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第一章1、简述化工设计的概念、作用与分类。答:(1)概念:化工设计是对拟建化工项目在技术和经济上进行全面详尽的安排,是化工基本建设的具体化,是把先进的技术和最新科研成果引入生产的渠道。 (2)作用:化工设计是生产技术中的第一道工序,是化工厂建设中的重要组成部分,设计工作的质量直接关系到工厂的经济效益和社会效益,化工设计是进行技术革新和技术改造的先导,是先进科学技术与生产实践相结合的中间环节,是科研成果实现工业化的桥梁。 分类:根据项目性质可分为:新建项目设计、重复建设项目设计、已有装置的改造设计。根据化工过程开发程序化工设计可分为:概念设计、中式设计、基础设计和工程设计。2、化工设计划分为哪三个阶段?并分别叙述其主要内容。答:初步设计,扩大初步设计和施工设计三个阶段。初步设计:是根据计划任务书,探求在技术上可能,经济上合理的最符合要求的设计方案,还应编写初步设计说明书。扩大初步设计:根据已批准的初步设计,解决初步设计中的主要技术问题,使之进一步具体化、明确化,还应编写扩大初步设计说明书及工程概算书(允许误差较大)。施工设计:根据已批准的扩大初步设计进行的,是施工的依据,为施工服务,应有详细的施工图纸和必要的文字说明书以及工程预算书(误差较小)。3、写出化工设计程序,并对其主要内容作简单阐述。答:化工设计程序前期准备工作项目建议书可行性研究决策(评估)计划任务书初步设计扩大初步设计施工设计4、工艺设计主要包括哪几个方面的内容?设计准备、方案设计、化工计算、车间布置、化工管路设计、提供设计条件、编制概算书的设计文件第二章1、化工厂址选择应考虑的主要因素是什么?(1)节约用地,考虑发展(注:地不能征多,但也应留有发展佘地); (2)利用城镇设施,节约投资(电、蒸汽、燃料等靠近电厂或水水电站,靠近燃料供应点,水靠近江、河、湖等);(3)满足环境卫生及交通运输要求(能妥善处理“三废”,优先使用水路、铁路运输,适当增加公路运输);(4)不旱不涝,地质可靠;(5)少挖少填,有利于协作等,还要与城市规划协调。 2、在化工厂总平面布置设计时,对于生产车间、辅助生产车间、行政办公楼、住宅及道路等有何具体要求。生产车间的位置应按工艺过程的顺序进行布置,生产线路尽可能做到直线而无返回流动,但并不要求所有车间在一条直线上,应考虑辅助车间的配置距离及管理上的方便。一般功能、工艺相似的车间、工段尽可能布置在一起(便于集中管理),车间之间的管道尽可能沿道路的铺设。生产有害气体或粉尘车间要放置在下风或平行风侧。关于辅助车间的布置(1)锅炉房尽可能布置在用蒸汽较多的地方,其附近不得有易燃、易爆的车间或仓库,应放置在下风位置;(2)配电间应配置在用电大户附近,并置于上风位置(3)机修车间应放在与各生产车间联系方便而安全的位置上;(4)中心试验室和仪表修理间应置于清洁卫生、噪音少、灰尘少的上冈位置;(5)仓库设在与生产车间联系方便,并靠近运输干线的位置上。行政管理部门及住宅区的位置应建:在工厂外,最好位于工厂的上风位置。3、对已选定的二、三个厂址方案中如何进行分析比较,优选出一个合理的方案。 对已选定的二、三个厂址方案进行技术经济比较,应根据工厂主要要求,抓住几个主要因素,对其优缺点进行分析比较。/1、在进行化工工艺设计时,主要从哪几个方面来论证一条工艺路线的可行性。 应符合技术上先进、经济上合理的要求。一种产品往往有几种不同的生产方法生产,要对其逐个研究分析,进行多方面的比较,要做定性分析,也要做定量分析,找到一个相对优良的方法。 2、化工工艺流程图设计分哪三步进行?这三种图在工艺流程设计中起到什么作用?生产工艺流程草图;只是定性地标出由原料转变为产品的路线,以及采用的各种化工过程及设备,流程草图一般由物料流程、图例、设备一览表三部组成。物料流程图;是在完成了物料衡算和能量衡算基础上来绘制的,是用图形和表格相结合来反映设计计算某些结果的图样,是设计带控制点的工艺流程图的依据。带控制点的工艺流程图:是在物料流程图的基础上绘制的,设备计算结束、控制方案确定以后,即可着手绘制。化工工艺流程设计的任务是什么? (1)确定生产流程中各个生产过程的具体内容、顺序和组合方式,达到由原料制得所需产品的目的。(2)绘制工艺流程图,要求以图解的形式表示生产过程中,当原料经过各个单元操作过程制得产品时,物料和能量发生的变化及其流向,(3)以及采用了哪些化工过程和设备,再进一步通过图解形式表示出化工管道流程和计量控制流程。4、简述绘制化工工艺流程图的步骤,图中的主要设备、主要物料管线和辅助物料管线等线条如何表达?先绘流程草图,再根据草图进行物料、能量衡算,然后绘制物料流程图,在设备设计计算后,绘制带控制点的工艺流程图。 设备示意图:可按设备的大致形状画出(或用方块图表示),设备位置的相对高低不要求准确,但要标出设备的名称和位号。 物流管线及流向箭头:包括全部物料管线和部分辅助管线,如:水、汽、压缩空气、真空等。 必要的文字注释:设备名称、物料名称、来自何处、去向何方。图例(只标管线图例)阀门、仪表可不标出。 第四章 1、物料衡算的作用是什么?在进行物料衡算时应遵守什么原则? 在实际生产中,物料衡算可以揭示物料的浪费和生产过程的反常现象,从而帮助找出改进措施,提高成品率及减少附产品、杂质和“三废”排放量;还可以检验生产过程的完善程度,对化工工艺设计也有着重要指导作用,通过计算,可以定出原料及辅助材料的消耗量,制订单耗指标,还可以标出中间产品、副产品、成品的产量和“三废”排放量等,是能量衡算、设备工艺计算的基础。根据质量守恒定理: G入G出G损 2、能量衡算的作用是什么?在进行能量衡算时应遵守什么原则?通过热平衡计算,分析系统的热量利用程度,尽量做到热量利用经济合理能量守恒定理3、化工设备计算设计的主要任务是什么?对所选择的设备有何要求?主要任务:采用定型(标准)设备要选好规格和型号;采用非定型(非标)设备要通过计算,确定其主要尺寸,给设备设计人员提供设计条件,及编写设备一览表。技术经济指标要求: 单位生产能力、消耗系数、设备价格、管理费用和产品总成本设备结构上的要求: 强度、刚度、耐久性、用材和制造、操作和检修、运输方便一反应分离系统,将150 kmol/h的P2O5转化成H3PO4,每一单程有80的P2O5被转化成H3PO4 ,在分离器内没有物质变化,分离后有95的P2O5和2 H3PO4再循环,求P2O5和H3PO4的循环流率。 解:(150+M95%)(1-80%)=M, 所以M=37.037kmol/h N2%+(150+M95%)80%=N, 所以N=151.172kmol/h P 2 O 5 循环流率=M95%=37.03795%kmol/h=35.185kmol/h H 3 PO 4 循环流率=N2%=151.1722%kmol/h=3.023kmol/h 将含有40(质量百分率,下同)硫酸的废液与98的浓硫酸混合生成90的硫酸,产量为1000Kg/h,各液体的第2组分为水,试完成其物料衡算。 解:M40+N98=100090 M60+N2=100010 所以M=137.931Kg/h,N=862.069Kg/h 即进料中,40硫酸的废液流率为 137.931Kg/h,98的浓硫酸流率为 862.069Kg/h。/1、简述车间布置的任务。 任务是根据生产规模和生产特点以及厂房面积、地形条件、气候等综合考虑厂房采用集中式还是分散式(如:大规模采用集中式;小规模采用分散式;易燃、易爆物品采用分散式等);根据生产工艺的可能性和具体地理条件考虑设备露天化问题等(如大型反应釜、高大塔等)2、在进行厂房设计时,其平面、立面上有何具体要求? 平面要求:(1)平面设计应力求简单,通常采用长方形,也可采用“L”型和“T”型厂房;(2)确定厂房柱网布置时,要根据设备的要求,又要满足建筑物模数(3的倍数)的要求。一般情况下,单层、多层厂房采用66米的柱网,一定上要加大时,最好不超过1212米;(3)多层厂房总宽度不超过24米,单层厂房总宽度不超过30米,常用厂房跨度有:6、9、12、14.4、15、18、24米等,一般有机化工厂生产车间宽度为1218米;(4)厂房的长度应根据生产规模及工艺要求决定;(5)柱子的大小:有600600和360360(单层厂房);柱子形式:墙中柱、墙外柱和墙内柱;(6)墙厚度:有360和240墙;(7)墙上开窗要求:南北向开窗,其大小有2.01.5米;(8)开门要求:单门:一般宽度700800mm,高度为2米; 双门:一般宽度23米,高度为2米。 立面要求:(1)厂房立面布置的形式有单层、多层或单层与多层结合的形式,可根据工艺特点及安全来选择;(2)层高要求:厂房的每层高度取决于设备的高低、安装位置及条件。一般情况下,每层厂房高度约46米,最底层不宜小于4.5米,一旁采用5.1米或6米,尽可能符合建筑模数;(3)楼板厚度:根据该层承重情况确定,一般为 510cm厚;(4)屋顶形状:现代厂房均为平顶(水泥),应有排水渠道,简易厂房(一层)均采用人字顶。 3、试述换热器的布置形式及其特点。 换热器:(1)换热器的布置原则:顺应流程和缩短管道长度,故它的位置取决于与它密切联系的设备的位置。如:塔的换热器应近塔布置,再沸器、冷凝器也应近塔布置,回流冷凝器除要靠近塔外,还要靠近回流槽和回流泵。(2)布置空间受限制时,应考虑立、卧式的互换等。如原设计的换热器太长,可换成一个粗短的换热器,以适应空间布置的要求,或者卧式的换成立式的,以节约占地面积;立式的换成卧式的,以降低高度,视具体情况而定。(3)换热器常采用成组布置,水平的换热器可重叠布置,这样可以节约占地面积,合用上、下水管,但上层不能太高,一般管壳顶部高度不能大于3.6米。4、试述反应釜的车间布置形式及其特点。 (1)室外布置:大型搅拌式反应釜,体积大、重量大,又有振动和噪音,应采用室外布置。用支脚直接支承在地面上,要离开建筑物一定距离,并留有检修、安装空间。 (2)室内布置:中小型间歇式反应釜或操作频繁的反应釜,应布置在室内,用罐耳悬挂在搂板的设备孔中,呈单或双排布置,设备孔通常为方形,也可以为圆形。5、试述塔设备的布置形式及其特点。 1)独立布置:单塔或特别重大的塔采用独立布置,利用塔身设计操作平台,供进出人孔、操作、维修用,塔的顶部设有吊杆。(2)成列布置:几个塔的中心线排成一条直线,并将高度相近的塔相邻布置,通过适当调节安装高度和操作点就可以就采用联合平台,操作方便,投资省。相邻小塔之间距离一般为直径的34倍。(3)成组布置:数量不多、结构和大小相近塔可以成组布置,操作平台集中布置。若塔的高度不同,只要求将第一层操作平台对齐,其它各层可不考虑,几个塔组成一个空间体系,增加了塔的刚度,塔的壁厚就可以降低。(4)沿建筑物或框架布置:将塔安装在高位换热器和容器的建筑物或框架旁,利用换热器和容器的平台作为人孔、仪表、阀门的操作与维修通道,将细而高的塔或负压塔的侧面固定在建筑物或框架的适当高度,可增加塔的刚度,降低其壁厚。(5)室内或框架内布置:小塔安装在室内或框架中,平台和管道等承在建筑物上,冷凝器可装在屋顶上或吊在屋梁下,利用位差重力回流。6、简述容器的几种形式和在车间中的布置情况与特点。(1)中间容器:按流程顺序布置在有关设备附近或在厂房附近;(
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