第三章物料衡算与热量衡算
3.1物料衡算与热量衡算概述
物料衡算(Material Balance),简称“MB”
热量衡算(Heat Balance),简称“HB”
能量衡算(Energy Balance),简称“EB”
物料衡算与能量衡算的联立计算(Combined Balance), 简称“CB”
MB与HB计算是化工工艺设计中最基本，也是最主要的计算内容。
一、化工流程（过程）中MB、HB、EB三者之间的关系
1、MB与HB之间的关系
MB有可能能单独（不依赖HB而独立）求解；
HB—般不能单独求解；
（间壁式换热器除外）
当MB不能独立求解时，它就必须与HB联合起来，求解CB。
2、EB与HB之间的关系
流程压力水平不高，而且压力变化也不大，系统能量只考虑其热恰，而忽
略其动能、势能等机械能，在这种情况下：
EBaHB
3、在HB计算中，压力对焙值的影响
热恰是状态函数，严格而言，它同时与温度和压力有关。
但温度对恰值的影响更加显著。在压力水平不高且压力变化不大的化工流程中，一般认为焰值只是温度的函数，以简化计算。
二、化工工艺计算中的衡算计算的范围
要进行衡算计算，就要确定衡算的范围。化工流程设计衡算的范围可能有如下几种情况：
1、流程中某一个单元设备；
2、流程中某几个单元设备组合的子流程;
3、整个流程。
边界线(Boundary Line)围起来的区域构成衡算范围。
编号：SY-AQ-06077 ( 安全管理) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 化工安全设计的基本概念 Basic concepts of chemical safety design
化工安全设计的基本概念 导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管 理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关 系更直接，显得更为突出。 安全设计 化学工业，从产品开发研究初期，到小型试验、中间试验和扩大试验，再经过设计、建设和正式生产，无时无刻不涉及安全问题。而设计阶段对安全问题进行科学周密的考虑，避免设计上的“先天不足”，是化工安全生产的一个至为重要的环节，对化工安全生产具有决定性的作用。因此，必须高度重视安全设计，从源头消除隐患，化解风险。 安全设计的概念 安全设计就是要把生产过程中潜在的不安全因素进行系统地辨识。这些不安全因素能够在设计中消除的，则在设计中消除；如不能消除，就要在设计中采取相应的控制措施和事故防范措施。对于不安全因素的辨识，既需要设计人员具体考虑，也需要安全专业人员的参与，同时，也要深入听取一线生产人员的意见。只有集思广
益，才能最大限度地把不安全因素查清，以便在安全设计中予以消除与控制。 安全设计的考虑因素 化工安全考虑的不安全因素很多，可概括为“八防”：一是防火防爆。如配置可燃气体报警仪、安全阀、压力表等；二是防中毒和窒息。如配置有毒有害气体监测仪，气体泄漏监测、排风联动装置；三是防机械伤害。如旋转设备加防护罩；四是防物体打击。如在立体作业区域加装防物体坠落分隔层；五是防高处坠落。如加装防护栏；六是防触电。如装漏电保护器；七是防灼烫。如将管线及可能的泄漏口设计为非正面对人的位置；八是防职业病。如通风除尘等工业卫生措施。 安全设计的实施 在安全设计工作中，参与设计的安全专业人中员，需要遵循下列程序参与安全设计工作：了解本工程项目的技术内容，对潜在的风险进行辨识；积极收集有关安全的法规、标准和规范，并按相应的类别进行整理；广泛查找同样及类似装置中的安全措施及事故案
第一章化工厂设计的内容与程序 1、化工设计的种类有哪些？ 答：根据项目性质化工设计可分为：新建项目设计、重复建设项目设计、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；其中工程设计又包括：初步设计、扩大初步设计和施工图设计。 2、请画出化工厂设计的工作程序示意图。 3、化工厂通常由哪些部门和设施所构成？ 答：化工厂通常由化工生产车间、辅助生产装置、公用工程及罐区、服务性工程、生活福利设施、三废处理设施和厂外工程等构成。 4、化工车间工艺设计的程序及主要内容有哪些？ 答：一、设计准备工作 （1）熟悉设计任务书（2）制定设计工作计划（3）查阅文献资料（4）收集第一手资料。 二、方案设计 方案设计的任务是确定生产方法和生产流程，是整个工艺设计的基础。 三、化工计算 化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备选型与计算三个内容，其任务是在这三项计算的基础上绘制物料流程图、主要设备图和带控制点工艺流程图。 四、车间布置设计 主要任务是确定整个工艺流程中的全部设备在平面上和空间中的正确的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构型式。 五、配管工程设计 任务是确定生产流程中全部管线、阀门及各种管架的位置、规格尺寸和材料，综合权衡建设投资和操作费用。 六、提供设计条件 工艺专业设计人员向非工艺专业设计人员提供设计条件。 七、编制概算书及编制设计文件 概算主要提供了车间建筑、设备及安装工程费用。 第二章工艺流程设计
1、化工工艺设计包括哪些内容？ 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，概预算书。 2、在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑的原则有哪些？其步骤有哪些？ 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。 3、工艺流程设计的步骤有哪些？ 答：确定整个流程的组成，确定每个过程或工序的组成，确定工艺操作条件，确定控制方案， 原料与能量的合理利用，制定“三废”处理方案，制定安全生产措施。 4、工艺流程图的种类有哪些？ 答：工艺流程草图，工艺物料流程图，带控制点的工艺流程图，管道仪表流程图。 5、某管道标注为“HW0201-150 -L1B ”，表示什么意思？ 答：①HW0201-表示管道号，其中： HW -物料代号，热水；02-工程工序编号，第02号；01-管道顺序号，第01号。 ②150 –管道尺寸（管径），公称通径150mm,。 ③L1B -管道等级，其中： L -国内标准压力等级代号，1.0MPa ； 1-顺序号，第1号； B -管道材质类别，碳钢。 6、固定床反应器温度控制形式有哪些？画出示意图。 (a)用进料浓度控制 (b)用进料温度控制Ⅰ (c) 用进料温度控制Ⅱ (d)用冷料量控制 第三章物料衡算与热量衡算 第四章 设备的工艺设计及化工设备图 1、化工设备选用一般原则的内容是什么？ 答：（1）合理性：即设备必须满足工艺要求，设备与工艺流程、生产规模、工艺操作条件、 工艺控制水平相适应，又能充分发挥设备的能力。 （2）先进性：要求设备的运转可靠性、自控水平、生产能力、转化率、收率、效率要尽可 能达到先进水平。 （3）安全性：要求安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患。 （4）经济性：设备投资节省，设备易于加工、维修、更新，没有特殊的维护要求，运行费 用减少。 （5）系统性：化工过程是一个完整的系统，设备设计时不能仅关注单一设备，避免因个别 设备妨碍整个系统优化；注重经济性的同时，还应通盘考虑，保留适当裕量，以免在日后扩 产和工艺调整时成为系统“瓶颈”。 2、一份完整的化工设备图，除绘有设备本身的各种视图外，应具有哪些基本内容？
车间（化工燃易爆）的防爆设计与安全——措施及 效果（3）参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
车间（化工燃易爆）的防爆设计与安全——措施及效果（3）参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 针对以上问题，在实际工作中，我采取了一些相应的 措施，基本上达到了预期效果。当然，也许会有更好的办 法去解决这些问题。 2.1电加热问题 在精细化工实验楼的电气仪表设计审核过程中，就反 应釜电加热问题，我提出了如下解决方案。 2.1.1采用可控硅、移相或者过零触发控制回路，见图 2。这样，既保证反映釜加热均匀，又使得电加热元件使用 寿命一致，且温控精度高。 图2 移相/过零触发控制回路 2.1.2采用双回路或者三回路控制，测温点均匀分布，
视设备构造情况而定，见图3。这样，可保证电源供电的均衡性，也可以保证温控自如。 图3 双回路控制测温点均匀分布 2.1.3各回路并列报警。这样可以保证反应釜加热温度不会过高，各温度测量点均匀分布，相互制约。 该方案提出后，得到设计部门认可，并予以采纳。目前运行情况良好。 2.2电动设备控制问题 在无规聚丙烯（APP）生产车间的搬迁、安装过程中，根据防爆车间要求，我对砂磨机、三辊研磨机、升降搅拌机等生产设备均采取了如下措施。 2.2.1控制设备与电动设备分离，将控制设备移至配电间或者操作室，见图4。 图4 控制设备与电动设备分开配置 2.2.2对电动设备采取防爆措施。
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 第一章 1.化工设计的种类: 根据项目性质分：新建项目设计，重复建设项目设计和已有装置的改造设计. 根据化工过程开发程序分类：概念设计，中试设计，基础设计和工程设计。 2.化工计算包括工艺设计中的物料衡算，能量衡算，设备选型与计算三个内容。 第二章 1.生产方法和工艺流程选择的原则： （1）先进性。先进性是指在化工设计过程中技术上的先进程度和经济上的合理性。 (2)可靠性。可靠性主要是指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。 （3）合理性。合理性是指在进行化工厂设计时，应该结合我国的国情，从实际情况出发，考虑各种问题，即宏观上的合理性。 2.工艺流程设计的步骤： （1）确定整个流程的组成 （2）确定每个过程或工序的组成 （3）确定工艺操作条件 （4）确定方案的组成 （5）原料与能量的合理利用 （6）确定“三废”处理方案 （7）制定安全生产措施 3.工艺流程图有：工艺流程草图，工艺物料流程图，带控制点的工艺流程图及工艺管道仪表流程图等。 4.设备的标注 压缩机、风机 C 换热器 E 泵 P 反应器 R 塔 T 容器 V 例如: 设备位号“P301A”由三部分组成：P为设备类别代号；第一个数字3为工序（或主项）的编号；01为该设备在工序同类设备中的顺序号；A为相同设备的数量尾号。
5.管道标注 管道标注的内容有四部分：管段号（由三个单元组成）、管径、管道等级和绝热（或隔声）代号，总称为管道组合号。 例如：“PL0101A-150-A1A”：PL 为物料代号，表示工艺液体；第一个01为主项编号， 表示第01号工序；第二个“01”为管道顺序号，表示第01号管道；150位管道的公称直径，表示该管道的公称直径为150mm；第一个A为公称压力等级代号，表示ASME标准压力等 级代号；1表示管道材料等级顺序号；第二个A为管道材质类别代号，表示铸铁。 PA 工艺空气 PG 工艺气体 PL 工艺液体 PW 工艺水 PGS 气固两相工艺物料 PLS 液固两相工艺物料 A~G用于ASME标准压力等级代号，H~Z用于国内标准压力等级代号（其中I,J,O,X不用） A-铸铁 B-碳钢 6.常用阀门图例 截止阀球阀 三通截止阀三通球阀 7.仪表的功能标志 第一个字母表示被测变量，后继字母表示读出功能，输出功能。
第一章 1、简述化工设计的概念、作用与分类。 概念：化工设计是对拟建化工项目在技术和经济上进行全面详尽的安排，是化工基本建设的具体化，是把先进的技术和最新科研成果引入生产的渠道。 作用：化工设计是生产技术中的第一道工序，是化工厂建设中的重要组成部分，设计工作的质量直接关系到工厂的经济效益和社会效益，化工设计是进行技术革新和技术改造的先导，是先进科学技术与生产实践相结合的中间环节，是科研成果实现工业化的桥梁。 分类：（1）标准设计；（2）因地制宜设计；（3）工程设计 2、化工设计划分为哪三个阶段？并分别叙述其主要内容。 主要分为：初步设计：是根据计划任务书，探求在技术上可能，经济上合理的最符合要求的设计方案，还应编写初步设计说明书； 扩大初步设计：根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之进一步具体化、明确化，还应编写扩大初步设计说明书及工程概算书（允许误差较大）； 施工设计：根据已批准的扩大初步设计进行的，是施工的依据，为施工服务，应有详细的施工图纸和必要的文字说明书以及工程预算书（误差较小）。 3、写出化工设计程序，并对其主要内容作简单阐述。 前期准备工作→项目建议书→可行性研究→决策（评估）→计划任务书→初步设计→扩大初步设计→施工设计 4、工艺设计主要包括哪几个方面的内容？ 主要包括：1.1 设计准备；1.2 方案设计，根据有关的基础理论对不同的生产方法和工艺流程要对比分析；1.3 化工计算，包括：物料衡算、能量衡算以及设备工艺计算和选型三方面内容；1.4 车间布置，确定整个工艺流程中的全部设备在平面上和空间中正确的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构形式；1.5 化工管路设计，确定装置的全部管线、阀件、管件以及管架及其位置，以满足生产工艺要求；1.6 提供设计条件；1.7 编制概算书的设计文件。 第二章 1、化工厂址选择应考虑的主要因素是什么？ 考虑的主要因素为：（1）节约用地，考虑发展（注：地不能征多，但也应留有发展佘地）；（2）利用城镇设施，节约投资（电、蒸汽、燃料等靠近电厂或水水电站，靠近燃料供应点，水靠近江、河、湖等）；（3）满足环境卫生及交通运输要求（能妥善处理“三废”，优先使用水路、铁路运输，适当增加公路运输）；（4）不旱不涝，地质可靠；
?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。
《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。
第一章化工厂设计的内容与程序 （陈声宗习题与思考题2010.9） 1、化工设计的种类有哪些？ 答：根据项目性质化工设计可分为：新建项目设计、重复建设项目设计、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；其中工程设计又包括：初步设计、扩大初步设计和施工图设计。 2、请画出化工厂设计的工作程序示意图。 3、化工厂通常由哪些部门和设施所构成？ 答：化工厂通常由化工生产车间、辅助生产装置、公用工程及罐区、服务性工程、生活福利设施、三废处理设施和厂外工程等构成。 4、化工车间工艺设计的程序及主要内容有哪些？ 答：一、设计准备工作 （1）熟悉设计任务书（2）制定设计工作计划（3）查阅文献资料（4）收集第一手资料。 二、方案设计 方案设计的任务是确定生产方法和生产流程，是整个工艺设计的基础。 三、化工计算 化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备选型与计算三个内容，其任务是在这三项计算的基础上绘制物料流程图、主要设备图和带控制点工艺流程图。 四、车间布置设计 主要任务是确定整个工艺流程中的全部设备在平面上和空间中的正确的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构型式。 五、配管工程设计 任务是确定生产流程中全部管线、阀门及各种管架的位置、规格尺寸和材料，综合权衡建设投资和操作费用。 六、提供设计条件 工艺专业设计人员向非工艺专业设计人员提供设计条件。 七、编制概算书及编制设计文件 概算主要提供了车间建筑、设备及安装工程费用。
第二章 工艺流程设计 1、化工工艺设计包括哪些内容？ 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，概预算书。 2、在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑的原则有哪些？其步骤有哪些？ 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。 3、工艺流程设计的步骤有哪些？ 答：确定整个流程的组成，确定每个过程或工序的组成，确定工艺操作条件，确定控制方案， 原料与能量的合理利用，制定“三废”处理方案，制定安全生产措施。 4、工艺流程图的种类有哪些？ 答：工艺流程草图，工艺物料流程图，带控制点的工艺流程图，管道仪表流程图。 5、某管道标注为“HW0201-150 -L1B ”，表示什么意思？ 答：①HW0201-表示管道号，其中： HW -物料代号，热水；02-工程工序编号，第02号；01-管道顺序号，第01号。 ②150 –管道尺寸（管径），公称通径150mm,。 ③L1B -管道等级，其中： L -国内标准压力等级代号，1.0MPa ； 1-顺序号，第1号； B -管道材质类别，碳钢。 6、固定床反应器温度控制形式有哪些？画出示意图。 (a)用进料浓度控制 (b)用进料温度控制Ⅰ (c) 用进料温度控制Ⅱ (d)用冷料量控制 第三章物料衡算与热量衡算 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，要求馏 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20000kg ／h ，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。
化工厂设计和操作安全 化工厂安全贯穿于规划、设计、建厂、试车、投产的全过程。工厂的选址和布局、设备配置和结构材料的微小变化都会对化工安全产生重大影响。安全问题在工厂设计的初始阶段就应该考虑到。否则，到了设计后期，投资和时限的紧迫有可能忽略这项内容。本章叙述了化工厂设计和操作在安全方面的考虑，至于设计和操作本身的详细知识，请参阅有关的专门书籍。
第一节工厂的定位、选址和布局 工厂所在的地区，工厂和环境以及工厂内部组件之间的相对位置，对化工厂的安全是至关重要的问题。这包括化工厂的定位、选址、布局和单元区域规划四方面的内容。本节只介绍前三者，而单元区域规划将另处给出。 一、危险和防护的一般考虑 在工厂的定位、选址和布局中，会有各式各样的危险。为便于讨论，可以把它们划分为潜在的和直接的两种类型。前者称为一级危险，后者称为二级危险。对于一级危险，在正常条件下不会造成人身或财产的损害，只有触发事故时才会引起损伤、火灾或爆炸。典型的一级危险有：①有易燃物质存在；②有热源存在；③有火源存在；④有富氧存在；⑤有压缩物质存在；⑥有毒性物质存在；⑦人员失误的可能性；⑧机械故障的可能性；⑨人员、物料和车辆在厂区的流动；⑩由于蒸气云降低能见度等。 一级危险失去控制就会发展成为二级危险，造成对人身或财产的直接损害。二级危险为：①火灾；②爆炸；③游离毒性物质的释放；④跌伤；⑤倒塌；⑥碰撞。 对于所有上述两级危险，可以设置三道防护线。第一道防护线是为了解决一级危险，并防止二级危险的发生。第一道防护线的成功主要取决于所使用设备的精细制造工艺，如无破损、无泄漏等。在工厂的布局和规划中也有有助于构筑第一道防护线的内容，如： (1)根据主导风的风向，把火源置于易燃物质可能释放点的上风侧； (2)为人员、物料和车辆的流动提供充分的通道。 尽管做出以上努力，但仍时有二级危险例如火灾发生。对于二级危险，为了把生命和财产的损失降至最小程度，需要实施第二道防护线，在工厂的选址和规划方面采取一些步骤，如： (1)把最危险的区域与人员最常在的区域隔离开；
《化工设计与制图》复习题 一、填空题 第一章化工厂设计的内容与程序 1、概念设计是以过程研究中间结果或最终结果为基础，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。 2、化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算和设备选型和计算三方面 内容。 3、设计代表工作的任务是参加基本建设的现场施工和安装。 4、根据化工过程开发程序进行分类，化工设计分为四种设计类型，即概念设计、中试设计、 基础设计和工程设计。 5、在化工新技术开发过程中，可能存在三种类型的设计，即概念设计、中试设计和基础设计。 6、中试设计内容和程序基本上和工程设计相同，但由于规模小，若施工安装力量较强， 可以不出管道、仪表、管架等安装图纸。 7、按国内传统设计体制，工程设计可分为三种类型，即初步设计、扩大初步设计和施工图 设计。 第二章工艺流程设计 8、在工艺流程草图中，流程线的起始和终了处注明物料的名称、来源及去向。 9、工艺流程草图又称为方案流程图或流程示意图，一般在生产方法（或工艺路线）确定 后绘制，主要为工艺计算服务，也是工艺流程图设计的依据。 10、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。 11、工厂的三废治理工程的“三同时”是指三废治理工程必须与主体工程同时设计、同 时施工、同时投入使用。 12、在选择生产方法和工艺流程时，应遵循的三原则是先进性、可靠性和合理性。 13、当生产工艺路线(生产方法)选定后，就可以进行流程设计。 14、工艺管道及仪表流程图一般采用A1 图幅横幅绘制，数量不限；流程简单时，可采用 A2图幅；图纸不宜加长和加宽。 15、化工工艺图纸的图线宽度有粗、中、细三种类型，其宽度比例为4:2:1 。 16、绘制工艺流程图时，流程线一般画成水平线和垂直线，转弯一律画成直角。 第三章物料衡算与能量衡算 17、对于物料衡算而言，按计算范围分为单个设备的物料衡算与全流程的物料衡算。 18、在进行化工设计计算时，生产时间现在一般按330 天或8000 小时进行设计计算。 19、在进行化工设计，对于工艺技术尚未成熟、自动控制水平较低或腐蚀较严重的工艺，生 产时间一般按300 天或7200 小时进行设计计算。 20、当各个工序或单元操作之间有热量交换时，必须做整个系统的热量衡算。 21、热量衡算有两种类型，一是对单元设备进行热量衡算，另外是对整个系统进行 热量衡算。 第四章设备的工艺设计及化工设备图 22、化工设备从设计角度分为两类：一类称标准设备或定型设备，一类称非标准(非定型) 设备。
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
化工工程设计中的安全问题研究 摘要：化工工程设计由于其复杂性、独特性以及参考资料的不权威等，很容易 在实施过程中出现安全问题。而要想降低化工工程设计中安全问题发生的可能性，必须在化工厂选址以及布局合理化的同时，加强对化工工程设计中的管道、电气 设备和塔设备的安全控制，达到保障化工生产安全的目的。 关键词：化工工程；工程设计；安全问题 引言：化工工程项目把化工工程设计作为基础内容，因为化工行业被称为高 危行业，说明他的危险系数是非常之高的，所以要求工程设计的每一个步骤都要 准确，而且要多次检验审查，才可以投入实际操作中。要推进化工工程安全顺利 的实行，提高化工产品的质量，负责的工作人员需要认真研究可能会出现的问题，然后总结经验，使得工程运行的安全性得到保障。安全问题是重中之重，因此在 施工过程中，提升安全性放在化工工程项目的首位，在保障人员安全的前提下， 来实施和建设项目。这样可以促进化工工业尽快成为稳定的化工工程，进一步使 得化工工业朝着良性发展的方向迈进。 1 化工工程设计中存在的安全问题 1.1 施工过程中，对于细节点的重视程度不够 化工工程设计，本身就是一项比较复杂和危险的工作，设计人员在设计的时候，一定得加强对细节点的重视程度，不然就会出现非常严重的后果。但是，从 当前的发展情形来看，最容易忽视的往往就是工作中的细节点，如果不重视这些 细节，就非常容易出现安全隐患。例如在化工工艺中，就存在着许多的危险物品 或者是有毒气体，而在工作的过程中，设计人员假设没有根据物体的特征进行实 际的分析，就会威胁到自身的财产安全，也无法保证设计过程中的安全性。同时，在设计和生产的厂区中，部分工作人员的安全意识不够，对于化工工程的认识不 够充分，对于安全问题也不够重视。 1.2 设备连接不够紧密，审核工作不仔细 化工工程设计的时候，需要将多台设备连接在一起，确保这些设备连接的紧 密性。但是，从实际的发展现状来看，设计人员在工作的时候，由于自身的专业 素养较低，致使设备连接错误、型号不对等，这样的情况，不仅会导致整个系统 都出现问题，更会产生巨大的安全隐患，威胁到人们的生命安全，也影响到后续 的设计工作。此外，在工程设计的过程中，必须要拥有一份比较完善的设计资料，这份资料对于工程的设计思路有着非常重要的影响。从现阶段的设计情形来看， 我国化工工程设计的技术同发达国家相比，仍旧有一定的差距，针对这类问题， 就需要设计人员加强对设计资料的准确制定。如果相关部门在资料审核的过程中，不够仔细，仅仅是为了赶上工期，就忽略对资料的准确规定，这也会对工程设计 造成非常不利的影响。 1.3 设计流程存在一定的安全隐患 在工程设计的过程中，部门领导应该将工作合理化的分配给每一位员工，这 样可以避免设计工作中出现权责不明的现象。要知道，化学产品的生产过程并不 是固定的，而是会根据实际的情况进行相应的变化，每一个产品的生产过程都会 影响到产品最后的质量和效益。从当前的设计情形中就可以看出，部分化工企业 过分的追求经济效益，只是考虑到化工的设计，忽视了其中的安全性，这就为化 工工艺埋下了一定的安全隐患，假设将不合理化的材料应用到其中，势必会发生 一些安全事故。
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；
《化工设计与安全生产》讲座GB4387－94 （1994－12－26批准，1995－08－01实施） 《工业企业厂内铁路、道路运输安全规程》 5.1.2跨越道路上空架设管线距路面最小净高不得小于5m，现有低于5m的管线在改、扩建时应予以解决。 5.3.9和5.3.10，分别是装载和装运易燃易爆、剧毒等危险货物时，应遵守的4项和8项规定。 5.4.7进入易燃易爆区域的机动车辆，必须装设火星熄灭器（阻火器）。 6.1.2装卸场地和堆场应保证装卸人员、装卸机械和车辆有足够的活动范围和必要的安全距离，其主要通道的宽度不得小于3.5m，物料堆垛的间距不得小于1m，并设置安全标志。 6.6.2装卸搬运危险品的机械和工具，应按其额定负荷降低20％使用。 6.6.6罐车装车充满系数，油品不得大于95％，液化气不得大于85％，油品自流装车流速不得大于3m/s。 GB12801－91 （1991－04－26批准，1992－01－01实施） 《生产过程安全卫生要求总则》
5.4.8 危险性作业场所，必须设置安全通道；出入口不少于两个；门窗应向外开启；通道和出入口应保持畅通。 5.7.3.d管线系统的支撑和隔热应安全可靠，对热胀冷缩产生的应力和位移，应有预防措施。 5.7.3.e根据管线内物料的特性要求，管线上应按规定设置相应的排气、泄压、稳压、缓冲、阻火、放液、接地等安全装置。 5.8.1的“要求a”：要保证贮存物品的平稳、安全。要标明物品名称、牌号、存入日期和其他注意事项。具有危险和有害的物品，必须有合格证、明显的标示牌和符合规定的包装。 5.8.1的“要求d”：贮存化学物品，应按其特性要求存放，并设置相应的支架或箱柜，配备必要的器皿、工具和工作人员的防护用品。 6.3.5在易于产生静电的场所，应有消除静电措施。对下列设备管线应作接地处理。 a .生产、贮存、装卸和输送液化石油气、可燃气体、易燃液体的设备和管道； c .用空气干燥、掺合、输送可燃的粉状塑料、树脂及其易产生静电集聚的物料的厂房、设备和管道； （b、d略） 6.7.3生产场所、作业点的紧急通道和出入口，应设置明显醒目的标志。 HG20571－95 《化工企业安全卫生设计规定》
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。
普通高校《化工设计》教学方法和内容 1.课程的定位 《化工设计概论》课程为“化学工程与工艺”本科专业的必修课。通过本课程的学习，培养具有化学工程与工艺设计的基础知识和基本技能，能在化工、医药、轻工等部门从事工程设计、技术开发、生产管理、科学研究及教学等方面工作的高级工程技术人才。 2.课程目标 “化工设计”是化学工程与工艺专业及其他化工类专业的主干课。它综合运用已学过的专业基础课和专业课，如化工原理、物理化学、化工反应工程、化工热力学、化学工艺学、化工技术经济学以及化工CAD等课程的知识，讨论分析化工工艺过程，学习化工过程及设备的设计和化工厂设计问题，是从理论过渡到工程实际的设计性课程。本课程培养学生综合运用所学知识解决工程问题的能力，以及良好的主动获取知识的能力及分析解决问题的能力，还应该具备总览全局的战略眼光、指挥和完成复杂生产系统的能力、团结协作的精神和把握未来的创新意识。是使毕业生达到专业培养目标和学校办学定位的重要课程。 (1) 课程的主要目标是培养学生 1) 树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策，了解本国或本地区的实际经济发展情况，了解当前科技发展的新动态，根据现实情况和国家的长远规划，进行化工过程的设计。 2) 掌握化工设计过程的基本技能，学会从不同的过程中寻找事物的共性，探讨其基本规律和发展方向，将原来所学的基础知识和专业知识融会贯通，培养了学生的综合创新能力。 3) 学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力，为今后从事技术工作打下坚实的基础。 通过本课程的学习，学生不仅应具有扎实的基础知识、还要有分析解决实际问题的能力。通过培养学生创造性思维和灵活运用各方面知识来解决实际问题的能力。为工科大学生通向工程师铺平道路，为区域经济建设和社会进步培养高水平的技术人才。 在教学内容上分为理论课、实训课及课程设计，理论课以讲授为主，结合课堂讨论、课堂练习、课外作业等方式，使学生打下扎实的理论基础。 课程设计是在给定的工况条件下，由学生完成某种产品工艺设计。通过课程设计, 可使学生巩固所学的基本知识, 基础理论, 熟悉并掌握设计计算方法、设备选择原则和工艺参数的优化能力，训练学生查阅文献并进行分析应用的基本技能; 培养学生动手能力与实验技能。通过几年的实践表明，学生在毕业设计中的工艺设计能力有了明显的提高。 通过校内实训、模拟精馏仿真等实践教学培养学生严谨、认真的科学态度，为开展毕业设计工作及今后的科研工作打下坚实基础，有效培养了学生的创新思维和提高了创新能力。本课程分为理论知识教学模块与实训课程设计实践。 (2) 主要理论知识教学内容包括 1) 绪论、第一章化工设计程序和内容(2学时)。介绍化工设计概念，设计前期工作工作步骤与内容，初步设计阶段工作内容与程序，施工图设计阶段工作内容与程序，车间工艺设计内容。 2) 第二章工艺流程设计(6学时)。介绍生产方法和工艺流程的选择，工艺流程设计，工艺流程图，典型设备的自控流程简介。 3) 第三章物料衡算与能量衡算(2学时)。介绍物料衡算，能量衡算的概念、分类；物料衡算的步骤及方法，热量衡算的步骤及方法。 4) 第四章设备的工艺设计与选型(4学时)。介绍化工设备选材原则；泵的设计与选型；气体