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1、第一章 化工设计程序和内容本章习题及答案:1、化工设计的种类有哪些？国外通用的设计程序分为哪几个阶段？答：根据项目性质化工设计可分为：新建项目设计、反复建设项目设计、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；其中工程设计又涉及：初步设计（扩大初步设计）和施工图设计。国外通用的设计程序分为工艺设计(Process Design)、基础工程设计(Basic Engineering Design)和具体工程设计(Detailed Engineering Design)三个阶段。2请画出化工厂设计的工作程序示意图。3、画出化工新技术开发的工作框图。
2、4、化工设计人员应具有哪些基本素质，才干完毕设计任务？答：1) 具有丰富的工程经验和扎实的化工基础理论知识；2) 充足了解工艺过程，掌握现代化的设计工具和化工单元及最新发展动态；3) 熟知本专业与其他相关专业的关系。5、厂址选择的重要影响因素有哪些？为什么？答：影响因素：a）原料，b）能源，c）水资源，d）运送条件，e）环境影响a）厂址宜选在原材料、能源较丰富或供应方便的地区。b）厂址宜选在水资源丰富、水质较好的地区;c）厂址应具有较便利的运送条件;d）选厂应注意节约用地、少占耕地;e）选厂应注意对本地的环境保护;f）选厂应考虑周边的协作关系;g）地势要高、不淹不涝;h）其他一些注意事项;（避
3、免在地震断层和基本烈度9度以上的地震区，易遭受洪水、泥石流、滑坡的危害的山区，又开采价值的矿藏地区，国家规定的历史文物、生物保护和风景旅游点）。6、为什么要进行可行性研究？可行性研究报告涉及哪些内容？答：a）作为建设项目投资决策和编制设计任务书的依据；b）作为向银行申请贷款的依据；c）作为与建设项目有关的各部门商谈协议的依据；d）作为建设项目开展初步设计的基础；e）作为安排基本建设计划和开展各项建设前期工作的依据；f）作为环保部门审查建设项目对环境评价的依据。重要涉及：总论；需求预测;产品的生产方案及生产规模；工艺技术方案；原材料、燃料及水电汽的来源与供应；建厂条件和厂址选择布局方案；公用工程
4、和辅助设施方案；节能;环境保护及安全卫生；工厂组织、劳动定员和人员培训；项目实行规划；投资估算和资金筹措；经济效益评价及社会效益评价；结论，涉及综合评价和研究报告的结论等内容。7、可行性研究报告和设计任务书有什么区别？答：内容上：可行性研究报告只提供依据 设计任务书是结论;性质上：可行性研究报告给上级提供决策的文献 设计任务书给设计人员的指令;时间上：可行性研究报告在先 设计任务书在后8、设计任务书重要涉及哪些内容？(1) 项目设计的目的和依据。(2) 生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则。(3) 矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水、运送等协作条件。(4) 资源综合运用和环境保护、
5、“三废”治理的规定。(5) 建设地区或地点，占地面积的估算。(6) 防空、防震等的规定。(7) 建设工期与进度计划。(8) 投资控制数。(9) 劳动定员控制数。(10) 经济效益、资金来源、投资回收年限。9、简述车间工艺设计的重要内容。车间工艺设计的重要内容：设计准备工作，方案设计，化工计算（物料衡算、能量衡算、设备选型与计算），车间布置设计，配管工程设计，向非工艺专业设计人员提供设计条件，编制概算书及编制设计文献。第二章 工艺流程设计本章习题及答案：1、化工工艺设计涉及哪些内容？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
6、算书。2、工艺流程设计的环节有哪些？答：拟定整个流程的组成，拟定每个过程或工序的组成，拟定工艺操作条件，拟定控制方案，原料与能量的合理运用，制定“三废”解决方案，制定安全生产措施。3、在选择生产方法和工艺流程时，应当着重考虑哪些原则？简述拟定生产方法和工艺流程的环节。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。4、工艺流程设计的任务有哪些？答：拟定整个流程的组成，拟定每个过程或工序的组成，拟定工艺操作条件，控制方案的拟定，原料与能量的合理运用，制定“三废”解决方案，制定安全生产措施。5、工艺流程图的种类有哪些？管道仪表流程图有哪些版式
7、？答：工艺流程草图，工艺物料流程图，带控制点的工艺流程图，工艺管道及仪表流程图。基础工程设计阶段有：A版PI图(初版)、B版PI图(内审版)、C版PI图(用户版)及D版PI图(确认版)；具体工程设计阶段有：E版PI图(详1版)、F版PI图(详2版)、G版PI图(施工版)。6、根据HG/T 20519.2-2023标准，填写下表中工艺流程图的设备类别代号。设备类别代号表（HG/T 20519.2-2023）设备类别代 号压缩机、风机C换热器E工业炉F起重运送设备L其他机械M泵P反映器R火炬、烟囱S塔T容器（槽、罐）V计量设备W其他设备X7、根据下列管道仪表流程图中的图例，填写（管道、阀门、设备、
8、等）名称。名 称图 例名 称图 例放空管（帽）阻火器同心异径管喷射器文氏管视镜、视钟离心泵旋转泵、齿轮泵浮顶罐湿式气柜板式塔喷洒塔列管式反映器流化床反映器U型管式换热器离心式压缩机8、下图是某管道的标注，请说明第16单元各表达什么意思？第1单元（PG）为物料代号，代表工艺气体；第2单元（13）为工程工序编号；第3单元（10）为管道顺序号；第4单元（300）为管道规格，代表公称直径300mm；第5单元（A1A）为管道等级，第一个A表达管道的公称压力等级代号，1表达管道材料等级顺序号，第二个A表达管道材质类别，代号为“铸铁”；第6单元（H）为绝热或隔声代号。9、固定床反映器温度控制形式有哪些？画出
9、示意图。10、PIDCAD软件具有哪些特点？PIDCAD软件操作简朴、方便易学，适合于工程技术、设计人员及高校师生从事化工工程设计、流程图绘制时使用；结合工艺设备管理软件，可实现工厂工艺、设备信息化管理。第三章 工艺计算本章习题及答案：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，规定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20230kgh，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。进料中苯的摩尔分数 釜残液中苯的摩尔分数 进料平均相对分子质量 进塔原料的摩尔流量 依题意，馏出液中
10、能回收原料中97%的苯，所以作全塔苯的质量衡算得 作全塔总质量衡算得 将已知数据代人上述质量衡算方程得 解得 所以，组分塔进料塔顶馏出物釜残液kg/h%(wt)kmol/h%(mol)kg/h%(wt)kmol/h%(mol)kg/h%(wt)kmol/h%(mol)苯76003897.4341.967372.685.6094.5287.52227.82.02.922.35甲苯1240062134.858.041240.214.4013.4812.4811159.498.0121.397.65合计20230100232.21008612.810010810011387.2100124.2100
11、习题2 丙烷充足燃烧时要使空气过量25，燃烧反映方程式为： 试计算得到100摩尔燃烧产物（又称烟道气）需要加入的空气的摩尔量。解：以1mol入口丙烷为计算基准根据反映方程式，1mol丙烷需要5mol的氧气与之反映，因氧气过量25%，故需要加入的空气量为 其中 烟道气中各组分的量： 0 mol 23.51 mol 因此，以1mol入口丙烷为基准的物料衡算结果如下入口出口106.251.2523.5123.510304合计30.78合计31.76从计算结果可以看出，当空气加入量为29.76mol时，可产生烟道气31.76mol，所以，每产生100mol烟道气需加入的空气量为习题3天然气蒸汽转化法制
12、造合成氨原料气的示意流程图天然气x kmol蒸汽蒸汽一段转化炉空气ykmol二段转化炉CO变换CO2脱除CO2甲烷化合成氨原料气 转化炉内进行烃类蒸汽转化反映，以甲烷为例，烃类蒸汽转化的反映方程式为CH4+H2OCO+3H2天然气经一段转化炉转化后继续进入二段转化炉反映，在一段转化炉出口添加空气以配合合成氨原料气中所需的氮气，同时，一段转化气中的一部分氢气遇燃烧供应系统热量。二段转化后再经一氧化碳变换工序使混合气中的大部分转化为和，转化为和的方程式为CO+H2OCO2+3H2，变换后的气体进入脱除工序脱除，再经甲烷化工序除去残存的微量和后作为合成氨合格原料气。已知某厂天然气的组成为：组分CH4
13、C2H6C3H8C4H10(正)C4H10(异)C5H12(正)C5H12(异)N2CO2合计%(mol)83.2010.005.160.690.500.060.050.330.01100规定合成氨原料气的组成为：组分H2N2ArCH4合计%(mol)73.9724.640.311.08100计算天然气的用量和空气的用量。解：以100 kmol合成氨原料气为计算基准。设天然气用量为xkmol，添加空气量为ykmol。（1）作系统N2平衡由于在天然气蒸汽转化法制造合成氨原料气过程中，N2没有参与反映，它的数量在反映器的进口、出口物料中没有变化，作系统N2平衡得 0.0033x + 0.79y =24.64 (A)(2)作系统氢平衡甲烷转化制H2的计量关系推导如下：甲烷蒸汽转化反映过程 变换反映过程 总过程 用同样的方法可推导出烃类蒸汽转化制的计量关系通式为因此，100kmol 天然气可提供的理论H2为组分烃量/kmol可提供的理论烃量/kmol
