1、天津大学试卷专用纸学院 化工学院 专业 化学工程与工艺 班 年级 2006 级 学号 姓名 共 4 页 第 1 页 A 卷20092010 学年第 一 学期期末考试试卷 化工设计 （ A 卷 共 4 页）（考试时间：2010 年 1 月 19 日 考试地点：西阶 101）题号 一 二 三 四 五 成绩 核分人签字得分一、 （共 20分）简答题（共 5个小题，每小题 4分）1、简述化工工艺设计的内容及步骤。根据设计任务书进行流程组织流程的物料及能量衡算设备设计及选型带控制点的工艺仪表管道流程图车间平面、立面布置及配管图设计工程概算及工程技术经济评价工艺设计说明书2、简述化工产品成本由哪些部分构成
2、。化工产品销售成本主要由以下部分组成：主要原材料费用，辅助原材料费用，燃料及动力费用，人工费，专利或技术费用，折旧及大修基金，副产品收入，车间经费，企业管理费，销售费用。3、简述我国现行的化工基建程序。项目建议书 项目建议书审批通过后，进行项目可行性研究 审查可行性研究，决策通过后，下达设计任务书 设计阶段（包括基础设计、扩初设计、施工图设计） 施工建设期 工程试投产运行 项目正式投产4、说明流程组织时挑选化学反应途径应该考虑的一些主要因素。应该考虑的主要因素有：反应步骤的长短；副反应的数量；反应的条件苛刻与否；反应原料的成本；反应的速度及转化率；反应产物是否容易分离；等等。5、简述化工项目试
3、生产的步骤。清理工程现场清洗设备及管道 设备单体以水代料试车 流程以水代料联动试车 投入真实物料试生产二、 （共 20分）由一个液液非均相反应生产高纯度的产品 C，反应式为 ABC （其反应速度 ） ，同时伴随着副反应 ACD （可逆反应，其正反应速度 ） 。已知采购来的2BACr原料 A 为液相原料，其中含有少量 D 及 E。原料 B 也为液相，为纯组份且价格较贵。A、D、B、C 、E 五种组分的相对挥发度由小到大（D、B 之间相对挥发度相差更明显） 。A 原料的价格较便宜，C 与 E 之间能形成难分离的共沸物。试进行这个过程的流程组织（连续操作流程，要求考虑反应器的形式） ，写出简要说明，
4、并画出流程框架草图。解：1、 为了保证 C 产品的纯度，减轻反应结束后后续分离的压力，应该在原料准备阶段先将易与C 形成共沸物的 E 先从原料 A 中分离去除；2、 从反应的角度出发，应该选择多釜串联的釜式反应器（非均相反应） ，而且为了减少副反应，应该减少 A 原料的返混，所以 A 原料应该采用多釜滴加的方式；3、 原料 B 较贵，应该将其与 C 分离后全部返回使用；4、 要求生产高纯 C 产品， C 组份应该从精馏塔塔顶馏出；5、 D 与 A 可以不分，通过分流器少量放空（A，D）混合物。2rA DB、CEA、D、EA、D A、D产品 CBBB精馏塔精馏塔分流器混合器混合器A、D精馏塔天津
5、大学试卷专用纸学院 化工学院 专业 化学工程与工艺 班 年级 2006 级 学号 姓名 共 4 页 第 2 页 A 卷三、 （共 20 分）下表列出了冷、热各两股流的起始温度和目标温度，并给出了其焓变及热容流率。假设最小传热温差， Tmin 要求为 20。根据热交换网络窄点（Pinch）原理，请用问题列表算法（The problem table algorithm）列出具体计算步骤：1、计算出窄点。 （10 分）2、计算出外界最小输入冷量（Q Cmin）和外界最小输入热量（Q Hmin） 。 （10 分）流股 类型 Ti( ) To() H（MW ） CP（MW）1 冷 20 180 32.0
6、 0.22 冷 140 230 27.0 0.33 热 200 80 30.0 0.254 热 250 40 31.5 0.15解：步骤 1：根据 Tmin，划分温度区间（列出此步得 4 分）流股 类型 Ti( ) To() TS () TT ()1 冷 20 180 30 1902 冷 140 230 150 2403 热 200 80 190 704 热 250 40 240 30步骤 2：计算各区间热容流率差及焓变（列出此步得 4 分）温度间隔 流股分配 T CP CCP HH （MW）240 50 015 7.5190 40 01 4150 80 -0.2 -1670 40 0.05
7、230步骤 3：构造假想最节能热阶流图（列出此步得 4 分）240 7.5190415016702300 7.5 11.5 4.5 2.5 步骤 4：构造可行的最节能热阶流图（列出此步得 4 分）240 7.51904150167023011.5 4.0 0 16 14 步骤 5：（给出最终结果得 4 分）从步骤 4 得到窄点温度、Q Cmin及 QHmin该热交换系统的窄点温度为 150（冷窄点温度 140，热窄点温度 160） ；外界最小输入冷量 QCmin为 14.0MW；外界最小输入热量 QHmin 为 11.5MW。四、 （共 15 分）有一个化工项目，项目总投资共 3800 万元人
8、民币（全部靠银行贷款） ，共 1 年建设期，第二年开始，连续 11 年预测其每年总销售收入 3700 万元人民币，每年其总销售成本为 2800 万元人民币，设该项目全部税种免税（不计各种税收） 。项目共 12 年寿命期，终了时无任何残值，按年复利计算。其各年现金流量表预测如下（单位：万元人民币）：年度（年） 1 2 3 。 。 。 12总投资 3800总销售收入 3700 3700 。 。 。 3700总销售成本 2800 2800 。 。 。 28001、令年折现率为 8，试计算该项目的净现值（NPV） ；（10 分）2、试计算该项目能承担的最大银行贷款年利率。 （5 分）解：1、以项目开始
9、建设为基准时刻，则该项目全寿命期内 NPV 为：项目建成后每年受益为：37002800900 万元NPV900/1.08900/1.08 2 900/1.083。 。 。900/1.08 113800解得：该项目在年折现率为 8时，其净现值 NPV2625.1 万元（列出计算式得 7 分，解出此步结果得 3 分）2、因为该项目资金全部为贷款，其内部收益率即为其能承担的最大贷款年利率。设能承担的最大年利率为 x；则：NPV（x ）0900/（1x）900/（1x） 2900/（1x） 3。 。 。900/（1x） 1138000试差解得：x0.2065（列出计算式得 3 分，解出此步结果得 2
10、分）天津大学试卷专用纸学院 化工学院 专业 化学工程与工艺 班 年级 2006 级 学号 姓名 共 4 页 第 3 页 A 卷1234五、 （共 25 分）乙醛可通过乙烯在银催化剂作用下部分氧化制取，但通常伴随着一个副反应（乙烯的完全氧化反应） ，反应式为：2C2H4 O 2 2CH3CHO （主反应）C2H4 3O 2 2CO2 2H 2O （副反应）设计已知：1、乙烯在反应器内单程转化率为 20；2、反应器内乙烯生成乙醛的单程选择性率为 80；3、离开吸收塔的气流股有 20通过分流器放空；4、分流器只牵涉到三种组份，提取塔也只牵涉到三种组份，除反应器外，其它单元设备内无化学反应。图中组成为
11、摩尔分率。设计出的流程示意图如下所示。要求：1、试作该过程的自由度分析（15 分） 。2、求解吸收塔吸收液流出流股（8 号流股）的组成（10 分） 。仅做流程 MB 计算时的自由度分析表反应器 吸收塔 混合器 提取塔 分流器 过程 整体OB流股变量总数 9 13 9 8 5 25 10单元变量数 2 0 0 0 0 2 2MB 方程数 6 6 3 3 1 19 6已知流股变量数 1 1 2 2 0 4 2已知单元变量数 2 0 0 0 0 2 0已知附加式数 0 0 0 0 1 1 0原自由度 +2 +6 +4 +3 +3 +1 +4计算基准 1 1 1最终自由度 +1 +6 +3 +3 +3
12、 0 +4解：1、自由度分析结果见上表，是弹性设计，应该挑选衡算计算基准：设反应器进料流股流量为 100mol/h。完成以上自由度分析表。2、F 3100mol/h ；先求解反器的 MB：3 号流股 C2H4分摩尔流量1000.1010mol/h因其在反应器中单程转化率为 20，单程反应消耗的 C2H410202mol/h因其在反应器中生成 CH3CHO 的单程选择性率为 80，则单程反应生成 CH3CHO消耗的 C2H42801.6mol/h则：4 号流股中 C2H41028mol/h4 号流股中 CH3CHO1.6mol/h4 号流股中 CO2（21.6）20.8mol/h4 号流股中 H
13、2O（21.6）20.8mol/h4 号流股其它组份分流量 N2，O 2分流量无全解。再解吸收塔的 MB：CH3CHO 衡算，0.04F 81.6，解得：F 840mol/hCO2衡算，X 8，CO2 F80.8，解得：X 8，CO2 0.8/400.02因 8 号流股只有 3 种组份，则 X8，H2O 10020.040.94结果，8 号流股组成（CH 3CHO，CO 2，H 2O）（0.04，0.02，0.94） （摩尔分率）天津大学试卷专用纸学院 化工学院 专业 化学工程与工艺 班 年级 2006 级 学号 姓名 共 4 页 第 4 页 A 卷11C2H4O 0.04H2O 1.00C2H4 0.10分流器混合器 反应器吸收塔提取塔C2H4 1.00O2 0.21N2 0.79H2O 1.00C2H4O 0.25CO2H2OC2H4O2N212 13 45678910
