化工设计概论

《化工设计概论》A卷第1页共5页中国石油大学（北京）远程教育学院期末考试《化工设计概论》学习中心：姓名：学号：关于课程考试违规作弊的说明1、提交文件中涉嫌抄袭内容（包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文），带有明显外校标记，不符合学院要求或学生本人情况，或存在查明出处的内容或其他可疑字样者，判为抄袭，成绩为“0”。2、两人或两人以上答题内容或用语有50%以上相同者判为雷同，成绩为“0”。3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不相干者，认定为“白卷”或“错卷”，成绩为“0”。一、题型分基础题（90分）和计算题（10分）（1）基础题分为概念题、问答题和简答题。概念题，8题，每题5分，共40分；问答题，10题，每题2分，共20分；简答题，6题，每题5分，共30分（2）计算题，1题，10分，共10分。二、基础题（90分）1、概念题（给出下面概念和术语的定义，8题，每题5分，共40分）①传质分离过程答：一类以质量传递为主要理论基础、用于各种均相混合物分离的单元操作。按物理化学原理，工业常用的传质分离操作可分为平衡分离过程和速率分离过程两大类。②最终反应答：最终反应是化学反应的过程特征。③反应器答：设反应器是一种实现反应过程的设备，广泛应用于化工，炼油，冶金等领域。反应器用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。《化工设计概论》A卷第2页共5页④设备费用估算法答：设备费用估算法主要有指数法、单价法和比率法。一般事先做好计划，然后严格按预算执行，如果有超出，则需要特别的流程进行审批。⑤工艺流程示意图答：工艺流程图是指用于示意反应过程或化学加工的示意图，在分析产品、人员的运动中，工艺流程图对一步步的顺序提供了有价值的图解。美国工业工程标准词汇作了以下定义：“工艺流程图是用图表符号形式，表达产品通过工艺过程中的部分或全部阶段所完成的工作。典型的流程图中包括的资料有数量、移动距离、所做工作的类别以及所用的设备，也可以包括工时”。为了便于列出工艺流程图，一般均采用国际通用的记录图形符号来代表生产实际中的各种活动和动作，用图形符号表明工艺流程所使用的机械设备及其相互联系的系统图。⑥概念设计答：概念设计是由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、可组织的、有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清晰、由抽象到具体的不断进化的过程。概念设计即是利用设计概念并以其为主线贯穿全部设计过程的设计方法。概念设计是完整而全面的设计过程，它通过设计概念将设计者繁复的感性和瞬间思维上升到统一的理性思维从而完成整个设计。⑦间歇反应器答：间歇反应器是一种间歇的按批量进行反应的化学反应器，液体物料在反应器内完全混合而无流量进出。例如：水处理过程中，带有搅拌设备的按批量处理不连续运行的小水量处理池。⑧散式流态化答：若固体颗粒层用液体来进行流态化，流速增大时，床层从开始膨胀直到水力输送的过程中，床内颗粒的扰动程度是平缓地加大的，颗粒持续地增大其分散状态，这种形式的流态化成为散式。2、问答题（判断下面题的叙述是否正确，如错误，写出正确的叙述。10题，每题2分，共20分）①化工设计的是对化工过程某个单元所作的设计。答：错，化工设计是根据一个化学反应或过程设计出一个生产流程，并研究流《化工设计概论》A卷第3页共5页程的合理性、先进性、可靠性和经济可行性，再根据工艺流程以及条件选择合适的生产设备、管道及仪表等，进行合理的工厂布局设计以满足生产的需要，最终使工厂建成投产，这种设计的全过程称为“化工设计”。②反应路线是指由反应原料到产品的各步反应按顺序构成的整体。答：对③夹点之下不应设置任何公用工程冷却器。答：对④传递相同热量时减少功损耗的措施是应尽可能实现高温传热。答：对⑤化工过程就是化学反应的过程。答：错，化工过程是研究化学工业和其它过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门工程学科。过程设备必须满足过程的要求。化学工程包括单元操作、化工热力学、化工系统工程、过程动态学及化学过程控制等方面。⑥管道设计时热膨胀和热补偿影响无需考虑。答：对⑦固定床反应器是指所用固体催化剂固定于反应器中的一类反应器。答：对⑧对于小直径、高度大的塔应采用单排布置。答：错，直径较小的塔常安装在室内或框架中，平台和管道都支撑在建筑物上，冷凝器可装在屋顶上或屋顶梁下，利用位差重力回流。⑨化工过程有连续与间歇过程之分。答：对⑩只有经济上合理的化工过程才具有工业化的可能。答：对3、简答题（6题，每题5分，共30分）（1）在进行工艺过程设计时，其设计的程序是什么？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）过程的整合和优化（2）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？《化工设计概论》A卷第4页共5页答：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。（3）什么是分离过程？有何特征？答：分离过程是指将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）夹点的定义和夹点的特征？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。（5）在塔顶为什么要设置放空口？答：一、一般对于装载液化气的设备都会设置放空口的，避免由于外界气温影响或者移动过程中超压。二、防止塔在操作使用过程当中压力过高可以当做泄压口。三、塔比较大的话，可以通过打开放空口放空塔顶部的气体。方便检修人员检修及检修人员安全（6）化工过程的特征是什么？答：1、涉及危险化学品众多，物料的潜在危险性2、工艺过程复杂、工艺条件苛刻3、生产规模大型化、生产过程连续性4、生产过程自动化程度高5事故应急救援难度大三、计算题（10分）（1题，10分，共10分。）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70％，乙醇30％，在精馏塔馏出液中含苯75％，水24％，其余为醇(组成均为质量分数)。若要求乙醇生产量为3000kg/h，绘制流程简图，并计算精馏中所需的苯量、料液混合物进料量。解：绘制流程简图如下总物料平衡式：《化工设计概论》A卷第5页共5页F1+F2=F3+F4组分物料平衡式：苯平衡F2=0.75F3水平衡0.70F1=0.24F3醇平衡（1-0.70）F1=(1-0.75-0.24)F3+F4对上述四个物料平衡方程，任选出3个组成一次方程式，并进行求解方程式，得：F1=3280kg/hF2=840kg/hF3=1120kg/h答：所需的苯量为840kg/h，料液混合物进料量为3280kg/h四、答题要求1.基础题作答过程中，要求条理清晰，字迹工整，语言简洁明了。2.计算题的作答过程中，如涉及作图，请作图时线条和箭头指向清晰，线条上的标注清楚。如涉及相关公式，请先写出具体公式，再代入数据进行计算；在计算过程中，请写明计算步骤，并给出必要的文字说明。五、总体要求基础题和计算题都放在一个文本中提交。