化工设计概论试题.doc

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 和立面上的位置。
26. 容器分 中间 贮存容器与原料及成品贮罐两类。
27. 管架按位置可分为 管道 管架和室内管架两类。
28. 换热器与邻近设备间可用管道 直接 架空连接。
29. 工业上采暖系统按 蒸汽 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 温度 。
31. 工艺管道及仪表流程图可以 车间 （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 工艺 物料和辅助物料的管道。
33. 再沸器有两种形式，一种是 对流 循环式，另一种是沉浸式。
34. 对于 间歇 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 标准（定型备 类称非标准(非定型)设备。
36. 填料塔操作气速比泛点气速 小 。
37. 化工设备的材料除考虑 强度和刚度外，还应当考虑耐腐蚀、耐高温等性质。
38. 墙按位置可分为 外 墙和内墙。
39. 车间厂房布置包括车间 平面 布置和立面布置。
40. 塔和立式设备的人孔，应对着空场地或检修通道而布置在 同一 方向。
41. 泵应尽量靠近供料设备以保证良好的 吸入 条件。
42. 设备布置图是表示一个车间或工段的 生产 和辅助设备在厂房建筑内外布置的图样。
43. 公用工程包括给排水、供电、 供热 、与冷冻以及采暖通风等专业。
44. 化工热源可分为 直接 热源和间接热源。
45. 燃烧热是可燃物质在氧气中 完全 燃烧时所释放的全部热量。
二．选择题（每题1分，共计10分）
1. 概念设计的规模应是( )
A小试时的最佳规模。
B工业化时的最佳规模。
C中试时的最佳规模。
D大型试验时的最佳规模。
2. 流程草图中物料管线用( )
A粗实线画出。
B细实线画出。
C细虚线画出。
D粗虚线画出。
3. 工艺管道及仪表流程图上的设备图形及其高低间相对位置大致按( )
A 1：20或1：40的比例进行绘制。
B 1：40或1：80的比例进行绘制。
C 1：100或1：200的比例进行绘制。
D 1：200或1：400的比例进行绘制。
4. 根据工艺条件及泵的特性，首先决定泵的( )
A尺寸
B流量
C扬程
D型式
5. 化工设备图主视图一般采用( )
A 俯视的表达方法。
B 正视的表达方法。
C全剖视的表达方法。
D 侧视的表达方法。
6. 车间布置设计的内容包括车间( )
A厂房布置和车间设备布置。
B管线布置和车间设备布置。
C仪表布置和车间设备布置。
D人员布置和车间设备布置。
7. 设备布置图中的所有设备，均需标出( )
A型号与位号。
B名称与位号。
C功能与位号。
D生产厂家与位号。
8. 管道引出支管时，液体管道应从( )
A上方引出。
B下方引出。
C左方引出。
D右方引出。
9. 塔的布置常分成操作区和( )
A准备区两部分。
B维护区两部分。
C安全区两部分。
D配管区两部分。
10. 管道布置图上的管件通常用( )
A符号表示。
B图形表示。
C 线段表示。
D 数字表示。
11.方案设计这个阶段的任务是确定生产方法和生产流程，它们是整个( )
A工艺设计的基础。
B工程设计的基础。
C管路设计的基础。
D设备设计的基础。
12．生产工艺路线选定后，即可进行( )
A基础设计
B中试设计。
C流程设计。
D设备设计。
13．工艺管道及仪表流程图是以( )
A工艺流程图为依据。
B物料流程图为依据。
C管道流程图为依据。
D仪表流程图为依据。
14.流程草图中动力管线用( )
A中粗实线画出。
B中细实线画出。
C粗实线画出。
D粗虚线画出。
15.蒸馏塔的控制方案很多，但基本形式通常有( )
A一种。
B两种。
C三种。
D四种。
16.车间布置分初步设计和( )
A平面设计两个阶段。
B立面设计两个阶段。
C土建设计两个阶段。
D施工图设计两个阶段。
17.车间布置设计和配管设计必需与( )
A设备设计有密切的关系。
B基础设计有密切的关系。
C土建设计有密切的关系。
D工艺设计有密切的关系。
18.在设备布置图中，视图的表达内容主要有建筑物及其构件和( )
A装置。
B设备。
C管线。
D厂房。
19.管道引出支管时，气体管道应从( )
A上方引出。
B下方引出。
C左方引出。
D右方引出。
20.管道布置图又称为管道安装图或 ( )
A设备图。
B流程图。
C控制图。
D配管图。
21.化工新技术开发过程中要进行概念设计、中试设计和( )
A工程设计等三种设计。
B工艺设计等三种设计。
C设备设计等三种设计。
D基础设计等三种设计。
22.根据工程的重要性、技术的复杂性和技术的成熟程度及计划任务书的规定，( )
A中试设计可分为三段设计、两段设计和一段设计。
B工程设计可分为三段设计、两段设计和一段设计。
C基础设计可分为三段设计、两段设计和一段设计。
D概念设计可分为三段设计、两段设计和一段设计。
23.项目建议书是进行可行性研究和编制( )
A设计任务书的依据。
B 概算书的依据。
C 施工图设计的依据。
D初步设计的依据。
24.生产方法和工艺流程的选择的( )
A合理性主要指技术上先进、经济上合理。
B可靠性主要指技术上先进、经济上合理。
C经济性主要指技术上先进经济上合理。
D先进性主要指技术上先进、经济上合理。
25.生产工艺流程草图一般由( )
A物料流程、图例和设备一览表等三个部分组成。
B工艺流程、图例和设备一览表等三个部分组成。
C管道流程、图例和设备一览表等三个部分组成。
D仪表流程、图例和设备一览表等三个部分组成。
26.生产方法确定以后，就可以设计绘制 ( )
A 设备布置图
B 车间布置图
C 化工设备图
D流程草图。
27.蒸馏是化工厂应用极为广泛的( )
A动力输送过程。
B传热过程。
C传质过程。
D换热过程。
28.立式容器的管口方位取决于 ( )
A 车间布置的需要。
B管道布置的需要。
C 设备布置的需要。
D 工艺流程的需要。
29.管道布置图一般只画管道和设备的( )
A立面布置图。
B俯视布置图。
C侧视布置图。
D平面布置图。
30.液体的闪点如果等于或低于环境温度的则称为 ( )
A 可燃液体。
B易燃液体。
C 不燃液体。
D 易挥发液体。
BACDCABBDAACBABDCBADDBADADCBDB
三．名词解释题
1. 概念设计是从工程角度出发进行的一种假想设计。
2. 把各个生产单元按照一定的目的要求，有机地组合在一起，形成一个完整的生产工艺过程，并用图形描绘出来，即是工艺流程图。
3. 是对整个车间各工段、各设施在车间场地范围内，按照它们在生产中和生活中所起的作用进行合理的平面和立面布置。
4. 建筑物的下面，支承建筑物重量的全部土壤称为地基。
5. 总预备费包括基本预备费和涨价预备费两项。
6. 基础设计是新技术开发的最终成果，它是工程设计的依据。
7. 工艺流程设计通过工艺流程图的形式，形象地反映了化工生产由原料进入到产品输出的过程。
8. 化工设备主要指在化工生产中常用的标准和非标准设备。
9. 用管道将各工段和各设备连接起来。称管道布置。
10. 设备购置费包括设备原价及运杂费用。
11. 概算书是在初步设计阶段编制的车间投资的大概计算。
12. 工艺流程草图：是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样。
13. 将各工段与各设备按生产流程在空间上进行组合、布置称车间布置。
14. 基础是建筑物的下部结构，埋在地面以下。
15. 其他费用是指工程费用以外的建设项目必须支出的费用。

四.简答题
1. 工艺流程四个重要过程。(4分)
1) 原料预处理过程。（1分）
2) 反应过程。（1分）
3) 产物的后处理。（1分）
4) 三废的处理过程。（1分）
2. 车间布置初步设计的主要内容。（6分）
11. 生产、生产辅助、生活行政设施的空间布置；
12. 决定车间场地与建筑物、构筑物的大小；
13. 设备的空间（水平和垂直方向）布置；
14. 通道系统、物料运输设计；
15. 安装、操作、维修所需的的空间设计；
16. 其他。
答出一个得1分，最多得6分
3. 工程概算费用的分类。（4分）
1) 设备购置费。（1分）
2) 安装工程费。（1分）
3) 建筑工程费。（1分）
4) 其他费用。（1分）
4. 什么情况需要保温？(5分)
1) 凡设备或管道表面区温度超过50℃，需要减少热损失；
2) 设备内或输送管道内的介质要求不结晶、不凝结；
3) 制冷系统的设备和管道中介质输送要求保冷；
4) 介质的温度低于周围空气露点温度，要求保冷；
5) 季节变化大。
答出一个得1分，最多得5分
5. 泵的选用与设计程序。(6分)
1）确定泵型。
2）确定选泵的流量和扬程。
3）确定泵的安装高度。
4）确定泵的台数和备用率。
5）校核泵的轴功率。
6）确定冷却水或驱动蒸汽的耗用量。
7）选用电动机。
8）填写选泵规格表。
答出一个得1分，最多得6分。
6. 塔型选择基本原则。(5分)
1) 生产能力大，弹性好。
2) 满足工艺要求，分离效率高。
3) 运转可靠性高，操作、维修方便。
4) 结构简单，加工方便，造价较低。
5) 塔压降小。
答出一个得1分，最多得5分。
7.化工车间（装置）工艺设计内容（6分）
1)设计准备工作

2)方案设计
3)化工计算
4)车间布置设计
5)化工管路设计
6)提供设计条件
7)编制概算书及编制设计文件
答出一个得1分，最多得6分。
8.简述化工车间管道布置设计的要求（4分）
1) 符合生产工艺流程的要求，并能满足生产需要。
2) 便于操作管理，并能保证安全生产。
3) 便于管道的安装和维护。
4) 要求整齐美观，并尽量节约材料和投资。
答出一个得1分，最多得6分。
9.管道支架按其作用分类（4分）
2. 固定支架 （1分）
3. 滑动支架 （1分）
4. 导向支架 （1分）
5. 弹簧吊架 （1分）
10.简述化工设备的基本结构特点。(6分)

1) 基本形体以回转体为主。
2) 各部分结构尺寸大小相差悬殊。
3) 壳体上开孔和管口多。
4) 广泛采用标准化零部件。
5) 采用焊接结构多。
6) 对材料有特殊要求。
7) 防泄露安全结构要求高。
答出一个得1分，最多得6分。
11..设计贮罐的一般程序。(6分)
1) 汇集工艺设计数据。
2) 选择容器材料。
3) 容器型式的选用。
4) 容积计算。
5) 确定贮罐基本尺寸。
6) 选择标准型号。
7) 开口和支座。
8) 绘制设备草图。
答出一个得1分，最多得6分。
12.车间平面布置的内容。(4分)
1) 生产设施。 （1分）
2) 生产辅助设施。（1分）
3) 生活行政设施。（1分）
4) 其他特殊用室。（1分）
13.工艺上降低污垢系数方法。（4分）
1) 改进水质，（1分）
2) 消除死区，（1分）
3) 增加流速，（1分）
4) 防止局部过热。（1分）
14.反应釜设计程序。（6分）
1）确定反应釜操作方式
2）汇总设计基础数据
3）计算反应釜体积
4）确定反应釜设计（选用）体积和台数
5）反应釜直径和筒体高度、封头确定
6）传热面积计算和校核
7）搅拌器设计
8）管口和开孔设计
答出一个得1分，最多得6分。
15.工程概算项目的划分。(4分)
1. 工程费用（1分）
2. 其他费用（1分）
3. 总预备费（1分）
4. 专项费用（1分）
16.简述车间设备布置需要满足的要求。（6分）
2. 满足生产工艺要求。（1分）
3. 符合经济原则。（1分）
4. 符合安全生产要求。（1分）
5. 便于安装和检修。（1分）
6. 建筑要求。（1分）
7. 保证良好的操作条件。（1分）
17.简述化工设计结合国情应考虑的问题（6分）
1) 中国人民的消费水平及各种化工产品的消费趋势。（1分）
2) 中国化工机械设备及电气仪表的制造能力。（1分）
3) 中国化工生产所用的化工原材料及设备用金属材料的供应情况。（1分）
4) 中国环境保护的有关规定和化工生产中三废排放情况。（1分）
5) 劳动就业与化工生产自动化水平的关系。（1分）
6) 资金筹措和外汇贮备情况。（1分）
18.露天或半露天布置的优点。（4分）
1) 建筑投资少、用地省。（1分）
2) 利于安装和检修。（1分）
3) 有利于通风。（1分）
4) 防火防爆。（1分）
五.画图识图题
1.画出真空泵流量调节中的真空管吸入支路调节示意图。
2.画出通过调节换热介质来控制换热器温度的控制方案示意图。
3.画出离心泵出口旁路调节示意图。
4.画出用提馏段塔板温度控制塔底产品流量来实现精馏塔的控制示意图。
5.画出离心泵出口直接节流调节示意图。
6.画出用精馏段塔板温度控制塔顶产品流量来实现精馏塔控制的示意图。
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
解：以每小时为计算基准。
进料：乙烯=1000×10%=100（mol/h）; （1分）
空气=1000×90%=900（mol/h）；（1分）
其中：氮气=900×0.79=711（mol/h）; （1分）
氧气=900×0.21=189（mol/h）; （1分）
转化掉乙烯=100×25%=25（mol/h）；（1分）
则产物中：
未反应的乙烯：100－25=75（mol/h）;（1分）
生成环氧乙烷：25（mol/h）;（1分）
消耗氧气：25×0.5=12.5（mol/h）;（1分）
剩余氧气：189－12.5=176.5（mol/h）;（1分）
氮气：711（mol/h）。（1分）
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800mol 空气/h连续进入反应器，氨在反应器内全部反应，产物在200℃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N2、O2、NO 和 H2O 的
（N2）＝29.50J/（mol·℃）
（O2）＝30.80 J/（mol·℃）
（NO）＝30.80 J/（mol·℃）
（H2O）＝34.80 J/（mol·℃）
解：题给的进料量由物料衡算得到反应器出口各组分的摩尔流量。
n（H2O）＝6÷4×100＝150mol/h（1分）
n（NO）＝4÷4×100＝100mol/h（1分）
n（O2）＝800×0.21－5÷4×100＝43mol/h（1分）
n（N2）＝800×0.79＝632mol/h（1分）
算焓时的参考态：25℃，101.3KPa，NH3（气），O2（气），NO（气），H2O（气）。因此进口的两股物料的焓均为零。计算出口物料的焓 ：
H（H2O）＝ n（H2O）（H2O）×(200-25)=913.5KJ/h （1分）
H（NO）＝ n（NO）（NO）×(200-25)=539KJ/h （1分）
H（O2）= n（O2）（O2）×(200－25)=231.77KJ/h （1分）
H（N2）= n（N2）（N2）×(200－25)= 3262.7KJ/h （1分）
反应放热ΔH0r= 100 × (－904.6 )÷4 =－22615 KJ/h （1分）
过程的ΔH=－22615＋913.5＋539＋231.77＋3262.7=－17668.03KJ/h（1分）
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；反应如下。试计算反应器出口物料量。
转化成苯乙烯的反应：
C8H10→C8H8+H2
转化成苯的反应：
C8H10→C6H6+C2H4
解：以每小时为计算基准。
每小时通入乙苯=250kg/h=2.358kmol/h; (1分)
参加反应的乙苯2.358×50%=1.179kmol/h;
剩余乙苯=2.358×50%=1.179kmol/h=125kg/h; (1分)
配入水蒸气=250×1.3=325kg/h; (1分)
在反应掉的1.179kmol乙苯中转化成苯乙烯=1.179×90%=1.061kmol/h；(1分)
转化成苯=1.179×10%=0.1179kmol; (1分)
则反应生成：
苯乙烯=1.061×104=110.34（kg/h）;(1分)
氢气=1061×2=2.33（kg/h）;(1分)
苯=0.1179×78=9.20（kg/h）;(1分)
乙烯=0.1179×28=3.30（kg/h）;(1分)
产物中水蒸气=325（kg/h）。(1分)
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？
（N2,150℃）＝29.24 J/（mol·℃）

（HCHO,150℃）＝9.12 J/（mol·℃）
（H2O,150℃）＝34.00 J/（mol·℃）
（CH4,150℃）＝39.2J/（mol·℃）
ΔH0f （CH4）=－74.85KJ/mol
ΔH0f （HCHO）=－115.9KJ/mol
ΔH0f （H2O）=－241.83KJ/mol
解：物料基难：100mol进料CH4
入口：CH4：100mol
O2：100×40%=40mol
N2：40÷21×79=150.48mol（1分）
出口：
CH4：100－40=60mol （1分）
N2：150.48mol
HCHO：40mol（1分）
H2O：40mol（1分）
取25℃时生成各个反应物和产物的各种原子（即C、O2、H2）为基准，非反应物质N2也取25℃为基准 ，将各个焓值计算如下。
H出（N2,150℃）= n（N2,150℃）×(150－25)=550KJ（1分）
H进（CH4,25℃）= nΔH0f （CH4）=－74.85×100=－7485KJ（1分）
H出（CH4,150℃）= nΔH0f （CH4）+n（CH4,150℃）×(150-25)=（－74.85+4.9）×60=－4197KJ（1分）
H出（H2O,150℃）= nΔH0f （H2O）+n（H2O,150℃）×(150-25)=（－241.83+4.25）×40=－9503.2KJ（1分）
H出（HCHO,150℃）= nΔH0f （HCHO）+n（HCHO,150℃）×(150-25)=（－115.9+1.14）×40=－4590.4KJ（1分）
ΔH=550－4197－9503.2－4590.4－（－7485）=－10255.6KJ（1分）
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
解：以每小时为计算基准。
反应式 C8H10+3O2→C8H4O3+3H2O
进料：邻二甲苯=250÷106=2.358kmol/h(邻二甲苯M=106); （1分）
氧气=2.358×70%×3×150%=7.43 kmol/h; （1分）
氮气=7.43×0.79÷0.21=27.95kmol/h; （1分）
出料：苯酐 =2.358×70%=1.65kmol/h;（1分）
水=2.358×70%×3=4.95kmol/h;（1分）
氧气=7.43－2.358×70%×3=2.48kmol/h（2分）;
氮气=27.95kmol/h;（1分）
未反应的邻二甲苯=250×（1－70%）=75kg/h，75÷106=0.71kmol/h（2分）
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+2H2 O
解：以烟道气100mol为计算基准， 则N272.28mol；CO28.12 mol；O22.44 mol；H2O17.15 mol。由CO2量和反应式计算出甲烷量为8.12mol; （2分）
燃烧需氧为8.12×2=16.24mol; （2分）
以氮气为联系物，计算进料中的空气量和氧量：
空气为72.28÷0.79=91.49mol,（1分）
氧气为91.49×0.21=19.21mol。（1分）
计算进料中的氢：
氢燃烧耗氧量为19.21－16.24－2.44=0.53mol，（1分）
氢为0.53×2=1.06mol，（1分）
通过以上计算得：
燃料中甲烷和氢气的比例为8.12÷1.06=7.66。（2分）
第一题1—10第二题 19—26第三题13—15 第四题6—10 第五题1—3 第六题5—6