化工过程设计复习重点

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1、一、不可简约的流程：采用洋葱逻辑结构， 他首先选择反应器，然后通过增加分离 与循环系统向外扩展，最后是换热网络 公用工程。缺点：（1）在每个设计阶段可能有不同的设 计决定（2）即便完成并且评估了许多设 计选择也不能保证最终找到最优设计； 优点：主观能动性大，设计者能够控制基本 设计决定，而且能够随设计进展与设计 本身进行交流。5、可简约流程：首先是一种超结构，而这 种超结构包括所有可行的操作过程和可 行的、相互影响的最优设计设备流程， 其次是用设计方程和设计变量将设计问 题转变成数学问题，再次运用优化算法 求解。缺点：是在决策过程中排除了设计工程师的 作用。优点：它能够同时考虑许多不同的设计方

2、 案。另外，它能够将全部的设计编写 成计算机程序，从而快速、高效低获 得设计方案。7、转变过程是通过反应、分离、混合、加 热、冷却、压力改变和颗粒尺寸的变化 等实现的。8、模拟就是试图用该过程的数学模型预测 它建成以后的行为。9、化工过程合成的复杂性是双重的：（1） 是否能确定所有的流程结构；（2）是否能 够优化每一个流程并进行合理的比较，当 优化流程结构时，有些多方法能用来完成 每一个独立的任务，也有许多方法能把所 有的任务相互连接起来。10、在进行化工设计过程时，需要考虑两类 基本问题？（1）是否能够确定所有的流程结构；（2）是否能够优化每一个流程并进行合理 的比较。11、过程设计的原则是

3、从洋葱模型的中心即 反应器开始的。第二章1、理想的反应路径是利用最便宜的原料并 生产少量的副产品。2、影响新反应路径开发的最主要的原因是 缺少合适的催化剂。3、反应系统类型分类：单一反应；平行反 应；串联反应；平行反应又串联反应； 聚合反应。4、反应器性能指标：转化率；选择性；反 应器收率。3、单一反应的目标：用最小的体积实现最 大生产；单一不可逆的转化率应选择在 95%左右，可逆转化率则为平衡转化率的 95%左右。系统宜采用理想间歇反应器或 活塞流反应器。单一可逆反应的浓度改 变可以通过：（1）进料比；（2）惰性物 的浓度；（3）在反应中间移走产物。5、平行反应设计目标：是转化率一定时， 使

4、选择性最大；若想增加反应的转化率， 则需减少原料的浓度。因此（1）如果a2al,则反应选择性随着转化 率的增加而增加。则反应转化率初步设 为 95%左右,可逆转化率为平衡转化率 的95%；用全混流反应器。（2）a2al,则反应选择性随转化率的增加 而降低。不可逆转化率为 50%左右,不 可逆为平衡转化率的 50%左右。用间歇 或活塞流反应器。7、串联反应：不可逆x在50%左右，可逆x 在平衡转化率的 50%左右。系统宜采用 理想间歇反应器或活塞流反应器。10、解决环境问题最好的方法不是环境处 理,而是在过程开始时就不产生废物。13、理想间歇模型和活塞流模型的反应器浓 度高,适合主反应级数高的反

5、应；连续 全混流模型,反应器内浓度较低,适合 副反应级数较高的反应。14、聚合反应可以分为两类：（1）没有终止或聚合物活性寿命比物料在 反应器中的停留时间还长,要用连续 全混流反应器。（ 2）聚合物活性寿命比平均停留时间短, 要用间歇或活塞流反应器。15、对理想单一可逆放热反应,理想的反应 温度是 随反应的转化率的增加而逐渐 降低的。16、温度控制：间接换热；冷激和热激；载 热体。冷激是指在反应器中间加入一股新鲜 冷物料，对于放热反应，冷激是最好的控温 方法。热激：对吸热反应，可在中间加入一 股经过预热的新鲜物料。17、催化剂失活：物理失活；表面沉积；结 烧；中毒；化学变化。18、实际反应器：

6、搅拌釜式反应器；管式反 应器；固定床催化反应器；固定床非催化反 应器；流化床催化反应器；流化床非催化反 应器；窑。19、反应器的哪些操作会造成原料的利用率 低？答：（1）转化率低，未反应完的原料难 以分离和循环；（2）对于生成的副产物，有 时可以单独作为一种产品；有时可以简单地 作为燃料；有时则必须采用昂贵的废物处理 工艺进行处理。（3）进料的杂质可能会反应 生产另外的副产物。20、间歇过程分离循环怎样实现的：设置中 间距罐；间歇过程循环时间不确定第三章1、在独立设计蒸发器时，有三个自由变量：（1）通过调整操作压力改变蒸发温度；（2）通过调整换热面积改变级间温度；（3）通过调整级数改变热通量。

7、2、工业上常用的干燥器：隧道；旋转；转 鼓；喷雾四种干燥器。3、分离设计要求：（1）先是非均相分离， 然后再均相分离；（2）能用地能耗，不 用高能耗；（3）先易后难；（4）如果被 分离物系是共沸物则应先考虑采用变压 分离，再考虑使用质量分离剂，为了设 计中的环保问题，尽量不采用外加分离 剂；4、蒸馏的优点：（1）蒸馏适用于很大的流 量范围；（2）适用于不同的进料浓度；（3）可以产生高纯度产品。5、在设计初阶段，不必对回流比及进料条 件进行优化，最优条件与全过程热集成 后还会有较大的变化。6、分离地分子量物最常用的方法是吸收， 在吸收过程中液相流率、温度和压力是 待定参数，在设计初期可不做优化。

8、7、非均相混合物的分离方法：沉降；浮选 离心分离；过滤。（1）沉降：指液体中悬浮的固体颗粒在重 力作用下沉降形成一清液层和以固体浓 浆层的过程。在沉降过程中，颗粒受重力 的作用从流体中分离出来。8、浮选：是根据颗粒表面性质的不同来进 行混合物的分离。第四章1、反应器的转化率的确定：依据反应是单 一反应还是复杂反应，以及反应是否可 逆来初步确定转化率。2、对付复杂反应，如果是生成副反应的反 应是可逆的，并且生成的副反应不会使 催化剂中毒或者造成设备腐蚀，则采用 全部副产物循环使得反应生成副反应的 反应得到全部抑制。3、如果冷凝温度为冷却水温度则可以采用 以下分离方式分离：冷冻冷凝；吸收； 吸附；

9、膜分离。4、间歇过程的优点：（1）对小批量生产而 言更经济；（2）可灵活调整生产方案；（3）可灵活改变生产速率；（4）适用于 在同一工厂中使用标准的多用途设备生 产不同的产品；（5）适用于设备需要清 洗和消毒的情性；（6）适于实验直接放 大；（7）保证产品的统一性。5、过程收率的损失：（1）反应器收率损失， 包括生成副产品或没将未反应物料循环 利用；（2）分离和循环系统损失。 第五章1、简单塔是指：进料分成两产品；关键组 分相对挥发度邻近；有过一个再沸器和一 个冷凝器。2、影响分离顺序数目的实现的条件是：（1） 基于安全考虑，将毒性组分优先移走流 程。（2）优先移走化学性质活泼和热敏性 组分（

10、3）优先移走腐蚀性组分（4）如果 某些组分聚合，必须加入阻聚剂（5）如 果再沸器分解物污染产品则不应从塔底 采出目的产品（6）如果进料为难凝组分， 这些组分的冷凝需要低温冷冻或特别高 的操作压力。3、直观推断法则：最困难的最后分离；尽 量采用直接分离顺序；使塔顶产品近似 为恒摩尔流。4、气相流率可以作为单塔设备费用和操作 费用的衡量指标。5、非关键组分对分离过程的影响：增加分 离负荷，使得热负荷和气相流率增加； 增加塔顶塔底温差，轻关键组分使冷凝 器温度降低，中关键组分使再沸器温度 升高。6、蒸馏顺序合成小结 如果对热集成没有严格限制，则简单蒸馏 塔顺序为（1）识别最好的几种非集成分 离顺序；

11、（2）进行热集成。 最佳非集成分离顺序的最简单判据是据 总气相负荷最小。如不满足进行简单的简 洁计算和经济核算。第六章1、只有当热流股温度在所有点上都高于相 应的冷流股温差，两流股间的换热才是 可行的。2、超出热流股起点那部分冷流股，是不能 通过回收热量来达到目标温度，所以只 能用蒸汽加热，这就是最小热公用工程。3、在设计中要达到的 Tmin ,就要求换热 器纯逆流操作，这在管式换热器中是不 可能实现的，这是因为壳侧的流股存在 着周期性的交错流，因此，除非特殊条 件许可，A Tmin 一般不低于10C,在板 式换热器中温差最小为5C,在板翅式 换热器中能达到12C。4、组合曲线的合理配置是由能

12、量费用和投 资费用权衡所确定的,这一权衡对应于 一个经济的最小传热温差A Tmin。5、夹点（工艺夹点）：A Tmin只存在于冷 热组合曲线之间的一点,该店称为热回 收夹点。6、为了达到有组合曲线所设定的能量目标, 设计者不能使热量穿越夹点,即应避免：（1）夹点上方与夹点下方过程换热；（2） 公用工程的不合理利用。7、最优A Tmin正好位于门槛点时就不存在 夹点，最优A Tmin位置位于门槛之上， 冷,热公用工程同时存在,故存在夹点。8、由于第二公用工程的引入，导致了夹点 的出现，这称为公用工程夹点。它所遵 循的规则和工艺夹点相同。（公用工程夹 点上方只能用高压蒸汽，夹点下方只能 用低压蒸汽

13、）9、最常用的热公用工程：加热蒸汽、可分 为多个等级。更高温度热负荷需要燃烧 炉烟气或热油回路。10、最常用的冷公用工程：可以是冷冻剂、 冷却水、空气（冷却）、燃炉空气预热、 锅炉给水预热，甚至可能是蒸汽发生（较高温位）等。11、对约束的取舍做判断，若约束代价昂贵 则：（1）放弃独立度，过程作为一个系 统运行。（2）保留独立，另寻他法客服 该约束。12、产生约束的原因：集成区的划分；两股 物流相距太远，导致不可能接受长距离 管线铺设；禁止两流股匹配换热。12、构造总组合曲线的方法是把问题表格级 联作成图。13、总组合曲线分布表示了每一转换温度区 间经热回收后剩余加热和冷却需求。14、在需要此阿

14、勇高温热源或者需要高温热 通量的场合，应使用燃炉燃烧燃料来传 递辐射热。15、理论火焰温度：是指燃料在空气或氧气 中燃烧没有热量损失或给予时能达到的 温度。16、提高理论温度的方法：进去气体通过预 热；出去气体迈开夹点。17、酸露点：烟气存在一个实际最低温度点，在该点之下，烟气开始冷凝并对烟道造 成腐蚀，这一温度点就叫酸露点。18、热机的合理安排是不能穿越夹点的热集 成。19、热泵的合理安排应是穿越夹点放置。如 果穿越了公用工程夹点，则无论位于工 艺夹点的上方还是下方都是经济的。COPhp= （Qhp+W） /W,热泵性能系数，cophpHPHPHP越高，经济性能越好，这就意味着热泵 跨越的温

15、升越小其经济性能越好。20、冷冻系统是在低温环境在吸收热量的热 泵，放置位置也是在穿越夹点的位置。COP冷冻=qhp/w冷冻循环系数，其值越高经冷冻 HP济性能越好。21、饱和蒸汽进入管网，会因热损失造成过 量冷凝，造成热损失。22、换热网络与公用工程的总结：能量目标 总结答：无需进行换热网络及公用工程的设计就 可设定过程的能量目标。这些能量目标可 直接从物料即能量平衡计算出来。因此不 需进行洋葱模型外层的具体设计，就可以 估算出能量费用。利用总组合曲线，可以 快速方便地筛选各种公用工程的选择方 案。第七章1、影响换热网络投资费用的主要因素:换热 单元数目；换热面积；壳程数；建造材料； 设备类型；压力等级。2、路径：是指相互连接的若干条线的序列。3、若图中任意两个点可以有一条路径连通 则该图就构成一个组元。4、Ninit=S+L-C为匹配或换热单元数，S流股UNIT数， L 独立回路数目， C 组元数目；网络不 存在夹点的最小换热单元数计算公式：Nuinit=S-1 ；网络存在夹点的最小单元数Nuinit=UNITUNIT（S夹点上方T）+（S夹点下方T）5、一旦洋葱模型的前两层（反应器和分离 器）设计已经确定下来，那么总费用就可以 简单地有所有反应器、分离器的总费用加上 换热网络及公用工程的总目