1、第一章化工厂设计的内容与程序（陈声宗习题与思索胭2010.9）1、化工设计的种类有哪些？答：依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.依据化工过程开发程序化工设计可分为：IKa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.B1-2化工厂设计的工作程序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、协助生产装置.公用工程及城区、机务性工程、生活福利谀脩、: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干j哪些？答：一、设计打算工作（1）熟
2、识设计任务书（2）制定设计工作支配（3）查阅文IIft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，是整个工艺设计的茶础.三、化工计算化工计算包括工2设计中的物料衡算、能量衡算、设备选型与计驾三个内容,其任务是在这三项计算的基础上绘制物料流程图、主要设备图和带限制点工艺流程图.四、车间布设计主要任务是确逆整个工艺流程中的全部设符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责用.六、供陶设计条件工艺专业设计人员向非工艺专业设计人员供应设计条件
3、七、编制概獴竹及编制设计文件概算主要供应了车间建筑、设需及安装工程费用。其次章工艺流程设计I、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，设备的设计与造器,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,应当着由考虑的原则有哪些？其步骡有第些？答；先进性、牢靠性、合理性；资料搜集与项目调研、生产设备类鞭与制造厂商调研、对调研结果进行全面分析对比，3、工2流程设计的步骤行哪些？答：确定整个流程的组成,确定每个过程或工序的组成，确定工艺悚作条件，确定限制方案,凝料与能量的合理利用，制定三废”处理方案，制定平安生产措施k工艺流程图
4、的种类有哪%?答：工艺流程草图.工艺物料流程图.带限制点的工名流程图.管道仪表波程图.5、某管道标注为“HW0201T50-1.1B”,我示什么意思？答：HwO20b表示管道号，其中:HW-物料代号.热水：02-工程工序编号，第02号：OI-管道依次号，第01号.150管道尺寸(管径),公称通径15Omm.UB-管道等级，其中：1.-国内标准压力等级代号，1.OMPa；卜依次号，第1号：B-管道材质类别，碳钢。6.固定床反应器温度限制形式有哪线？画出示意图。（八）用进料浓度限制(b)用进料温度限制1(C)用进料温度限制H(d)用冷料Jft限制第三堂物料衡算与热量衡算习题1连城常乐蒸饰塔进料为含
5、笨质枇分数(下同)38%(Wt)和甲苯62%的混合溶液.要求谭出液中能网收原料中97%的紫，釜残液中含茶不低于2%.迸料流麻为2000()kgh,求慵出液和壬残液的流玳和祖成。解：茶的相对分子质量为78,印茶的相对分子质砧为92。以卜标B代表紫,38进料中茶的摩尔分数=-7=04196JoOZ+78922釜残液中苯的摩尔分数-u,f1.=f%g=0.0235178+92进料平均相对分子质玳M=0.4196x78+(1-0.4196)x92=86.13进塔原料的庠尔流属F=232.2knu1.h86.13依鹿意，慵出液中的回收原料中97%的苯，所以Dxfit1.=97.43X0.97=94.51
6、hno1./h作全塔米的质量衡算得Fxt1.t=Dx1.te+Wxwi1.作全用总质量衡算得F=W+D将已知数据代入I述质量衡算方程得232.20.4196=94.51+0.02351232.2=W+D94519451解得IV=124.2bth,D=()Shx1.Ih所以，MJ=j二=二2=0.8752nD10881分塔进料塔前情出物釜成液kg,h%(W1.)kmo1.h%fmo1.)kg/h%(*0kn1.4hkg%wt)kmo1.%(mo1.)不76003897.4341.967372.685.601.O26.25-5=1.25/H2O41=4)1.因此，以Imd入口丙烷为基准的初料衡算结
7、果如下出口入口C1H1IGd0O26.25O21.25Ni23.51N223.51CO10CO23H1O0H2O4合计30.78合计31.76100x29.7631.76=93.1mo1.习题3臼然气蒸汽转化法制造合成级原料气的示意流程图co?从计算结果可以看出,当空气加入量为29.76mo1.时,可产生烟道气31.76mo1.所以.每产生100mO1.烟道气葡加入的空气Ift为转化炉内进行烧类蒸汽转化反应.以甲烷为例,烧类蒸汽转化的反应方程式为CH4+H?。铲。CO+3H2自然气经一段转化炉转化后接着进入二段转化炉反应，在一段料化炉出口添加空气以办作合成叙原料气中所部的氮气，同时，一段转化气
8、中的一部分氧气遇。2燃烧供应系统热Ii1.-段转化后再经一氧化碳变换工序使混合气中的CO大部分转化为COziHH2.8转化为COz和H,的方程式为CO+HQ噫9CO2+3H2.变慢后的气体进入脱除Cor序脱除C。”再经印烷化工序除去残存的做优8和CO,后作为合成氨合格原料气。已知某厂自然气的组成为：组分CH4C2Hr,CMCMO(IE)C4H1.0Ift)CsHiXdbCjH12(三)N2CO2合计%tno1.)83.20o.(x5.160.690.500.060.050.330.01要求合成氨原料气的加成为:组分H2N2ArCHa合计%(mo1.)73.9724.640.311.08IW计算
9、自然气的用量和空气的用句.Mt以100kmO1.合成氨原料气为计算基准。设自然气用量为A1.mo1.,添加空气I1.t为vkmo1.(1)作系统N?平衡因为在自然气蒸汽转化法制造合成氨原料气过程中,M没有参与反应，它的数届在反应器的进口、出口物料中没有改变，作系统N?平衡得0.003r+0.79)=24.64（八）(2)作系统甄平衡甲烷转化制凡的计疑关系推导如下：甲烷蒸汽转化反应过程CH+HQ峰？CO+3H2CO变换反应过程CO+H2OICO2+3总过程CH0+2HQ峰2CO2+4H2用同样的方法可推导出慌类蒸汽转化制人的计业关系通式为CnH211.2+2nH2O=nCOi+(3n+1.)H2
10、因此100kmo1.自然气可供应的理论H?为组分炒盘Zhno1.可供应的理论短量/kmo1.CH483.20483.20=332.8()CjH610.(X)710.0()=70CjHk5.16IOX5.16=51.60CIHd正)0.6913X0.69=8.97CiHK)I异)0.50130.50=6.50CsHiXiE)0.06160.06=0.96CsH1Xft)0.0516X0.05=0.80N20.330CO2().010合计I(K)471.63因此.Hmo1.自然气进料可供应的理论H?为父km1.100氮气燃烧的反应过程2H2+O2=2HiO燃烧消耗的H2为20.2Ivkmo1.作系
11、统比平衡得1ZA-2xO.2h=73.97+4x1.08(B)100式中(4x1.08)是合成氨鼠料气的CFU折合为H?物殖的fit(mo1.)（八）式合(B)式联解得到X=I8.92kmo1.y=31.I1.kmo1.因此,制造100kmoI的合成氨原料气离加入自然气18.92kmo1.一段转化炉出口需添加31J1.kmO1.的空气.习题4乙嫌氧化为环领乙烷的反应方程式如下：CMS)+：q(g)C,H1OU)试计算0.1013MPa、25C下的反应热。解：乙编(g)的标准生成热为凶，,3=52.28。/)/Y2.JaC环氯乙烷(g)的标准生成热为AWj1样乙如=-51.Aw因此.0.1013
12、Mpa.2SC下的反应热计算如下：MA.r=)产物)5tt=1.(-51)-IX52.28+-X0=-1033fc/mo1.2习JH5乙环氧化制环氧乙烷的反应涔中进行如下反应：主反应cS)+gc(g)CiHiO(g)副反应G%(g)+3R(g)2C(g)+2Q(G反应温度般本维持在25OC,该温度下主、副反应的反应的反应热分别为-8H4=10539555。/乙烯-A；、=1321726J/hnoi乙爆乙烯的单程转化率为32%,反应的选择性为69%,反应器进口混合气的温度为2I0C,流收15000m3(STP),其组成如下：组分C2HtM0:合计%4mo1.)3.582.014.5100热损失按
13、反应放I1热业的5%考虑，求热我体移出的热解：变得有关气体的热容数据如卜.：组分C2H,O1CO2水蒸气C2HiON2Cf1.kJKkmo1.K210C64.4331.3830.(M250C66.9431.6745.5635.35103.830.17假设如下热力学途径:210C下反应器入口混合气体热容C=0.03564.43+0.82x30.04+O.I4531.38=31.44AJ/(hohK)250c下反应器入n混合气体热容Cp=().035X64.94+().82X30.17+0.14531.67=31.67AJ/(kmo1.K)因此.反应寄人口混合气体在210X-250C的平均热容为r
14、n1=(31.44+31.67)x-=3I.56jI/Kkmo1.-K)M=拶x31.56(25O-21O)=2.536x1OH”?22.4H,=4：()I1.换热器的配管要求是什么？答：配管时管道要尽量短,操作、修理要便利，在管廊上有转弯的管道布置在换热器的右侧，从换热器底部引出的管道也从右侧转弯向上。从管廊的总管引来的公用工程管道，可以布置在换热器的任何恻。将管箱上的冷却水进口排齐，并将其布置在冷却水地下总管的上方,回水管布置在冷却水总管的管边。换热器与邻近设番间可用管道干脆架空连接.管箱上下的连接管道要及早转弯，并设置一短弯管,便于管箱的拆卸。12 .塔的管道固定与热补偿要留遨什么？答
15、管道固定与热补偿：塔的管道直管长，热变形大，配管时应处理好热膨胀问题.塔顶气相出口管和回流管是热变形较大的长直管,且重量较大，为防止管口受力过大，在靠近管口的地方设固定支架，在固定支架以下每隔45-U米(DN25-DN300)设导向支架，由较长的水平管(形成二臂部很长的1.形自然补偿粉)汲取热变形。13 .管道布置图的设计依据？答：管道布置图是以带限制点工艺流程图、设备布置图、设备装配图及上建、自控、电气等专业的有关图样、资料为依据，依据管道布置原则和相关标准做出合理的布置设计，并绘出管道布置图。14 .管道支架的编号含义是什么？答：管架由五个部分组成：管架序号管道布置图的尾号区号管架生根酝
16、位的结构管架类别15 .管道的标注分几部分？答：管道布置图中的管道应标注四个部分，即管道号（管段号）（由三个单元组成）、管径、管道等级和隔热或隔声，总称为管道组合号。管道号和管径为组,用短横线隔开：管道等级和隔热为另组,用短横线隔开，两组间留适当的空隙。16 .管道布置图的比例和图幅如何定的？答：常用的比例有1：30,也可采纳1：25或1：50,但同区的或各分层的平面图,应采纳同比例。管道布置图图幅应尽量采纳A0,比较简洁的也可采纳AI或A2。同区的图应采纳同一种图幅。图幅不宜加长或加宽。17 .管道布置图的分区原则和方法是什么？答：由于车间（装置）范围比较大,为了清晰表达各工段管道布置状况,
17、须要分区绘制管道布置图时，常常以各工段或工序为单位划分区段，每个区段以该区在车间内所占的墙或柱的定位轴线为分区界线,区域分界线用双点划线表示，在区域分界线的外侧标注分界线的代号、坐标和与该图标高相同的相邻部分的管道布置图图号。18 .管道布置图的阅读步骤？答：（1）概括了解首先要了解视图关系，了解平面图的分区状况,平面图、立面剖视图的数量及配置状况,在此基础上进了一步弄清各立面剖视图在平面图上剖切位置及各个视图之间的关系。留意管道布置图样的类型、数量、有关管段图、管件图及管架图等.（2）具体分析，看懂管道的来龙去脉，从起点设备起先,找出这些设备所在标高平面的平面图及有关的立面剖（向）视图，然后
18、依据投影关系和管道表达方法,逐条地弄清晰管道的来龙去脉.转弯和分支状况,具体安装位置及管件、何门、仪表限制点及管架等的布置状况。分析图中的位置尺寸和标高,结合前面的分析，明确从起点设备到终点设备的管口，中间是如何用管道连接起来形成管道布置体系的。19 .管道轴测图的内容仃哪些？答：管道轴测图一般包括以下内容：（1）管段及所属阀门、管件、仪表限制点等图形符号。（2）尺寸和标注。（3）方向标。（4）技术要求。（5）材料表。（6）标题栏.20 .管口方位图的视图如何画？答：非定型设箸应绘制管口方位图，采纳A4图幅，以简化的平面图形绘制。每一位号的设备绘一张图，结构相同而仅是管口方位不同的设备，可绘在
19、同一张图纸上，对于多层设备且管口较多时，则应分层画出管口方位图。用细点曲线和粗实线画出设备中心线及设备轮廓外形：用细点画线和粗实线画出各个管口、罐耳（吊柱）、支腿（或支耳）、设备名牌、塔裙座底部加强筋及裙座上人孔和地脚螺栓孔的位置。21 .管口方位图中管口表包含哪些内容？答：在标题栏上方列出与设备图样的管口表，表内注写各管的编号、公称直径、公称压力、连接标准、连接面型式及管口用途等内容。在管口表右上侧注出设备装配图图号。22 .管架图的图幅、比例和主要内容有什么？答：管架图般采纳A3或A1.图幅，比例般采纳1：10或1：20,图面上常采纳主视图和例视图结合表达其具体结构，编制明细表说明所需的各
20、种配件，在标题栏中还应标注该管架的代号。应注明焊条牌号，必要时，应标注技术要求和施工要求，以及采纳的相关标准与规范。23 .非标准的特殊管件按什么标准绘图并且主要内容有什么？答：应按HG20519.2092单独绘制具体的结构图，并要求一种管件绘制一张图纸以供制造和安装运用。图面要求和管架图鞋本相同，在附注中应说明管件所需的数量、安装的位置和所在图号，以及加工制作的技术要求和采纳的相关标准与规范。24 .管道三维模型设计软件的主要功能有哪些？答：建立管道、设备、建筑结构、管道支吊架的三维模型，进行三维模型的碰撞检查和设计检查，全自动生成管道轴测图，设备及管道的平、剖面图，各类材料的统计表，进行工程项目的数据库管理，图形库管理，模型渲染与消隐等。25 .管道建模的主要过程包括哪些？答：主要过程包括：（1）严格依据管路等级驱动。（2）内置设计规则检查。（3）布置管线。（4）管道的定位.（5）成组布管。（6）管件的自动插入。（7）阳门的定位和插入。（8）智能编辑功能“I-口吕吕0SSQ吕吕i在石懂管道走向的基础上，在平面图(或剖面图)上，以建筑定位轴戏或首层地面、设备中心找、设备管口法兰为尺寸基准,阅读管遒的水平定位尺机在削面图上，以首层地面为基准阅读管道的安装标高,进而逐条查明管道位置.由图中的平面图和A-A削面图可知，PI.040I
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