化工过程开发思考题

1 化工过程开发的主要内容是什么？主要方法有哪些？
化工过程开发的主要内容是根据基础理论研究的成果和有关工程资料，按照科学的方法，寻求技术可靠、经济合理的途径来制备该化学品，然后进行扩大试验，评价过程的可行性，设计工业装置，实现工业化。

化工过程开发的主要方法有实验研究和数学模型。

实验研究方法是按比例放大实验工艺过程规模，包括关键环节的实验研究（边界条件和适用范围）和逐级放大研究（经验放大）；数学模型方法对于简单过程可直接使用解析法，对于实际过程可以做出合理的简化，然后进行数学描述，再通过实验求取模型参数，并对模型的适用性进行验证。

2 阐述化工过程开发的主要步骤，指出开发工作的关键所在。

化工过程开发的主要步骤有化学实验，过程研究（包括小试、模试、中试）和工程研究（包括概念设计、技术经济评价、基础设计），工程设计。

化工过程开发的关键所在是工程放大问题。

3 解释名词：化学工艺、化学工程、经验方法、数学模型、小试、模试、中试、过程研究、工程研究、概念设计、基础设计、工程设计。

化学工艺：运用化学方法改变物质组成、结构，合成新物质的生产过程和技术（特定专门技术）；
化学工程：研究化学工业生产过程中的共同规律，解决规模放大、设计和生产操作的科学；
经验方法：在实践中通过人的感觉器官或借助科学仪器获取科学事实和感性认识的方法；
数学模型：运用数理逻辑方法和数学语言建构的科学或工程模型；
小试：完善实验室研究，研究化学反应规律；
模试：对关键步骤和设备进行冷模或热模试验，了解过程的传递规律；
中试：完整的工艺过程放大试验；
过程研究：通过各种试验去认识、掌握化学反应相关过程的规律，获得所需的各种工艺数据和指标，为工业化设计和多级经济评价提供信息和依据；
工程研究：解决工业实施上的相关技术问题，包括概念设计、技术经济评价、基础设计、环境影响评价；
概念设计：初步设计，提供技术经济评价依据；
基础设计：本工业规模的完整设计，提供环境影响评价的依据；
工程设计：根据建设工程的要求，对建设工程所需的技术、经济、资源、环境等条件进行综合分析、论证，编制建设工程设计文件的活动，包括工艺设计、设备设计、公用工程设计、土建设计等。

4 开发课题应该遵循的原则有哪些？
①选题的先进性和科学性；
②符合国家产业政策；
③符合发展生产和市场需要；
④较好的社会效益和经济效益；
⑤合理的原料路线。

5 产品需求预测的基本方法有哪些？
（1）定性分析法：相关分析、类推分析、空缺分析；
（2）定量分析法：简单平均法、平均增长率法、一元线性回归、多元线性回归、非线性回归；
（3）综合分析法。

6 解释名词：收率与选择性，放大系数，放大效应
=生成目标产物的关键组分量
收率
关键组分的初始量
=生成目标产物的关键组分量
选择性
已反应的关键组分量
=放大后的规模
放大系数
放大前的规模
放大效应：因过程规模变大所引起的指标不能重复的现象。

7 逐级经验放大法和数学模型放大法、部分解析法的各自特点是什么？
逐级经验放大法：
①着眼于外部联系，不研究内在规律；
②着眼于综合研究，不进行过程分解；
③着眼于试验结果，人为规定决策程序；
④可靠程度较高，但周期长、成本高。

数学模型法：
①分解过程，考察过程的内在规律；
②简化过程，寻找建立等效模型的途径；
③充分利用了反应工程理论和传递过程理论；
④科学试验的目的是为了建立和检验数学模型。

部分解析法：
①分解过程和综合分析相结合；
②开发放大的依据主要来源于试验考察；
③反应器放大比较可靠。

8 化学反应器的主要类型？可依据哪些原则选用？
反应器的主要类型：
（1）按反应物系的相态分类：非均相和均相反应器；
（2）按换热方式分类：等温反应器、绝热反应器、非等温非绝热反应器；
（3）按反应器结构分类：管式反应器、釜式反应器、床式反应器、塔式反应器。

反应器选型原则：
（1）工业生产对反应器的要求：生产强度、反应选择性、反应温度控制、操作弹性、节能降耗；
（2）反应器的选型判据：反应类型、催化剂失活速度、反应器混合要求、热量传递和温度控制要求、反应过程的控制步骤。

9 反应器主要工艺条件选择时应考虑哪些问题？
温度：反应平衡的温度效应与标准反应热；反应速率的温度效应与反应活化能；温度的限制条件：催化剂、反应器材质、反应压力等。

压力：对反应平衡的影响；对反应速率的影响；对后续分离系统的影响。

浓度：对反应物转化率的影响；对产物分离的影响；对反应选择性的影响；对分离循环费用的影响。

10 简述中间试验的目的和作用？应该注意哪些问题？
目的：
（1）检验和修正小试模型，考察实验室结果的工业可行性；
（2）考察工业因素对过程和设备的影响，发现工业生产中可能出现的问题；
（3）消除小试和设计中的某些不确定因素，为工业设计提供可靠数据。

作用：
（1）考察过程放大中的问题，特别是“放大效应”问题；
（2）验证原料预处理方案，考察杂质累积对过程的影响；
（3）验证反应产物后处理方案的可行性，分离技术和设备型式的适用性；
（4）考察反应器型式与设备材质的适用性：安装、膨胀、腐蚀；
（5）考察过程长时间运行的可能性、安全性：生产控制、三废处理和排放等；
（6）检验是否存在被忽略的重要因素：实验室无法研究或验证的课题或因素；
（7）生产和提供用于质量评价和市场试销的产品：听取产品意见、早期市场开发；
（8）提供工业化过程的开工和操作经验。

问题：
（1）中试的指导思想；
（2）中试装置的规模；
（3）中试装置的完整性；
（4）运行周期；
（5）测试深度：测试数据的范围、测试项目的多少；
（6）中试装置的运行可靠性和安全性。

11 形态分析与功能分析的不同点
形态分析是对所有可供选择的方案进行精确的分析与评价，以得出最佳方案。

基于形态分析的分支界限法可以保证不会漏掉最优方案，但计算工作量极大；
功能分析是指把一个过程分解成若干基本部分并研究其基本属性和功能，然后分别考虑实现这些基本功能可供选择的方法，并寻找这些比较方案新的可能组合。

基于功能分析的综合调优法的特点为每一个新方案都是在前一个方案的基础上进行修改得到的。

也就是说，每—次改进，只在现有方案周围的某个空间范围内搜索，使系统不断得到完善。

它综合了探试法和分枝界限法的优点，为多数情况下所采用。

12 讨论非均相物系的分离方法、适用范围和常用设备
13 简述概念设计、中试设计和基础设计的目的及作用
概念设计：
目的：①评判前期成果，提出工程研究和设计的内容与要求；
②为经济评价提供素材和依据，展示经济前景。

作用：在小试或中试成果的基础上提出工程设计的思想及观念，形成设计的整体框架和思路；过程合成、分析与优化；进行过程模拟，给出优选的工艺条件、单耗指标，各设备的物料、温度、压力参数；评价小试、中试研究成果；给出设计对象的物料流程图，确定主要设备的形式与尺寸，为经济评价提供依据；提出经济评价报告。

中试设计：
目的：满足中间试验的要求，并为工业化设计打下基础。

作用：中间设计及中试试验是过程开发中过程研究的一个重要环节，是工程开发与研究的基础。

向工程研究提供信息。

基础设计：
目的：为项目的实施提供一套完整的基础数据和实施依据。

作用：过程开发的成果形式，也是实施工业化施工设计的基础；对装置、生产工艺流程、水电气的技术规格等进行说明；进行物料、热量衡算；提出对工程设计的要求；提供有关技术资料和物性数据。