时期
三、判断题
1、综合产品评估法反映了副产品的经济性和重要性。（A．对；B．错）
2、管道的设计要考虑热膨胀和热补偿所带来的影响。（A．对；B．错）
3、化工过程都是稳态过程。（A．对；B．错）
4、新建设的化工装置在试生产前需要进行试车。（A．对；B．错）
5、泵吸入管道的设计没有要求的，可以根据情况设计。（A．对；B．错）
6、阀门的选用必须考虑流体的性质、压力、温度和阀门的材质。（A．对；B．错）
7、在设计管道管径时，对流体流速是有限制的，存在最大允许流速。（A．对；B．错）
8、描述能量“质”属性的定律是热力学第二定律。（A．对；B．错）
9、稳定流动体系是指与环境之间存在物质和能量交换的体系。（A．对；B．错）
10、能量就是能量，没有高低、优劣之分。（A．对；B．错）
11、工厂布置图包括厂区布置图和设备布置图（车间布置图）。（A．对；B．错）
12、塔的设计时一定要设计人孔或手孔。（A．对；B．错）
13、非金属管材用于腐蚀性介质，温度和压力较高的场合。。（A．对；B．错）
14、化工过程整合与优化的目的是使工艺更加完整。（A．对；B．错）
15、工艺过程费用估算的目的是确定投资额度。（A．对；B．错）
16、分离因子表征混合物在分离过程中可得到的分离程度的一种量度。（A．对；B．错）
17、对于小直径、高度大的塔应采用单排布置。（A．对；B．错）
18、封闭体系是指与环境没有物质和能量交换的体系。（A．对；B．错）
19、仪表的控制符号有图形符号、字母代号和仪表位号。（A．对；B．错）
20、夹点处内部换热最大，经济效益最大。（A．对；B．错）
21、自由度分析就是要确定过程或单元的未知量个数。（A．对；B．错）
22、化工设计是针对化工过程某个单元操作的设计。（A．对；B．错）
23、在容器的设计时，一定要设计上放空、溢流和排放设施。（A．对；B．错）
24、夹点之下不应设置任何公用工程加热器。（A．对；B．错）
25、一个化工产品只有一种反应路线来生产。（A．对；B．错）
26、化工过程就是化学反应的过程。（A．对；B．错）
27、按照管道仪表流程图（PID）的设计程序，管道仪表流程图有6个以上版本。（A．对；B．错）
28、化工设计的目标是使化工工艺过程中各个单元的设计达到最佳。（A．对；B．错）
29、化学平衡常数可用来评估反应热效应的大小。（A．对；B．错）
30、选择性是指目的产物占已转化反应原料的分量。（A．对；B．错）
31、流化床反应器最明显的特征就是气流是下进上出，固体质量与浮力相近。（A．对；B．错）
32、分离过程是自发的过程。（A．对；B．错）
33、温-焓图是以温度T为纵轴，以热焓H为横轴的曲线图。（A．对；B．错）
四、简答题
1、如何得到理想条件下气—液系统中的分离因子？
2、泵管道布置的一般要求是什么？
3、什么是分离过程？有何特征？
4、什么是化学反应过程？其主要内容是什么？
5、车间设备布置的内容有哪些？
6、在进行化工设计时，化工设计将受到哪几方面的限制？
7、厂区布置的基本任务和要求是什么？
8、化工设计分为几个阶段？分别是什么？
9、化工工艺过程的整合与优化的基本思路是什么？
10、配管工程设计的内容有几个方面？分别是什么？
11、有几类管道布置？其一般要求是什么？
12、化工设计分为哪几类设计？
13、为什么要对所设计的工艺过程进行费用估算？
14、工艺过程费用估算方法有哪几种？
15、夹点的定义和夹点的特征？
16、如何进行换热网络的设计？
17、原料路线选择应遵循什么原则？
18、在进行工艺过程设计时，其设计的程序是什么？
19、在工艺过程的筛选和评价中，过程整合的内容有哪些？
20、在化工设计中，基本上需要进行几类计算？分别是什么？
21、对存在化学反应的系统进行物料衡算时，有几种方法？分别是什么？
22、为什么要设立基准。基准可否在自由度分析时作为已知条件？
23、进行能量衡算的基本程序是什么？
24、仪表控制点的标注由几部分组成？
25、设备布置图的标注有哪些？
26、如何得到配管工程中管道的管径？
27、有哪几种方法将工业管道进行分类？
28、在什么情况下要对管道进行热补偿？热补偿的方法有哪些？
29、管道布置图的标注有哪些？
30、在燃料油容器上设计哪些部件？
五、计算题
1、以苯为溶剂，用共沸精馏法分离乙醇-水混合物，制取纯乙醇。假定料液混合物中含水65％，乙醇35％，在精馏塔馏出液中含苯80％，水19％，其余为醇(组成均为质量分数)。若要求乙醇生产量为2000 kg/h，试计算精馏中所需的苯量。
2、有两个热流股与两个冷流股进行换热，其进出口温度和热容如下表所示。如果最小的温差?T min = 10℃，试确定该交换网络的夹点温度T和最小公用工程用量。
3、苯直接加H2转化为环己烷的流程示意图见下图：
已知输入系统中的苯有99 %反应生成环己烷，进入反应器物流的组成为80%H2和20 %C6H6 (摩尔分数，下同)，产物物流中含有3 %的H2。
请对总单元、反应器单元、冷凝分离单元进行自由度分析。
4、计算下表中3股冷流的冷复合曲线，并用热焓图表示。
5、对下图的单元操作进行自由度分析：
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化工设计概论期末复习题答案
一、给出下面概念和术语的定义
1、热：有温度差存在时体系与体系（或体系与环境）之间所传递的能量。
2、活塞流型反应器：物料返混为零的反应器。如管式反应器。
3、管件：管件就是用于在管道系统中改变走向、高度，或改变管径，或引出支管等所使用的管道部件。
4、分离过程：就是将一混合物转变为组成互不相同的两种或几种产品的操作。
5、温-焓图(T-H)：是以温度T为纵轴，以热焓H为横轴的曲线图，它表示了物流的热特性。
6、固定床反应器：是指所用固体催化剂，或固体反应物，固定于反应器中的一类反应器。
7、聚式流态化：在流化床反应器中，固体颗粒在不同程度上成团聚状态。
8、传质分离过程（平衡分离过程）：通过物质的迁移而使均相的混合物达到分离的目的。这一过程遵循物质传递原理。由于这种分离过程常常是达到传质平衡，因而，也称平衡分离过程。
9、工艺流程示意图：用方块流程图按不同的部分来表示工艺过程的总体概念、或部分概念、或一个单元的详细操作，并且每个方块根据不同的详略要求，有一定的框图说明。工艺流程示意图也称方块流程图。
10、连续过程：连续过程是指这样的过程，它被设计成每个装置可以每天运行24小时，每周运行7天，几乎全年都在基本不变的稳定条件下运行，直到为了检修而停车。
11、中间反应：就是指原料预处理过程中所发生的化学反应过程。如一氧化碳转化为氢的变换反应、乙醇氧化制乙醛的反应。
12、速率控制分离过程：是指通过某种介质如半透膜，在压力差、温度差、浓度差、电位差或其它梯度所造成的强制力的推动下，依靠各组分扩散传递速度的差异实现组分的分离。
13、逆流反应器：所有反应物料在反应器中逆流运行。
14、分离因子：是表征混合物在特定分离过程中可以得到的分离程度的一种量度。
15、化工过程：是指通过化学反应，使原料变成合格的目的产品时所经历的、进行的一切事件。
16、间歇过程：是指一个装置，或几套装置，或所有装置，都设计成经常地开车和停车，来生产一个产品。
17、工艺过程阶段：是化学工艺过程中的一部分，是由一个化学反应、反应物的预处理和反应产物分离构成的一个工艺过程。
18、夹点：在温-焓图上通过冷、热复合曲线的平移，首次出现的相交点，就叫夹点。
19、化学反应路线：是指由反应原料到产品的各步反应顺序所组成的整体。一个化工产品，常常有多个反应途径。
20、流化床反应器：是指在反应器中流体(气体和液体)高速由下而上通过床层，带动床内的固体颗粒迅速运动，并使之悬浮在流动的气流中，从而表现出类似流体流动的一些特征的反应器。
二、单项与多项选择题
1、B；
2、ABCD；
3、ABCD；
4、C；
5、ACD；
6、C；
7、ACD；
8、ABCD；
9、AC；
10、A；11、AC；12、CD；13、BD；14、AD；15、C；16、ABCD；17、ABCD；18、ABCD；19 B、；20、BC；21、C；22、ACD；23、ABCD；24、ABCD；25 C、；26、；BCD 27、AC；28、B；29、BD；30、ABCD；31、ABCD；32、D；33、BCD；
34、BD；35、BCD；36、B；37、ABD；38 AB、；39、C；40、AC；
三、判断题
1、A；
2、A；
3、B；
4、A；
5、B；
6、A；
7、A；
8、A；
9、A；10、B；11、A；
12、A；13、B；14、B；15、B；16、A；17、B；18、B；19 A、；20、B；21、A；22、B；23、A；24、A；25、B；26 B、；27、A；28 B、；29、B；30、B；31、A；
32、B；33、A；
四、简答题
1、答：在理想条件下，气液系统中组分在气相和液相之间达到平衡，并服从拉乌尔定律
和道尔顿定律，即i i i i x p py p 0==
式中 y i ，x i —— 分别为i 在气相和液相中的摩尔分数；
p —— 总压；
p i —— i 在气相中的分压；
p i 0 —— 纯液体i 的蒸气压。 在此情况下，平衡比为p
p x y K i i i i 0== 因此双组分i 、j 的分离因子为：0000j
i j i j i ij p p p p p p K K a ===，即分离因子a ij 为i 、j 组分在操作温度下的饱和蒸汽压之比，也常称为相对挥发度。
2、答：泵管道布置的一般要求是①、在满足工艺要求的前提下，满足泵正常运行及维修检查的要求。②、应避免热膨胀对泵出入口管道的影响，减少管道作用在泵管嘴处的应力和力矩。③、在充分满足管道柔性的前提下，使泵出入口管道最短。④、设计出合理的泵维修检查所需的空间，使泵的管道、阀门手轮不影响维修和检查操作。
3、答：分离过程是指将一混合物转变为组成互不相同的两种或几种产品的操作。其特征是要有混合物原料、以及分离剂，和分离设施。
4、答：化学反应过程是指一种化合物或多种化合物通过化学反应，化学变化转变为另一种或几种化合物的过程。其主要内容是反应器内的反应、传质和传热。
5、答：车间设备布置的内容有（1）确定各个工艺设备在车间平面和立面位置；（2）确定某些在工艺流程图中的一般不予表达的辅助设备或公用设备的位置；（3）确定供安装、操作与维修所用的通道系统的位置与尺寸；（4）在上述各项的基础上确定建筑物、构筑物与场地的尺寸；（5）确定管道、电气仪表管线、采暖通风管道的走向和位置。
6、答：在进行化工设计时，化工设计将受到四方面的限制，分别是化工资源限制、环保限制、水资源限制、化工技术限制。
7、答：厂区布置的基本任务和要求是结合厂区的各种自然条件和外部条件来确定生产过程中各台机器设备的空间位置，以获得最合理的物料和人员的流动路线。其内容是厂房布置、车间厂房布置、车间设备布置、各工段、各设施在车间内的布置，生产控制区和生活区的布置。其要求是：满足生产、安全和发展的要求 ，以及与环境、人文的和谐。
8、答：化工设计分为3个阶段设计；分别是三阶段设计、两阶段设计和一段设计。
9、答：化工工艺过程的整合与优化的基本思路按以下步骤进行：（1）、原料到产物的反应路线选择。（2）、根据完整的工艺过程是由工艺过程阶段组成的特点，确定段数。（3）、每段中进行反应过程的优化、分离过程的优化。（4）、每段之间如何联系。（5）、确定整个工艺过程的物料衡算和能量衡算。（6）、确定整个工艺过程的操作条件，包括修正各阶段的操作条件。（7）、热交换网络的设计。（8）、通过上述几步，合成出数个工艺过程，再由经济核算，环保条件下利润至上原则，确定最优工艺过程。
10、答：配管工程设计的内容有7个方面，分别是管径的设计、管道的选材及其规格选用、接管方式的选择、管件的选用、阀件的选择、管架的设计、管道的布置。
11、答：有2大类管道布置，架空布置和地下布置。其一般要求是⑴、管道布置要符合有关的规范、标准和惯例。⑵、符合工艺专业对配管的要求。⑶、管道布置应尽量架空敷设。⑷、尽量“步步高”或“步步低”，不出现或少出现气袋和液袋。⑸、管道过人行道h≮2m，过公路≮4.5m，过铁路≮6m。⑹、管道布置不应妨碍设备、机泵和仪表的操作和维修。⑺、采用管沟敷设时，沟底应有≮2‰的坡度，在最低处设排水点。⑻、管道本身应有足够的柔性，应尽量利用管道的自然形状对热胀自行进行补偿。⑼、管道穿过墙壁、楼板及平台时，孔洞的大小≮管外径或隔热层外径加50 mm。管道不应穿过防火墙和防爆墙。⑽、除了必要的法兰或螺纹连接外，应尽可能采用焊接连接。法兰的位置应避免处于人行通道和机泵上方。输送腐蚀性介质管道上的法兰应设安全防护罩。⑾、并排布置的管道应设置合理的间距。⑿、直管段两相邻环焊缝的允许最小距离≮2.5倍焊缝厚度，且≮ 50 mm；要求消除应力时不得≮ 5倍焊缝高度，且≮ 80mm。
12、答：化工设计分为3类设计，分别是新过程的化工设计、化工过程改造的化工设计、扩建生产设计。
13、答：对工艺过程进行费用估算是由工艺设计的目标和目的所决定的。因为工艺设计的目标是选择出经济上可行的工艺过程。而工艺设计的初期，首先进行工艺过程的概念设计，即将各个单元操作基本确定下来后，按不同的组合方式，形成多个工艺过程。判断这些概念设计中哪一个更具有经济潜力，是工艺过程优化的第一步。这只有通过投资
和操作费用的粗略估算才能确定。
14、答：工艺过程费用估算方法有：系数估算法和设备费用估算法。
15、答：在温-焓图上通过冷、热复合曲线的平移，首次出现的相交点，就叫夹点。夹点的特征是在夹点处，传热温差为零，传热面积无限大，系统内部换热达到最大。
16、答：进行换热网络的设计采用的是夹点原则，按照夹点的设计原则，即热量不穿过夹点，夹点以上不用冷源，夹点以下不用热源，可将换热系统分为以夹点为分界线的上、下两个子系统，接着独立设计这两个系统的换热网络，从而得到一个初始网络。最后对初始网络进行优化，目的是减少系统换热网络的回路。
17、答：原料路线选择应遵循三项原则，可靠性、经济性、合理性原则。
18、答：在进行工艺过程设计时，其设计的程序有4个重要步骤，（1）、搜集和评价资料、新方法。（2）、计算、整理关键数据。（3）、确定设计基础。（4）、过程的整合与优化。19、答：在工艺过程的筛选和评价中，过程整合的内容有单元操作的选择，这些单元操作之间的相互连接，确定温度、压力和流率等操作条件，确定能量利用率和能量最小公用工程量，构建热交换网络，绘制过程的工艺流程图、工艺设备流程图、过程的电气控制流程图，计算固定投资和经济效益。
20、答：在化工设计中，基本上需要进行3类计算，分别是（1）、整个化工过程的物料和能量核算，确定进料组成和流率，产物和副产物的组成、流率及三废的生成量。（2）、过程中各个单元操作的物料和能量核算，确定进出该单元操作的各个物流的组成和流率，以及操作条件。（3）、确定整个化工过程，需要公用工程提供的蒸汽、水、电或其他燃料等的消耗定额和条件。
21、答：对存在化学反应的系统进行物料衡算时，基本上有4种方法，分别是直接计算法、反应速率衡算法、元素平衡法、节点衡算法。
22、答：设立计算基准，是因为可使计算简化，同时缩小计算误差，所以在物料、能量衡算过程中，应恰当地选择计算基准。基准在自由度分析时可作为已知条件。
23、答：进行能量衡算的基本程序有4步，分别是①、正确绘制系统示意图，标明已知条件和物料状态；②、确定各组分的热力学数据，如比焓、比热容、相变热等；③、选
择计算基准，如与物料衡算一起进行，可选用物料衡算所取的基准作为能量衡算的基准，同时，还要选取热力学函数的基准态；④、列出能量衡算方程式，进行求解。
24、答：仪表控制点的标注由3部分组成，分别是图形符号、字母代号、仪表位号。
25、答：设备布置图的标注包括厂房建筑定位轴线的编号，建(构)筑物及其构件的尺寸，设备的名称、位号、设备在厂房建筑内的定位尺寸及其他说明等。
26、答：配管工程中管道的管径可通过3种方法得到，这3种方法是公式法，即通过公式的计算而获得；经验公式法；以及图标法，通过体积流率和流速，查阅图表而获得管径。
27、答：工业管道有4级分类法，分别是介质的压力、介质的温度、介质的性质、管道材料。
28、答：在那些需要减少设备和管道向周围环境散发或吸收热量而造成能量损失的地方、需要改善劳动保护条件和生产条件的地方、以及需要提高设备的防火等级的地方。热补偿的方法常常有两种，一种是自然补偿，另一种是采用波形补偿器来进行补偿。
29、答：管道布置图的标注有7项，它们是建筑标注（包括建筑定位轴线的编号及柱距尺寸，平台和构筑物的标高等）、设备标注、管道标注（包括管道的定位尺寸及标高、物料的流动方向和管号）、管件标注（包括管件符号、管件的位置尺寸和要求）、阀门标注（包括阀门符号、安装标高、编号和公称直径）、仪表控制点的标注、管道支架的标注。
30、答：在燃料油容器上应设计放空部件、溢流管部件、排放部件、取样接口和下降腿等部件。
五、计算题（10分）。
1、
解：画出流程方框示意图，如下图所示：
19%
80%
35%
65%
2
总物料平衡式：
F1 + F2＝F3 + F4
组分物料平衡式：
苯平衡F2＝0.80 F3
水平衡0.65 Fl＝0.19 F3
醇平衡(1-0.65) Fl＝(1-0.80-0.19) F3 + F4
对上述四个物料平衡方程，任选出3个组成一次方程组，并进行求解方程组，得：Fl ＝6333 kg/h
F2 ＝17333 kg/h
F3 ＝21666 kg/h
2、
解：1、确定边界温度，ΔT min=10℃/2=5℃
物流C1 C2 H1 H2
物流温度（℃）300 475 275 515 525 300 485 375
对应的边界温度（℃）305 480 280 520 520 295 480 370
边界温度顺序280 295 305 370 480 520
2、作热能阶图：
3、热量的复合
温度范围 ΔT （0C ） ∑∑-热冷CP CP T CP H ??=?
480～520 40 －1.0 －40.0 过量
370～480 110 －1.0 －110.0 过量
305～370 65 3.0 195.0 不足
295～305 10 －1.0 － 10.0 过量
280～295 15 5.0 75.0 不足
按能量传递原则：本题夹点温度T 为305 ℃和280℃或280℃
最小热源：ΔH min ＝（－40.0－110.0+195.0）+（－10.0+75.0）
＝110.0 kW
最小冷源：ΔH min ＝0 kW
3、解：
总单元自由度分析：这是一个2进1出体系。进入体系的物流为：纯氢物流、纯苯物流，因此变量为2个；流出体系的物流为产物物流，组分为环己烷、氢和苯，变量为4个，已知条件为1个（氢气含量），物流约束方程1个；总单元物料平衡方程2个（氢和碳元素），化学反应约束方程1个；这样，总单元的总变量数为6个，已知条件1个，方程4个，自由度为1。
反应器单元的自由度分析：这是一个1进1出体系。进入体系的物流为：氢和苯的混合物，因此变量为3个，已知条件2个；流出体系的物流为反应产物物流，组分为环己烷、氢和苯，变量为4个，物流约束方程1个；反应器约束方程1个（苯转化率），物料平衡方程2个（氢和碳元素）；这样，反应器单元的总变量数为7个，已知条件2个，方程4个，自由度为1。
冷凝分离单元的自由度分析：这是一个1进2出体系。进入体系的物流为：反应产物物流，组分为环己烷、氢和苯，变量为4个，物流约束方程1个；流出体系的物流为纯氢物流、以及产物物流（组分为环己烷、氢和苯）；纯氢物流：变量为1个；产物物流（组分为环己烷、氢和苯），变量为4个，已知条件为1个（氢气含量），物流约束方程1个；物料平衡方程3个；这样，冷凝分离单元的总变量数为9个，已知条件1个，方程5个，自由度为3。
4、解：已知：
物流 C1 C2 C3
物流温度（0C ） 80 280 50 200 60 160
所以，物流温度顺序 50 60 80 160 200 280
进行热量的复合：
温度范围 ΔT （0C ） ∑冷CP T CP H ??=?
50～60 10 3.0 30.0
60～80 20 3.0+2.0 100.0
80～160 80 5.0+3.0+2.0 800.0
160～200 40 5.0+3.0 320.0
200～280 80 5.0 400.0
将上述计算值，画于温焓图中，如下图所示：
5、解：对下图的单元操作进行自由度分析：
该煤炭加氢单元有5股物流，其分析如下：
物流1：5个元素，6个变量，4个已知条件；
物流
2：4个组分，5个变量，3个已知条件；
物流3：4个元素，5个变量，3个已知条件；
物流5：1个组分（氮气本题不考虑，因为它是惰性组分），2个变量，1个已知条件；
物流4：3个元素，4个变量，1个已知条件；
这样，煤炭加氢单元总变量数22个，已知条件数12个。另外，物料约束方程有4个（因为物流4按单组分处理，它没有物流约束方程）；单元中有5个元素（灰分作为一个元素处理），因而有5个独立物料平衡方程。
所以，本单元自由度为：22-12-4-5＝1，即自由度为1，
表示本单元设计变量为1，即设定一个变量值，本单元可完全求解。
第一章化工厂设计的内容与程序 1、化工设计的种类有哪些？ 答：根据项目性质化工设计可分为：新建项目设计、重复建设项目设计、已有装置的改造设计。 根据化工过程开发程序化工设计可分为：概念设计、中试设计、基础设计和工程设计；其中工程设计又包括：初步设计、扩大初步设计和施工图设计。 2、请画出化工厂设计的工作程序示意图。 3、化工厂通常由哪些部门和设施所构成？ 答：化工厂通常由化工生产车间、辅助生产装置、公用工程及罐区、服务性工程、生活福利设施、三废处理设施和厂外工程等构成。 4、化工车间工艺设计的程序及主要内容有哪些？ 答：一、设计准备工作 （1）熟悉设计任务书（2）制定设计工作计划（3）查阅文献资料（4）收集第一手资料。 二、方案设计 方案设计的任务是确定生产方法和生产流程，是整个工艺设计的基础。 三、化工计算 化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备选型与计算三个内容，其任务是在这三项计算的基础上绘制物料流程图、主要设备图和带控制点工艺流程图。 四、车间布置设计 主要任务是确定整个工艺流程中的全部设备在平面上和空间中的正确的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构型式。 五、配管工程设计 任务是确定生产流程中全部管线、阀门及各种管架的位置、规格尺寸和材料，综合权衡建设投资和操作费用。 六、提供设计条件 工艺专业设计人员向非工艺专业设计人员提供设计条件。 七、编制概算书及编制设计文件 概算主要提供了车间建筑、设备及安装工程费用。 第二章工艺流程设计
1、化工工艺设计包括哪些内容？ 答：生产方法选择，工艺流程设计，工艺计算，设备的设计与选型，设备布置，管道设计对 非工艺设计提条件，设计说明书，概预算书。 2、在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑的原则有哪些？其步骤有哪些？ 答：先进性、可靠性、合理性； 资料搜集与项目调研、生产设备类型与制造厂商调研、对调研结果进行全面分析对比。 3、工艺流程设计的步骤有哪些？ 答：确定整个流程的组成，确定每个过程或工序的组成，确定工艺操作条件，确定控制方案， 原料与能量的合理利用，制定“三废”处理方案，制定安全生产措施。 4、工艺流程图的种类有哪些？ 答：工艺流程草图，工艺物料流程图，带控制点的工艺流程图，管道仪表流程图。 5、某管道标注为“HW0201-150 -L1B ”，表示什么意思？ 答：①HW0201-表示管道号，其中： HW -物料代号，热水；02-工程工序编号，第02号；01-管道顺序号，第01号。 ②150 –管道尺寸（管径），公称通径150mm,。 ③L1B -管道等级，其中： L -国内标准压力等级代号，1.0MPa ； 1-顺序号，第1号； B -管道材质类别，碳钢。 6、固定床反应器温度控制形式有哪些？画出示意图。 (a)用进料浓度控制 (b)用进料温度控制Ⅰ (c) 用进料温度控制Ⅱ (d)用冷料量控制 第三章物料衡算与热量衡算 第四章 设备的工艺设计及化工设备图 1、化工设备选用一般原则的内容是什么？ 答：（1）合理性：即设备必须满足工艺要求，设备与工艺流程、生产规模、工艺操作条件、 工艺控制水平相适应，又能充分发挥设备的能力。 （2）先进性：要求设备的运转可靠性、自控水平、生产能力、转化率、收率、效率要尽可 能达到先进水平。 （3）安全性：要求安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患。 （4）经济性：设备投资节省，设备易于加工、维修、更新，没有特殊的维护要求，运行费 用减少。 （5）系统性：化工过程是一个完整的系统，设备设计时不能仅关注单一设备，避免因个别 设备妨碍整个系统优化；注重经济性的同时，还应通盘考虑，保留适当裕量，以免在日后扩 产和工艺调整时成为系统“瓶颈”。 2、一份完整的化工设备图，除绘有设备本身的各种视图外，应具有哪些基本内容？
《化工原理》课程设计水吸收氨气填料塔设计 学院医药化工学院 专业化学工程与工艺 班级 姓名姚 学号 090350== 指导教师蒋赣、严明芳 2011年12月25日
目录 前言 (1) 1. 水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介 (4) 1.1任务及操作条件 (4) 1.2设计案的确定 (4) 1.3填料的选择 (4) 2. 工艺计算 (6) 2.1 基础物性数据 (6) 2.1.1液相物性的数据 (6) 2.1.2气相物性的数据 (6) 2.1.3气液相平衡数据 (6) 2.1.4 物料衡算 (7) 2.2 填料塔的工艺尺寸的计算 (7) 2.2.1 塔径的计算 (7) 2.2.2 填料层高度计算 (9) 2.2.3 填料层压降计算 (12) 2.2.4 液体分布器简要设计 (13) 3. 辅助设备的计算及选型 (15) 3.1 填料支承设备 (15) 3.2填料压紧装置 (16) 3.3液体再分布装置 (16) 4. 设计一览表 (17) 5. 后记 (18) 6. 参考文献 (10) 7. 主要符号说明 (10) 8. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）
前言 在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大应用面广的重要单元设备。塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。 在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。 塔设备按其结构形式基本上可分为两类；板式塔和填料塔。以前在工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小、性能稳定等特点。因此，填料塔已经被推广到大型气、液操作中，在某些场合还代替了传统的板式塔。如今，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。 综合考察各分离吸收设备中以填料塔为代表，填料塔技术用于各类工业物系的分离,虽然设计的重点在塔体及塔内件等核心部分,但与之相配套的外部工艺和换热系统应视具体的工程特殊性作相应的改进。例如在DMF回收装置的扩产改造项目中,要求利用原常压塔塔顶蒸汽,工艺上可以在常压塔及新增减压塔之间采用双效蒸馏技术,达到降低能耗、提高产量的双重效果，在硝基氯苯分离项目中;改原多塔精馏、两端结晶工艺为单塔精馏、端结晶流程,并对富间硝基氯苯母液进行精馏分离,获得99%以上的间硝基氯苯,既提高产品质量,又取得了降低能耗的技术效果。 过程的优缺点：分离技术就是指在没有化学反应的情况下分离出混合物中特定组分的操作。这种操作包括蒸馏，吸收，解吸，萃取，结晶，吸附，过滤，蒸发，干燥，离子交换和膜分离等。利用分离技术可为社会提供大量的能源，化工产品和环保设备，对国民经济起着重要的作用。为了使1填料塔的设计获得满足分离要
《化工单元操作》 课程整体教学设计（2014～ 2015学年第二学期） 课程名称：化工单元操作 所属系部：化工学院 制定人：宋丽萍 合作人：吴晓滨 制定时间： 2015年1月20日 包头轻工职业技术学院
课程整体教学设计 一、课程基本信息 课程名称：化工单元操作 课程代码：181103 学分：20 学时：360 授课时间：第二学期授课对象：三年制专科 课程类型：应用化工技术专业职业能力必修课。 先修课程:化工机械基础后续课程:现代煤化工生产技术 二、课程定位 《化工单元操作》课程面向的岗位有：管路安装、泵及其他动设备操作、流量控制、压力控制、温度控制、DCS控制操作、设备保全等。《化工单元操作》安排在《化工机械基础》之后，《现代煤化工生产技术》之前的一门专业基础课，时间安排在第三学期。其主要内容是以化工生产中的物理加工过程为背景，依据操作原理的共性，分成为若干单元操作过程，通过项目训练，掌握各单元典型设备的操作技能及设备选用原则和技能，学习各单元操作的基本原理、基本计算。中职定位：单元设备简单操作 本科定位：单元设备工作原理及生产能力设计 培训地位：单元设备工作原理简介 三、课程目标设计 总体目标： 本课程是应用化工技术专业专业核心类课程，专业课程体系符合高技能人才培养目标和
专业相关技术领域职业岗位（群）的任职要求，本课程对学生职业能力培养和职业素养养成起主要支撑或明显促进作用，与高等数学、无机化学、有机化学、化工图纸识用与绘制、物理化学等前续课程密切衔接，为后续课程《化工设计概论》、《化工工艺学》、《化工顶岗实习》、《毕业设计》等打下坚实的基础。同时注重培养学生的方法能力、社会能力，最终形成化工生产的职业综合能力。 能力目标： 1、能运用流体力学知识，根据输送流体的性质，正确选用管道及安装。根据输送机械设备操作规范，操作常见泵的开启与调节。根据输送机械设备操作规范，操作常见泵的开启与调节。 2、能运热量传递知识，根据传热设备的操作要求，操作和维护传热设备。 3、能运用蒸发原理知识，根据蒸发设备的操作要求，操作和维护蒸发设备。 4、能运用蒸馏原理知识，根据蒸馏设备的操作要求，操作和维护蒸馏设备。 知识目标：（知道...;了解…；理解…；掌握…。） 1、知道流体力学，了解其基本内容，理解流体动力学的基本概念，掌握机理及基本计 算方法； 2、知道非均相物系分离的基本原理，重力沉降和过滤的基本概念及相关计算；掌握 3、知道传热单元，了解传热过程，理解传热原理，掌握热量传递过程中的传热单元操 作的基本概念及传热基本方程； 4、知道吸收，了解吸收过程，理解吸收原理，掌握气体吸收的基本原理及其相关计算； 5、掌握两组分溶液精馏的原理和流程，精馏塔的操作及设计计算方法； 6、掌握干燥过程的基本概念，熟悉湿空气的性质及湿度图的应用，干燥过程的相关计 算。 素质目标：（职业道德、职业素质、职业规范在本课中的具体表现） 1、进入工作环境，必须穿着工作服、安全帽、工作鞋等。 2、不能随意触动设备。 3、操作设备要严格按照操作规程进行操作。 4、保持工作环境的卫生。 5、保持节俭节约。 四、课程内容设计：（包括顶岗实习、项目实施等，项目小于内容）
化工原理课程设计-填料吸收塔的设计
课程设计 题目：填料吸收塔的设计 教学院：化学与材料工程学院 专业：化学工程与工艺（精细化工方向） 学号： 学生姓名： 指导教师： 2012 年 5 月31 日
《化工原理课程设计》任务书 2011～2012 学年第2学期 学生姓名：专业班级：化学工程与工艺(2009) 指导教师：工作部门：化工教研室 一、课程设计题目：填料吸收塔的设计 二、课程设计内容（含技术指标） 1. 工艺条件与数据 煤气中含苯2%（摩尔分数），煤气分子量为19；吸收塔底溶液含苯≥0.15%（质量分数）；吸收塔气-液平衡y*=0.125x；解吸塔气-液平衡为y*=3.16x；吸 收回收率≥95%；吸收剂为洗油，分子量260，相对密度0.8；生产能力为每小时 处理含苯煤气2000m3；冷却水进口温度＜25℃，出口温度≤50℃。 2. 操作条件 吸收操作条件为：1atm、27℃，解吸操作条件为：1atm、120℃；连续操作；解吸气流为过热水蒸气；经解吸后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充 新鲜吸收剂；过程中热效应忽略不计。 3. 设计内容 ①吸收塔、解吸塔填料层的高度计算和设计； ②塔径的计算； ③其他工艺尺寸的计算。 三、进度安排 1．5月14日：分配任务； 2．5月14日-5月20日：查询资料、初步设计； 3．5月21日-5月27日：设计计算，完成报告。 四、基本要求 1. 设计计算书1份：设计说明书是将本设计进行综合介绍和说明。设计说明 书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程 和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计 算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历。 设计说明书应附有带控制点的工艺流程图。 设计说明书具体包括以下内容：封面；目录；绪论；工艺流程、设备及操作 条件；塔工艺和设备设计计算；塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计算； 设计结果概览；附录；参考文献等。 2. 图纸1套：包括工艺流程图(3号图纸)。 教研室主任签名： 年月日
中国石油大学（北京）远程教育学院 化工设计概论期末复习题 一、给出下面概念和术语的定义 1、热； 2、活塞流型反应器； 3、管件； 4、分离过程； 5、温-焓图(T-H)； 6、固定床反应器； 7、聚式流态化； 8、传质分离过程（平衡分离过程）； 9、工艺流程示意图；10、连续过程；11、中间反应；12、速率控制分离过程； 13、逆流反应器；14、分离因子；15、化工过程；16、间歇过程；17、工艺过程阶段； 18、夹点；19、化学反应路线；20、流化床反应器； 二、单项与多项选择题 1、（）衡算式是化学反应过程物料衡算不能应用的。 A．总质量衡算式；B．组分质量衡算式； C．元素原子物质的量衡算式；D．元素原子质量衡算式 2、在进行过程的物料平衡计算时，对系统需要分析的内容有（）。 A．确定物料平衡方程式；B．确定物流约束式；C．确定设备约束式；D．确定变量3、在温-焓图中得到热复合曲线的步骤有（）步骤。 A．划分温区；B．各热流温度按高到低顺序排列； C．求每个温区的总热交换量；D．画出每个温区的总物流线 4、（）不是化工设计的内容。 A．反应过程选择与优化；B．分离过程选择与优化； C．厂区道路规划与设计；D．化工过程系统优化 5、管道布置图包括下面（）图样。 A．管件图；B．管架图管道施工说明； C．蒸汽伴管系统布置图；D．管道平面布置图
6、（）分离过程不是速率控制分离过程。 A．膜分离过程；B．反渗透分离过程；C．冷冻干燥分离过程；D．超滤分离过程7、间歇过程有（）特点。 A．生产灵活性高；B．易实现自动化； C．适合有固相的物流；D．适合生产季节性产品 8、分离过程的选择应分析分离过程的（）方面。 A．可行性；B．经济性；C．可靠性；D．生产规模 9、对能量过程的分析方法有（）。 A．能量衡算法；B．热流分析法；C．熵分析法；D．功衡算法 10、夹点之上区域不可设置（）。 A．热阱；B．保温器；C．热源；D．物流混合器 11、对新过程的化工设计需要进行（） A．概念设计；B．装置设计；C．中试设计；D．反应设计 12、换热网络设计的目的是得到（）。 A．最小的公用工程量；B．最少的换热器台数； C．换热效益最大化；D．合理的公用工程量 13、（）分离过程是扩散分离过程。 A．渗析分离过程；B．结晶分离过程；C．超滤分离过程；D．精馏分离过程14、能量过程的特点体现在（）方面。 A．能量的形式；B．能量转换；C．能量流率；D．能量传递的设施 15、（）不是非工艺设计的内容。 A．总图运输设计；B．公用工程设计；C．管路设计；D．土建设计 16、设备布置图的标注包括下面（）内容。 A．平面定位尺寸；B．设备尺寸；C．高度方位尺寸；D．安装方位标 17、化工过程的特征是过程中有（）。 A．中间反应；B．反应物预处理；C．最终反应；D．化学反应过程
化工设计概论 第一章 1.化工设计的种类: 根据项目性质分：新建项目设计，重复建设项目设计和已有装置的改造设计. 根据化工过程开发程序分类：概念设计，中试设计，基础设计和工程设计。 2.化工计算包括工艺设计中的物料衡算，能量衡算，设备选型与计算三个内容。 第二章 1.生产方法和工艺流程选择的原则： （1）先进性。先进性是指在化工设计过程中技术上的先进程度和经济上的合理性。 (2)可靠性。可靠性主要是指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。 （3）合理性。合理性是指在进行化工厂设计时，应该结合我国的国情，从实际情况出发，考虑各种问题，即宏观上的合理性。 2.工艺流程设计的步骤： （1）确定整个流程的组成 （2）确定每个过程或工序的组成 （3）确定工艺操作条件 （4）确定方案的组成 （5）原料与能量的合理利用 （6）确定“三废”处理方案 （7）制定安全生产措施 3.工艺流程图有：工艺流程草图，工艺物料流程图，带控制点的工艺流程图及工艺管道仪表流程图等。 4.设备的标注 压缩机、风机 C 换热器 E 泵 P 反应器 R 塔 T 容器 V 例如: 设备位号“P301A”由三部分组成：P为设备类别代号；第一个数字3为工序（或主项）的编号；01为该设备在工序同类设备中的顺序号；A为相同设备的数量尾号。
5.管道标注 管道标注的内容有四部分：管段号（由三个单元组成）、管径、管道等级和绝热（或隔声）代号，总称为管道组合号。 例如：“PL0101A-150-A1A”：PL 为物料代号，表示工艺液体；第一个01为主项编号， 表示第01号工序；第二个“01”为管道顺序号，表示第01号管道；150位管道的公称直径，表示该管道的公称直径为150mm；第一个A为公称压力等级代号，表示ASME标准压力等 级代号；1表示管道材料等级顺序号；第二个A为管道材质类别代号，表示铸铁。 PA 工艺空气 PG 工艺气体 PL 工艺液体 PW 工艺水 PGS 气固两相工艺物料 PLS 液固两相工艺物料 A~G用于ASME标准压力等级代号，H~Z用于国内标准压力等级代号（其中I,J,O,X不用） A-铸铁 B-碳钢 6.常用阀门图例 截止阀球阀 三通截止阀三通球阀 7.仪表的功能标志 第一个字母表示被测变量，后继字母表示读出功能，输出功能。
第一章 1、简述化工设计的概念、作用与分类。 概念：化工设计是对拟建化工项目在技术和经济上进行全面详尽的安排，是化工基本建设的具体化，是把先进的技术和最新科研成果引入生产的渠道。 作用：化工设计是生产技术中的第一道工序，是化工厂建设中的重要组成部分，设计工作的质量直接关系到工厂的经济效益和社会效益，化工设计是进行技术革新和技术改造的先导，是先进科学技术与生产实践相结合的中间环节，是科研成果实现工业化的桥梁。 分类：（1）标准设计；（2）因地制宜设计；（3）工程设计 2、化工设计划分为哪三个阶段？并分别叙述其主要内容。 主要分为：初步设计：是根据计划任务书，探求在技术上可能，经济上合理的最符合要求的设计方案，还应编写初步设计说明书； 扩大初步设计：根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之进一步具体化、明确化，还应编写扩大初步设计说明书及工程概算书（允许误差较大）； 施工设计：根据已批准的扩大初步设计进行的，是施工的依据，为施工服务，应有详细的施工图纸和必要的文字说明书以及工程预算书（误差较小）。 3、写出化工设计程序，并对其主要内容作简单阐述。 前期准备工作→项目建议书→可行性研究→决策（评估）→计划任务书→初步设计→扩大初步设计→施工设计 4、工艺设计主要包括哪几个方面的内容？ 主要包括：1.1 设计准备；1.2 方案设计，根据有关的基础理论对不同的生产方法和工艺流程要对比分析；1.3 化工计算，包括：物料衡算、能量衡算以及设备工艺计算和选型三方面内容；1.4 车间布置，确定整个工艺流程中的全部设备在平面上和空间中正确的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构形式；1.5 化工管路设计，确定装置的全部管线、阀件、管件以及管架及其位置，以满足生产工艺要求；1.6 提供设计条件；1.7 编制概算书的设计文件。 第二章 1、化工厂址选择应考虑的主要因素是什么？ 考虑的主要因素为：（1）节约用地，考虑发展（注：地不能征多，但也应留有发展佘地）；（2）利用城镇设施，节约投资（电、蒸汽、燃料等靠近电厂或水水电站，靠近燃料供应点，水靠近江、河、湖等）；（3）满足环境卫生及交通运输要求（能妥善处理“三废”，优先使用水路、铁路运输，适当增加公路运输）；（4）不旱不涝，地质可靠；
《化工原理》课程设计 水吸收氨气填料吸收塔设计 学院河南城建学院 专业化学工程与工艺 指导教师王要令 班级 1014112 姓名喻宏兴 学号 101411252 2013年 12月24日
附：设计任务书 (1) 设计题目 年处理量为吨氨气吸收塔设计 试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的氨气。混合气体的处理量为2600m3/h，其中含空气为94%，氨气为6%（体积分数，下同）。要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%，采用清水进行吸收，吸收塔的用量为最小用量的 1.5 倍【20℃氨在水中的溶解度系数为H=0.725kmol/(m3·kPa)】 (2) 工艺操作条件 ①操作平均压力：常压； ②操作温度：t=20℃； ③每年生产时间：7200h； ④填料类型选用：聚丙烯阶梯环填料； 规格：DN50 （3）设计任务 1.填料吸收塔的物料衡算； 2.填料吸收塔的工艺尺寸设计与计算； 3.填料吸收塔有关附属设备的设计和选型； 4.绘制吸收系统的工艺流程图； 5.编写设计说明书； 6.对设计过程的评述和有关问题的讨论。
目录 0. 前言 (5) 1. 设计方案简述 (5) 1.1 设计任务的意义 (5) 1.2 设计结果 (5) 2. 工艺流程简图及说明 (7) 3. 工艺计算及主体设备设计 (8) 3.1 液相物性数据 (8) 3.2 气相物性数据 (8) 3.3 物料计算 (8) 3.4 平衡曲线方程及吸收剂用量的选择 (9) 3.5 塔径的计算 (10) 3.6 填料层高度的计算 (11) 3.7 填料层压降计算 (14) 4. 附属设备计算及选型 (15) 4.1 液体分布器简要设计 (15) 4.2 填料支承装置 (15) 4.3 填料压紧装置 (15) 4.4 液体再分布装置 (16) 4.5 塔顶除沫装置 (16) 4.6 塔附属高度及塔总高的计算 (16)
?填空题 1. 新建项目设计包括新产品设计和采用新______ 或新技术的产品设计。 2. 设计代表的任务是参加基本建设的______ 和安装。 3. 化工计算包括工艺设计中的_______ 、能量衡算以及设备选型和计算三个内 容。 4. 设备是完成生产过程的重要条件，是确定技术路线和______ 时必然涉及到的 因素。 5. 工艺流程草图流程线的起始和终了处注明_______ 的名称来源及去向。 6. 设备在工艺管道及仪表流程图上应标注______ 和名称。 7. 对于连续操作过程，选用_____ 作为基准是很自然的。 8. 工艺设计的任务是根据工艺需要，计算并________ 某种型号设备，以便订货。 9. 根据工艺流程的特点，确定反应釜是_______ 操作还是间歇操作。 10. 设备布置首先要满足工艺______ 和工艺条件的要求。 11. 化工厂使用最多的换热器是_____ 换热器与再沸器。 12. 真空管线应尽量短，尽量减少弯头和______ 以降低阻力，达到更高的真空度。 13. 管架是用来_____ 、固定和约束管道的。 14. 循环冷却水在周而复始的循环使用过程中，会对管道产生_______ 并在管壁上 结垢。 15. 物质的燃烧必须具备______ 个条件。 16. 化工设计可根据____ 性质分类，也可按设计性质分类。 17. 施工图设计的任务是根据_____ 审批意见，解决扩大初步设计阶段待定的各 项问题。 18. 扩大初步设计的设计文件应包括以下两部分内容：_______ 和说明书的附图、 附表。 19. 工艺管道及仪表流程图上，管道的标注内容应包括三个组成部分：即_______ 管径和管道等级。 20. 执行器的图形符号由_____ 机构和调节机构两部分组合而成。 21. 加压操作的塔可分为_____ 出料和液相出料两种。
第一章化工厂设计的内容与程序 （陈声宗习题与思考题2010.9） 1、化工设计的种类有哪些？ 答：根据项目性质化工设计可分为：新建项目设计、重复建设项目设计、已有装置的改造设计。 根据化工过程开发程序化工设计可分为：概念设计、中试设计、基础设计和工程设计；其中工程设计又包括：初步设计、扩大初步设计和施工图设计。 2、请画出化工厂设计的工作程序示意图。 3、化工厂通常由哪些部门和设施所构成？ 答：化工厂通常由化工生产车间、辅助生产装置、公用工程及罐区、服务性工程、生活福利设施、三废处理设施和厂外工程等构成。 4、化工车间工艺设计的程序及主要内容有哪些？ 答：一、设计准备工作 （1）熟悉设计任务书（2）制定设计工作计划（3）查阅文献资料（4）收集第一手资料。 二、方案设计 方案设计的任务是确定生产方法和生产流程，是整个工艺设计的基础。 三、化工计算 化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备选型与计算三个内容，其任务是在这三项计算的基础上绘制物料流程图、主要设备图和带控制点工艺流程图。 四、车间布置设计 主要任务是确定整个工艺流程中的全部设备在平面上和空间中的正确的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构型式。 五、配管工程设计 任务是确定生产流程中全部管线、阀门及各种管架的位置、规格尺寸和材料，综合权衡建设投资和操作费用。 六、提供设计条件 工艺专业设计人员向非工艺专业设计人员提供设计条件。 七、编制概算书及编制设计文件 概算主要提供了车间建筑、设备及安装工程费用。
第二章 工艺流程设计 1、化工工艺设计包括哪些内容？ 答：生产方法选择，工艺流程设计，工艺计算，设备的设计与选型，设备布置，管道设计对 非工艺设计提条件，设计说明书，概预算书。 2、在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑的原则有哪些？其步骤有哪些？ 答：先进性、可靠性、合理性； 资料搜集与项目调研、生产设备类型与制造厂商调研、对调研结果进行全面分析对比。 3、工艺流程设计的步骤有哪些？ 答：确定整个流程的组成，确定每个过程或工序的组成，确定工艺操作条件，确定控制方案， 原料与能量的合理利用，制定“三废”处理方案，制定安全生产措施。 4、工艺流程图的种类有哪些？ 答：工艺流程草图，工艺物料流程图，带控制点的工艺流程图，管道仪表流程图。 5、某管道标注为“HW0201-150 -L1B ”，表示什么意思？ 答：①HW0201-表示管道号，其中： HW -物料代号，热水；02-工程工序编号，第02号；01-管道顺序号，第01号。 ②150 –管道尺寸（管径），公称通径150mm,。 ③L1B -管道等级，其中： L -国内标准压力等级代号，1.0MPa ； 1-顺序号，第1号； B -管道材质类别，碳钢。 6、固定床反应器温度控制形式有哪些？画出示意图。 (a)用进料浓度控制 (b)用进料温度控制Ⅰ (c) 用进料温度控制Ⅱ (d)用冷料量控制 第三章物料衡算与热量衡算 习题1 连续常压蒸馏塔进料为含苯质量分数(下同)38％(wt)和甲苯62％的混合溶液，要求馏 出液中能回收原料中97％的苯，釜残液中含苯不低于2％。进料流量为20000kg ／h ，求馏 出液和釜残液的流量和组成。 解：苯的相对分子质量为78，甲苯的相对分子质量为92。以下标B 代表苯。
化工单元操作课程设计
目录 一、设计任务书 (2) 二、设计方案 (3) 1、确定设计方案 (3) 2、确定物性数据 (3) 3、计算总传热系数 (4) 4、计算传热面积 (5) 5、工艺结构尺寸 (5) 6、换热器核算 (7)
设计任务书 1、设计题目 甲醇冷凝冷却器的设计 2、设计任务及操作条件 （1）处理能力11000 kg/h甲醇。 （2）设备形式列管式换热器 （3）操作条件 ①甲醇：入口温度64℃，出口温度50℃，压力为常压。 ②冷却介质：循环水，入口温度30℃，出口温度40℃，压力为0.3MPa。
③允许压降：不大于105 Pa。 ④每年按330天计，每天24小时连续运作。 3、设计要求 选择适宜的列管式换热器并进行核算。 设计方案1．确定设计方案 （1）选择换热器的类型
两流体温度变化情况： 热流体进口温度64℃，出口温度50℃冷流体。 冷流体进口温度30℃，出口温度40℃。 从两流体温度来看，换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用列管式换热器。 （2）流动空间及流速的确定 由于循环冷却水易结垢，为便于清洗，应使冷却水走管程，甲醇走壳程。另外，这样的选择可以使甲醇通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。同时，在此选择逆流。选用φ25mm ×2.5mm 的碳钢管，管内流速取u i = 0.6 m/s 。 2、确定物性数据 定性温度：可取流体进出口温度的平均值。 壳程甲醇的定性温度为： 6450572 +T ==℃ 管程循环水的定性温度为： ℃＝＋＝ 352 40 30t 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
课程设计 专业名称 班级 学生姓名 学号 课题名称化工工艺学课程设计指导教师
目录 1 课程设计任务书 2 概述 (6) 2.1乙醇的性质及质量标准 (6) 2.1.1物理性质 (6) 2.1.2化学性质 (6) 2.1.3生化性 (6) 2.1.4质量标准 (6) 2.2乙醇生产的意义及发展史 (7) 2.2.1乙醇生产的意义 (7) 2.2.2乙醇生产的发展 (7) 2.3乙醇的应用领域 (8) 2.4主要生产工艺 (8) 2.5 乙醇发酵常用的微生物 (10) 3 乙醇发酵工艺 3.1 乙醇发酵分类 (10) 3.2 操作要点 (12) 3.3 结果 (12) 4 参考文献 5 感谢
1 “精细化工工艺学”课程设计任务书 1.1课程设计的目的： 精细化工是化学或化工专业的一门专业课，是继无机化学、有机化学、化工原理等专业基础课之后，把基础知识用于具体化工生产的一个专业体现。而精细化工课程设计是继前面专业课之后的一个总结性教学环节，是化工类人才培养中进行的一次实践，它犹如学生搞毕业设计那样的一次“预演习”，无疑对学生毕业前进行毕业设计将有很大的帮助，而对于一些毕业前只搞毕业论文不搞毕业设计的学生，是使他们得到工程师训练的不可缺少的一环。 1.2课程设计的要求： 以表面活性剂、涂料、香料、化妆品、抗静电剂、热稳定剂、纳米材料以及新型功能材料等精细化工研究领域为基本方向，相应的组别选择相应的方向中具体的精细化学品作为设计目标，进行合成设计。 设计题目举例：
1.3 设计内容 课程设计的基本要求就是要对所选择的设计目标做出文献综述及实验方案的设计，具体要求为： 1、查阅至少四篇相关文献，写出文献综述，并设计相应的设计方案； 2、设计方案要求画出具体的设计工艺及参数，要求工艺及方案合理可行； 3、课程设计期间遵守有关规章制度； 1.4 设计数据基础 可查相关教材或工具手册 1.5 工作计划 1、领取设计任务书，查阅相关资料（3天）； 2、确定设计方案，进行相关的工艺设计（5天）； 3、校核验算，获取最终的设计结果（2天）； 4、编写课程设计说明书（论文），绘制工艺流程图（3天）。 1.6设计成果要求 1、通过查阅资料、设计计算等最终提供课程设计说明书（论文）电子稿及
《化工设计与制图》复习题 一、填空题 第一章化工厂设计的内容与程序 1、概念设计是以过程研究中间结果或最终结果为基础，从工程角度出发按照未来生产规模所 进行的一种假想设计。 2、化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算和设备选型和计算三方面 内容。 3、设计代表工作的任务是参加基本建设的现场施工和安装。 4、根据化工过程开发程序进行分类，化工设计分为四种设计类型，即概念设计、中试设计、 基础设计和工程设计。 5、在化工新技术开发过程中，可能存在三种类型的设计，即概念设计、中试设计和基础设计。 6、中试设计内容和程序基本上和工程设计相同，但由于规模小，若施工安装力量较强， 可以不出管道、仪表、管架等安装图纸。 7、按国内传统设计体制，工程设计可分为三种类型，即初步设计、扩大初步设计和施工图 设计。 第二章工艺流程设计 8、在工艺流程草图中，流程线的起始和终了处注明物料的名称、来源及去向。 9、工艺流程草图又称为方案流程图或流程示意图，一般在生产方法（或工艺路线）确定 后绘制，主要为工艺计算服务，也是工艺流程图设计的依据。 10、工艺管道及仪表流程图上，管道的标注内容应包括三个组成部分：即管道号、管径和 管道等级。 11、工厂的三废治理工程的“三同时”是指三废治理工程必须与主体工程同时设计、同 时施工、同时投入使用。 12、在选择生产方法和工艺流程时，应遵循的三原则是先进性、可靠性和合理性。 13、当生产工艺路线(生产方法)选定后，就可以进行流程设计。 14、工艺管道及仪表流程图一般采用A1 图幅横幅绘制，数量不限；流程简单时，可采用 A2图幅；图纸不宜加长和加宽。 15、化工工艺图纸的图线宽度有粗、中、细三种类型，其宽度比例为4:2:1 。 16、绘制工艺流程图时，流程线一般画成水平线和垂直线，转弯一律画成直角。 第三章物料衡算与能量衡算 17、对于物料衡算而言，按计算范围分为单个设备的物料衡算与全流程的物料衡算。 18、在进行化工设计计算时，生产时间现在一般按330 天或8000 小时进行设计计算。 19、在进行化工设计，对于工艺技术尚未成熟、自动控制水平较低或腐蚀较严重的工艺，生 产时间一般按300 天或7200 小时进行设计计算。 20、当各个工序或单元操作之间有热量交换时，必须做整个系统的热量衡算。 21、热量衡算有两种类型，一是对单元设备进行热量衡算，另外是对整个系统进行 热量衡算。 第四章设备的工艺设计及化工设备图 22、化工设备从设计角度分为两类：一类称标准设备或定型设备，一类称非标准(非定型) 设备。
一．填空题 六.计算题 1. 利用乙烯部分氧化制取环氧乙烷，将乙烯在过量空气条件下通过银催化 剂进行如下反应，进料物质流量为1000mol/h，进料中含乙烯10%（mol），乙烯转化率为25%，计算反应器出口物料量。 反应方程式如下： 2C2H4+O2→2C2H4O 2.氨氧化反应器的能量衡算 氨氧化反应式为： 4NH3（气）＋5O2（气）→ 4NO（气）＋6H2O（气） 此反应在25℃、101．3kPa的反应热为ΔＨ0r=－904.6KJ。现有25℃的100molNH3/h和300mol O2/h连续进入反应器，氨在反应器内全部反应，产物在300℃呈气态离开反应器。如操作压力为101．3kPa，计算反应器应输入或输出的热量。 300℃时NO、O2和H2O 的 C（NO）＝30.80 J/（mol·℃） P C（O2）＝30.80 J/（mol·℃）P C（H2O）＝34.80 J/（mol·℃）P 3. 乙苯脱氢制苯乙烯，通入纯乙苯为250kg/h，乙苯与水蒸气质量比为1：1.3，乙苯转化率为50%，其中在转化掉的乙苯中有90%转化成苯乙烯；10%转化成苯；试计算反应器出口物料质量流量。 转化成苯乙烯的反应： C8H10→Ｃ8H8+H2 转化成苯的反应： C8H10→Ｃ6H6+C2H4 4.甲烷在连续式反应器中用空气氧化生产甲醛，甲烷的转化率为40%，氧气完全反应。 CH4（气）＋O2→HCHO（气）＋H2O（气） 以100mol进反应器的甲烷为基准。假定反应在足够低的压力下进行，气体
便可看作理想气体。甲烷于25℃进反应器．空气于25℃进反应器，如要保持出口产物为150℃，需从反应器取走多少热量？ C（N2,150℃）＝29.24 J/（mol·℃） P C（HCHO,150℃）＝9.12 J/（mol·℃） P C（H2O,150℃）＝34.00 J/（mol·℃） P C（CH4,150℃）＝39.2J/（mol·℃） P ΔＨ0f （CH4）=－74.85KJ/mol ΔＨ0f （HCHO）=－115.9KJ/mol ΔＨ0f （H2O）=－241.83KJ/mol 5.邻二甲苯空气氧化制苯酐，乙知邻二甲苯的转化率为70%，氧的用量为理论用量的150%，每小时投入邻二甲苯250kg，试计算出口物料流量。 反应式如下： C8H10+3O2→Ｃ8H4O3+3H2O 6.甲烷和氢气混合用空气完全燃烧来加热锅炉，烟道气分析按体积组成为 N272.28%；CO28.12%；O22.44%；H2O17.15%。问：燃料中甲烷和氢气的比例？ 反应式：H2+1/2O2→Ｈ2O CH4+2O2→CO2+2H2O 答案 一．填空题 1.工艺 2.现场施工 3.物料衡算 4.工艺流程 5.物料 6.位号 7.单位时间 8.选择
化工单元操作课程设计 题目甲醇冷凝冷却器的设计 学院化学与化工学院 专业轻化工程 班级轻化11002班 学号1016121072 学生姓名李江露 指导教师陈飞飞 完成日期2013年01月07 日
一、前言 (2) 二、设计任务书 (3) 三、方案简介 (4) 四、选型与设计指导思想 (5) 五、设计方案 (6) 1、确定设计方案 (6) 2、确定物性数据 (6) 3、计算总传热系数 (7) 4、计算传热面积 (8) 5、工艺结构尺寸 (8) 6、换热器核算 (11) 六、设计结果一览表 (15) 七、主要符号说明 (16) 八、个人小结 (17) 九、参考文献 (19)
化工原理主要研究各单元操作的基本原理以及所用典型设备的结构和设备工艺尺寸的计算或设备选型。 化工单元操作课程设计是综合运用化工原理课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，并在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。 课程设计与平时的作业不同，在设计中需要自己做决策，主观性较强。确定方案、选择流程、查阅资料、进行过程和设备计算，并对自己和选择作出论证和核算，经反复的分析比较，选择出最理想的方案和最合理的设计。 本次设计的主要任务是换热器的选型和设计，即对在生产过程中甲醇冷却装置的设计。此次课程设计的主要内容是通过对甲醇和循环水的分析，确定设计方案，选择最佳流程并计算、核算、制图等一系列过程。 通过课堂理论知识的学习及课程设计的实际行动和创新，不仅有助于理解和掌握知识，更培养了分析和解决问题的能力。
设计任务书 1、设计题目 甲醇冷凝冷却器的设计 2、设计任务及操作条件 （1）处理能力12000 kg/h甲醇。 （2）设备形式列管式换热器 （3）操作条件 ①甲醇：入口温度64℃，出口温度50℃，压力为常压。 ②冷却介质：循环水，入口温度30℃，出口温度40℃，压力为0.3MPa。 ③允许压降：不大于105 Pa。 ④每年按330天计，每天24小时连续运作。 3、设计要求 选择适宜的列管式换热器并进行核算。
化工原理课程设计填料吸收塔的设计
课程设计 题目：填料吸收塔的设计 教学院：化学与材料工程学院 专业：化学工程与工艺（精细化工方向） 学号： 学生姓名： 指导教师：
年5月31日 《化工原理课程设计》任务书 ～年第2学期 学生姓名：专业班级：化学工程与工艺( ) 指导教师：工作部门：化工教研室 一、课程设计题目：填料吸收塔的设计 二、课程设计内容（含技术指标） 1. 工艺条件与数据 煤气中含苯2%（摩尔分数），煤气分子量为19；吸收塔底溶液含苯≥0.15%（质量分数）；吸收塔气-液平衡y*=0.125x；解吸塔气-液平衡为y*=3.16x；吸收回收率≥95%；吸收剂为洗油，分子量260，相对密度0.8；生产能力为每小时处理含苯煤气m3；冷却水进口温度＜25℃，出口温度≤50℃。 2. 操作条件 吸收操作条件为：1atm、27℃，解吸操作条件为：1atm、120℃；连续操作；解吸气流为过热水蒸气；经解吸后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充新鲜吸收剂；过程中热效应忽略不计。 3. 设计内容 ① 吸收塔、解吸塔填料层的高度计算和设计；
② 塔径的计算； ③ 其它工艺尺寸的计算。 三、进度安排 1．5月14日：分配任务； 2．5月14日-5月20日：查询资料、初步设计； 3．5月21日-5月27日：设计计算，完成报告。 四、基本要求 1. 设计计算书1份：设计说明书是将本设计进行综合介绍和说明。设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历。 设计说明书应附有带控制点的工艺流程图。 设计说明书具体包括以下内容：封面；目录；绪论；工艺流程、设备及操作条件；塔工艺和设备设计计算；塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计算；设计结果概览；附录；参考文献等。 2. 图纸1套：包括工艺流程图(3号图纸)。 教研室主任签名： 年月日
化工设计概论 绪论 化工是化学工艺、化学工业、化学工程等的简称。凡运用化学方法改变物质组成、结构或和成新物质的，都属于化工生产技术，也称化学工艺。化工设计是把一项化工工程从设想变成现实的一个建设环节，化工设计的核心是化工工艺设计。 第1章化工设计程序和内容 全部设计过程划分为两大设计阶段：基础设计、工程设计。 工程设计分为三个阶段：工艺设计、基础工程设计、详细工程设计。 第2章工艺流程设计 化工工艺流程 原料 原料贮存、原料预处理、反应、产品分离、产品精制、包装和运输 产品 工艺路线流程化一般工作方法： 主反应过程、原料准备过程和投料方式流程、产物净化分离过程、产品计量包装或后处理工艺过程、副产物处理的工艺过程、“三废”排出物的综合治理流程、确定动力使用和公用工程的配套。 2.3 工艺流程图的绘制 2.3.1 方框流程图和工艺流程简图（block flowsheet、simiplified flowsheet） 2.3.2 工艺物料流程图（process flowsheet diagram） 2.3.3 管道及仪表流程图（piping and instrument diagram） 设备分类代号、物料代号、管道材质代号、隔热及隔声代号、测量参数代号、仪表功能代号、管道工程压力等级代号。 常用管道图示符号、测量点图形符号、仪表安装位置图形符号。
管道标注内容包括四部分： 管道号、管径、管道等级、隔热或隔声 管道号包括：物料代号、主项代号、管道分段顺序号。 管道等级号包括：管道工程压力等级代号、顺序号、管道材质代号。 泵的流量控制方案：（1）出口节流控制；（2）旁路控制。 换热器的温度控制方案： （1）调节换热介质的流量； （2）调节换热面积（适用于蒸汽冷凝换热器）； （3）旁路调节。 第3章物料衡算和能量衡算 3.1 物料衡算 在化工过程中，物料平衡是指在单位时间你进入系统（体系）的全部物料质量必定等于离开该系统（体系）的全部物料质量再加上损失掉的与积累起来的物料质量。 物料平衡方程 列物料平衡式时应特别注意下列事项： （1）物料平衡是指质量平衡，而不是体积或物质的量平衡。若体系内有化学反应，则衡算式中各项以摩尔/小时为单位时，必须考虑反应式中的化学计量系数，因为反应前后中的各元素原子数守恒。 （2）对于无化学反应体系能列出独立物料平衡式的最多数目等于输入和输出的物流离得组分数。 （3）在写平衡方程时，要尽量使方程中所包含的未知数最少。 物料衡算的基本步骤： （1）画出工艺流程示意图； （2）列出化学反应方程式； （3）确定计算任务； （4）收集数据资料； （5）选择计算基准；