化工设计期末考试试卷[A]答案Word格式文档下载.doc

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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Þ

项目建议书审批通过后，进行项目可行性研究Þ

审查可行性研究，决策通过后，下达设计任务书Þ

设计阶段（包括基础设计、扩初设计、施工图设计）Þ

施工建设期Þ

工程试投产运行Þ

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、简述化工项目试生产的步骤。

清理工程现场Þ

清洗设备及管道Þ

设备单体以水代料试车Þ

流程以水代料联动试车Þ

投入真实物料试生产

AD

B、C

E

A、D、E

A、D

产品C

B

精馏塔

分流器

混合器

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A＋B®

C（其反应速度），同时伴随着副反应A＋C«

D（可逆反应，其正反应速度）。

已知采购来的原料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，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。

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，DTmin要求为20℃。

根据热交换网络窄点（Pinch）原理，请用问题列表算法（Theproblemtablealgorithm）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（QCmin）和外界最小输入热量（QHmin）。

流股

类型

Ti（℃）

To（℃）

DH（MW）

CP（MW／℃）

1

冷

20

180

32.0

0.2

2

140

230

27.0

0.3

3

热

200

80

30.0

0.25

4

250

40

31.5

0.15

步骤1：

根据DTmin，划分温度区间（列出此步得4分）

TS＊（℃）

TT＊（℃）

30

190

150

240

70

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

∑CPC－

∑CPH

⊿H（MW）

50

0．15

7.5

0．1

-0.2

-16

0.05

步骤3：

构造假想最节能热阶流图（列出此步得4分）

240℃→7.5→190℃→4→150℃→－16→70℃→2→30℃

0－7.5－11.54.52.5

步骤4：

构造可行的最节能热阶流图（列出此步得4分）

240℃→7.5→190℃→4→150℃→－16→70℃→2→30℃

11.54.001614

步骤5：

（给出最终结果得4分）从步骤4得到窄点温度、QCmin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）

。

。

12

总投资

3800

总销售收入

3700

总销售成本

2800

1、令年折现率为8％，试计算该项目的净现值（NPV）；

2、试计算该项目能承担的最大银行贷款年利率。

（5分）

1、以项目开始建设为基准时刻，则该项目全寿命期内NPV为：

项目建成后每年受益为：

3700－2800＝900万元

NPV＝900/1.08＋900/1.082＋900/1.083＋。

＋900/1.0811－3800

解得：

该项目在年折现率为8％时，其净现值NPV＝2625.1万元

（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）＝0

900/（1＋x）＋900/（1＋x）2＋900/（1＋x）3＋。

＋900/（1＋x）11－3800＝0

试差解得：

x＝0.2065

（列出计算式得3分，解出此步结果得2分）

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＋O22CH3CHO（主反应）

C2H4＋3O22CO2＋2H2O（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）。

6

5

C2H4O0.25

CO2

H2O

O20.21

N20.79

C2H4

O2

N2

H2O1.00

C2H41.00

提取塔

吸收塔

反应器

混合器

C2H40.10

C2H4O0.04

10

9

8

7

11

仅做流程MB计算时的自由度分析表

反应器

过程

整体

OB

流股变量总数

13

25

单元变量数

MB方程数

19

已知流股变量数

已知单元变量数

已知附加式数

原自由度

+2

+6

+4

+3

+1

计算基准

－1

最终自由度

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、F3＝100mol/h；

先求解反器的MB：

3号流股C2H4分摩尔流量＝100×

0.10＝10mol/h

因其在反应器中单程转化率为20％，单程反应消耗的C2H4＝10×

20％＝2mol/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C2H4＝2×

80％＝1.6mol/h

4号流股中C2H4＝10－2＝8mol/h

4号流股中CH3CHO＝1.6mol/h

4号流股中CO2＝（2－1.6）×

2＝0.8mol/h

4号流股中H2O＝（2－1.6）×

4号流股其它组份分流量N2，O2分流量无全解。

再解吸收塔的MB：

CH3CHO衡算，0.04F8＝1.6，解得：

F8＝40mol/h

CO2衡算，X8，CO2×

F8＝0.8，解得：

X8，CO2＝0.8/40＝0.02

因8号流股只有3种组份，则X8，H2O＝1－002－0.04＝0.94

结果，8号流股组成（CH3CHO，CO2，H2O）＝（0.04，0.02，0.94）（摩尔分率）