化工厂设计-例题习题
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化工厂设计－例题习题
第一章化工设计概论
复习思考题
1 化工设计的种类
2 （扩大）初步设计的程序及内容
3 （扩大）初步设计文件的内容
4 毕业设计说明书的内容
第二章工艺流程设计
复习思考题
1 生产方法和工艺流程的选择原则
2 工艺流程设计的任务
3 工艺流程图图样种类
4 带控制点的工艺流程图中设备、管道及管件、仪表控制点的标注
5 计算机绘制一张带控制点的工艺流程图
返回页首第三章化工计算
例题
[例4－2] 一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4及90％的浓HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的数量。
解：
设x——废酸量，kg；
y——浓H2SO4量，kg；
z——浓HNO3量；
1、画物料流程简图
z kg y kg
2
2、选择基准，可以选废酸或浓酸的量为基准，也可以用混合酸的量为基准，因为四种酸的组成均已知，选任何一种作基准计算都很方便。
3、列物料衡算式，该体系有3种组分，可以列出3个独立方程，所以能求出3个未知量。
基准：100kg混合酸
总物料衡算式x+ y+ z=100 (1)
H2SO4的衡算式0.57x+ 0.93y=100×0.6=60 (2)
HNO3的衡算式0.23x+ 0.90z=100×0.27=27 (3)
解(1)，(2)，(3)方程，得x=41.8kg废酸
y = 39kg浓H2SO4
z = 19.2kg浓HNO3
即由41.8kg废酸、39kg浓H2SO4和19.2kg浓HNO3可以混合成100kg混合酸。
根据水平衡，可以核对以上结果：
加入的水量= 41.8× 0.2 + 39 × 0.07 + 19.2 × 0.10 = 13kg
混合后的酸，含13％H2O，所以计算结果正确。
以上物料衡算式，亦可以选总物料衡算式及H2SO4与HNO3二个衡算式或H2SO4、HNO3和H2O三个组分衡算式进行计算，均可以求得上述结果。
[例3－2] 有一个蒸馏塔，输入和输出物料量及组成如下图。
输入物料中A组分的98。
7％自塔顶蒸出。
求每千克输入物料可得到塔顶馏出物2的量及其组成。
解：
基准：100kg/h 输入物料
令x = 馏出物中A的百分含量，y = 馏出物中B的百分含量。
将各物料的流量及组成列于下表
由上表可以看出，共有5个未知量，即P 、W 及流股2的组成A 、B 、C ，由于
组成A ＋B ＋C ＝1，所以只需求出任意两个组成，第三个组成就可以求出。
因此，实际上是4个未知量，需要4个方程。
但是输入和输出物料中共有3个组分，因而只能写出3个独立物料衡算式。
第四个方程必须从另外给定的条件列出。
C 0.94
B 0.055A 0.005 A ?
C 1-A-B
B ?
根据题意，已知输入物料中A 组分的98.7%自塔顶蒸出，即 流股2中A 组分量为
P ·x ＝ 100 × 20% × 98.7% = 19.74 kg (1)
总物料衡算式有P 和W 两个未知量。
A 、B 、C 三组分的衡算式中，A 组分的
衡算式只含一个未知量W ，所以先列A 组分的衡算式。
A 组分衡算式 100 × 20% = W × 0.5% + 19.74 (2) 总物料衡算式 100 = P + W (3)
B 组分衡算式 100 × 30% = 5.5 × W + P × y (4)
由（2）式得 W = 52 kg
代入（3）式得 P = 100 －52 = 48 kg 代入（4）式得 y = 56.54%
由（1）式得 x = 19.74 / P = 19.74 / 48 = 41.13% C 组成为 1 – x – y = 1 – 41.13% – 56.54 = 2.33%
由C 组分衡算式得 100 × 50% = 52 × 94% + 48 (1 – x – y)
1 – x – y = 2.33%，结果符合。
有多个设备过程的物料衡算
[例3－3] 有两个蒸馏塔的分离装置，将含50％苯、30％甲苯和20％(mol%)二
甲苯的混合物分成较纯的三个馏分，其流程图及各流股组成如图。
计算蒸馏1000 mol/ h 原料所得各流股的量及进塔II 物料的组成。
mol/h
S 23B X 3B T X 3T
X 3T
-3B X x 1-5T 0.43x 0.56B 0.0045
解：
设S 2、S 3……表示各流股物料量，mol / h
x3B、x3T表示流股3中苯、甲苯的组成。
该蒸馏过程中共可列出3组物料衡算方程，每组选三个独立方程。
即
体系A（塔I）：总物料1000＝S2＋S3(1)
苯1000 × 0.5 ＝0.95S2＋x3B S3(2)
甲苯1000 × 0.3 ＝0.03S2＋x3T S3(3)
体系B（塔II）：总物料S3＝S4＋S5(4)
苯 x3B S3＝0.03S4＋0.0045 S5(5)
甲苯x3T S3＝0.95S4＋0.43 S5(6)
体系C（整个过程）：总物料1000 ＝S2＋S4＋S5(7)
苯1000 ×0.5＝0.95S2＋0.03S4＋0.0045S5(8)
甲苯1000 ×0.3＝0.03S2＋0.95S4＋0.43S5(9)
以上9各方程，只有6各是独立的。
因为（1）＋（4）＝（7）式，同样，
（2）＋（5）＝（8）式及（3）＋（6）＝（9）式。
因此，解题时可以任选二组方程。
由题意，应选体系C(整个过程)，因为三个流股2、4、5的组成均已知，只有S2、S4、S5三个未知量，可以从(7)、(8)、(9)三式直接求解。
由(7)、(8)、(9)三式解得
S2＝520 mol / h
S4＝150 mol / h
S5＝330 mol / h
再任选一组体系A或B的衡算方程，可解得：
S3＝480 mol / h，x3B＝0.0125，x3T＝0.5925，x3x＝0.395
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第四章设备的工艺设计及化工设备图
复习思考题、计算题
1 泵的选用与设计程序
2 用某离心泵以45m3/h的流量将贮水池中60℃的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落
入凉水池中，以达到冷却的目的。
已知水在进入喷头之前需要维持49kpa的表压强，喷头入口较热水池水面高6m。
吸入管路和排出管路中压头损失分别为1m和2m，管路中的动压头可以忽略不计。
试选用合适的离心泵，并确定泵的安装高度。
当地气压按101.33kpa 计。
3 换热器设备类型及选用或设计程序
4 欲用循环水将流量为65m3/h的粗苯液体从78℃冷却到35℃，循环水的初温为28℃，试
选用适宜的列管式换热器。
4 塔器的选型与设计
5 化工设备图图样的分类
6 装配图的基本内容和视图表达特点
第五章车间布置设计
复习思考题
1 车间布置设计的内容和原则
2 塔的一般布置形式
3 设备布置设计的图样
4 设备布置图的内容
5 设备布置图中设备的表示方法及标注
第六章管道布置设计
复习思考题
1 管道布置设计的内容和要求
2 管道布置图中管道及附件的常用画法
3 管道布置图中建（构）筑物、设备、管道及管件、仪表控制点的标注
第七章其他
复习思考题
1 非工艺专业与工艺专业的关系
2 环境保护的重要性。
