化工设计期末考试试卷A答案

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）：
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
则：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）×2＝0.8mol/h
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＋BC（其反应速度 ），同时伴随着副反应A＋CD（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。
2009～2010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
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
80
-0.2
-16
70
40
0.05
2
30
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℃
0－7.5－11.54.5 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℃→7.5→190℃→4→150℃→－16→70℃→2→30℃
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）
最终自由度
+1
+6
+3
+3
+3
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、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
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：
2、简述化工产品成本由哪些部分构成。
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
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）。（10分）
流股
类型
Ti(℃)
To(℃)
H（MW）
CP（MW／℃）
1
冷
20
180
32.0
0.2
2
冷
140
230
27.0
0.3
3
热
200
80
30.0
0.25
4
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
190
2
冷
140
230
150
240
3
热
200
80
190
70
4
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
∑CPC－
∑CP7.5
190
40
0．1
4
150
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
。。。
2800
1、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
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：
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：
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
C2H4O 0.25
CO2
H2O
O20.21
N20.79
C2H4
O2
N2
H2O 1.00
C2H41.00
提取塔
吸收塔
反应器
混合器
分流器
C2H40.10
H2O 1.00
C2H4O 0.04
10
9
8
7
4
3
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，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：
2
1
11
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
2
MB方程数
6
6
3
3
1
19
6
已知流股变量数
1
1
2