1、 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页 7 化工工艺设计 7.1 复习要点 7.1.1 工艺设计的内容、深度、范围、设计的原则和方法 （ 1）化工工艺设计专业的职责及重要性； （ 2）工艺设计文件的范围、内容及深度； （ 3）工艺流程制定的原则，工艺流程图在设计中的重要性和主要设计内容。 7.1.2 工艺方案优化设计 包含了工艺流程方案的优化和选择合适型式的设备。 （ 1）提出了供全过程开发和设计的工艺流程方案优化的“洋葱头模型”。它充分强调了反应系统、分离系统、换热网络和公用工程系统之间的互相关系和有序、分层性质； （ 2）反应流程、精馏流 程、蒸发系统的优化目的和方法； （ 3）反
2、应器、气液传质设备 （ 板式塔和填料塔 ） 、传热设备、储罐、化工用泵、气体输送机械、蒸发器、干燥器等设备的选择及其要求。 7.1.3 设备设计压力、设计温度确定的原则 （ 1）设备设计压力的确定不仅要考虑该设备的工作压力，还要考虑该系统的工作压力，以此确定其最高工作压力； （ 2）设备设计温度的确定不仅依据工艺传热计算或同类装置相同设备的操作条件，同时还要考虑容器内部介质在工作过程中可能出现的最高温度。 7.1.4 工艺控制方案的基本原则和典型化工单元的控制方案 （ 1） 工艺控制方案的基本原则是能满足生产控制要求，保证装置运行平稳，生产安全，控制方案简单适用； （ 2）反应器、精馏塔、传热
3、设备、流体输送设备等典型化工单元的简单控制方案和复杂控制方案。 7.1.5 节能措施 改变反应工艺条件，降低工艺能耗；选取适宜的设备，优化操作条件，降低分离过程的能耗；选用高效设备和材料；废热回收。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页 7.1.6 工艺设计相关的消防、劳动安全卫生、环境保护的基本知识和应用 （ 1）消防方面重点是熟悉爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范及相应的其它规范 ， 了解火灾爆炸危险因素及预防措施、火 灾危险的分类、厂房的耐火等级、层数和占地面积、防火间距、危险区域的划分等。 （ 2）劳动安全卫生方面，要熟悉有关规范标准和工艺生产过程的常见危险因素及职业危害因素、
4、劳动安全卫生措施及设计原则。 （ 3）环境保护方面，要熟悉有关规范标准和三废治理的基本设计原则、三废治理及废物综合利用。 7.2 习题 7-1 请列出下列哪些项目是属于化工工艺设计的内容 ？（多选题） （ 1） 工艺流程图（ PFD）； （ 2） 管道及仪表流程图（ PID）； （ 3） 管道流体力学计算； （ 4） 物料和热量 衡算。 答案： （ 1）（ 4） 是化工工艺专业工作范围 , 而 （ 2）（ 3） 是工艺系统专业工作范围。 7-2 以下哪些不是化工工艺专业在工程设计阶段的设计依据？ （ 1） 经批准的可行性研究报告； （ 2） 工艺设计中设计基础数据； （ 3） 本单位的规章制度
5、； （ 4） 工艺设计所使用的设计基础资料。 答案： （ 3） 不属于化工工艺专业工作范围。 7-3 以下哪些是化工工艺专业在设计前期阶段应参与的工作？ （多选题） （ 1）参加项目建议书、可行性研究报告的编制工作，承担有关工艺专业的研究，并编写相应文件； （ 2） 参加项目报价书、投标书技术文件的编写； （ 3） 参加引进技术项目的询价书编写，对投标书的评标，合同附件的谈判； （ 4） 大中型联合装置需要进行总体规划设计时，当好业主的参谋，编制工程建设进度。 答案： （ 1）（ 2）（ 3） ，而答案 （ 4） 不属于工艺专业的工作范围。 7-4 以下不属于工艺专业工作范围的是（ ）。 （
6、1） 确定工艺方案 ， 进行工艺计算 ， 提出主流程工艺流程图 （ PFD）； （ 2） 提出必需的辅助系统和公用系统方案 ， 并进行初步的计算 ； 提出初步西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页 的公用工程流程图 （ UFD）； （ 3） 提出污染物排放及治理措施 ； （ 4） 负责装置内装置正常安全运行的安全系统设计。 答案： （ 4） 应是化工工艺系统专业的工作范围。 7-5 在基础设计阶段，工艺专业向有关专业提出相关设计条件 ， 以下不属于此范围的是（ ）。 （ 1） 向电气专业提出爆炸危险区域划分条件表 ； （ 2） 向布置专业提供建议的工艺设备布置图 ； （ 3） 向自控专业
7、提出工艺控制要求和控制阀及流量计数据表 ； （ 4） 向工艺系统专业提出设备安装高度和泵的净正正吸入压头 （ NPSH） 的最终条件 。 答案： （ 4） 应是化工工艺系统专业在基础工程设计阶段的工作范围。 7-6 以下哪些 是工艺流程优化的目标？ （多选题） （ 1） 应选用当今世界上最先进的工艺技术及设备； （ 2） 不仅要先进，而且要可靠、适用； （ 3） 要结合我国的国情，投产后要获得最佳的经济效益和社会效益； （ 4） 由于我国是发展中国家，流程优化首先要考虑的是尽可能节约投资，确保生产装置的建成，至于其它问题都是次要的。 答案： （ 2）（ 3） 是工艺流程优化的目标。 7-7 就
8、史密斯和林霍夫对工艺全过程的开发和设计 ， 提出的“洋葱头”模型的叙述 ， 以下哪些说法是准确的 ？ （多选题） （ 1） 它十分直观地表示了反应系统的开发和设计是核心； （ 2） “洋葱头”模型强调了过程开发和设计的有序和分层性质； （ 3） 它表明了反应系统的开发和设计是关键 ， 因此，工艺流程方案的优化应主要集中在反应系统的优化； （ 4） 一旦确定了反应系统的设计 ， 即能对分离系统、换热网络和公用工程系统进行设计。 答案： （ 1）（ 2） 的说法是正确的。 (3) 应是反应和分离系统的优化 ;(4) 应是 一旦确定了反应和分离系统的设计 , 即能对换热网络和公用工程系统进行设计。
9、7-8 有一气固相催化反应 ， 选择以下哪种类型的反应器较合适 （多选题）？ 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页 （ 1） 管式固定床； （ 2） 流化床； （ 3） 空塔； （ 4） 搅拌槽。 答案：应选择 （ 1）（ 2） 7-9 精馏流程优化拟采用试探法，以下不符合其原则的是 （ ）。 （ 1） 优先应用普通精馏； （ 2） 难以分离的组份最先分出； （ 3） 产品数应最少； （ 4）具有腐蚀性的或危险性的组份优先分出。 答案： （ 2） , 难以分离的组份应最后分出。 7-10 以下哪个不是气液传质设备选型的基本要求 ？ （ ） （ 1） 生产能力大； （ 2） 操作稳定、弹
10、性大； （ 3） 结构简单，制造、安装方便，加工制造费用低 ； （ 4） 及时将热量移走，便于保持塔内温度。 答案： （ 4） 不是气液传质设备选型的基本要求。 7-11 在下列各工况下哪个宜选择浮阀塔？ （多选题） （ 1） 水吸收氨气制氨水； （ 2） 吸收三氧化硫制硫酸； （ 3） 采用二氧化碳溶解度较大的甲醇溶液，在低温下脱除混合气中含有约30%的二氧化碳气体； （ 4） 液相在吸收气相中某组份时有热量产生 ， 需及时将热量移走。 答案： （ 3）（ 4） 提示： 其中题中 （ 1） 塔内的气相随塔自下而上被水吸收，至塔顶几乎被全部吸收，即随着塔内高度的变化、气量变化很大，浮阀塔塔板很
11、难设计 ； （ 2） 是腐蚀性介质，以采用填料塔为好。所以 （ 1）（ 2） 不宜采用浮阀塔，而 （ 3）（ 4）宜采用浮阀塔。 7-12 下列情况哪些应优先考虑板式塔 ？（多选题） （ 1） 内部需要设置蛇管等换热部件的情况； （ 2） 操作负荷波动较大的分离过程； （ 3） 易结 垢的 物料； （ 4） 发泡物料的分离。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页 答案： （ 1）（ 2）（ 3） 应优先考虑板式塔。 7-13 下述情况选用卧式列管式换热器 ， 其管、壳程走的流体哪些是不合理的 ？ （多选题） （ 1） 用作氨冷器：液氨在壳程，被冷却介质在管程； （ 2） 腐蚀性较强的流
12、体走壳程； （ 3） 较易结垢 的介质在壳程； （ 4） 压力较高的介质在管程，压力较低的介质在壳程。 答案： （ 2）（ 3） 该介质应走管程。 7-14 下列换热器中 ， 哪个不属于管壳式换热器？ （多选题） （ 1） 浮头式； （ 2） 噴淋 管式 ； （ 3） 填料函式； （ 4） 蓄热式。 答案： （ 2）（ 4） 不属于管壳式。 7-15 在蒸汽冷凝给热中，下述措施不利于传热的是（ ）。 （ 1） 蒸汽和液膜同向流动 ； （ 2） 加大蒸汽流速 ； （ 3） 提高蒸汽压力 ； （ 4） 蒸汽和液膜逆向流动。 答案： （ 4） 7-16 有一台往复式煤气压缩机，进气压力为 0.102
13、MPa，其温度为 35 ，要求压缩机出口压力为 7.22MPa， 在设备投资省、耗功小的前提下，该压缩机应设几级压缩 ； 各级压力以多少为好。请在下述选择最合适的是（ ）。 （ 1） 3级 ， 各级出口压力 ： 0.422MPa、 1.746MPa、 7.22MPa； （ 2） 4级 ， 各级出口压力 ： 0.296MPa、 0.858MPa、 2.49MPa、 7.22MPa； （ 3） 4级 ， 各级出口压力 ： 1.88MPa、 3.66MPa、 5.44MPa、 7.22MPa； （ 4） 5级 ， 各级出口压力 ： 0.239MPa、 0.56MPa、 1.31MPa、 3.08MP
14、a、 7.22MPa。 答案： （ 2） 提示： 一般往复式多段压缩机为省功，每段压缩比应相似 ， 煤气压缩机的压缩比在 2.5 3 为宜 ， 故答案 （ 2） 是正确的。同时，采用 4 段压缩机，缸体可以对称布置， 有利于提高 压缩机转速， 有利于降低 设备价格。 7-17 在下述的工况下选用合适的泵，下列哪个是全选对的？ 工况：甲 输送有剧毒液体； 乙 输送高扬程、低流量要求的泵； 丙 输送较高粘度液体的泵； 丁 输送低扬程、高流量要求的泵 。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页 可选的 泵： 轴流泵； 屏蔽泵； 旋涡泵； 螺杆泵 。 上述工况下选的泵： （ 1） 甲、乙、丙、丁
15、； （ 2） 甲、乙、丙、丁； （ 3） 甲、乙、丙、丁； （ 4） 甲、乙、丙、丁。 答案： （ 3） 即 : 输送 有剧毒液体 应选用 屏蔽泵；输送高扬程低流量 流体应选用 旋涡泵；输送较高粘度液体 应选用 螺杆泵 ; 输送低扬程高流量 流体应选用 轴流泵 。 7-18 向带压反应器同时按比例供给两种液体物料，下列最合适的泵是（ ）。 （ 1） 离心泵； （ 2）齿轮泵； （ 3） 计量泵 ； （ 4） 磁力泵。 答案： （ 3） 计量泵可 同时按比例供给两种液体物料。 7-19 往复式压缩机的余隙增大时 ， 压缩机的吸气量将发生什么变化（ ）。 （ 1） 增大； （ 2） 减小； （ 3
16、） 没有变化； （ 4） 没有定论。 答案： （ 2） 往复式压缩机余隙增大 ， 压缩机吸入气量就减少。 7-20 以下哪种类型泵宜用出口阀来调节流量（ ）？ （ 1） 轴流泵； （ 2） 离心泵 ； （ 3） 螺杆泵； （ 4） 旋涡泵。 答案： （ 2） 离心泵宜用出口阀来调节流量。 7-21 在实际生产中， 用蒸汽透平驱动的 离心式气体压缩机 ,在 70 100范围内调节负荷，哪一种调节方法最节能 （ ）？ （ 1） 调节出口阀 ； （ 2） 调节进口阀 ； （ 3） 调节防喘振的旁路阀 ； （ 4） 调节驱动机的转速。 答案： （ 4） 离心式气体压缩机用改变转速来调节流量是最节能的。
17、 7-22 蒸发器设计需要考虑的主要方面 ， 请在下面选择。 （多选题） （ 1） 提高传热效率； （ 2） 是采用单效蒸发 ， 还是多效蒸发； （ 3） 改变停留时间； （ 4） 蒸发器顶部分离器是否采用高效分离装置。 答案： （ 1） （ 2） （ 4） 提示： 蒸发器的设计要考虑传热、气液分离和能量合理利用三个主要方面。 7-23 有关 PFD 的表述 ， 以下不恰当的是 （多选题） 。 （ 1） 它是工程项目设计的一个指导性文件； （ 2） 它必须标出全部（包括正常生产，开停车，装卸触媒等）的设备； 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页 （ 3） 应标出主要物料的管道及相关的调
18、节阀； （ 4） 它必须标出所有的检测与控制的仪表和调节阀。 答案： （ 2） （ 4） , 而 （ 1） （ 3） 的表述是正确 的。 7-24 有关设备设计压力的确定，下面的表述哪个是合适且严谨的（ ）？ （ 1） 设备的设计压力 ， 仅依据该设备的工作压力； （ 2） 无安全泄放装置的内压容器 ， 设计压力取 1 1.1 倍最高工作压力 （ 表压 ） ； （ 3） 出口管线设有安全阀的内压容器，其设计压力取安全阀的开启压力。 （ 4） 容器位于泵进口侧且无安全泄放装置的内压容器 ， 其设计压力取无安全泄放装置时的设计压力。 答案： （ 2） 是正确而又严谨的。 提示： 其中 （ 1） 不
19、 严谨 ； （ 3） 应增加“流体从容器流至安全阀的压降” ；（ 4）应增加“且以 0.1MPa（ 表 ） 外压校核”。 7-25 某装置中一台真空容器，无夹套设有爆破片和真空表，该设备的工作压力为 0.06 MPa， 最低工作压力为 0.04 MPa， 请指出该设备的设计压力应是多少 （ ）？ （ 1） 0.1 MPa（ 表 ）； （ 2） 0.04 MPa（ 表 ）； （ 3） 0.06 MPa（ 表 ）； （ 4） 0.075 MPa（ 表 ） 。 答案： （ 4） 提示： 无夹套有泄压装置 真空容器 的设计压力，应取 1.25 倍的最大内外压差值与 0.1 MPa（ 表 ） 中的较小值
20、，则该 真空容器的内 外压差为 0.06 MPa，乘以 1.25为 0.075MPa（ 表 ） ，与 0.1 MPa（ 表 ） 相比取较小值即 0.075MPa（ 表 ） 。 7 26 有关真空容器设计压力 确定，下面的表述哪个是合适且完整的（ ）？ （ 1） 无夹套有安全泄放装置 ， 设计压力取 1.25 倍的最大内外压差值 ； （ 2）无夹套且无安全泄放装置 ， 设计外压取 0.1MPa（ 表 ）； （ 3）有夹套且夹套内为内压。容器壁设计压力：取无夹套真空容器压力。夹套壁设计压力：按内压容器设计 ； （ 4） 有夹套且夹套内为真空。容器壁设计压力：按设计内压力。 夹套 壁设计压力： 按无
21、夹套真空容器设计。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页 答案： （ 2） 提示： 题中 （ 1） 应增加“或 0.1MPa（ 表 ） 中的较小值” ； （ 3） 应是：容器壁按无夹套真空容器压力 +夹套内设计压力；夹套壁按内压容器设计； （ 4） 应是：容器壁按设计内压力 +0.10 MPa（ 表 ） 或设计外压力 加 0.10 MPa（ 表 ） 两种情况分别校核，夹套壁按无夹套真空容器设计。 7 27 在下述各种情况下，工艺提出的设备设计温度正确的是（ ）。 （ 1） 容器内介质采用蒸汽直接加热的设计温度取加热蒸汽的温度； （ 2） 容器内介质间接内加热时，设计温度取被加热介质的最
22、高工 作温度； （ 3） 容器内介质间接内冷却时，设计温度取冷载体的最低工作温度； （ 4） 容器壁与工作温度在 -15的介质直接接触 ， 且 有 外保温时容器设计温度取 -30。 答案： (2)是正确的。其中 (1) 应取被加热介质的最高工作温度； (3) 应取被冷却介质的最低工作温度； (4) 设计温度一般取工作温度 (0 10 ), 即 1525 7-28 在常温储存某液态烃的容器，其设计压力应取下列哪个数值，已知该液态烃在温度为 50时的饱和蒸汽压是 1.5MPa（ 表 ） （ 1） 0.79MPa（ 表 ） ； （ 2） 1.57MPa（ 表 ） ； （ 3） 1.77MPa（ 表
23、） ； （ 4） 2.16MPa（ 表 ） 。 答案：按规定应是 （ 2） 7-29 化工过程控制方案设计的原则，下列不正确的是（ ）。 （ 1） 保证装置运行平稳； （ 2） 保证装置生产安全； （ 3） 为保证装置生产安全可靠，尽量采用复杂控制回路； （ 4） 满足生产控制要求。 案： （ 3） 为保证装置生产安全可靠，尽量采用简单控制回路。 7-30 在标准蒸发器中 ， 二次蒸汽的温度为 83 ， 溶液平均温度为 95 ，加热蒸汽的温度为 137。则蒸发器的有效传热温差为 （ ）。 （ 1） 42 （ 2） 54 （ 3） 48 （ 4） 12 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9
24、页 答案： （ 1） 提示： 应取加热蒸汽温度与被加热溶液平均温度的差值作为蒸发器的有效传热温差 ， 即 137-95=42。 7-31 如图所示为一台釜式反应器的温度控制系统示意图。为维持一定的反应温度需用蒸汽进行加热，但如果温度过高，会有爆炸的危险，则下列有关控制阀失气形式及控制采取的作用方向应是（ ）。 （ 1） 控制 阀为 FC 型，控制器为正作用式； （ 2）控制阀为 FC 型，控制器为反作用式； （ 3） 控制阀为 FO 型，控制器为反作用式； （ 4） 控制阀为 FO 型，控制器为正作用式。（ FC 即失气关 ； FO 即失气开） 答案： （ 2） 提示： 由于该反应器温度过高时
25、，会有爆炸的危险，为避免温度过高，当控制阀气源中断时，控制阀应处于关闭状态，因此控制阀应选 FC 型的 ， 失气关。 当加热蒸汽流量增加时，反应器中物料温度上升，系统对象属于正作用方向，控制阀是 FC 型即气开型的也属于正作用方向。为使系统具有负反馈作用，控制器应选反作用式的。 （ 1） 、 （ 3） 、 （ 4） 答案错误。 7-32 如下图 ： 某储存烃类储罐，防止烃蒸汽外泄，在罐顶从 B 阀充以氮气，并保持微正压。在生产时，随着罐内物料的进出，氮封压力有波动，从而造成储罐有超压和吸瘪的可能，为保证生产安全，需维持氮封压力正常。采用如下图的控制方案， A 阀调节器信号范围 4 12mA；
26、B 阀调节器信号范围 12 20mA，该控制采用分程控制方案， A、 B 二阀的动作方案是图中的（ ）？ 答案： （ 1） 原料 蒸汽西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 10 页 提示： 当 A 阀是打开时 ， 随着储槽压力降低 ， A 阀应逐渐关闭 ， 随着压力的继续降低 ， 直至 A 阀完全关闭。此时若储槽压力继续 降低 ， 则 B 阀逐渐打开 ，充入氮气 ， 以阻止储槽压力的下降 ， 直至全部打开。反之则相反动作。 7-33 如下图 ： 有一卧式烃溶液中间槽 ， 为维持容器内一定的压力 ， 采用压力分程调节系统。 A 阀的输入信号范围为 4 12mA， B 阀的输入信号范围为 1220
27、mA， 为保持容器内压力稳定 ， A 阀和 B 阀的动作应是下图中的（ ） 答案： （ 1） 提示： 当 B 阀打开时 ， 压力偏低 ， B 阀应逐渐关闭 ， 若储槽压力仍偏低 ， 则A 阀将逐渐打开充入氮气 ， 直至储槽达到指定压力。反之压力偏高 ， 则 A 阀应逐渐关闭 ， 继而逐渐打开 B 阀 ， 以满足储槽压力在指 定值范围内 7-34 如上图所示 ， 图中的 A 阀和 B 阀的失气形式应是（ ）？ （ 1） A 阀和 B 阀都是 FO； （ 2） A 阀和 B 阀都是 FC； （ 3） A 阀是 FO， B 阀是 FC； （ 4） A 阀是 FC， B 阀是 FO。 （ FO 是指失
28、气开 ； FC 是指失气关） 答案： 7-34 （ 4） 提示： 当调节阀气源中断时 ， 应保证储槽不因超压而发生事故 ， 故 A 阀应关闭 (即 FC)， B 阀应打开 (即 FO)， 烃蒸气可送往火炬 ， 而储槽压力不会超压。 7-35 如上图所示 ， 图中有关控制阀 （ A、 B） 的作用方向应是 （ ）？ （ 1） A、 B 两阀都是正作用 ； （ 2） A、 B 两阀都是反作用 ； （ 3） A 阀是正作用， B 阀是反作用 ； （ 4） A 阀是反作用， B 阀是正作用。 答案： （ 4） 提示： A 阀是随着压力升高 ， 而逐渐关闭 ， 故是反作用。 B 阀是随着压力升高 ， 而逐渐开大 ， 故是正作用。 7-36 有二台串联的二氧化碳溶液解吸塔 ， 其解吸的 CO2 气体送往尿素生产装置 ， 解吸塔的操作压力为 0.12MPa（ 表 ） ， 塔的操作压力为 0.02MPa（ 表 ） 。
