化工设计概论
绪论
化工是化学工艺、化学工业、化学工程等的简称。凡运用化学方法改变物质组成、结构或和成新物质的，都属于化工生产技术，也称化学工艺。化工设计是把一项化工工程从设想变成现实的一个建设环节，化工设计的核心是化工工艺设计。
第1章化工设计程序和内容
全部设计过程划分为两大设计阶段：基础设计、工程设计。
工程设计分为三个阶段：工艺设计、基础工程设计、详细工程设计。
第2章工艺流程设计
化工工艺流程
原料
原料贮存、原料预处理、反应、产品分离、产品精制、包装和运输
产品
工艺路线流程化一般工作方法：
主反应过程、原料准备过程和投料方式流程、产物净化分离过程、产品计量包装或后处理工艺过程、副产物处理的工艺过程、“三废”排出物的综合治理流程、确定动力使用和公用工程的配套。
2.3 工艺流程图的绘制
2.3.1 方框流程图和工艺流程简图（block flowsheet、simiplified flowsheet） 2.3.2 工艺物料流程图（process flowsheet diagram）
2.3.3 管道及仪表流程图（piping and instrument diagram）
设备分类代号、物料代号、管道材质代号、隔热及隔声代号、测量参数代号、仪表功能代号、管道工程压力等级代号。
常用管道图示符号、测量点图形符号、仪表安装位置图形符号。
管道标注内容包括四部分：
管道号、管径、管道等级、隔热或隔声
管道号包括：物料代号、主项代号、管道分段顺序号。
管道等级号包括：管道工程压力等级代号、顺序号、管道材质代号。
泵的流量控制方案：（1）出口节流控制；（2）旁路控制。
换热器的温度控制方案：
（1）调节换热介质的流量；
（2）调节换热面积（适用于蒸汽冷凝换热器）；
（3）旁路调节。
第3章物料衡算和能量衡算
3.1 物料衡算
在化工过程中，物料平衡是指在单位时间你进入系统（体系）的全部物料质量必定等于离开该系统（体系）的全部物料质量再加上损失掉的与积累起来的物料质量。
物料平衡方程
列物料平衡式时应特别注意下列事项：
（1）物料平衡是指质量平衡，而不是体积或物质的量平衡。若体系内有化学反应，则衡算式中各项以摩尔/小时为单位时，必须考虑反应式中的化学计量系数，因为反应前后中的各元素原子数守恒。
（2）对于无化学反应体系能列出独立物料平衡式的最多数目等于输入和输出的物流离得组分数。
（3）在写平衡方程时，要尽量使方程中所包含的未知数最少。
物料衡算的基本步骤：
（1）画出工艺流程示意图；
（2）列出化学反应方程式；
（3）确定计算任务；
（4）收集数据资料；
（5）选择计算基准；
（6）建立物料平衡方程，计算、整理、校核。
（7）绘制物料流程图，填写正式物料衡算表
消耗定额：生产每吨合格产品需要的原料、辅助原料及试剂等的消耗量。
第4章设备的工艺设计和选型
4.1 设备工艺设计与选型原则及方法
化工工程设计的主体：工艺设计、设备选型。
化工设备从总体上分为：
定型设备（标准设备）；非定型设备（非标准设备）。
设备的主要工艺设计参数：
泵：流量、扬程、轴功率、允许吸上高度。
换热器：热负荷、换热面积、冷热载体的种类、冷热流体的流量、温度、压力。
风机：风量、风压。
反应器：反应器类型、进出口物料的流量组成温度压力、催化剂种类规格数量性能参数、反应器内换热装置的形式和热负荷、热载体的准类数量压力温度、反应器的主要尺寸。
4.2 化工设备的材料和选材原则
4.3 泵的设计和选型
按泵作用于液体的原理可将泵分为叶片式和容积式两大类。
叶片式泵：离心泵、轴流泵、旋涡泵。
容积式泵：往复泵、转子泵。
泵的技术指标
（1）型号；（2）扬程；（3）流量；（4）必需气蚀余量；（5）功率和效率。
液下泵：经常安装在液体贮槽内，对轴封要求不高，适于输送化工过程中各种腐蚀性液体，泄漏的液体仍流入贮槽内，既节省了空间又改善了操作环境，其缺点是效率不高。
屏蔽泵：一种无泄漏泵，叶轮和电机连为一个整体并密封在同一个泵壳内，不需要轴封。所以成为无密封泵。在化工生产中常输送易燃、易爆、剧毒的液体，
缺点是效率较低。
轴流泵：利用高速旋转的螺旋桨将液体推进而达到输送的目的，适用于大体积流量、低扬程的场合。
4.4 气体输送、压缩设备的设计与选型
气体输送、压缩设备按出口压力和用途可分为以下5类：
（1）通风机简称风机，压力在0.115MPa以下，压缩比为1—1.15。通风机可分为轴流风机和离心风机。
（2）鼓风机压力为0.115—0.4MPa，压缩比小于4。鼓风机可分为罗茨鼓风机和离心鼓风机。
（3）压缩机压力大于0.4MPa，压缩比大于4，压缩机分为活塞式、离心式、螺杆式、往复式。
（4）制冷机为低温用户提供冷量。
（5）真空泵用于减压。
在化工生产中，轴流式通风机在空冷器和冷却水塔的通风方面的应用很广泛。
罗茨鼓风机的风量与风机转速成正比。
螺杆式压缩机依靠两个螺旋形转子相互啮合进行气体压缩的。在汽缸中平行放置两个高速回转、按一定传动比相互啮合的螺旋形转子，形成进气、压缩、排气过程。
螺杆式压缩机与往复式压缩机一样，同属于容积型压缩机，就运动形式而言，压缩机的转子和离心式压缩机一样作高速运动，所以螺杆式压缩机兼有活塞式压缩机和离心式压缩机的特点。螺杆式压缩机没有往复运动部件，不存在不平衡惯性力，所以螺杆式压缩机的设备基础要求低；螺杆式压缩机具有强制输气的特点，即排气几乎不受排气压力的影响；螺杆式压缩机在较宽的工作范围内仍能保持较高的效率，没有离心式压缩机在小排气量时喘振和大排气量时扼流的现象。
螺杆式压缩机适用于中低压及中小排气量，如干式螺杆压缩机，排气量范围为3—500m3/min，排气压力小于1.0MPa，喷油螺杆压缩机，排气量范围为5—100m3/min，排气压力小于1.7MPa。
活塞推料式过滤离心机
具有自动连续操作、分离因数较高、单机处理量大、结构紧凑、铣制板网阻力小、转鼓不易积料等特点。推料次数可根据不同的物料进行调节，推料活塞级数越多，对悬浮液的适应性越大，分离效果越好。适用于固体颗粒大于等于0.25mm、固含量大于等于30%的结晶状或纤维状物料的悬浮液，大量应用在碳酸氢铵、硫酸铵、尿素等化肥及制盐等工业部门。
主要型号有WH型：（卧式单级）、WH2型（卧式双级）、HR型（双级柱形转鼓）、P型（双级转口型）等。单级卧式活塞推料离心机转鼓长度152—760mm，转鼓直径152—1400mm，分离因数300—1000。
流化床干燥器
（1）传热效果好。由于物料的干燥介质接触面积大，同时物料在床内不断进行激烈搅拌，传热效果良好，热容量系数大，可达2320—6960W/（m2K）。
（2）温度分布均匀。由于流化床内温度分布均匀，避免了产品的任何局部过热，特别适合某些热敏物料干燥。
（3）操作灵活。在同一设备内可以进行连续操作，也可以进行间歇操作。
（4）停留时间可调节。物料在干燥器内的停留时间，可以按需要进行调整，所以对产品含水量有波动的情况更适宜。
（5）投资少。干燥装置本身不包括机械运动部件，装置投资费用低廉，维修工作小。
4.11 起重机械
许多起重机械，都是间歇使用的，与流程的关系不大，化工生产中经常使用一些简单的手动的和电动的起重装置，常见的有手拉葫芦和电动葫芦。在选型时，根据工艺流程安排，根据其中的最大负荷和起重高度来选型。
真空泵的主要技术指标如下：
（1）真空度
一般有以下几种表示方法。
表示，单位是kPa；则有：以绝对压力p表示，单位是kPa；以真空度p
v
p
（kPa）＝101.325－p（kPa）
v
（2）抽气速率
指在单位时间内，真空泵吸入的气体体积，即吸入压力和温度下的体积流量，单位是m3/h、m3/min；真空泵的抽气速率与吸入压力有关，吸入压力愈高，抽气速率愈大。
（3）极限真空
指真空泵抽气时能达到的稳定最低压力值。极限真空也称最大真空度。
（4）抽气时间
指以抽气速率S从初始压力抽到终了压力所耗费的时间，单位为min。
化工中常见的真空泵有如下几种类型：
（1）往复式真空泵往复式真空泵的构造和原理与往复式压缩机基本相同，但
真空泵的压缩比比较高。例如95%的真空度时压缩比约为20，所吸气体的压力很小，故真空泵的余隙容积必须更小，排除和吸入发梦必须更加轻巧灵活。
往复式真空泵所输送的气体不应含有液体。
（2）水环真空泵简称水环泵，工作时由于叶轮旋转产生的离心力的作用，将泵内水甩至壳壁形成水环，此水环具有密封作用，使叶片间的空隙形成许多大小不同的密封室，叶轮的旋转使密封室由小变大形成真空，将气体从吸入口吸入，然后密封室有大变小，气体由压出口排出。水环真空泵最高真空度可达85%。为维持泵内液封，水环泵运转时要不断地充水。
（3）液环真空泵简称液环泵（纳氏泵），外壳呈椭圆形，其内装有叶轮，当叶轮旋转时，液体在离心力的作用下被甩至四周沿壁形成椭圆形液环。和水环泵一样，工作腔也是有一些大小不同的密封室组成的，液环泵的工作腔有两个，由泵壳的椭圆形状形成。由于叶轮的旋转运动，每个工作腔内的密封室由小变大由吸入口吸进气体，然后由大变小将气体强行排出。此外输送的气体不与泵壳直接接触，所以只要叶轮采用耐腐蚀材料制造，液环泵也可用于腐蚀性气体的抽吸。（4）旋片真空泵简称旋片泵，是旋转式真空泵，当带有两个旋片的偏心转子旋转时，旋片在弹簧及离心力的作用下，紧贴泵体内壁滑动，吸气工作室扩大，被吸气体通过吸气口进入吸气工作室，当旋片转至垂直位置时，吸气完毕，此时吸入的气体被隔离，转子继续旋转，被隔离的气体被压缩后压强升高，当压强超过
排气阀的压强时，气体从泵排气口排出。因此，转子每旋转一周，有两次吸气排气过程。
旋片泵的主要部分浸没与真空油中，为的是密封各部件的间隙充填有害的余隙和得到润滑。旋片真空泵适用于抽除干燥或含有少量可凝性蒸气的气体，不适用于抽除含尘和对润滑起化学作用的气体。
喷射泵，利用高速流体射流时静压能向动能转换而造成真空，将气体吸入泵内，并在混合室通过碰撞、混合以提高吸入气体的机械能，气体与工作流体一起被排出泵外。喷射泵的工作流体可以是水蒸气也可以是水，前者称为蒸汽喷射泵，后者称为水喷射泵。
单级蒸汽喷射泵仅能达到90%的真空度，为获得更高的真空度可采用多级蒸汽喷射泵。喷射真空泵的优点是工作压力范围广，抽气量大，结构简单，适应性强，缺点是工作效率低。
4.4 换热器的设计和选型
（1）按工艺功能分类
（2）按传热方式和结构分类
间壁式换热器的分类和特性
分类名称特性相对费用
耗用金属量/（kg/m2）
管壳式固定管板式使用广泛，已系列化，壳程不易清洗，当管壳两物流温差大于60℃应设膨
胀节，最大使用温差不应大于130℃
1.0 30 浮头式壳程易清洗，管壳两物料温差可大于120℃，内垫片易渗漏 1.22 46 U形管式制造安装方便，造价较低，管程耐高压，但结构不紧凑，管子不易更换和
不易机械清洗
1.01
填料函式优缺点同浮头式，造价高，不宜制造大直径设备 1.28
板式
板翅式紧凑、效率高，可用于多股物料同时热交换，使用温度小于150℃
0.6
16 螺旋板式制造简单、紧凑，可用于带颗粒物料，温位利用好，不易检修50 伞板式制造简单、紧凑，成本低，易清洗，使用温度小于150℃，使用压力小于1.18
×106Pa
16 波纹板式紧凑，效率高，易清洗，使用温度小于150℃，使用压力小于1.47×106Pa
管式
空冷器投资和操作费用一般较水冷低，维修容易，但受周围空气温度影响大0.8—1.8
套管式制造方便，不易堵塞，好金属多，使用面积不宜大于20m20.8—1.4 150 喷淋管式制造方便，可用海水冷却，造价叫套管式低，对周围环境有水雾腐蚀0.8—1.1 60 箱管式制造简单，占地面积大，一般作为出料冷却
液膜式
升降膜式刮板薄膜式离心薄膜式
其他板壳式
热管
8
离心泵分类类型一览表
序号分类方式类型特点
1 吸入方式单吸泵液体从一侧进入泵壳，叶轮存在轴向力
双吸泵液体从两侧进入泵壳，叶轮不存在轴向力，泵的流量将近单吸泵的两倍
2 级数单级泵泵轴上有一个叶轮
多级泵同一泵轴上装两个或多个叶轮，级数越多扬程越高
3 泵轴方位卧式泵轴平行于水平面立式泵轴垂直于水平面
4 壳体型式分段式泵壳体按与轴垂直的平面部分，节段与节段之间用长螺栓连接中开式泵壳体在通过轴心线的平面剖分
蜗壳泵装有螺旋形压水室
透平式泵装有导页式压水室
5 特殊结构
管道泵泵作为管路的一部分，安装时无需改变管路
潜水泵泵和电动机制成一体浸入水中
液下泵泵体浸入液体中
屏蔽泵叶轮和电动机转子连为一体，并在同一密封壳体内，不需采用密封结构，属于无
泄漏泵
磁力泵除进出口外，泵体全封闭，泵与电机的连接采用磁钢互吸而驱动
自吸式泵泵启动时无需灌液
高速泵由增速箱使泵转速增加，一般转速可达10000r/min以上
立式桶形泵进出口接管在上部同一高度上，有内外两层壳体
9
4.6 贮罐的设计和选型
（1）原料和成品贮罐
这类贮罐的体积和需要贮存的物料关系十分明显。原料的贮存有全厂性的原料库房贮存和车间工段性的原料贮存。全厂性的贮存一般主张至少有一个月的耗用量贮存。车间的贮存一般考虑至少半个月的用量贮存。
成品的贮罐一般是指液体和固体，固体的成品贮罐使用较少，常常都及时包装，只有中间性贮槽。液体的产品贮罐一般设计至少有一周的产品产量，有时候根据物料的出路，如场内使用，视下一工段（车间）的耗量，可以贮存一个月以上或贮存量可以达到下一工段使用的两个月的数量。如果是厂的终端产量，贮罐作为待包装贮罐，存量可适当小一些，最多可以考虑半个月的产量。因为终端产品应及时进入成品大贮罐或包装进入成品库房。
气柜常常作为中间贮存气体使用的，一般可以设计的稍大些，可以达两天或略多时间的产量，以为气柜不宜旷日持久贮存，当下一工段停止使用时，这一产期工序应考虑停车。
（2）中间贮罐
当物料、产品、中间产品的主要贮罐距工艺设施较远，或者作为原料或中间体间歇或中断供应时调节用，有些中间贮罐是待测试检验，以确定去向的贮罐，如多组分精馏过程中确定产品合格与否的中间行贮罐，有些贮罐是工艺过程中切换使用，或以备翻罐挪转用的中间罐等。
（3）计量罐、回流罐
计量罐的容积一般考虑少到10分钟或15分钟，多到2小时或4小时产量的贮存，计量罐装载系数一般只考虑60—70%，以为计量罐的刻度一般在罐的直筒部分，使用度常为满量程的80—85%。
（4）缓冲罐、汽化罐
缓冲罐的目的是使气体有一定数量的积累，使之压力比较稳定，从而保证工艺流程中流量操作的稳定，因此往往体积较大，常常是下游使用设备5—10分钟的用量。以备紧急时有充裕的时间处理故障、调节流程或关停机器。
某些物料在恒定温度下，以气液平衡的状态出现在贮罐中，而在工艺过程中
使用器蒸气，则这类罐称为汽化罐，其物料汽化空间足够下游设备3分钟以上的用量。
（5）混合、拼料罐
化工产品有一些是要随间歇生产而略有波动变化的，如某些物料的固含量、黏度、pH值、色度或分子量等可能在某个范围内波动，为使产物质量划一，或减少出厂检验的批号分歧，在产品包装前将若干批加以拼混，俗称“混批”，混批罐的大小根据工艺条件而定，考虑若干批的产了，装载系数约为70%（用气体鼓泡或搅拌混合）。
（6）包装罐等
包装罐一般可视同为中间贮罐，原则上是昼夜罐，对于需要及时包装的贮罐、定期清洗的贮罐，容积可考虑偏小。
4.7 塔设备的设计与选型
在设计中选择塔型，必须综合考虑各种因素，并遵循以下基本原则：
（1）要满足工艺要求，分离效率高。
（2）生产能力要大，有足够的操作弹性。
（3）运转可靠性高，操作维修方便，少出故障。
（4）结构简单，贾工方便，造价较低。
（5）塔压降小。
4.8 反应器的设计和选型
反应器的设计要点：
（1）保证物料转化率和反应时间
这是反应器工艺设计的关键条件，物料反应的转化率有动力学因素，也有控制因素，一般在工艺物料衡算时，已研究确定。设计者常常根据反应特点、生产实践和中试及工厂数据，确定一个转化率的经验值，而反应的充分和必要时间也是由研究和经验所决定的。设计人员根据物料的转化率和必要的反应时间可以在选择反应器型式时，作为重要依据。
（2）满足物料和反应的热传递要求
化学反应往往都有热效应，有些反应要及时移出反应热，有些反应要保证加
热的量，因此在设计反应器时，一个重要的问题是要保证有足够的传热面积，并有一套能适应所设计传热方式的有关装置。此外，再设计反应器时还要有温度测定控制的一套系统。
（3）设计适当的搅拌器和类似作用的机构
物料在反应器内接触应当满足工艺规定的要求，使物料在湍流状态下，有利于传热、传质过程的实现。对于腐蚀反应器来说，往往依靠搅拌器来实现物料流动和接触的要求。
（4）注意材质选用和机械加工要求
4.9 液固分离设备的选型
液固分离是重要的化工单元操作，液固分离的方法主要有：
（1）浮选在悬浮液中鼓入空气将疏水性的固体颗粒（加入浮选剂，疏水性）粘附在气泡上面与液体分离的方法；
（2）重力沉降借助于重力的作用使固液混合物分离的过程；
（3）离心沉降在离心力的作用下使用机械沉降的分离过程；
（4）过滤利用过滤介质将固液进行分离的过程。
活塞推料式过滤离心机具有自动连续操作、分离因数较高，单机处理量大、结构紧凑、铣制板网阻力小、转鼓不易积料等特点。推料次数可根据不同的物料进行调节，推料活塞级数越多，对于悬浮液的适应性越大，分离效果越好。适用于固体颗粒大于0.25mm、固含量较高的结晶状或纤维状物料的悬浮液。
4.10 干燥设备的设计和选型
流化床干燥器的特点：
（1）传热效果好。由于物料的干燥介质接触面积大，同时物料在床内不断地进行激烈搅拌，产热效果良好，热容量系数大。
（2）温度分布均匀。由于流化床内温度分布均匀，避免了产品的任何局部过热，特别设和某些热敏材料的干燥。
（3）操作灵活。在同一设备内可以进行连续操作，也可以进行间歇操作。（4）停留时间可调节。物料在干燥器内的停留时间，也可以按需要进行调整，所以对产品含水量有波动的情况更适宜。
（5）投资少。干燥装置本身不包括积雪运动部件，装置投资费用低廉，维修工作量小。
第5章车间布置设计
第6章管道设计与布置
6.8 常用设备的管道布置
6.8.1 泵的管道布置
（1）离心泵进口管道应尽量缩短，尽量少拐弯，以避免突然缩小管径，以降低介质流动的压力降，改善泵的吸入条件。
（2）离心泵进口管道应尽量避免“气袋”而导致离心泵抽空，若不能避免时，需在“气袋”顶加DN15—20放气阀。
（3）离心泵进口管道若在水平管段上变径，需采用偏心大小头，管顶取平，以避免形成气袋。
（4）蒸汽往复泵、计量泵、非金属泵的吸入口须设过滤器，避免杂物进入泵内。（5）泵的进出口管道和阀门的找你干粮不得压在泵体上，应在靠近泵的管段上装设恰当的支吊架，尽可能做到泵移走时不加临时支架。
（6）备用泵的位置应根据装置的具体条件考虑，一般为每2台操作泵设置1台备用泵。间歇操作或损坏时对生产影响不大的泵，一般不用备用泵。
（7）吸入管道要有约2/100的坡度。
（8）泵的排出管上一般设止回阀，防止泵停时物料倒冲。止回阀应设在切断阀之前，停车后将切断阀关闭，防止止回阀阀板长期受压损坏。
（9）泵的安装标高要保证足够的吸入压头。
（10）悬臂式离心泵的吸入口配管应考虑拆卸叶轮的空间。
（11）容积式泵当流量减小时容积式泵的压力急剧上升，因此不能在容积式泵的出口管道上之间安装节流装置来调节流量。通常采用旁路调节或改变转速，改变冲程大小来调节流量。容积式泵一般在排出管上设安全阀，防止因超压发生事故，安全阀排出管与吸入管相连通。
（12）蒸汽往复泵的排气管应少拐弯，不设阀门，在可能积聚冷凝水的部位设排放管，放空量大的还要装设消声器，乏气应排至户外适宜地点，进汽管应在进
汽阀前设冷凝水排放管，防止水击汽缸。
（13）尽可能将入口阀门布置在垂直管道上。
（14）在泵的出口处应安装压力表，应安装在泵出口与第一个切断阀之间的官道上且便于观察其工作压力；泵体与泵的切断阀前后的管道都应设置放尽阀。
6.8.2 换热器的管道布置
（1）配管应使换热器内气相空间无积液，液相空间无气阻。
（2）换热器的配管要满足共计和操作的要求。同事还应便于检修和安装。管道不因妨碍管箱端抽出管束和拆卸换热器端盖法兰，并留有足够空间。
（3）管壳式换热器的工艺管道布置应注意冷热物流的流向，一般被加热的介质（冷流）应由下而上，被冷凝或被冷却介质（热流）应由上而下；换热器管道的布置应方便操作和不妨碍设备的检修，并为此创造必要的条件；管道布置不应影响设备的抽芯；管道和阀门的布置不应妨碍设备法兰和阀门自身法兰的拆卸和安装。
（4）对于几台并联的换热器，为了使流量分配均匀，管道宜对称布置，但管道有流量调节装置时除外。
（5）合适的流动方向和管道布置能简化和改善管道布置的质量，节约管件便于安装。
6.8.3 容器的管道布置
卧式容器液体和气体的进口一般布置在一端的顶部，液体出口在另一端的底部，蒸汽出口则在液体出口的顶部。进口也能从底部伸入。在对着管口的地方设防冲板，这种布置适合于大口径管道，有时能节约管子和管件。
放空管在一端的顶部，放尽口在另一端的底部，同时使容器放尽端倾斜。若容器水平安装，则放尽口可放在易于操作的任何位置或出料管上。如果人孔设在顶部，放空口则设在人孔盖上部。
安全阀可放在顶部任何地方，最好放在有阀的管道附近，这可以和阀共用平台和通道。当安全阀的出口排入密闭管道系统时，应避免积液，并满足安全阀出口管道顺介质流向成45度向下与密闭总管顶部相接，且无袋形。
吹扫蒸汽进口在排气口另一端的侧面，可以切线方向进入，使蒸汽在罐内回
转前进。
进出口分布在容器的两端，若进出料英气的液面波动不大，则液面计的位置不受限制，否则应放在容器的中部。压力表则装在顶部气相部位，在地面上或操作平台上看得见的地方。温度计装在底部的也向部位，从侧面水平插入，通常与出口在同一断面上，对着通道或平台。
人孔可布置在顶上、侧面或封头中性，以侧面较为方便；但在框架上支承时占地面积大，故以布置顶上为宜。人孔中心高出地面3.6m以上时应设操作平台。
支座以布置在离封头L/5处为宜，可依实际情况而定。
接口要靠近相连的设备，如排出口应近泵入口，工艺、公用工程和安全阀接管尽可能组合起来，并对着管架。
卧式容器的管口大多数在一条直线上，各种阀门也都直接装在管口上。所以管口间的距离要便于这些阀的操作。此外，管道布置还与容器在操作台（地面）上的安装高度有关。
容器底部离台面高则出料管阀门装在台面上，在台面上操作；若距离低则装在台面下，将阀杆接长，伸到台面上进行操作。
立式容器管口方位不受内件的影响，完全取决于管道布置的需要。一般划分为操作区与配管区两部分。加料口、视镜、温度计等长需操作及观察的管口布置在操作区，人孔可布置在顶部，也可布置在桶身，排出口布置底部。高大的立式容器在操作区要设置操作平台。立式容器一般成排布置，因此把操作相同的管道一起布置在相应容器的相应位置可避免操作有误。
6.8.5 管廊上的管道布置
敷设在管廊上的管道种类有：公用管道、公用工程管道、仪表管道、电缆。（1）大直径输送液体的重管道应布置在靠近管架柱子的位置或布置在管架柱子的上方，以使管架的梁承受较小的弯矩。小直径的管道宜布置在管架的中央部位。（2）一般设备的平面布置都是在管廊的两侧按工艺流程顺序布置的，因此与管廊左侧设备联系的管道布置在管廊的左侧，与管廊右侧设备联系的管道布置在管廊的右侧。管廊中部宜布置公用工程管道。
（3）对于双城管廊，通常气体管道、热的管道宜布置在上层，液体的、冷的、
- 一．填空题 1.新建项目设计包括新产品设计和采用新工艺 或新技术的产品设计。 2.设计代表的任务是参加基本建设的现场施工和安 装。 3.化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量 衡算以及设备选型和计算三个内容。 4.设备是完成生产过程的重要条件，是确定技术路线 和工艺流程时必然涉及到的因素。 5.工艺流程草图流程线的起始和终了处注明物料 的名称来源及去向。 6.设备在工艺管道及仪表流程图上应标注位置和 名称。 7.对于连续操作过程，选用单位时间作为基准是很 自然的。 8.工艺设计的任务是根据工艺需要，计算并选择 某种型号设备，以便订货。 9.根据工艺流程的特点，确定反应釜是连续操作 还是间歇操作。 10.设备布置首先要满足工艺流程和工艺条件的要 求。 11.化工厂使用最多的换热器是列管式换热器与再 沸器。 12.真空管线应尽量短，尽量减少弯头和阀门以降低 阻力，达到更高的真空度。 13.管架是用来支撑、固定和约束管道的。 14.循环冷却水在周而复始的循环使用过程中，会对管 道产生腐蚀并在管壁上结垢。 15.物质的燃烧必须具备三个条件。 16.化工设计可根据项目性质分类，也可按设计性质 分类。 17.施工图设计的任务是根据扩大初步设计意见，解 决扩大初步设计阶段待定的各项问题。 18.扩大初步设计的设计文件应包括以下两部分内容： 设计说明书说明书的附图、附表。 19.工艺管道及仪表流程图上，管道的标注内容应包括 三个组成部分：即管道号、管径和管道等级。 20.执行器的图形符号由执行机构和调节机构两部 分组合而成。 21.加压操作的塔可分为气相出料和液相出料两 种。 22.物料衡算的理论根据是质量守恒定律。 23.流量大而扬程不高时可选用单级离心泵。 24.对于釜式反应器，依靠搅拌器来实现物料流动和 混合接触。 25.车间设备布置是确定各个设备在车间平面和立
中国石油大学（北京）远程教育学院 化工设计概论期末复习题 一、给出下面概念和术语的定义 1、热； 2、活塞流型反应器； 3、管件； 4、分离过程； 5、温-焓图(T-H)； 6、固定床反应器； 7、聚式流态化； 8、传质分离过程（平衡分离过程）； 9、工艺流程示意图；10、连续过程；11、中间反应；12、速率控制分离过程； 13、逆流反应器；14、分离因子；15、化工过程；16、间歇过程；17、工艺过程阶段； 18、夹点；19、化学反应路线；20、流化床反应器； 二、单项与多项选择题 1、（）衡算式是化学反应过程物料衡算不能应用的。 A．总质量衡算式；B．组分质量衡算式； C．元素原子物质的量衡算式；D．元素原子质量衡算式 2、在进行过程的物料平衡计算时，对系统需要分析的内容有（）。 A．确定物料平衡方程式；B．确定物流约束式；C．确定设备约束式；D．确定变量3、在温-焓图中得到热复合曲线的步骤有（）步骤。 A．划分温区；B．各热流温度按高到低顺序排列； C．求每个温区的总热交换量；D．画出每个温区的总物流线 4、（）不是化工设计的内容。 A．反应过程选择与优化；B．分离过程选择与优化； C．厂区道路规划与设计；D．化工过程系统优化 5、管道布置图包括下面（）图样。 A．管件图；B．管架图管道施工说明； C．蒸汽伴管系统布置图；D．管道平面布置图
6、（）分离过程不是速率控制分离过程。 A．膜分离过程；B．反渗透分离过程；C．冷冻干燥分离过程；D．超滤分离过程7、间歇过程有（）特点。 A．生产灵活性高；B．易实现自动化； C．适合有固相的物流；D．适合生产季节性产品 8、分离过程的选择应分析分离过程的（）方面。 A．可行性；B．经济性；C．可靠性；D．生产规模 9、对能量过程的分析方法有（）。 A．能量衡算法；B．热流分析法；C．熵分析法；D．功衡算法 10、夹点之上区域不可设置（）。 A．热阱；B．保温器；C．热源；D．物流混合器 11、对新过程的化工设计需要进行（） A．概念设计；B．装置设计；C．中试设计；D．反应设计 12、换热网络设计的目的是得到（）。 A．最小的公用工程量；B．最少的换热器台数； C．换热效益最大化；D．合理的公用工程量 13、（）分离过程是扩散分离过程。 A．渗析分离过程；B．结晶分离过程；C．超滤分离过程；D．精馏分离过程14、能量过程的特点体现在（）方面。 A．能量的形式；B．能量转换；C．能量流率；D．能量传递的设施 15、（）不是非工艺设计的内容。 A．总图运输设计；B．公用工程设计；C．管路设计；D．土建设计 16、设备布置图的标注包括下面（）内容。 A．平面定位尺寸；B．设备尺寸；C．高度方位尺寸；D．安装方位标 17、化工过程的特征是过程中有（）。 A．中间反应；B．反应物预处理；C．最终反应；D．化学反应过程
化工设计概论试题副本 This manuscript was revised by the office on December 10, 2020.
一．填空题 1.新建项目设计包括新产品设计和采用新或新技术的产品设计。 2.设计代表的任务是参加基本建设的和安装。 3.化工计算包括工艺设计中的、能量衡算以及设备选型和计算三个内容。 4.设备是完成生产过程的重要条件，是确定技术路线和时必然涉及到的因 素。 5.工艺流程草图流程线的起始和终了处注明的名称来源及去向。 6.设备在工艺管道及仪表流程图上应标注和名称。 7.对于连续操作过程，选用作为基准是很自然的。 8.工艺设计的任务是根据工艺需要，计算并某种型号设备，以便订货。 9.根据工艺流程的特点，确定反应釜是操作还是间歇操作。 10.设备布置首先要满足工艺和工艺条件的要求。 11.化工厂使用最多的换热器是换热器与再沸器。 12.真空管线应尽量短，尽量减少弯头和以降低阻力，达到更高的真空度。 13.管架是用来、固定和约束管道的。
14.循环冷却水在周而复始的循环使用过程中，会对管道产生并在管壁上结 垢。 15.物质的燃烧必须具备个条件。 16.化工设计可根据性质分类，也可按设计性质分类。 17.施工图设计的任务是根据审批意见，解决扩大初步设计阶段待定的各项问 题。 18.扩大初步设计的设计文件应包括以下两部分内容：和说明书的附图、附 表。 19.工艺管道及仪表流程图上，管道的标注内容应包括三个组成部分：即、管 径和管道等级。 20.执行器的图形符号由机构和调节机构两部分组合而成。 21.加压操作的塔可分为出料和液相出料两种。 22.物料衡算的理论根据是定律。 23.流量大而扬程不高时可选用单级。 24.对于釜式反应器，依靠来实现物料流动和混合接触。 25.车间设备布置是确定各个设备在车间和立面上的位置。 26.容器分贮存容器与原料及成品贮罐两类。
?填空题 1. 新建项目设计包括新产品设计和采用新______ 或新技术的产品设计。 2. 设计代表的任务是参加基本建设的______ 和安装。 3. 化工计算包括工艺设计中的_______ 、能量衡算以及设备选型和计算三个内 容。 4. 设备是完成生产过程的重要条件，是确定技术路线和______ 时必然涉及到的 因素。 5. 工艺流程草图流程线的起始和终了处注明_______ 的名称来源及去向。 6. 设备在工艺管道及仪表流程图上应标注______ 和名称。 7. 对于连续操作过程，选用_____ 作为基准是很自然的。 8. 工艺设计的任务是根据工艺需要，计算并________ 某种型号设备，以便订货。 9. 根据工艺流程的特点，确定反应釜是_______ 操作还是间歇操作。 10. 设备布置首先要满足工艺______ 和工艺条件的要求。 11. 化工厂使用最多的换热器是_____ 换热器与再沸器。 12. 真空管线应尽量短，尽量减少弯头和______ 以降低阻力，达到更高的真空度。 13. 管架是用来_____ 、固定和约束管道的。 14. 循环冷却水在周而复始的循环使用过程中，会对管道产生_______ 并在管壁上 结垢。 15. 物质的燃烧必须具备______ 个条件。 16. 化工设计可根据____ 性质分类，也可按设计性质分类。 17. 施工图设计的任务是根据_____ 审批意见，解决扩大初步设计阶段待定的各 项问题。 18. 扩大初步设计的设计文件应包括以下两部分内容：_______ 和说明书的附图、 附表。 19. 工艺管道及仪表流程图上，管道的标注内容应包括三个组成部分：即_______ 管径和管道等级。 20. 执行器的图形符号由_____ 机构和调节机构两部分组合而成。 21. 加压操作的塔可分为_____ 出料和液相出料两种。
一 ．填空题 六.计算题 1. 利用乙烯部分氧化制取环氧乙烷，将乙烯在过量空气条件下通过银催化剂进行如下反应，进料物质流量为1000mol/h ，进料中含乙烯10%（mol ），乙烯转化率为25%，计算反应器出口物料量。 反应方程式如下： 2C 2H 4+O 2→2C 2H 4O 2.氨氧化反应器的能量衡算 氨氧化反应式为： 4NH 3（气）＋5O 2（气）→ 4NO（气）＋6H 2O （气） 此反应在 25℃、 101．3kPa 的反应热为ΔH 0r =－。现有25℃的 100molNH 3/h 和300mol O 2/h 连续进入反应器，氨在反应器内全部反应，产物在300℃呈气态离开反应器。如操作压力为101．3kPa ，计算反应器应输入或输出的热量。 300℃时NO 、O 2 和 H 2O 的 NO ）＝ J/（mol·℃） O 2）＝ J/（mol·℃）H 2O ）＝ J/（mol·℃） 3. 乙苯脱氢制苯乙烯，通入纯乙苯为250kg/h ，乙苯与水蒸气质量比为1：，乙苯转化率为50%，其中在转化掉的乙苯中有90%转化成苯乙烯；10%转化成苯；试计算反应器出口物料质量流量。 转化成苯乙烯的反应： C 8H 10→C 8H 8+H 2 转化成苯的反应： C 8H 10→C 6H 6+C 2H 4 4.甲烷在连续式反应器中用空气氧化生产甲醛，甲烷的转化率为40%，氧气完全反应。 CH 4（气）＋O 2 →HCHO（气）＋H 2O （气） 以100mol 进反应器的甲烷为基准。假定反应在足够低的压力下进行，气体便可看作理想气体。甲烷于25℃进反应器．空气于25℃进反应器，如要保持出口产物为150℃，需从反应器取走多少热量？
《化工设计概论》 一、填空 1．化工设计是一个将系统（如一个工厂、一个车间或一套装置）全部用工程制图的方式，描绘成图纸、表格及必要的文字说明，也就是把工艺流程、技术装备转化成工程语言的过程。 2．化工设计的特点是政策性强、技术性强、经济性强、综合性强。 3．化工设计的发展与石油化学工业等技术的发展有直接的关系。 4．完成初步设计的同时还应当做出总概算。 5．施工图设计的任务是根据初步设计审批意见，解决初步设计阶段待定的各种问题，并以其作为施工单位编制施工组织、施工设计、施工预算和进行施工的依据。 6．施工图设计详细容包括图纸总目录、工艺图纸目录、带控制点工艺流程图、首页图、设备布置图、设备图、设备表、管路安装图、综合材料表、设备管口方位图、设备及管路的保温与防腐设计等。 7．现场施工中设计代表的任务是参加基建的现场施工和安装、调试工作，作技术指导，使装置达到设计所规定的各项指标要求。 8．车间工艺设计包括的容有生产方法的选择、工艺流程的设计、工艺计算、车间布置设计、化工管路设计、提供设计条件及编制概算书和设计文件等。
9．设计人员接受任务后，首先要解决的问题是选择合适的生产方法。 10．工艺设计的中心环节是工艺计算。 11．工艺计算的主要容包括物料衡算、热量衡算、设备计算与选型等，并在此基础上绘制物料流程图、主要设备总图和必要部件图，以及带控制点的工艺流程图。 12．车间布置设计的任务是确定整个工艺流程中的全部设备在平面和空间中的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构形式。 13．化工管路设计的任务是确定装置的全部管线、阀件、管件及各种管架的位置，以满足生产工艺的要求。 14．提供设计条件的容包括总图、土建、运输、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加热、采暖通风、给排水等非工艺专业的设计条件。 15．设计中经常进行分析比较的技术经济指标有产品成本、基建投资、劳动生产率、投资回收率、消耗定额、劳动力需要量和工资总额等。 16．设计文件容包括设计说明书、附图（流程图、设备布置图、设备图等）和附表（设备一览表、材料汇总表等）。 17．选择生产方法就是选择工艺路线。 18．生产工艺流程图一般由物料流程、图例和设备一览表3个部分组成。 19．设备一览表只需列出序号、位号、设备名称和备注即可。
一．填空题 六.计算题 1. 利用乙烯部分氧化制取环氧乙烷，将乙烯在过量空气条件下通过银催化 剂进行如下反应，进料物质流量为1000mol/h，进料中含乙烯10%（mol），乙烯转化率为25%，计算反应器出口物料量。 反应方程式如下： 2C2H4+O2→2C2H4O 2.氨氧化反应器的能量衡算 氨氧化反应式为： 4NH3（气）＋5O2（气）→ 4NO（气）＋6H2O（气） 此反应在25℃、101．3kPa的反应热为ΔＨ0r=－904.6KJ。现有25℃的100molNH3/h和300mol O2/h连续进入反应器，氨在反应器内全部反应，产物在300℃呈气态离开反应器。如操作压力为101．3kPa，计算反应器应输入或输出的热量。 300℃时NO、O2和H2O 的 C（NO）＝30.80 J/（mol·℃） P C（O2）＝30.80 J/（mol·℃）P C（H2O）＝34.80 J/（mol·℃）P 3. 乙苯脱氢制苯乙烯，通入纯乙苯为250kg/h，乙苯与水蒸气质量比为1：1.3，乙苯转化率为50%，其中在转化掉的乙苯中有90%转化成苯乙烯；10%转化成苯；试计算反应器出口物料质量流量。 转化成苯乙烯的反应： C8H10→Ｃ8H8+H2 转化成苯的反应： C8H10→Ｃ6H6+C2H4 4.甲烷在连续式反应器中用空气氧化生产甲醛，甲烷的转化率为40%，氧气完全反应。 CH4（气）＋O2→HCHO（气）＋H2O（气） 以100mol进反应器的甲烷为基准。假定反应在足够低的压力下进行，气体
便可看作理想气体。甲烷于25℃进反应器．空气于25℃进反应器，如要保持出口产物为150℃，需从反应器取走多少热量？ C（N2,150℃）＝29.24 J/（mol·℃） P C（HCHO,150℃）＝9.12 J/（mol·℃） P C（H2O,150℃）＝34.00 J/（mol·℃） P C（CH4,150℃）＝39.2J/（mol·℃） P ΔＨ0f （CH4）=－74.85KJ/mol ΔＨ0f （HCHO）=－115.9KJ/mol ΔＨ0f （H2O）=－241.83KJ/mol 5.邻二甲苯空气氧化制苯酐，乙知邻二甲苯的转化率为70%，氧的用量为理论用量的150%，每小时投入邻二甲苯250kg，试计算出口物料流量。 反应式如下： C8H10+3O2→Ｃ8H4O3+3H2O 6.甲烷和氢气混合用空气完全燃烧来加热锅炉，烟道气分析按体积组成为 N272.28%；CO28.12%；O22.44%；H2O17.15%。问：燃料中甲烷和氢气的比例？ 反应式：H2+1/2O2→Ｈ2O CH4+2O2→CO2+2H2O 答案 一．填空题 1.工艺 2.现场施工 3.物料衡算 4.工艺流程 5.物料 6.位号 7.单位时间 8.选择
化工设计概论 绪论 化工是化学工艺、化学工业、化学工程等的简称。凡运用化学方法改变物质组成、结构或和成新物质的，都属于化工生产技术，也称化学工艺。化工设计是把一项化工工程从设想变成现实的一个建设环节，化工设计的核心是化工工艺设计。 第1章化工设计程序和内容 全部设计过程划分为两大设计阶段：基础设计、工程设计。 工程设计分为三个阶段：工艺设计、基础工程设计、详细工程设计。 第2章工艺流程设计 化工工艺流程 原料 原料贮存、原料预处理、反应、产品分离、产品精制、包装和运输 产品 工艺路线流程化一般工作方法： 主反应过程、原料准备过程和投料方式流程、产物净化分离过程、产品计量包装或后处理工艺过程、副产物处理的工艺过程、“三废”排出物的综合治理流程、确定动力使用和公用工程的配套。 2.3 工艺流程图的绘制 2.3.1 方框流程图和工艺流程简图（block flowsheet、simiplified flowsheet） 2.3.2 工艺物料流程图（process flowsheet diagram） 2.3.3 管道及仪表流程图（piping and instrument diagram） 设备分类代号、物料代号、管道材质代号、隔热及隔声代号、测量参数代号、仪表功能代号、管道工程压力等级代号。 常用管道图示符号、测量点图形符号、仪表安装位置图形符号。
管道标注内容包括四部分： 管道号、管径、管道等级、隔热或隔声 管道号包括：物料代号、主项代号、管道分段顺序号。 管道等级号包括：管道工程压力等级代号、顺序号、管道材质代号。 泵的流量控制方案：（1）出口节流控制；（2）旁路控制。 换热器的温度控制方案： （1）调节换热介质的流量； （2）调节换热面积（适用于蒸汽冷凝换热器）； （3）旁路调节。 第3章物料衡算和能量衡算 3.1 物料衡算 在化工过程中，物料平衡是指在单位时间你进入系统（体系）的全部物料质量必定等于离开该系统（体系）的全部物料质量再加上损失掉的与积累起来的物料质量。 物料平衡方程 列物料平衡式时应特别注意下列事项： （1）物料平衡是指质量平衡，而不是体积或物质的量平衡。若体系内有化学反应，则衡算式中各项以摩尔/小时为单位时，必须考虑反应式中的化学计量系数，因为反应前后中的各元素原子数守恒。 （2）对于无化学反应体系能列出独立物料平衡式的最多数目等于输入和输出的物流离得组分数。 （3）在写平衡方程时，要尽量使方程中所包含的未知数最少。 物料衡算的基本步骤： （1）画出工艺流程示意图； （2）列出化学反应方程式； （3）确定计算任务； （4）收集数据资料； （5）选择计算基准；
六.计算题 1.利用乙烯部分氧化制取环氧乙烷，将乙烯在过量空气条件下通过银催化剂进行如下反应，进料物质流量为1000mol/h，进料中含乙烯10%（mol），乙烯转化率为25%计算反应器出口物料量。 反应方程式如下： 2GH+O—2C2HO 2.氨氧化反应器的能量衡算 氨氧化反应式为： 4NH 3 （气）+ 5Q （气）—4NO （气）+ 6HO （气） 此反应在25C、101 . 3kPa的反应热为AH0-—。现有25C的100molNH/h和 300mol 02/h连续进入反应器，氨在反应器内全部反应，产物在300°C呈气态离开反应器。 如操作压力为101. 3kPa,计算反应器应输入或输出的热量。 300C时NO Q和出0的 C P（NQ = J/ （mol ?C） Cp（Q）= J/ （mol ?C）C p （HQ= J/ （mol ?C） 3.乙苯脱氢制苯乙烯，通入纯乙苯为250kg/h，乙苯与水蒸气质量比为1:，乙苯转化率为50%其中在转化掉的乙苯中有90%专化成苯乙烯；10%专化成苯；试计算反应器出口物料质量流量。 转化成苯乙烯的反应： C 8H O—C H8+H 转化成苯的反应： C 8H o—CH6+CH l 4.甲烷在连续式反应器中用空气氧化生产甲醛，甲烷的转化率为40%氧气完全反应。 CH 4 （气）+ O —HCH（气）+ HO（气） 以100mol进反应器的甲烷为基准。假定反应在足够低的压力下进行，气体便可看作理想气体。甲烷于25C进反应器.空气于25C进反应器，如要保持出口产物为150C，需从反应器
取走多少热量？
C p ( Nd50°C) = J/ (mol「C) C p (HCHO50C) = J/ (mol ?C) C p (H2Q150C) = J/ (mol ?C) C p (CH,150C) = ( mol ?C) △H°f (CH) =— mol △H°f (HCHO =— mol △H°f ( H J Q) =— mol 5.邻二甲苯空气氧化制苯酐，乙知邻二甲苯的转化率为70%氧的用量为理论用量的150%每小时投入邻二甲苯250kg，试计算出口物料流量。 反应式如下： GHio+3QfC 8H Q+3HO 6.甲烷和氢气混合用空气完全燃烧来加热锅炉，烟道气分析按体积组成为% % % % 问：燃料中甲烷和氢气的比例？ 反应式：F2+1/2O2^H2O CH 4+2Q—CO+2HO 答案 一?填空题 1.工艺 2.现场施工 3.物料衡算 4.工艺流程 5.物料 6.位号 7.单位时间 8.选择
一．填空题 1.新建项目设计包括新产品设计和采用新或新技术的产品设计。 2.设计代表的任务是参加基本建设的和安装。 3.化工计算包括工艺设计中的、能量衡算以及设备选型和计算三个内 容。 4.设备是完成生产过程的重要条件，是确定技术路线和时必然涉及到的 因素。 5.工艺流程草图流程线的起始和终了处注明的名称来源及去向。 6.设备在工艺管道及仪表流程图上应标注和名称。 7.对于连续操作过程，选用作为基准是很自然的。 8.工艺设计的任务是根据工艺需要，计算并某种型号设备，以便订货。 9.根据工艺流程的特点，确定反应釜是操作还是间歇操作。 10.设备布置首先要满足工艺和工艺条件的要求。 11.化工厂使用最多的换热器是换热器与再沸器。 12.真空管线应尽量短，尽量减少弯头和以降低阻力，达到更高的真空度。 13.管架是用来、固定和约束管道的。 14.循环冷却水在周而复始的循环使用过程中，会对管道产生并在管壁上 结垢。 15.物质的燃烧必须具备个条件。 16.化工设计可根据性质分类，也可按设计性质分类。 17.施工图设计的任务是根据审批意见，解决扩大初步设计阶段待定的各 项问题。
18.扩大初步设计的设计文件应包括以下两部分内容：和说明书的附图、 附表。 19.工艺管道及仪表流程图上，管道的标注内容应包括三个组成部分：即、 管径和管道等级。 20.执行器的图形符号由机构和调节机构两部分组合而成。 21.加压操作的塔可分为出料和液相出料两种。 22.物料衡算的理论根据是定律。 23.流量大而扬程不高时可选用单级。 24.对于釜式反应器，依靠来实现物料流动和混合接触。 25.车间设备布置是确定各个设备在车间和立面上的位置。 26.容器分贮存容器与原料及成品贮罐两类。 27.管架按位置可分为管架和室内管架两类。 28.换热器与邻近设备间可用管道架空连接。 29.工业上采暖系统按压力分为低压和高压两种。 30.自燃点是指物质在没有外界引燃的条件下在空气中能自燃的。 31.工艺管道及仪表流程图可以（装置）或工段（分区或工序）为主项进 行绘制。 32.工艺管道及仪表流程图上一般应画出所有物料和辅助物料的管道。 33.再沸器有两种形式，一种是循环式，另一种是沉浸式。 34.对于操作过程，按投入一批物流的数量为基准，最为方便。 35.化工设备从总体上分为两类：一类称设备；一类称非标准(非定型)设 备。
河北工业大学函授生考试试卷 课程化工设计概论教师刘长占2013 / 14 学年第 1 学期 班级2012化工姓名____________ 成绩_______ 一、填空题（每题2分，共计30分） 1、化工设计从技术角度上实现（）、（）、（）、（）和引进技术一体化等"五化"。 2、化工生产车间工艺设计主要内容有生产方法的选择、工艺流程设计和（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）。 3、生产工艺流程草图一般由（）、（）、（）三部分组成。 4、E1801A/B中E表示（）、01表示（）、A表示（）。 5、管道组合号中CA表示（）、HU表示（）。 6、工艺计算结果是（）、（）、（）和设备示意图。 7、电气设计条件分为（）、（）、（）。 8、地基强度不够时，常采用的（）、（）、（）方法。 9、管路连接常用的方法有（）、（）、（）。 10、泵与泵的间距不小于（），塔与塔间距大于（）。 11、直线形布置适合于（）车间，L或T形布置适合于（）车间。 12、年生产时间即（）生产过程中无特殊现象年工作时数可采用（），生产难以控制且易出不合格产品年工作时数可采用（）。 13、车间组成包括（）、（）、（）。 14加热炉应位于（）风向，加热炉的烟气不应吹向（）和（）。15阀门型号Z641T25C中Z表示（）、6表示（）、第一个4表示（）。 二、名词解释（每题5分，共计20分）
1、消耗定额 2、方向标 3、定位轴线 4、化工设计 二、简答题（每题10分，共计40分） 1、向土建专业两次提条件内容 2、管道的布置方式有那些？并分别叙述。 3、釜式反应器布置特点 4、贮罐的布置特点 三、计算题（10分） 原料乙烷进料量为1000 kg/h，反应掉的乙烷为600 kg/h，得到乙烯340 kg/h，求反应的转化率及选择性。
作业 第1题哪个不是机械分离设备 您的答案：B 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第4章第2节的内容中，由机械分离设备表，可分析出答案 第2题哪一个不是分离过程的要素 您的答案：D 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第4章第1节的内容“分离过程的特征”中，可分析得到答案 第3题哪个分离过程不是速率控制分离过程 您的答案：E 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第4章第2节的内容中，由速率控制分离过程的内容，可分析出答案 第4题哪个不是组分分离过程的特点 您的答案：C 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第4章引言的内容中，可分析得到答案 第5题哪种作功方式是机械功 您的答案：C 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第5章第1节的第1个内容“化工过程中的能量形式”中，由功的定义，分析得到答案 第6题温-焓图中物流线在横座标上的投影表示什么 您的答案：B
题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第5章第3节的第1个内容“夹点的形成”中，由温-焓图的内容，可分析出答案 第7题夹点之上区域不可设置 您的答案：A 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第5章第3节的第3个内容“夹点的意义”中，可分析出答案 第8题工艺过程阶段中不包括哪个过程 您的答案：C 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第2章第1节的第1个内容“工艺过程的一般特征”中，可分析得到答案 第9题气—液—固三相反应器中气体分子的扩散路径大于液相分子的扩散路径 您的答案：正确 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第3章第2节的第3个内容“反应器选型判别”中，由相际传质的内容，可分析出答案 第10题分离过程是自发的过程 您的答案：错误 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第4章引言的内容中，可分析得到答案 第11题速率控制分离过程是指物质在不互溶两相中趋于平衡的分离过程 您的答案：错误 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第4章第2节的内容中，由速率控制分离过程的定义，可分析出答案 第12题分离因子表征混合物在分离过程中可得到的分离程度的一种量度 您的答案：正确 题目分数：0.5 此题得分：0.5
班级 ： 姓 名： 学 号： 座位号 ： . 装 订 线 内 不 要 答 题 课程名称：《化工设计概论》 适用层次：高起本化学工程与工艺 一 、填空题（每空2分，共40分） 1、化工设计必须 。 2、国家计委有关文件的要求，可行性研究报告是项目决策的依据，应按规定的深度做到一定的准确性，投资估算和初步设计概算的出入一般不大于 ，否则视超出情况再议。 3、企业使用政府补助、转贷、贴息投资建设的项目，政府只审批 。 4、凡从事对环境有影响的建设项目都必须执行 。同时，在可行性研究报告中，对 要有专门论述。 5、概念设计是以 为基础，从工程角度出发按照未来生产规模所进行的一种假想设计。 6、工艺人员向非工艺专业提供设计条件必须确保其 。 7、管道仪表流程图中的设备用 线画出。 8、工厂的三废治理工程“三同时”，即 。 9、选择生产方法和工艺流程是应着重考虑 三原则。 10、平面图上设备平面定位尺寸应以 或 或 为基准线标注定位尺 寸。 11、管道布置是应尽量避免 。 12、工艺流程草图又称为 ，一般在生产方法确定后绘制，主要为工艺计算服务，也是工艺方案的确定和工艺流程图设计的依据，但不列入设计文件。
13、技术上的先进性是由经济合理性来体现的，只有在设计的每一步都重视经济因素，力求经济上合理，到最后才能作出既经济节约又合理可行的概算来。据专家测算，在设计阶段可以控制的工程投资，后面的施工、材料、劳务只能控制。 14、在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑的原则有。 15、设备布置图主要包括反映设备水平布置情况的和反映某处立面布置情况的。 二、判断下列各题描述正确与否（正确用“√”，错 误用“×”表示，并在括号内标注。共15分，每题3 分） 1、一般情况下：估算不能超过概算、预算不能超过概算、预算不能超过决算。（） 2、化工计算的内容：物料衡算、能量衡算以及设备选型三个内容。（） 3、可燃液体的燃点温度低于闪点温度，所以，在化工设计时可以只考虑其燃点温度。（） 4、在化工设备和管道布置时，其定位尺寸的标注要以米为单位，并精确到小数点后3位。（） 5、物料流程图不是设计文件。（） 三、简答题（共25分，每题5分）
第1章化工设计综述 一、单选题 1.投资决策前时期的工作包括 A.项目建议书、可行性研究、评估和决策、编制计划任务书和设计 B.项目建议书、可行性研究、评估和决策和编制计划任务书 C.评估和决策、编制计划任务书和设计 D.评估和决策、编制计划任务书、设计和施工 2.计划任务书 A.是投资决策的依据 B.是可行性研究的依据 C.是设计工作的依据 D.是基本建设的依据 3.工程设计工作按照三段设计划分，包括 A.概念设计、基础设计、施工设计 B.项目建议书、可行性研究、施工设计 C.计划任务书、初步设计、施工图设计 D.初步设计、扩大初步设计、施工图设计 4.对于爆炸性气体环境，按危险性的大小分区依次是 A. 0区>1区>2区 B. 1区>2区>0区 C. 1区>0区>2区 D. 2区>1区>0区 5.生产的火灾危险性分为 A. 0区、1区、2区 B. 1级、2级、3级 C. 一级、二级、三级、四级 D. 甲、乙、丙、丁、戊五类 6.化工厂房的耐火等级分为 A. 0区、1区、2区 B. 1级、2级、3级 C. 一级、二级、三级、四级 D. 甲、乙、丙、丁、戊五类 7.化工设计的主要内容包括 A.初步设计、技术设计、施工图设计 B.化工工艺设计、非工艺设计、总图运输设计 C.概念设计、中试设计、基础设计 D.工艺流程设计、车间布置设计、管道布置设计 8.设计的阶段可划分为 A.初步设计、技术设计、施工图设计 B.化工工艺设计、非工艺设计、总图运输设计 C.概念设计、中试设计、基础设计 D.工艺流程设计、车间布置设计、管道布置设计 9.在化工工艺设计中，其核心内容是
C.工艺流程设计、车间布置设计和管道设计 D.化工工艺计算和车间布置设计 10.按基本建设程序，项目建议书经批准后，应进行 A.设计工作 B.建设地点的选择 C.建设准备 D.可行性研究 11.建设项目的盈亏平衡点是 A.盈利额最高点 B.盈利与亏损的转折点 C.平均盈利额 D.销售收入与固定成本相等时的产量 二、多选题 1.投资决策前时期的工作包括 A.项目建议书 B.可行性研究 C.评估和决策 D.编制计划任务书 E.设计 2.评价某一设计方案优劣时应考虑的因素是 A.投资总额 B.生产成本 C.投资回收期 D.借款偿还期 E.投资收益率 三、名词解释 1.工程项目建议书：根据国民经济和社会发展的长远规划和产品的市场需要，结合矿藏、水利资源条件和现有生产力分析，在广泛调查、收集资料、踏勘厂址、基本弄清建厂的技术经济条件后，提出具体的项目设计书。 2.工程项目的可行性研究：它是投资决策前期研究的关键阶段。此阶段要对工程项目进行技术经济综合分析和多方案论证比较，从技术、经济、金融等方面为项目提供决策依据。 3.液体的闪点：发生闪燃现行的最低温度，称为该液体的闪点。 4.可燃气体或可燃液体蒸汽的爆炸极限：浓度低于某一最低极限或高于某一最高极限时，由于火焰不能蔓延，因而不发生燃烧和爆炸，此最低极限称为爆炸下限，最高极限称为爆炸下限。 四、简答题 1.化工厂工程设计的“四化”原则？1、工厂布置一体化2、生产装置露天化3、公用工程社会化4、引进技术国产化 2.化工厂整套设计的内容？（1）化工工艺设计（2）总图运输设计（3）土建设计4,、公用工程（供电、供热、供排水、采暖通风）设计5、自动控制设计6、机修、电修等辅助车间设计7、外管设计8、工程概算与预算 3.化工工艺设计的内容？1、原料路线和技术路线的选择2、工艺流程设计3、物料计算4、能量计算5、工艺设备的设计和选型6、车间布置设计7化工管路设计8、非工艺设计项目的考虑9、编制设计文件 五、综合题（填空、计算、画图） 1.设计是工程建设的灵魂，对工程建设起着主导和决定作用。
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。
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 一、填空 1．化工设计是一个将系统（如一个工厂、一个车间或一套装置）全部用工程制图的方式，描绘成图纸、表格及必要的文字说明，也就是把工艺流程、技术装备转化成工程语言的过程。 2．化工设计的特点是政策性强、技术性强、经济性强、综合性强。 3．化工设计的发展与石油化学工业等技术的发展有直接的关系。 4．完成初步设计的同时还应当做出总概算。 5．施工图设计的任务是根据初步设计审批意见，解决初步设计阶段待定的各种问题，并以其作为施工单位编制施工组织、施工设计、施工预算和进行施工的依据。 6．施工图设计详细内容包括图纸总目录、工艺图纸目录、带控制点工艺流程图、首页图、设备布置图、设备图、设备表、管路安装图、综合材料表、设备管口方位图、设备及管路的保温与防腐设计等。 7．现场施工中设计代表的任务是参加基建的现场施工和安装、调试工作，作技术指导，使装置达到设计所规定的各项指标要求。 8．车间工艺设计包括的内容有生产方法的选择、工艺流程的设计、工艺计算、车间布置设计、化工管路设计、提供设计条件及编制概算书和设计文件等。 9．设计人员接受任务后，首先要解决的问题是选择合适的生产方法。 10．工艺设计的中心环节是工艺计算。 11．工艺计算的主要内容包括物料衡算、热量衡算、设备计算与选型等，并在此基础上绘制物料流程图、主要设备总图和必要部件图，以及带控制点的工艺流程图。 12．车间布置设计的任务是确定整个工艺流程中的全部设备在平面和空间中的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构形式。 13．化工管路设计的任务是确定装置的全部管线、阀件、管件及各种管架的位置，以满足生产工艺的要求。 14．提供设计条件的内容包括总图、土建、运输、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加热、采暖通风、给排水等非工艺专业的设计条件。 15．设计中经常进行分析比较的技术经济指标有产品成本、基建投资、劳动生产率、投资回收率、消耗定额、劳动力需要量和工资总额等。
一．填空题 六.计算题 1. 利用乙烯部分氧化制取环氧乙烷，将乙烯在过量空气条件下通过银催化剂进行如下反应，进料物质流量为1000mol/h ，进料中含乙烯10%（mol ），乙烯转化率为25%，计算反应器出口物料量。 反应方程式如下： 2C 2H 4+O 2→2C 2H 4O 2.氨氧化反应器的能量衡算 氨氧化反应式为： 4NH 3（气）＋5O 2（气）→ 4NO （气）＋6H 2O （气） 此反应在 25℃、 101．3kPa 的反应热为ΔH 0r =－904.6KJ 。现有25℃的 100molNH 3/h 和300mol O 2/h 连续进入反应器，氨在反应器内全部反应，产物在300℃呈气态离开反应器。如操作压力为101．3kPa ，计算反应器应输入或输出的热量。 300℃时NO 、O 2 和 H 2O 的 （NO ）＝30.80 J/（mol·℃） （O 2）＝30.80 J/（mol·℃） P C （H 2O ）＝34.80 J/（mol·℃） 3. 乙苯脱氢制苯乙烯，通入纯乙苯为250kg/h ，乙苯与水蒸气质量比为1： 1.3，乙苯转化率为50%，其中在转化掉的乙苯中有90%转化成苯乙烯；10%转化成苯；试计算反应器出口物料质量流量。 转化成苯乙烯的反应： C 8H 10→C 8H 8+H 2 转化成苯的反应： C 8H 10→C 6H 6+C 2H 4 4.甲烷在连续式反应器中用空气氧化生产甲醛，甲烷的转化率为40%，氧气完全反应。 CH 4（气）＋O 2 →HCH O （气）＋H 2O （气） 以100mol 进反应器的甲烷为基准。假定反应在足够低的压力下进行，气体
石油大学《化工设计概论》 中国石油大学（北京）远程教育学院期末考试 《化工设计概论》 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间歇过程 答：是指一个装置，或几套装置，或所有装置，都设计成经常地开车和停车， 来生产一个产品。 ②管件 答：管件就是用于在管道系统中改变走向、高度，或改变管径，或引出支管等 所使用的管道部件。
③分离因子 答：是表征混合物在特定分离过程中可以得到的分离程度的一种量度。 ④项目建议书 答：由项目筹建单位或项目法人根据国民经济的发展、国家和地方中长期规划、产业政策、生产力布局、国内外市场、所在地的内外部条件，就某一具体新建、扩建项目提出的项目的建议文件，是对拟建项目提出的框架性的总体设想。它要从宏观上论述项目设立的必要性和可能性，把项目投资的设想变为概略的投资建议。 ⑤扩散分离过程 答：是指从混合物中将目标物质隔离出来的过程；与其他部分或整体、主体 分开；一个分类学单位从同一级别的另一单位分出去。 ⑥管道仪表流程图 答：是一种化工工艺图，也叫带控制点流程图，用来表达物料从原料到产品 生产过程和控制方法的图样。管道仪表流程图是管道布置图和设备布置图的设计依据，可供施工安装、生产操作的参考。 ⑦全混流型反应器 答：又称理想混合流反应器或连续搅拌釜式反应器，进出物料的操作是连续的，可以单釜或多釜串联操作。 ⑧绝热反应器 答：是指不与外界进行热父换的反应器。可分为单段绝热式相多段绝热式反 应器。单段绝热式反应器为一高径比不大的圆筒体，内无换热构件，下部装有均匀堆置催化剂的栅板，预热到适当温度的反应气体从反应器上部通入，经气体预分布装置，均匀通过床层进行反应，反应后气体经下部引出。 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 在容器的设计时，一定要设计上放空、溢流和排放设施。 答：对 ② 夹点之上不应设置任何公用工程加热器。