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1、学习必备欢迎下载 20092010 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。 根据设计任务书进行流程组织流程的物料及能量衡算设备设计及选型带控制点的 工艺仪表管道流程图车间平面、立面布置及配管图设计工程概算及工程技术经济评价工艺 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
2、，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。 项目建议书项目建议书审批通过后，进行项目可行性研究审查可行性研究， 决策通过后， 下达设计任务书设计阶段（包括基础设计、扩初设计、施工图设计）施工建设期工 程试投产运行项目正式投产 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。 清理工程现场清洗设备及管道设备单体以水代料试车流程以水代料联动试车投入真实物 料试生产
3、 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 BC（其反应速度 2 BAC Cr） ，同时伴随着副反应ACD（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
4、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。 2 AC rC C A D 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 学习必备欢迎下载 三、 （共 20 分） 下表列出
5、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，Tmin要求为 20。根据热交换网络窄点（Pinch）原理， 请用问题列表算法（The problem table algorithm ）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（Q Cmin）和外界最小输入热量（QHmin）。 （10 分） 流股类型Ti() To() H（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
6、Tmin，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） 温度间隔流股分配T CPC CPH H （MW ） 240 50 0 15 7.5 190 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 4150 16 70 230 0 7.5 11.54.
7、5 2.5 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 4150 16 70 230 11.5 4.0 0 16 14 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
8、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：37002800900 万元 NPV 900
9、/1.08900/1.08 2 900/1.083。 。 。 900/1.08113800 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/（ 1x） 900/（1x） 2900/（1x）3。 。 。 900/（1x）1138000 试差解得： x0.2065 （列出计算式得3 分，解出此步结果得2 分） 1 2 3 4 学习必备欢迎下载 五、 （共 25 分）乙醛可通过乙烯在银催化剂作用下部分
10、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： 2C2H4O22CH3CHO （主反应） C2H43O22CO22H2O （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） 。 仅做流程MB 计算时的自由度分析表 反
11、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、F3100mol/h； 先求解反器的 MB：
12、 3 号流股 C2H4分摩尔流量 1000.1010mol/h 因其在反应器中单程转化率为20，单程反应消耗的C2H410202mol/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 C2H42801.6mol/h 则：4 号流股中 C2H41028mol/h 4 号流股中 CH3CHO1.6mol/h 4 号流股中 CO2（21.6）20.8mol/h 4 号流股中 H2O（21.6）20.8mol/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， 0.04F81.6，解得： F840mol/h CO2衡算， X8，CO2F80.8，解得： X8，CO20.8/400.02 因 8 号流股只有 3 种组份，则 X8，H2O10020.040.94 结果， 8 号流股组成（ CH3CHO ，CO2，H2O）（ 0.04，0.02，0.94） （摩尔分率） 11 C2H4O 0.04 H2O 1.00 C2H40.10 分流器 混合器 反应器 吸 收 塔 提 取 塔 C2H41.00 O20.21 N20.79 H2O 1.00 C2H4O 0.25 CO2 H2O C2H4 O2 N2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10