化工设计习题及答案(陈声宗)汇总.docx

第一章化工厂设计的内容与程序（陈声宗习题与思索胭2010.9）1、化工设计的种类有哪些？答：依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.依据化工过程开发程序化工设计可分为：IKa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.B1-2化工厂设计的工作程序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、协助生产装置.公用工程及城区、机务性工程、生活福利谀脩、: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干j哪些？答：一、设计打算工作（1）熟识设计任务书（2）制定设计工作支配（3）查阅文IIft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，是整个工艺设计的茶础.三、化工计算化工计算包括工2设计中的物料衡算、能量衡算、设备选型与计驾三个内容,其任务是在这三项计算的基础上绘制物料流程图、主要设备图和带限制点工艺流程图.四、车间布设计主要任务是确逆整个工艺流程中的全部设符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责用.六、供陶设计条件工艺专业设计人员向非工艺专业设计人员供应设计条件.七、编制概獴竹及编制设计文件概算主要供应了车间建筑、设需及安装工程费用。其次章工艺流程设计I、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，设备的设计与造器,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,应当着由考虑的原则有哪些？其步骡有第些？答；先进性、牢靠性、合理性；资料搜集与项目调研、生产设备类鞭与制造厂商调研、对调研结果进行全面分析对比，3、工2流程设计的步骤行哪些？答：确定整个流程的组成,确定每个过程或工序的组成，确定工艺悚作条件，确定限制方案,凝料与能量的合理利用，制定"三废”处理方案，制定平安生产措施k工艺流程图的种类有哪%?答：工艺流程草图.工艺物料流程图.带限制点的工名流程图.管道仪表波程图.5、某管道标注为“HW0201T50-1.1B”,我示什么意思？答：HwO20b表示管道号，其中:HW-物料代号.热水：02-工程工序编号，第02号：OI-管道依次号，第01号.150管道尺寸(管径),公称通径15Omm.UB-管道等级，其中：1.-国内标准压力等级代号，1.OMPa；卜依次号，第1号：B-管道材质类别，碳钢。6.固定床反应器温度限制形式有哪线？画出示意图。（八）用进料浓度限制(b)用进料温度限制1(C)用进料温度限制H(d)用冷料Jft限制第三堂物料衡算与热量衡算习题1连城常乐蒸饰塔进料为含笨质枇分数(下同)38%(Wt)和甲苯62%的混合溶液.要求谭出液中能网收原料中97%的紫，釜残液中含茶不低于2%.迸料流麻为2000()kgh,求慵出液和壬残液的流玳和祖成。解：茶的相对分子质量为78,印茶的相对分子质砧为92。以卜标B代表紫,38进料中茶的摩尔分数=-7=04196J»oOZ+78922釜残液中苯的摩尔分数-u,f1.=f%g=0.0235178+92进料平均相对分子质玳M=0.4196x78+(1-0.4196)x92=86.13进塔原料的庠尔流属F=232.2knu>1.h86.13依鹿意，慵出液中的回收原料中97%的苯，所以Dxfit1.=97.43X0.97=94.51hno1./h作全塔米的质量衡算得Fxt1.t=Dx1.te+Wxwi1.作全用总质量衡算得F=W+D将已知数据代入I述质量衡算方程得232.2×0.4196=94.51+0.02351232.2=W+D94519451解得IV=124.2b>th,D=()Shx>1.Ih所以，MJ=j二=二2=0.8752nD10881分塔进料塔前情出物釜成液kg>,h%(W1.)kmo1.'h%fmo1.)kg/h%(*0kn>1.4hkg%<wt)kmo1.%(mo1.)不76003897.4341.967372.685.60<M.5287.52227.82.02.922.35甲末1240062134.85811240.214.4013.4812.4811159.498.0I21.397.65合计2000010()232N1008612.8I(X)IOS1.11387.2100124.2I(X)习，!2丙烷充分燃烧时要使空气过：,；25%.燃烧反应方程式为：CtHs+50,3COj+4H.O试计算得到100摩尔燃烧产物(又称烟道气)须要抑入的空气的摩尔Ii1.解：以Imd入口丙烷为计算域准依据反应方程式,Imo1.丙烷须要5mo1.的氧气叮之反而3I对氧气过量25%,故须要加入的空气垃为*25-5=29.76“其中0,6.25/««/.M235Imo1.0.21,'烟道气中各组分的证：Cm0mo!N223.51mo1.COz3×)=3nv>1.O26.25-5=1.25«»/H2O4×1=4)>1.因此，以Imd入口丙烷为基准的初料衡算结果如下出口入口C1H1IGd0O26.25O21.25Ni23.51N223.51CO10CO23H1O0H2O4合计30.78合计31.76100x29.7631.76=93.1mo1.习题3臼然气蒸汽转化法制造合成级原料气的示意流程图co?从计算结果可以看出,当空气加入量为29.76mo1.时,可产生烟道气31.76mo1.所以.每产生100mO1.烟道气葡加入的空气Ift为转化炉内进行烧类蒸汽转化反应.以甲烷为例,烧类蒸汽转化的反应方程式为CH4+H?。铲。CO+3H2自然气经一段转化炉转化后接着进入二段转化炉反应，在一段料化炉出口添加空气以办作合成叙原料气中所部的氮气，同时，一段转化气中的一部分氧气遇。2燃烧供应系统热Ii1.-段转化后再经一氧化碳变换工序使混合气中的CO大部分转化为COziHH2.8转化为COz和H,的方程式为CO+HQ噫9CO2+3H2.变慢后的气体进入脱除Cor序脱除C。”再经印烷化工序除去残存的做优8和CO,后作为合成氨合格原料气。已知某厂自然气的组成为：组分CH4C2Hr,CMCMO(IE)C4H1.0Ift)CsHiXdbCjH12(三)N2CO2合计%tno1.)83.20o.(x>5.160.690.500.060.050.330.01要求合成氨原料气的加成为:组分H2N2ArCHa合计%(mo1.)73.9724.640.311.08IW计算自然气的用量和空气的用句.Mt以100kmO1.合成氨原料气为计算基准。设自然气用量为A1.mo1.,添加空气I1.t为vkmo1.(1)作系统N?平衡因为在自然气蒸汽转化法制造合成氨原料气过程中,M没有参与反应，它的数届在反应器的进口、出口物料中没有改变，作系统N?平衡得0.003r+0.79)=24.64（八）(2)作系统甄平衡甲烷转化制凡的计疑关系推导如下：甲烷蒸汽转化反应过程CH°+HQ峰'？CO+3H2CO变换反应过程CO+H2OI»CO2+3总过程CH0+2HQ峰2CO2+4H2用同样的方法可推导出慌类蒸汽转化制人的计业关系通式为CnH211.2+2nH2O=nCOi+(3n+1.)H2因此100kmo1.自然气可供应的理论H?为组分炒盘Zhno1.可供应的理论短量/kmo1.CH483.204×83.20=332.8()CjH610.(X)7×10.0()=70CjHk5.16IOX5.16=51.60CIHd正)0.6913X0.69=8.97CiHK)I异)0.5013×0.50=6.50CsHiXiE)0.0616×0.06=0.96CsH1Xft)0.0516X0.05=0.80N20.330CO2().010合计I(K)471.63因此.Hmo1.自然气进料可供应的理论H?为父km°1.100氮气燃烧的反应过程2H2+O2=2HiO燃烧消耗的H2为2×0.2Ivkmo1.作系统比平衡得1ZA-2xO.2h=73.97+4x1.08(B)100式中(4x1.08)是合成氨鼠料气的CFU折合为H?物殖的fit(mo1.)（八）式合(B)式联解得到X=I8.92kmo1.y=31.I1.kmo1.因此,制造100kmoI的合成氨原料气离加入自然气18.92kmo1.一段转化炉出口需添加31J1.kmO1.的空气.习题4乙嫌氧化为环领乙烷的反应方程式如下：CMS)+：q(g)>C,H1OU)试计算0.1013MPa、25C下的反应热。解：乙编(g)的标准生成热为凶，,3=52.28。/)/Y2.JaC<>环氯乙烷(g)的标准生成热为AWj1样乙如=-51.Aw因此.0.1013Mpa.2SC下的反应热计算如下：MA.r=)产物)5tt=1.×(-51)-IX52.28+-X0=-1033fc/mo1.2习JH5乙环氧化制环氧乙烷的反应涔中进行如下反应：主反应cS)+gc(g)>CiHiO(g)副反应G%(g)+3R(g)>2C(g)+2"Q(G反应温度般本维持在25OC,该温度下主、副反应的反应的反应热分别为-8H4=10539555。/乙烯-A"；、=1321726J/hnoi乙爆乙烯的单程转化率为32%,反应的选择性为69%,反应器进口混合气的温度为2I0C,流收15000m3(STP),其组成如下：组分C2HtM0:合计%4mo1.)3.582.014.5100热损失按反应放I1热业的5%考虑，求热我体移出的热解：变得有关气体的热容数据如卜.：组分C2H,O1CO2水蒸气C2HiON2Cf1.kJKkmo1.K210C64.4331.3830.(M250C66.9431.6745.5635.35103.830.17假设如下热力学途径:210'C下反应器入口混合气体热容C=0.035×64.43