化工开发设计

1、化工设计简答及论述题绪论+第一章1. 现代过程工程主要包括哪些内容？过程开发：实验室研究成果 工业化；过程设计：提供建设过程所需要的文件及图纸；过程改善(或优化)：对已建成的过程进行优化挖潜.2. 什么是化工过程开发？化工过程开发从实验室成果到工业生产装置的成功开车和运转主要包括过程研究，工程研究，工程设计及建设过程研究：小型工艺实验，大型冷模实验，中间实验工程研究：概念设计，经济评价，基础设计化工过程开发方法逐级经验放大，数学模型放大3. 什么是化工设计？化工设计就是将一个化工新产品、新工艺、新技术或对旧工艺的改造付诸于工业实践。提供建立化工过程所需要的全部文件和图纸。通过化工过程设计建起的

2、化工装置，应以最经济和安全的途径，生产符合一定质量要求的产品。化工设计的内容包括：工艺流程的选择，物料及热量衡算，设备选型及尺寸计算，投资估算等等4. 简述绿色化工过程工程遵循的3R 原则减量化原则 Reduce；再使用原则 Reuse；再循环原则 Recycle减量化原则(Reduce)要求用较少的原料和能源投入来达到既定的生产目的或消费目的，进而到从经济活动的源头就注意节约资源和减少污染。减量化有几种不同的表现。在生产中，减量化原则常常表现为要求产品小型化和轻型化。此外，减量化原则要求产品的包装应该追求简单朴实而不是豪华浪费，从而达到减少废物排放的目的。再使用原则(Reuse)要求制造产品

3、和包装容器能够以初始的形式被反复使用。再使用原则要求抵制当今世界一次性用品的泛滥，生产者应该将制品及其包装当作一种日常生活器具来设计，使其像餐具和背包一样可以被再三使用。再使用原则还要求制造商应该尽量延长产品的使用期，而不是非常快地更新换代。再循环原则(Recycle)要求生产出的物品在完成其使用功能后能重新变成可以利用的资源，而不是不可恢复的垃圾。按照循环经济的思想，再循环有两种情况：一种是原级再循环，即废品被循环用来产生同种类型的新产品，例如报纸再生报纸、易拉罐再生易拉罐等；另一种是次级再循环，即将废物资源转化成其它产品的原料。原级再循环在减少原材料消耗上面达到的效率要比次级再循环高得多，

4、是循环经济追求的理想境界。5化工过程开发的环节有哪些？为了解决实验室中难以解决的工业化生产过程中问题，过程开发应该主要包括下列环节：(1) 资料收集：用工程观点收集和整理与过程有关的技术情报资料；(2) 概念设计：进行预设计；(3) 过程评价：对过程进行技术和经济评价；(4) 中试：进行模拟实验和中间实验；(5) 整理资料：按照工程设计的观点整理情报资料和实验结果；(6) 基础设计。# 什么是化工过程开发？请分析进行化工过程开发所需的环节。6. 说明从实验室开发放大到工业反应过程中存在放大效应的原因。在进行开发时，主要着眼于把生产“设想”变为生产“现实”，这单靠在实验阶段取得的情报资料是不够的

5、，因为：(1)热力学数据和反应动力学数据大多还不足以解决从小规模装置过渡到大规模的工业生产装置的所有问题；(2)副产物对反应过程和最终产品性质的影响还不够清楚；(3)在实验室里得到的产品的样品，往往是经过最有利的操作步骤而制得的，反应物也往往是采用试剂级来实验的，因此关于最终产品的特性尚不能最后定论；(4)实验室一般是在操作参数有限的范围内进行的，因此，如流体分布、温度分布等问题尚须进一步确定；(5) 实验所用的材料、设备和物料与工业生产并非完全相同，而且实验时间相对较短，在实验室里一般不必考虑使用设备材料的腐蚀和产品污染的问题。基于以上原因，在实验室中虽然对过程已有一定的认识，而且有了一个设

6、想，但对这种工艺方法放大到在工业生产规模时，技术上能否实现、装置的各部分的尺寸如何确定、构件的组成如何等问题还需进一步研究。7. 中试的必要性、主要任务及中试装置设计应注意的问题必要性基础研究是原理性试验, 规模小, 涉及的影响因素少;而工业过程的规模大，涉及的因素多，过程复杂。通过中试可以验证放大模型或设计结果的可靠性。中试装置的主要任务(1) 验证基础研究得到的规律；(2) 考察从小试到中试的放大效应；(3) 研究一些没有条件在实验室进行研究的影响因素；(4) 进行新设备、新材料、新控制方案等的试验。中试装置设计应注意的问题中试装置的规模在满足下列条件下应尽量小：能满足各项试验任务的要求；

7、不因规模小而引起设备、仪表或管件选型方面的困难。中试地点应力求选在有同类生产装置的老厂内以节省中试的原料和辅助材料费用。避免全流程试验，根据试验内容建设必要的设施。中试装置的流程和设备结构在形式上不一定要与工业装置完全相同，但必须在实质上反映工业装置的特性和规律，能得到基础设计所需的全部数据，使工业装置投产时不会出现没有预计到的问题。8. 什么是逐级经验放大方法? 简述其基本过程和基本特征。逐级经验放大在小试之后，通常需要进行规模稍大的模型试验(模试)和规模再大一些的中间工厂试验(中试)，然后才能放大到工业规模的大型生产装置。有时在没有把握时，需要经过多级的中间试验每级只放大很低的倍数。基本过

8、程：(1)通过小试验确定反应器型式(结构变量)；(2)通过小试验确定反应器工艺条件(操作变量)；(3)通过逐级中试考察几何尺寸的影响(几何变量)。基本特征：着眼于外部联系, 不研究内部规律；着眼于综合研究, 不试图进行过程分解；人为地规定了决策序列；放大过程是外推的。9. 什么是数学模型开发放大方法？简述其基本过程和基本特征。数学模型开发放大数学模型开发放大方法的实质就是要利用实验室获得的研究成果及前人积累的对过程物理化学规律的认识，应用化学反应工程基本理论，建立一个描述进程的物理模型，然后通过与各种实验核对，不断修正数学模型，得到的正确有效的数学模型就成为放大设计的基础，同时利用科学的实验方

9、法作指导，提高化工开发放大过程的效率。基本过程：小试验研究化学反应规律；大型冷模试验研究传递过程的规律；计算机上的综合，预测大型反应器的性能，寻找优选的条件；中间试验检验数学模型的等效应。数学模型放大首先将工业反应器内进行的过程分解为化学反应过程和传递过程，然后分别地研究化学反应规律和传递过程规律。如果经过合理的简化，这些子过程都可能用方程表述，那么工业反应过程的性质、行为和结果就可以通过方程的联立求解获得，这一步骤，可称作为过程的综合，以表示它是分解的逆过程。基本特征：着眼于过程的本质、机理等内在规律的认识过程分解过程简化用数学模型反映过程的内在规律10什么是化学反应过程的浓度效应和温度效应

10、？影响化学反应速率的最主要因素是反应物料的浓度和反应温度，一般可写成：式中：ri组分的反应速率；C反应物料的浓度向量；T反应温度。化学反应过程开发方法的核心内容，归纳起来，“三传一反”（即流体流动、质量传递、能量传递和化学反应动力学）即为数学模型方法的核心内容，工程因素通过浓度和温度对反应结果施加影响，如下图所示：第二章1. 化工设计要达到的目标优质高产低耗安全环保或 (1) 技术上可行；(2) 经济上有利；(3) 安全上可靠；(4) 环保上达标。2. 化工设计有哪些类型？其中概念设计的主要工作内容是什么？化工设计的类型:概念设计、中试设计、基础设计、初步设计和详细设计。概念设计的主要工作内容

11、：根据研究提供的概念和数据，确定流程和工艺条件以及主要设备的型式和材质、三废处理措施等，最终得出基建投资和产品成本等主要技术经济指标。3. 化工设计的内部约束条件是什么？(1) 技术软件的来源，技术成熟程度，价格和使用条件；(2) 材料：原材料、建设材料、关键设备供应的难易程度；(3) 时间：允许和需要的设计和建设时间；(4) 人员：人员的素质和数量； (5) 产品规格；(6) 用户的具体要求；(7) 建厂地区的具体情况等。4. 化工设计的外部约束条件是什么？(1) 政府制定的各种法律、规定和要求；(2) 自然规律；(3) 安全要求；(4) 资源情况； (5)各种必须遵循的标准和规范；(6)

12、经济要求：如投资限额和投资回收期。#. 请分析讨论化工设计的内部约束条件和外部约束条件。5. 基础设计应包括哪些主要内容。 (1) 设计基础 (2) 工艺流程说明 (3) 工艺流程图(物料流程图)(PFD)与物流表 (4) 管道及仪表流程图(带控制点管道流程图)(PID) (5) 设备名称表和设备规格说明书 (6) 对工程设计的要求 (7) 设备布置建议图(主要设备相对位置图) (8) 装置的操作说明 (9) 三废排放、处理方法等 (10) 自控设计说明 (11) 消耗定额 (12) 有关的技术资料、物性数据等 (13) 安全技术与劳动保护说明等6. 化工设计中的“设计基础”应涵盖哪些内容？设

13、计依据、技术来源、生产规模、年操作时间、原材料规格、辅助材料要求、产品规格及界区条件、公用工程规格等。7. 年操作时间是化工设计的设计基础，请问什么是年操作时间？年操作时间的确定应从哪些方面考虑？年操作时间是指每年的自然日扣除大、中、小修和非正常停车时间后的实际生产时间，其数值随装置而异。应从以下几方面考虑：介质腐蚀性的强弱；生产过程中有无结焦、聚合现象；设备备用系数的高低；建厂地区、管理和操作水平；工艺的成熟程度。8. 化工设计中的“工艺流程说明”应涵盖哪些内容？详细说明工艺生产过程，如：主要工艺特点、反应原理、工艺参数和操作条件等9. 化工工艺设计主要包括哪些内容？(1) 原料路线和技术路

14、线的选择；(2) 工艺过程原理；(3) 工艺流程设计物料流向和主要工艺参数；(4) 工艺计算； (5) 车间布置设计布置原则和说明，占地面积； (6) 化工管路设计； (7) 非工艺设计项目公用工程、土建、自动控制等； (8) 三废处理来源、组成、数量和处理方法；(9) 定员岗位定员、操作制度、每班人数、总人数；(10) 其它10. 化工工艺设计主要包括哪些设计文件？设计文件：设计说明书；操作说明书；分析规程；设计图纸：包括工艺流程图(物料流程图)、管道及仪表流程图(带控制点管道流程图)、布置图、设备图等；附表：包括工艺设备一览表、材料汇总表等等。11. 设计说明书的内容有哪些？设计依据，设计

15、原则，产品方案，工艺过程原理和流程叙述，车间（装置）组成和生产制度原料、中间产品的技术规格，工艺计算，主要原材料、动力消耗定额及消耗量，生产控制分析，仪表和自动控制，技术保安、防火及工业卫生，车间布置，公用工程， “三废”治理及综合利用，土建，车间装置定员，概算，技术经济分析等12. 设计说明书中的产品方案包括什么内容产品的名称、性质；产品的质量规格；产品规模；副产品数；产品的包装方式13. 操作说明书包括哪些内容？（一）详细的流程说明(1) 流程叙述：设备、管道说明流程和作用；(2) 单元设备功能和特性；(3) 操作和控制：操作参数的作用，控制原理，设定值（正常、高低位、报警、联锁紧急动作值

16、），联锁系统说明。（二）预操作准备(1) 安装完毕后验收的内容、时问和程序；(2)水压和气密性试验；(3)转动设备的试运转；(4)锅炉和某些特殊工艺部分的化学清洗；(5)催化剂和干燥剂的装填事项；(6)催化剂和于燥剂的预处理；(7)低温部分的干燥；(8)工业炉的烘炉；(9)氮气置换。（三）开停车和正常操作注意事项。（四）紧急停车说明。（五）化学品的安全处理。（六）易燃易爆物质的操作注意点。简答操作说明书的内容：（1）详细的流程说明；（2）预操作准备；（3）开停车和正常操作注意事项；（4）紧急停车说明；（5）化学品的安全处理；（6）易燃易爆物质的操作注意点等。#. 设计说明书和操作说明书都是化工

17、设计的重要技术文件，请分析讨论设计说明书和操作说明书的所应包含的内容。13-1. 操作说明书中“详细的流程说明”应涵盖哪些主要内容？（1）流程叙述：设备、管道说明流程和作用；（2）单元设备的功能和特性；（3）操作和控制：操作参数的作用，控制原理，设定值正常、高低位、报警、联锁紧急动作值，联锁系统说明13-2. 操作说明书中的“预操作准备”应涵盖哪些主要内容？(1) 安装完毕后验收的内容、时间和程序；(2) 水压和气密性试验；(3) 转动设备的试运转；(4) 锅炉和某些特殊工艺部分的化学清洗；(5) 催化剂和干燥剂的装填事项；(6) 催化剂和干燥剂的预处理；(7) 低温部分的干燥；(8) 工业炉

18、的烘炉；(9) 氮气置换13-3. 操作说明书中的“紧急停车说明”包括哪些内容？(1) 电、冷却水、锅炉给水、蒸汽、仪表空气等公用工程停止时的措施；(2) 工程设计中采取的安全措施、报警、联锁系统说明。13-4. 操作说明书中的“化学品的安全处理”有哪些要求？(1) 有毒物质的物性、毒害作用和危险程度、允许浓度；(2) 输送、贮藏和操作注意事项；(3) 劳动保护措施、急救方法。14. 化工设计文件中的“分析规程”应包括哪些内容？(1) 分析点的编号和所在位置；(2) 分析项目和控制指标；(3) 分析频率；(4) 分析方法。15. 工艺设计的主要设计图纸有哪些？流程图：工艺流程图(物料流程图)P

19、FD，管道及仪表流程图(带控制点管道流程图)PID 等布置图：设备布置图，管道布置图，管口方位图，平台梯子图，管道轴测图等设备图：设备总图，装配图，部件图，零件图等16. 什么是工艺流程图(物料流程图)（P.F.D.）？（化工设计流程图中的P.F.D.是指哪种流程图？其作用是什么？）（P.F.D.是化工设计的重要技术文件，请问什么是P.F.D.？其作用是什么？）工艺流程图(物料流程图)简称P.F.D. (Process Flow Diagram)；P.F.D.是系统合成和过程分析(参数优化)的结果；它表示了流程、主要工艺操作条件、物流组成、主要设备特性和主要控制要求；P.F.D.是设计中最重要

20、、最本质、最基础性的图纸。17. 什么是管道及仪表流程图(带控制点管道流程图)（P.I.D.）？（化工设计流程图中的P.I.D.是指哪种流程图？其作用是什么？）管道及仪表流程图(带控制点管道流程图)简称P.I.D.(Piping and Instrumentation Diagram)。它和工艺流程图(物料流程图)虽然都称为流程图，两者在设计中的作用是不相同。P.I.D.的工作重点是管道流程和控制方案。包括所有开停车和正常操作所需的管道以及检测、控制、报警、切断仪表和联锁系统。#. 工艺流程图(物料流程图)(PFD)和管道及仪表流程图(带控制点管道流程图)(PID)是化工设计的重要技术文件，请

21、分析比较它们的异同。18. 管道设计应具备的基础资料施工阶段管道及仪表流程图(带控制点管道流程图)设备一览表设备的平面布置图和立面布置图定型设备样本或安装图，非定型设备设计简图和安装图物料衡算和能量衡算资料水、蒸汽等总管道的走向、压力等情况建(构)筑物的平面布置图和立面布置图与管道设计有关的其它资料如厂址所在地区的地质、水文资料等。19. 化工设计时什么情况下要使用疏水阀？其作用是什么？疏水阀的作用是自动排除设备或管道中的冷凝水、空气及其它不凝性气体，同时又能阻止蒸汽的大量逸出。因此，凡需蒸汽加热的设备以及蒸汽管道等都应安装疏水阀。20. 化工设计中常用的管件有哪些？(1) 450弯头 (2)

22、 900弯头 (3) 回弯头 (4) 三通 (5) 四通 (6) 异径管 (7) 管帽 (8) 管塞 (9)法兰 (10) 内牙管 (11) 内外牙 (12) 活接头21. 管道的安装都是在常温下进行的，而在实际生产中被输送介质的温度通常不是常温，此时，管道会因温度变化而产生热胀冷缩。在设计上应采取哪些措施?当管道不能自由伸缩时，其内部将产生很大的热应力。管道的热应力与管子的材质及温度变化有关，而与管道长度无关。所以，不能因为管子短而忽视热应力。为减弱或消除热应力对管道的破坏作用，在管道布置时应考虑相应的热补偿措施。管道布置应尽可能利用管道自然弯曲时的弹性来实现热补偿，即采用自然补偿

23、。有热补偿作用的自然弯曲管段又称为自然补偿器。(a) L形补偿器 (b) Z形补偿器当自然补偿不能满足要求时，应考虑采用补偿器补偿。补偿器的种类很多。(c) U形 (d) 波形(单波)22. 车间布置的原则需要考虑以下10个方面的问题：(1) 必须遵守防火规范决定建筑耐火等级、防火间距和建筑物构件的燃烧性能及耐火极限。易燃和可燃液体的贮罐与其他建筑物或设施的间距，建筑物及堆场的防火间距。(2) 根据全年主导风向，决定各单元的相对位置例如：将可能散发可燃气体的贮罐或设备布置在下风,控制室布置在上风向(3) 易燃可燃液体贮罐应尽可能布置在地势较低场所；(4) 设置防火堤；(5) 按工艺流程的次序布

24、置工艺设备；(6) 分区集中布置；(7) 设备之间的距离和道路宽度及转弯半径应满足设备运输起吊和安装的要求；(8) 为了安全生产、巡回检查和维修的要求(9) 设备的相对标高要满足设备之间的物料流动等要求；(10) 工厂的布置应留有发展余地。23. 车间布置设计应具备的基础资料车间布置设计是在工艺流程设计、物料衡算、能量衡算和设备设计之后进行的。因此，一般已具备下列基础资料：流程图，如初步设计阶段管道及仪表流程图(带控制点管道流程图)、施工阶段管道及仪表流程图(带控制点管道流程图)。物料衡算、能量衡算的计算资料和结果，如各种原材料、中间体、副产品和产品的数量及性质；三废的数量、组成及处理方法；加

25、热剂和冷却剂的种类、规格及用量等。工艺设备设计结果，如设备一览表，各设备的外形尺寸、重量、支承形式、操作条件及保温情况等。厂区的总平面布置示意图，包括本车间与其它车间及生活设施的联系、厂区内的人流和物流分布情况等。其它相关资料，如车间定员及人员组成情况，水、电、汽等公用工程情况，厂房情况等。24. 车间布置设计的内容设备布置: 表示出设备的水平与垂直方向的位置、各操作平台的标高与位置管道的布置及管廊的位置道路宽度和转弯半径地沟、地坑等的位置、宽度、长度和深度辅助生产部门、办公室等的位置和面积建筑物的门、窗、柱、梁、楼梯、安全梯、安装孔、吊车位置、建筑物的定位尺寸、柱间距离、层高和梁高等。25.

26、 车间布置设计中留操作间距的目的在布置设备时，不仅要考虑设备自身所占的位置，而且要考虑相应的操作位置和运输通道。有时还要考虑堆放一定数量的原料、半成品、成品和包装材料所需的面积和空间。26. 设备布置图应包含的基本内容主要建筑结构：在设备布置图中应表示出厂房的柱、墙、门、窗、楼梯等。设备轮廓：设备布置图中的设备均以相应的主、侧、俯视时的轮廓线表示。尺寸标注：在设备布置图中应标注出设备、操作台、吊装孔、地坑等的定位尺寸以及柱网间距。标题栏：车间的设备布置图通常包括多组平面和立面布置图，因此每张图均应在标题栏中注明是´´车间设备在´´平面或立面的布置图。设备

27、一览表：图中的设备一览表应列出设备位号、名称、规格、数量、材质和重量。27. 厂址选择的原则（1）贯彻执行国家的方针政策选择厂址时，必须贯彻执行国家的方针、政策，遵守国家的法律、法规。厂址选择要符合国家的长远规划及工业布局、国土开发整治规划和城镇发展规划。（2）正确处理各种关系选择厂址时，要从全局出发，统筹兼顾，正确处理好城市与乡村、生产与生态、工业与农业、生产与生活、需要与可能、近期与远期等关系。（3）具备基本的生产条件厂址的交通运输应方便、畅通、快捷，水、电、汽、原材料和燃料的供应要方便。厂址的地质条件应符合建筑施工的要求。厂址的自然地形应整齐、平坦，这样既有利于工厂的总平面布置，又有利于

28、场地排水和厂内的交通运输。此外，厂址不能选在风景名胜区、自然保护区、文物古迹区等特殊区域。（4）风向工业区应设在城镇常年主导风向的下风向，远离车站、码头等人流、物流比较密集的区域。（5）充分考虑环境保护和综合利用保护生态环境是我国的一项基本国策，企业必须对所产生的污染物进行综合治理，不得造成环境污染。（6）节约用地我国是一个山地多、平原少、人口多的国家，人均可耕地面积远远低于世界平均水平。因此，选择厂址时要尽量利用荒地、坡地及低产地，少占或不占良田、林地。厂区的面积、形状和其它条件既要满足生产工艺合理布局的要求，又要留有一定的发展余地。28. 简述总图布置设计的任务总体解决全厂所有建（构）筑物

29、的平立面布置地上、地下工程技术管网的布置运输网的布置行政管理、福利设施、绿化景观等的布置29. 总图布置设计的原则总体要求满足生产、安全、发展要求1) 应与城镇或区域的总体发展规划相适应2) 应符合生产工艺流程的要求3) 应充分利用厂址的自然条件4) 应充分考虑地区的主导风向5) 应符合国家有关规范和规定6) 应留有发展余地第三章1.物料衡算的作用及物料衡算的基本步骤。物料衡算的作用：物料衡算是工艺设计的基础，通过对全过程或单元过程的物料衡算，可以计算出主、副产品的产量、原材料的消耗定额、生产过程的物料损耗量以及三废的生成量等。在物料衡算基础上进行能量衡算，计算能量的消耗定额。根据这些计算确定

30、产品的总成本及经济效益。基本步骤：（1）分析并确定求解问题的实质与求解的系统；（2）画出该过程的流程示意图：一般用框图；（3）写出有关的反应方程式（若有化学反应）；（4）列出已知数据；（5）列出由物料平衡所需求解的问题；（6）决定系统的边界条件、约束条件；（6）选择计算基准；（7）进行求解计算；（8）列出物料衡算表。2. 能量衡算（热量衡算）的作用及基本步骤。能量衡算（热量衡算）的作用在化工生产中，需要严格地控制温度、压力等条件，因此如何利用能量的传递和转化规律，应用能量守恒定律，以保证适宜的工艺条件，是工业生产中的重要问题。在化工过程设计中，进行能量衡算的计算，可以决定过程所需要的能量。在工

31、厂生产中，有关工厂能量的平衡，可以说明能量利用的形式及节能的可能性。基本步骤（1）分析并确定求解问题的实质与求解的系统；（2）画出该过程的流程示意图：一般用框图；（3）写出有关的反应方程式（若有化学反应）；（4）列出已知数据；（5）列出由能量平衡所需求解的问题；（6）决定系统的边界条件、约束条件；（6）选择计算基准；（7）进行求解计算；（8）列出能量衡算表。第四章1. 为什么在化工设计过程中要采用过程分析与合成的方法？（请论述在化工设计过程中要进行过程分析与合成的原因。）在功能分析的基础上对技术方法进行决策，选择实现该功能的单元设备，确定进入该单元设备的条件和输出结果，掌握其设计方法。通过过程

32、分析与合成把不同功能的单元设备按一定方式连结起来，即确定系统的结构，得到含物料流程和能量流程的工艺流程图，以体现系统的功能，即完成由原料到产品的转化，使各单元设备之间做到温度、压力、组成、相态的衔接匹配。课件中已无此内容2. 讨论连续放热反应器设计的安全防护措施。(放热反应的反应器设计的安全问题是化工设计时需要特别予以关注的问题，请讨论连续放热反应器设计的安全防护措施。)(1)改善反应器的设计措施。如：a减少系统中的物料量；b减少反应器尺寸(反应器体积的增大意味着相对冷却表面的减少)；c. 使用稀的悬浮溶液；d使进料中某一组分缓慢加入，以控制温度的升高；e按一定顺序加入原料或物质，降低汽化或放

33、热的速率；f想办法消除反应器内可能出现的热点；g避免反应器内出现高于10的温度梯度；h保证反应器内温度的均匀性，且能准确地测量各处温度；i.安排一个带有挥发溶剂的回流系统；j安排一个应付各种故障发生的紧急排障系统，这些故障可能是冷却水没有了，公用工程发生故障，反应器内没有物流，偏离正常的压力、温度、停留时间等等；k仔细安排，核实设计中安全防护系统，并慎重核实它们的可靠性等。（举2-3条措施即可）(2) 控制系统必须可靠，只允许由系统单方面地向安全方面转移。措施：a连续地控制反应器内组成，防止反应试剂的不平衡。b在温度、压力达到危险限之前报警。c设计一个高度灵敏的防护系统。(3)所有设备与附属设

34、备应有足够的强度及抗腐蚀能力。(4)仔细设计与检查反应器的搅拌系统，并研究一旦搅拌停止危险性的防止问题。(5)控制有害物质进入系统。(6)安放防止事故发生的阀门及设置等。如安放空阀，止逆阀，避雷器，减压阀等。(7)一旦发生事故安排好救急设备及措施。如使系统释放、切断；反应器带有旁路，立即加入某种物质使催化剂脱活；立即稀释反应器内物料至危险限之下；立即加入较冷物质以加快反应器的热传递等。3.分析讨论从反应器的设计入手改善放热反应器设计的措施。(连续放热反应的主要危险是温度过高，反应失控，请分析讨论从反应器的设计入手改善放热反应器设计的措施。)a减少系统中的物料量； b减少反应器尺寸(反应器体积的

35、增大意味着相对冷却表面的减少)；c. 使用稀的悬浮溶液；d使进料中某一组分缓慢加入，以控制温度的升高；e按一定顺序加入原料或物质，降低汽化或放热的速率；f想办法消除反应器内可能出现的热点； g避免反应器内出现高于10的温度梯度；h保证反应器内温度的均匀性，且能准确地测量各处温度；i.安排一个带有挥发溶剂的回流系统；j安排一个应付各种故障发生的紧急排障系统，这些故障可能是冷却水没有了，公用工程发生故障，反应器内没有物流，偏离正常的压力、温度、停留时间等等；k仔细安排，核实设计中安全防护系统，并慎重核实它们的可靠性。混酸硝化氯苯制硝基氯苯是强放热反应，为了保证生产安全，在硝化反应器设计时可采取哪些

36、安全防护措施？(1)要有良好的搅拌和冷却装置，及时移除反应热，如夹套、内冷管等，且不得中途停水、断电及搅拌系统发生故障。(2)要有温度及压强的测量及控制装置, 以及报警、自动连锁装置，以便在温度、压力达到危险限之前报警，并当超温、超压以及搅拌出现故障时，能自动报警并停止加料等。(3)应有防止超压的阀门及设置，如放空阀、减压阀、防爆膜等。(4)应有防止超温设施, 如事故冷却水系统，保证停车后仍能继续冷却。(5)应设有紧急排放系统，一旦温度、压力失控，将物料紧急排放到安全地点。(6)反应器应有足够的强度及抗腐蚀能力等。4. 什么是连续流动反应器中的返混？返混对不同的反应过程有什么影响？在连续搅拌反

37、应器中，因搅拌不均匀性等原因，在反应器内各点上的浓度会产生差别。这种现象就是返混现象。流体在管内流动，因受流动边界的影响，呈现不均匀速度分布，是一种典型的不均匀流动。返混不是一般意义上的混和，它专指不同时刻进入反应器内的物料之间的混和。返混的影响：(1) 返混是连续化后才出现的一种混和现象。因此在间歇搅拌反应器中不存在返混。理想管式反应器是没有返混的一种典型的连续反应器，而连续釜式反应器称全混釜则是返混达到极限状态的一种反应器型式。 (2) 返混改变了反应器内浓度分布，返混的结果使反应器内反应物的浓度普遍下降，反应产物的浓度普遍上升。这种浓度分布的改变对反应的利弊则决定于反应动力学的特征浓度效

38、应。(3) 返混是连续反应器中的一个重要工程因素。任何过程在连续化时，必须充分考虑这个因素的影响，否则不但不能强化生产，反而有可能导致生产能力的下降和反应选择率的恶化。5. 开发一个分离过程需要考虑的问题分离方法的选择分离介质的选择 能量分离剂，质量分离剂分离设备的选择最优分离顺序最优分离操作条件6. 分离方法初选原则P119 表4.177. 多组分混合物分离的方法之一是有序试探法，请写出该方法的试探策略。（请写出5种用有序试探法分离多组分混合物的试探策略）甲1试探策略优先使用常规精馏；甲2试探策略避免真空精馏及使用制冷；乙1试探策略避免使用有相同产品出现的分离顺序；丙1试探策略首先移去腐蚀性

39、和有毒化合物丙2试探策略最难分离的物质放在最后分离（在其他条件相同时）；丁1试探策略首先移去含量最大的组分；丁2试探策略适合用于50/50的分离8. 以石油为原料合成洗衣粉中间体一氯代十烷条件：反应体系的DEC过剩，要循环使用；DEC 与 Cl2使用同一地址混合体系中各物质的物性如下表所示：请写出精馏分离方案筛选的基本准则，依据此准则分析五种精馏分离方案，哪个分离方案好？五种分离次序回答：精馏分离方案筛选的5个基本准则首先移去含量最大的组分首先移去低沸点的组分最难分离的物质放在最后分离尽早移去腐蚀性和有毒化合物产物作为馏分产出，以保证产品纯度9. 混酸硝化氯苯制混合硝基氯苯已知混酸组成为:HN

40、O3 47%、H2SO4 49%、H2O 4%;氯苯与混酸中HNO3的摩尔比为1:1.1；反应起始温度为4055oC, 并逐渐升温至80 oC; 硝化时间为2h。废酸中含硝酸小于1.6 %，废酸中含混合硝基氯苯为获得混合硝基氯苯量的1%。现有分离方案存在如下问题：1) 要消耗大量的硫酸，使硫酸的单耗居高不下；2) 由于废酸中还含有未反应的硝酸及少量的硝基氯苯，直接出售后不仅使硝酸的单耗增加，混合硝基氯苯的收率下降，而且废酸中的硝酸和硝基氯苯还会使废酸的用途受到限制。请回答下列问题：1) 以混合硝基氯苯的收率以及硫酸、硝酸及氯苯的单耗为评判标准对已有分离工艺进行改进。2) 还可以通过哪些改进，消

41、除生产过程产生的废水。回答方案II 硝化-分离-萃取方案增加了萃取工序降低了硝酸单耗提高了硝基氯苯收率方案III 硝化-分离-萃取-减压浓缩方案浓缩硫酸 循环使用硝基氯苯的生产工艺的改进选择合适的固体催化剂代替硫酸；选择合适的有机溶剂（如ClCH2CH2Cl等）进行硝化反应；反应后能够采用合适的分离方法将氯苯、混合硝基氯苯、硝酸、溶剂进行分离和回收利用。10. 硝基氯苯生产。目前工业生产硝基氯苯的方法是由氯苯经混酸硝化，得到混合硝基氯苯。三种异构体的含量大体是：对硝基氯苯占65%，邻硝基氯苯占30，间硝基氯苯占1。工艺过程如下：先将配制好的混酸(含硝酸30，硫酸56，水14) 加入硝化锅内，维

42、持温度4055下，慢慢加入氯苯，加毕升温至80, 搅拌反应2小时。静置分层，将上层混合硝基氯苯用水洗、碱洗，水洗后静置分出，在100下真空干燥，得混合硝基氯苯。该生产方法的主要缺点是产生大量酸废水。请设计一种新的生产工艺，消除生产过程产生的废水。回答：硝基氯苯生产过程产生大量酸废水的原因是因为使用了硫酸作为硝化反应的催化剂，而且反应介质是水溶液，若设法避免催化剂硫酸的使用，避免使用水作为反应介质，就可以消除生产过程产生的废水。具体可以对生产过程作如下改进：（1）选择合适的固体催化剂来代替硫酸，从而避免了使用硫酸作为催化剂生成含硫酸的酸性废水，固体催化剂也容易与液体分离，从而避免了生成含硫酸的废

43、水。（2）选择合适的有机溶剂（例如等）进行硝化反应，这样就避免了使用水溶液体系，也可以消除生产过程中产生废水。（3）反应后设法采用合适的分离方法将氯苯、混合硝基氯苯、有机溶剂和硝酸进行分离，还可以考虑使回收物循环利用，既可以减少废水的排放，还可以提高原料的利用率。11. 从煤炭合成燃料油的工艺流程见下图。煤的分子式为CxHySz，其中x > y，z<< x, y. 煤中含有一些无机杂质，通常称为灰尘。燃料油的分子式为CaHb。请回答： (1) 依据流程中117各单元的功能，标出其名称； (2) 写出过程的总化学反应式；(3) 在117各单元中，如果该单元是化学反应器，写出该化

44、学反应器内所进行的化学反应的反应式。煤合成燃料油的工艺流程图回答：（1）单元的功能，标出其名称；1-空气分离器；2-化学反应器；3-气体分离器；4-化学反应器（CO转变器）；5-气体分离器；6-气体混合器（气体压缩机）；7-气体混合器（气体压缩机）；8-分离器；9-分离器；10-化学反应器；11-多相分离器；12-气体分离器；13-粉碎机；14-固-液分离器；15-气体分离器；16-化学反应器；17-气-固分离器。 (2) 过程的总化学反应式： (3) 在117各单元中，该单元是化学反应器中进行的化学反应式分别为：12. 由乙烯生产环氧乙烷的流程见下图，1atm下的物性参数见表1。在化学反应器

45、中发生的化学反应如下： (主反应) (副反应)两化学反应均不能进行彻底，反应物也不能够完全转化。因为环氧乙烷易溶于水，因此可以将反应后的混合气体通过水洗的方法将环氧乙烷从反应后的混合气体分离出来，然后将溶于水的环氧乙烷通过气提的方法精制得到环氧乙烷。请回答：(1) 物流3中混合物的主要组成?(2) 物流4中混合物的主要组成?(3) 物流5放空的目的是什么?(4) 在物流10后增加一个或者几个单元，以能量最节省的方法生产纯的环氧乙烷。表1 1atm下的物性参数分离器(汽提塔)分离器(吸收塔)反应器由乙烯生产环氧乙烷的流程图回答：(1) 物流3中混合物的组成为：、（）。(2) 物流4中混合物的组成

46、为：、（）和。(3) 物流5放空的目的是为除去多余的。(4) 在物流 10 后增加两个冷却器，第一个冷却器首先使水转变为液体，然后通过气-液分离除去水；第二个冷却器使环氧乙烷转变为液体，然后气-液分离除去CO2，液体为环氧乙烷。13. 硫在氧气中燃烧可制得二氧化硫，化学反应为：因为该反应为强放热反应，为了使反应容易控制，保证过程安全，要在原料气中加入一定量的惰性气体以维持反应在一定的温度下进行。下图为两种生产二氧化硫的工艺流程方案。请回答：（1）在两种生产二氧化硫的工艺流程方案中，分别采用了什么物质作为惰性气体？哪一个方案中的分离过程更容易实现？请说明理由。（2）假设在两种流程方案中要求O2和

47、S严格按照化学计量进入反应器，若O2和S偏离化学计量，问哪一个方案的产品SO2的质量不容易受进料中过量空气的影响？请说明原因。S反应器分离器热交换器反应器分离器S方案1方案2两种生产二氧化硫的工艺流程方案热力学数据N2O2SSO2熔点 / -210-218113-73沸点 / -196-183445-105. 硫在氧气中燃烧可制得二氧化硫，化学反应为：因为该反应为强放热反应，为了使反应容易控制，保证过程安全，要在原料气中加入一定量的惰性组分以维持反应在一定的温度下进行。（1）请分别画出以氮气和二氧化硫为惰性组分生产二氧化硫的工艺流程方案，并分析比较哪个方案中的分离过程更容易实现？请说明理由。（

48、2）假设在两种流程方案中要求O2和S严格按照化学计量进入反应器，若O2和S偏离化学计量，问哪一个方案的产品SO2的质量不容易受进料中过量空气的影响？请说明原因。各物质的物性数据回答：（1）在两种生产二氧化硫的工艺流程方案中，根据表1给出的热力学数据，方案1的分离最容易实现。从沸点看，N2、O2、SO2中，SO2的沸点最高，最容易液化；换热器的热负荷小； SO2与N2的沸点差比O2与N2的沸点差大，分离容易。（2）方案1产品SO2的质量不容易受进料中过量空气的影响。因为方案1中有后处理装置，即SO2的分离设备，过量的O2会与N2一起被分离掉，因此不会影响产品SO2的质量。方案2中SO2直接作为产

49、品引出，没有分离装置，因此如果O2过量，就会留在产品SO2的，从而影响产品SO2的质量。14. 氢气是化学工业的基本原料之一。请写出氢气的制备的方法、原理及其特点。电解水制氢气水电解时，其阴极生成氢气。电解法制氢只需一道工序即可得到较纯的产品, 产品纯度可以控制在99%99.9%。生产过程的经济效益主要取决于电能价格。在制氢费用中, 电能约占85%。这种制氢方法的优点是产品纯度高; 工艺过程简单, 连续, 可完全自动化; 可得到副产物氧气和重水；原料为廉价丰富的水；过程灵活并能在压力下直接制氢；电解过程中氢氧自动分离。但是，这种方法能耗很高；由于氢气中主要杂质是H2O 和O2。烃类部分氧化制氢

50、烃类经部分氧化、蒸气转化和CO变换可制得氢气。原理：制得的气体组成与初始原料的化学结构无关, 而与原料中初始元素C、H、O、S 之比有关。优点可用任何气态或液态烃类为原料, 价格较低。缺点所得氢气浓度较低，约35% 60% , 杂质含量高, 种类复杂, 主要为CO、CO 2、N 2、H2S、CH4等, 杂质的存在对氢气的纯化工艺提出了较高要求。以煤为原料制氢将煤、泥炭、煤焦油等进行炼焦处理, 可以得到氢含量为20%80%的气体。将焦炭和煤气气化也可得到氢。煤的气化反应：C + H2OCO + H2；C + 2H2OCO2 + 2H2；C + CO22CO；C + 2H2CH4一氧化碳变换的反应

51、：CO + H2O(汽)CO2 + H2特点：价格较低，是工业制氢的主要方法之一。这种制氢过程较复杂，能耗、电耗相对较高，制得的氢含量低（20% 80%），杂质种类较多，需要有效的分离提纯技术与之配合才能得到高纯氢。热裂解甲醇或氨制氢甲醇的裂解可以按两种方式进行。采用钼- 镍或镍- 铝混合催化剂, 一次转化后气体组成约为67%H2, 31%CO , 2%CO 2。在铜- 锌- 铬催化剂上, 于530 570K,反应可在极大的空速下进行, 几乎可以完全转化为H2和CO 2。甲醇按式(2) 进行反应, 得到的氢气浓度较高。氨裂解过程为:甲醇或氨裂解制氢得到的氢气浓度较高, 杂质种类较少, 有利于进

52、一步的纯化处理。但需要消耗甲醇或氨, 原料成本相对较高。因甲醇或氨中氢的体积含量高, 是较好的氢的运输方式, 尤其适合长距离运输，即使加上甲醇和氨的合成及分解费用, 仍较运输氢气或液氢经济。从工业废气中回收制氢含氢的工业废气, 如石油炼厂气、氨厂弛放气、乙烯装置排放气、甲醇和甲醛弛放气、氯碱尾气等, 都是廉价的氢气源。例如,从合成氨弛放气中回收氢气。15. 下图是乙烯平衡氧氯化法生产氯乙烯流程图，请写出下列标号所对应的设备的名称以及设备1、4和8中所发生化学反应的主反应方程式，并进行流程叙述。平衡氧氯化法生产氯乙烯流程图1氧氯化反应器；2第一回收器；3第二回收器；4直接氯化器；5粗二氯乙烷中和

53、器；6脱轻馏分塔；7脱重馏分塔；8二氯乙烷热裂炉；9急冷塔；10HCl分离器；11氯乙烯蒸馏塔设备1：氧氯化反应 CH2=CH2 + HCl + O2 ClCH2-CH2Cl + H2O设备4：直接氯化反应 CH2=CH2 + Cl2 ClCH2-CH2Cl设备8：裂解反应 ClCH2-CH2Cl CH2=CHCl + HCl# 石油路线生产氯乙烯的平衡氧氯化法，其反应原理如下：氧氯化反应 CH2=CH2 + HCl + O2 ClCH2-CH2Cl + H2O 反应温度：220230直接氯化反应 CH2=CH2 + Cl2 ClCH2-CH2Cl裂解反应 ClCH2-CH2Cl CH2=CH

54、Cl + HCl 裂解反应温度：500600请设计其生产工艺流程，并简述各个过程的作用和设备。1氧氯化反应器；2第一回收器（二氯乙烷与水分离）；3第二回收器（回收气相中的二氯乙烷）；4直接氯化器；5粗二氯乙烷中和器（用碱处理游离氯、氯化氢等，防止下游设备的腐蚀等）；6脱轻馏分塔；7脱重馏分塔；8二氯乙烷热裂炉；9急冷塔（使温度在500以上的裂解气降温）；10HCl分离器；11氯乙烯蒸馏塔乙炔路线生产氯乙烯的反应式如下：反应器为管式固定床反应器，反应器出口物流中除原料及产物外，还含有一定量的沸点低于和高于产物氯乙烯的物质，请设计其生产工艺流程，并简述理由。答：16. 氨配合法生产活性氧化锌的原理

55、是以粗氧化锌（主要成分为ZnO）为原料，经氨-碳酸氢铵浸取、除杂、煅烧等工序制得活性氧化锌。用氨-碳酸氢铵浸取时发生的主反应如下：ZnONH4HCO3(i-1)NH3Zn(NH3 )iCO3 +H2O请简述氨配合法生产活性氧化锌的工艺过程，并画出其工艺流程图。解答：粗氧化锌中的锌在浸取过程中大部分被浸出，铜、镉、铅等也发生类似反应而进入溶液，不溶性杂质则留在残渣中。经过过滤的浸取液中加H2O2，将Fe(OH)3、MnO2等物质除去，再加锌粉将铜、镉、铅等杂质除去。经过除杂净化的浸取液，送热解蒸氨，使Zn2+沉淀为碱式碳酸锌，然后经干燥、煅烧即可制得活性氧化锌产品。氨配合法生产活性氧化锌的工艺流程见下图：氨配合法生产活性氧化锌工艺流程示意图17. 经脱H2S和RSH装置处理后的液化石油气LPG为原料液态烃组成3. 有关多组分混合物的分离，请回答下列问题：多组分混合物分离的方法之一是有序试探法，请写出该方法的试探策略；下表是扬州石化有限责任公司渣油催化裂化得到的液化石油气（LPG）经脱硫后的液态烃组成，拟从该混合物中分离得到丙烯，请依据有序试探法的试探策略确定其分离次序，并画出工艺流程简图。LPG经脱硫后的液态烃组成组分碳二丙烷丙烯异丁烷正丁烷丁烯-1异丁烯反丁烯-2顺丁烯-21,3-丁二烯碳五合计wt1.05.5742.1