化工设计期末考试试卷[A]答案.doc
《化工设计期末考试试卷[A]答案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工设计期末考试试卷[A]答案.doc（3页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
![化工设计期末考试试卷[A]答案.doc](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2022-10/19/81183f7a-a802-48e4-b5f6-8cd06bd71f04/81183f7a-a802-48e4-b5f6-8cd06bd71f041.gif)
2009～2010学年第一学期期末考试试卷
《化工设计》（A卷共4页）
（考试时间：
2010年1月19日考试地点：
西阶101）
题号
一
二
三
四
五
成绩
核分人签字
得分
一、（共20分）简答题（共5个小题，每小题4分）
1、简述化工工艺设计的内容及步骤。
根据设计任务书Þ进行流程组织Þ流程的物料及能量衡算Þ设备设计及选型Þ带控制点的工艺仪表管道流程图Þ车间平面、立面布置及配管图设计Þ工程概算及工程技术经济评价Þ工艺设计说明书
2、简述化工产品成本由哪些部分构成。
化工产品销售成本主要由以下部分组成：
主要原材料费用，辅助原材料费用，燃料及动力费用，人工费，专利或技术费用，折旧及大修基金，副产品收入，车间经费，企业管理费，销售费用。
3、简述我国现行的化工基建程序。
项目建议书Þ项目建议书审批通过后，进行项目可行性研究Þ审查可行性研究，决策通过后，下达设计任务书Þ设计阶段（包括基础设计、扩初设计、施工图设计）Þ施工建设期Þ工程试投产运行Þ项目正式投产
4、说明流程组织时挑选化学反应途径应该考虑的一些主要因素。
应该考虑的主要因素有：
反应步骤的长短；副反应的数量；
反应的条件苛刻与否；反应原料的成本；反应的速度及转化率；反应产物是否容易分离；等等。
5、简述化工项目试生产的步骤。
清理工程现场Þ清洗设备及管道Þ设备单体以水代料试车Þ流程以水代料联动试车Þ投入真实物料试生产
AD
B、C
E
A、D、E
A、D
A、D
产品C
B
B
B
精馏塔
精馏塔
分流器
混合器
混合器
A、D
精馏塔
二、（共20分）由一个液液非均相反应生产高纯度的产品C，反应式为A＋B®C（其反应速度），同时伴随着副反应A＋C«D（可逆反应，其正反应速度）。
已知采购来的原料A为液相原料，其中含有少量D及E。
原料B也为液相，为纯组份且价格较贵。
A、D、B、C、E五种组分的相对挥发度由小到大（D、B之间相对挥发度相差更明显）。
A原料的价格较便宜，C与E之间能形成难分离的共沸物。
试进行这个过程的流程组织（连续操作流程，要求考虑反应器的形式），写出简要说明，并画出流程框架草图。
解：
1、为了保证C产品的纯度，减轻反应结束后后续分离的压力，应该在原料准备阶段先将易与C形成共沸物的E先从原料A中分离去除；
2、从反应的角度出发，应该选择多釜串联的釜式反应器（非均相反应），而且为了减少副反应，应该减少A原料的返混，所以A原料应该采用多釜滴加的方式；
3、原料B较贵，应该将其与C分离后全部返回使用；
4、要求生产高纯C产品，C组份应该从精馏塔塔顶馏出；
5、D与A可以不分，通过分流器少量放空（A，D）混合物。
三、（共20分）下表列出了冷、热各两股流的起始温度和目标温度，并给出了其焓变及热容流率。
假设最小传热温差，DTmin要求为20℃。
根据热交换网络窄点（Pinch）原理，请用问题列表算法（Theproblemtablealgorithm）列出具体计算步骤：
1、计算出窄点。
（10分）
2、计算出外界最小输入冷量（QCmin）和外界最小输入热量（QHmin）。
（10分）
流股
类型
Ti（℃）
To（℃）
DH（MW）
CP（MW／℃）
1
冷
20
180
32.0
0.2
2
冷
140
230
27.0
0.3
3
热
200
80
30.0
0.25
4
热
250
40
31.5
0.15
解：
步骤1：
根据DTmin，划分温度区间（列出此步得4分）
流股
类型
Ti（℃）
To（℃）
TS＊（℃）
TT＊（℃）
1
冷
20
180
30
190
2
冷
140
230
150
240
3
热
200
80
190
70
4
热
250
40
240
30
步骤2：
计算各区间热容流率差及焓变（列出此步得4分）
温度间隔
4
2
流股分配
⊿T
∑CPC－
∑CPH
⊿H（MW）
240
3
50
0．15
7.5
190
1
40
0．1
4
150
80
-0.2
-16
70
40
0.05
2
30
步骤3：
构造假想最节能热阶流图（列出此步得4分）
240℃→7.5→190℃→4→150℃→－16→70℃→2→30℃
0－7.5－11.54.52.5
步骤4：
构造可行的最节能热阶流图（列出此步得4分）
240℃→7.5→190℃→4→150℃→－16→70℃→2→30℃
11.54.001614
步骤5：
（给出最终结果得4分）从步骤4得到窄点温度、QCmin及QHmin
该热交换系统的窄点温度为150℃（冷窄点温度140℃，热窄点温度160℃）；
外界最小输入冷量QCmin为14.0MW；
外界最小输入热量QHmin为11.5MW。
四、（共15分）有一个化工项目，项目总投资共3800万元人民币（全部靠银行贷款），共1年建设期，第二年开始，连续11年预测其每年总销售收入3700万元人民币，每年其总销售成本为2800万元人民币，设该项目全部税种免税（不计各种税收）。
项目共12年寿命期，终了时无任何残值，按年复利计算。
其各年现金流量表预测如下（单位：
万元人民币）：
年度（年）
1
2
3
。
。
。
12
总投资
3800
总销售收入
3700
3700
。
。
。
3700
总销售成本
2800
2800
。
。
。
2800
1、令年折现率为8％，试计算该项目的净现值（NPV）；（10分）
2、试计算该项目能承担的最大银行贷款年利率。
（5分）
解：
1、以项目开始建设为基准时刻，则该项目全寿命期内NPV为：
项目建成后每年受益为：
3700－2800＝900万元
NPV＝900/1.08＋900/1.082＋900/1.083＋。
。
。
＋900/1.0811－3800
解得：
该项目在年折现率为8％时，其净现值NPV＝2625.1万元
（列出计算式得7分，解出此步结果得3分）
2、因为该项目资金全部为贷款，其内部收益率即为其能承担的最大贷款年利率。
设能承担的最大年利率为x；则：
NPV（x）＝0
900/（1＋x）＋900/（1＋x）2＋900/（1＋x）3＋。
。
。
＋900/（1＋x）11－3800＝0
试差解得：
x＝0.2065
（列出计算式得3分，解出此步结果得2分）
五、（共25分）乙醛可通过乙烯在银催化剂作用下部分氧化制取，但通常伴随着一个副反应（乙烯的完全氧化反应），反应式为：
2C2H4＋O22CH3CHO（主反应）
C2H4＋3O22CO2＋2H2O（副反应）
设计已知：
1、乙烯在反应器内单程转化率为20％；
2、反应器内乙烯生成乙醛的单程选择性率为80％；
3、离开吸收塔的气流股有20％通过分流器放空；
4、分流器只牵涉到三种组份，提取塔也只牵涉到三种组份，除反应器外，其它单元设备内无化学反应。
图中组成为摩尔分率。
设计出的流程示意图如下所示。
要求：
1、试作该过程的自由度分析（15分）。
2、求解吸收塔吸收液流出流股（8号流股）的组成（10分）。
6
5
C2H4O0.25
CO2
H2O
O20.21
N20.79
C2H4
O2
N2
H2O1.00
C2H41.00
提取塔
吸收塔
反应器
混合器
分流器
C2H40.10
H2O1.00
C2H4O0.04
10
9
8
7
4
3
2
1
11
仅做流程MB计算时的自由度分析表
反应器
吸收塔
混合器
提取塔
分流器
过程
整体
OB
流股变量总数
9
13
9
8
5
25
10
单元变量数
2
0
0
0
0
2
2
MB方程数
6
6
3
3
1
19
6
已知流股变量数
1
1
2
2
0
4
2
已知单元变量数
2
0
0
0
0
2
0
已知附加式数
0
0
0
0
1
1
0
原自由度
+2
+6
+4
+3
+3
+1
+4
计算基准
－1
－1
－1
最终自由度
+1
+6
+3
+3
+3
0
+4
解：
1、自由度分析结果见上表，是弹性设计，应该挑选衡算计算基准：
设反应器进料流股流量为100mol/h。
完成以上自由度分析表。
2、F3＝100mol/h；
先求解反器的MB：
3号流股C2H4分摩尔流量＝100×0.10＝10mol/h
因其在反应器中单程转化率为20％，单程反应消耗的C2H4＝10×20％＝2mol/h
因其在反应器中生成CH3CHO的单程选择性率为80％，则单程反应生成CH3CHO消耗的C2H4＝2×80％＝1.6mol/h
则：
4号流股中C2H4＝10－2＝8mol/h
4号流股中CH3CHO＝1.6mol/h
4号流股中CO2＝（2－1.6）×2＝0.8mol/h
4号流股中H2O＝（2－1.6）×2＝0.8mol/h
4号流股其它组份分流量N2，O2分流量无全解。
再解吸收塔的MB：
CH3CHO衡算，0.04F8＝1.6，解得：
F8＝40mol/h
CO2衡算，X8，CO2×F8＝0.8，解得：
X8，CO2＝0.8/40＝0.02
因8号流股只有3种组份，则X8，H2O＝1－002－0.04＝0.94
结果，8号流股组成（CH3CHO，CO2，H2O）＝（0.04，0.02，0.94）（摩尔分率）
升级会员 