化工設(shè)計(jì)考試題目與答案(密卷工大版)一、選擇題（每題2分，共30分）1.在化工工藝流程設(shè)計(jì)中，下列哪種流程圖能夠最詳細(xì)地表示設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管道的連接關(guān)系（）A.工藝流程圖B.帶控制點(diǎn)的工藝流程圖C.設(shè)備布置圖D.管道儀表流程圖答案：D。管道儀表流程圖是化工設(shè)計(jì)中非常重要的一種圖紙，它不僅表示了工藝過程中各種設(shè)備的連接關(guān)系，還詳細(xì)標(biāo)注了管道、儀表、控制閥門等的具體位置和規(guī)格，能最詳細(xì)地反映設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管道連接關(guān)系。工藝流程圖主要側(cè)重于工藝流程的示意；帶控制點(diǎn)的工藝流程圖強(qiáng)調(diào)了控制部分；設(shè)備布置圖主要展示設(shè)備的空間位置。2.對于精餾塔的設(shè)計(jì)，下列哪種說法是正確的（）A.回流比越大，塔板數(shù)越多B.進(jìn)料熱狀況對塔板數(shù)沒有影響C.塔頂產(chǎn)品純度要求越高，塔板數(shù)越多D.塔釜產(chǎn)品純度要求對塔板數(shù)無影響答案：C?；亓鞅仍酱?，理論塔板數(shù)越少，A錯(cuò)誤；進(jìn)料熱狀況會影響精餾段和提餾段的氣液負(fù)荷，從而影響塔板數(shù)，B錯(cuò)誤；塔頂產(chǎn)品純度要求越高，需要更多的塔板數(shù)來實(shí)現(xiàn)分離，C正確；塔釜產(chǎn)品純度要求越高，同樣需要更多的塔板數(shù)來保證分離效果，D錯(cuò)誤。3.以下哪種反應(yīng)器適用于快速反應(yīng)且要求反應(yīng)過程中溫度均勻的場合（）A.間歇反應(yīng)器B.活塞流反應(yīng)器C.全混流反應(yīng)器D.多級全混流反應(yīng)器答案：C。全混流反應(yīng)器內(nèi)物料充分混合，溫度和濃度均勻，適合快速反應(yīng)且對溫度均勻性要求高的場合。間歇反應(yīng)器適用于小批量、多品種的生產(chǎn)；活塞流反應(yīng)器中物料沿流動(dòng)方向依次通過反應(yīng)器，適用于反應(yīng)速率對濃度敏感的反應(yīng)；多級全混流反應(yīng)器是多個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)，可改善反應(yīng)效果，但相對全混流反應(yīng)器，溫度均勻性略差。4.在換熱器設(shè)計(jì)中，為了提高管程流體的流速，可采取的措施是（）A.增加管程數(shù)B.增加殼程數(shù)C.增大管徑D.減小管長答案：A。增加管程數(shù)可以使流體在管內(nèi)多次折返，從而提高管程流體的流速。增加殼程數(shù)主要影響殼程流體的流動(dòng)情況；增大管徑會使流速降低；減小管長對流速的影響較小，且主要影響流體的流動(dòng)阻力。5.化工設(shè)備的強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要依據(jù)的是（）A.彈性力學(xué)B.塑性力學(xué)C.材料力學(xué)D.流體力學(xué)答案：C?；ぴO(shè)備的強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要基于材料力學(xué)的原理，通過計(jì)算設(shè)備在各種載荷作用下的應(yīng)力和變形，確保設(shè)備的強(qiáng)度滿足要求。彈性力學(xué)主要研究彈性體在外部載荷作用下的應(yīng)力和變形；塑性力學(xué)研究材料在塑性變形階段的力學(xué)行為；流體力學(xué)主要研究流體的流動(dòng)規(guī)律。6.對于易燃易爆的化工物料儲存，應(yīng)選擇的儲存方式是（）A.露天儲存B.室內(nèi)儲存C.地下儲存D.高壓儲存答案：C。地下儲存可以減少外界因素（如明火、雷擊等）對易燃易爆物料的影響，提高儲存的安全性。露天儲存容易受到天氣和外界火源的影響；室內(nèi)儲存如果通風(fēng)不良，易燃易爆氣體積聚易引發(fā)危險(xiǎn)；高壓儲存需要特殊的設(shè)備和防護(hù)措施，且存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。7.在化工管道布置中，為了便于操作和維修，管道與管道之間的凈距不應(yīng)小于（）A.50mmB.100mmC.150mmD.200mm答案：B。為了保證操作人員能夠方便地進(jìn)行操作和維修工作，管道與管道之間的凈距不應(yīng)小于100mm。8.化工工藝流程圖中，儀表符號“TI”表示的是（）A.溫度指示B.溫度記錄C.溫度控制D.溫度報(bào)警答案：A。在化工儀表符號中，“T”表示溫度，“I”表示指示，所以“TI”表示溫度指示?！癟R”表示溫度記錄；“TC”表示溫度控制；“TA”表示溫度報(bào)警。9.對于連續(xù)操作的精餾塔，進(jìn)料狀態(tài)為泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，q值為（）A.0B.0<q<1C.1D.q>1答案：C。q值表示進(jìn)料熱狀況參數(shù)，泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，進(jìn)料全部為飽和液體，q=1。q=0表示過熱蒸汽進(jìn)料；0<q<1表示氣液混合進(jìn)料；q>1表示冷液體進(jìn)料。10.在吸收塔設(shè)計(jì)中，為了提高吸收效率，可采取的措施是（）A.降低吸收劑的流量B.減小吸收塔的高度C.增加吸收劑的濃度D.降低氣相流速答案：C。增加吸收劑的濃度可以增大吸收推動(dòng)力，從而提高吸收效率。降低吸收劑的流量會使吸收效果變差；減小吸收塔的高度會減少氣液接觸時(shí)間，降低吸收效率；降低氣相流速雖然可以增加氣液接觸時(shí)間，但會降低設(shè)備的生產(chǎn)能力，且吸收效率不一定提高。11.化工生產(chǎn)中的“三廢”是指（）A.廢水、廢氣、廢渣B.廢料、廢品、廢氣C.廢水、廢料、廢品D.廢水、廢氣、廢品答案：A?；どa(chǎn)中的“三廢”通常指廢水、廢氣和廢渣，它們的排放會對環(huán)境造成污染，需要進(jìn)行妥善處理。12.在化工裝置的安全設(shè)計(jì)中，安全閥的開啟壓力應(yīng)（）A.高于設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力B.等于設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力C.低于設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力D.與設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力無關(guān)答案：C。安全閥的開啟壓力應(yīng)低于設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力，當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力超過安全閥的開啟壓力時(shí)，安全閥自動(dòng)開啟，排放介質(zhì)，防止設(shè)備因超壓而損壞。13.對于反應(yīng)釜的攪拌器選型，下列哪種攪拌器適用于高黏度液體的攪拌（）A.槳式攪拌器B.渦輪式攪拌器C.推進(jìn)式攪拌器D.錨式攪拌器答案：D。錨式攪拌器的攪拌槳形狀像錨，貼近反應(yīng)釜內(nèi)壁，適用于高黏度液體的攪拌，能使物料在釜內(nèi)形成較好的對流循環(huán)。槳式攪拌器適用于低黏度液體的攪拌；渦輪式攪拌器適用于中黏度液體的攪拌；推進(jìn)式攪拌器適用于低黏度、大流量的攪拌。14.在化工過程模擬中，常用的模擬軟件是（）A.AutoCADB.MATLABC.AspenPlusD.ProE答案：C。AspenPlus是一款專業(yè)的化工過程模擬軟件，可用于化工工藝流程的模擬、優(yōu)化和設(shè)計(jì)。AutoCAD主要用于工程繪圖；MATLAB是一種廣泛應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析的軟件；ProE主要用于機(jī)械產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)。15.化工裝置的節(jié)能設(shè)計(jì)中，采用熱集成技術(shù)的目的是（）A.提高產(chǎn)品質(zhì)量B.降低生產(chǎn)成本C.減少設(shè)備投資D.提高能源利用率答案：D。熱集成技術(shù)通過合理安排化工過程中的熱量傳遞，將一個(gè)過程的余熱用于另一個(gè)需要熱量的過程，從而提高能源的利用率，減少能源的浪費(fèi)。雖然在一定程度上可能會降低生產(chǎn)成本，但主要目的是提高能源利用率。二、填空題（每題2分，共20分）1.化工設(shè)計(jì)的三個(gè)階段通常包括初步設(shè)計(jì)、______和施工設(shè)計(jì)。答案：技術(shù)設(shè)計(jì)?；ぴO(shè)計(jì)一般分為初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)三個(gè)階段。初步設(shè)計(jì)主要確定項(xiàng)目的總體方案和主要技術(shù)參數(shù)；技術(shù)設(shè)計(jì)是在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)計(jì)算和設(shè)備選型；施工設(shè)計(jì)則為施工提供詳細(xì)的圖紙和技術(shù)文件。2.精餾塔的操作線方程表示的是______之間的關(guān)系。答案：相鄰兩層塔板上氣相和液相組成。精餾塔的操作線方程描述了精餾段和提餾段中，相鄰兩層塔板上氣相和液相組成之間的定量關(guān)系，是精餾塔設(shè)計(jì)和操作分析的重要依據(jù)。3.反應(yīng)器的體積主要取決于反應(yīng)速率、______和生產(chǎn)規(guī)模。答案：物料停留時(shí)間。反應(yīng)器的體積需要根據(jù)反應(yīng)速率、物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間以及生產(chǎn)規(guī)模來確定。反應(yīng)速率越快，所需停留時(shí)間越短，反應(yīng)器體積越小；生產(chǎn)規(guī)模越大，所需反應(yīng)器體積越大。4.換熱器的熱負(fù)荷計(jì)算方法有______和焓差法。答案：平均溫差法。換熱器的熱負(fù)荷計(jì)算常用平均溫差法和焓差法。平均溫差法通過計(jì)算冷熱流體的平均溫差和傳熱系數(shù)來確定熱負(fù)荷；焓差法通過計(jì)算冷熱流體的焓變來確定熱負(fù)荷。5.化工設(shè)備的防腐措施主要有涂覆防腐涂層、采用耐腐蝕材料和______。答案：電化學(xué)保護(hù)?；ぴO(shè)備的防腐措施包括涂覆防腐涂層，在設(shè)備表面形成一層保護(hù)膜；采用耐腐蝕材料制造設(shè)備；電化學(xué)保護(hù)則是通過改變金屬的電位，使其處于免蝕狀態(tài)，如陰極保護(hù)和陽極保護(hù)。6.在管道布置中，管道的坡度一般為______，以利于排水和排氣。答案：0.0020.005。管道設(shè)置一定的坡度（0.0020.005）可以使管道內(nèi)的液體順利排出，避免積液，同時(shí)也有利于氣體的排出。7.化工工藝流程圖中，設(shè)備的位號一般由______、設(shè)備順序號和設(shè)備名稱代號組成。答案：工段號?；すに嚵鞒虉D中設(shè)備的位號通常由工段號、設(shè)備順序號和設(shè)備名稱代號組成，用于唯一標(biāo)識每一臺設(shè)備，方便設(shè)計(jì)、施工和操作管理。8.吸收過程的傳質(zhì)阻力主要集中在______和液膜中。答案：氣膜。吸收過程中，傳質(zhì)阻力主要集中在氣膜和液膜中，根據(jù)雙膜理論，物質(zhì)從氣相主體傳遞到液相主體需要克服氣膜和液膜的阻力。9.化工裝置的安全評價(jià)方法主要有安全檢查表法、______和故障樹分析法等。答案：危險(xiǎn)度評價(jià)法?；ぱb置的安全評價(jià)方法有多種，安全檢查表法通過列出檢查項(xiàng)目，對裝置進(jìn)行逐項(xiàng)檢查；危險(xiǎn)度評價(jià)法根據(jù)裝置的物質(zhì)、工藝、設(shè)備等因素評估危險(xiǎn)程度；故障樹分析法通過分析事故的原因和結(jié)果之間的邏輯關(guān)系，找出導(dǎo)致事故發(fā)生的基本事件。10.化工生產(chǎn)中的節(jié)能措施包括采用節(jié)能設(shè)備、優(yōu)化工藝流程和______等。答案：回收余熱?；どa(chǎn)中的節(jié)能措施除了采用節(jié)能設(shè)備和優(yōu)化工藝流程外，回收余熱是一種重要的節(jié)能手段，通過將生產(chǎn)過程中的余熱回收利用，減少能源的浪費(fèi)。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述化工工藝流程設(shè)計(jì)的主要步驟。答：化工工藝流程設(shè)計(jì)主要包括以下步驟：（1）確定生產(chǎn)方法：根據(jù)原料、產(chǎn)品要求、技術(shù)水平等因素，選擇合適的生產(chǎn)方法。要考慮生產(chǎn)方法的先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等。（2）工藝流程草圖繪制：在確定生產(chǎn)方法后，繪制工藝流程草圖，該草圖主要表示出物料的流向、主要設(shè)備的名稱和大致連接關(guān)系，不涉及詳細(xì)的設(shè)備結(jié)構(gòu)和管道布置。（3）物料衡算：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式和生產(chǎn)規(guī)模，對整個(gè)工藝流程進(jìn)行物料衡算，確定各股物料的流量、組成等參數(shù)，為設(shè)備選型和熱量衡算提供基礎(chǔ)。（4）熱量衡算：在物料衡算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行熱量衡算，計(jì)算各設(shè)備的熱負(fù)荷，確定加熱和冷卻介質(zhì)的用量，為換熱器等設(shè)備的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。（5）設(shè)備選型和計(jì)算：根據(jù)物料衡算和熱量衡算的結(jié)果，選擇合適的設(shè)備類型，并進(jìn)行設(shè)備的工藝計(jì)算，確定設(shè)備的尺寸、型號等參數(shù)。（6）繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖：詳細(xì)標(biāo)注設(shè)備、管道、閥門、儀表等的位置和規(guī)格，以及控制方案，為施工設(shè)計(jì)和操作提供指導(dǎo)。（7）管道布置設(shè)計(jì)：根據(jù)工藝流程和設(shè)備布置的要求，進(jìn)行管道的布置設(shè)計(jì)，確定管道的走向、管徑、壁厚等參數(shù)，保證物料的順利輸送和操作的方便。（8）編寫設(shè)計(jì)說明書：對整個(gè)工藝流程設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)和說明，包括設(shè)計(jì)依據(jù)、工藝流程、設(shè)備選型、管道布置等內(nèi)容。2.說明精餾塔操作中回流比的大小對精餾過程的影響。答：回流比是精餾塔操作中的一個(gè)重要參數(shù)，它對精餾過程有以下影響：（1）對塔板數(shù)的影響：回流比越大，精餾段和提餾段的操作線越靠近平衡線，所需的理論塔板數(shù)越少。但回流比過大，雖然塔板數(shù)減少，但設(shè)備投資會增加，因?yàn)樾枰蟮乃胶透嗟乃?。?）對能耗的影響：回流比增大，塔頂冷凝器的冷卻負(fù)荷和塔釜再沸器的加熱負(fù)荷都會增加，導(dǎo)致能耗增大。這是因?yàn)榛亓鞅仍龃笠馕吨嗟囊后w回流到塔內(nèi)，需要更多的熱量來加熱和冷卻。（3）對產(chǎn)品純度的影響：在一定范圍內(nèi)，增大回流比可以提高塔頂和塔釜產(chǎn)品的純度。因?yàn)榛亓鞅仍龃螅?nèi)氣液接觸更加充分，分離效果更好。但當(dāng)回流比增大到一定程度后，產(chǎn)品純度的提高幅度會減小，繼續(xù)增大回流比意義不大。（4）對操作穩(wěn)定性的影響：回流比過小，塔內(nèi)氣液接觸不充分，分離效果變差，可能導(dǎo)致產(chǎn)品純度下降，甚至出現(xiàn)液泛等不正常操作現(xiàn)象。而回流比過大，會使塔內(nèi)的氣液負(fù)荷增大，增加操作的難度和不穩(wěn)定性。3.分析換熱器中污垢對傳熱過程的影響及預(yù)防措施。答：污垢對換熱器傳熱過程的影響及預(yù)防措施如下：影響：（1）降低傳熱效率：污垢的導(dǎo)熱系數(shù)一般比金屬材料低很多，污垢在換熱器壁面上形成一層熱阻層，增加了傳熱熱阻，導(dǎo)致傳熱系數(shù)下降，從而降低了換熱器的傳熱效率。（2）增加流動(dòng)阻力：污垢的存在會使管道的流通截面積減小，流體的流動(dòng)阻力增大，需要消耗更多的泵功率來維持流體的流動(dòng)。（3）縮短設(shè)備使用壽命：污垢中的某些物質(zhì)可能會對換熱器的材質(zhì)產(chǎn)生腐蝕作用，加速設(shè)備的損壞，縮短設(shè)備的使用壽命。預(yù)防措施：（1）水質(zhì)處理：對進(jìn)入換熱器的流體進(jìn)行水質(zhì)處理，去除水中的雜質(zhì)、懸浮物、硬度等，減少污垢的形成。例如采用過濾、軟化、除鹽等方法。（2）化學(xué)清洗：定期使用化學(xué)清洗劑對換熱器進(jìn)行清洗，溶解和去除污垢。但要注意選擇合適的清洗劑，避免對設(shè)備造成腐蝕。（3）機(jī)械清洗：采用機(jī)械方法，如刷子、高壓水槍等，對換熱器的管道進(jìn)行清洗，去除污垢。（4）設(shè)計(jì)優(yōu)化：在換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的流速和管徑，避免流體流速過低導(dǎo)致污垢沉積；采用易于清洗的結(jié)構(gòu)形式，如可拆卸的管束等。四、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.某連續(xù)精餾塔分離苯甲苯混合液，進(jìn)料量為100kmol/h，進(jìn)料中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.4，要求塔頂產(chǎn)品中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.9，塔釜產(chǎn)品中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.1。進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料，回流比為2。試求：（1）塔頂和塔釜產(chǎn)品的流量；（2）精餾段和提餾段的操作線方程。解：（1）根據(jù)物料衡算：總物料衡算：$F=D+W$苯的物料衡算：$Fx_F=Dx_D+Wx_W$已知$F=100kmol/h$，$x_F=0.4$，$x_D=0.9$，$x_W=0.1$將總物料衡算$W=FD$代入苯的物料衡算方程得：$100\times0.4=D\times0.9+(100D)\times0.1$$40=0.9D+100.1D$$0.8D=30$$D=\frac{30}{0.8}=37.5kmol/h$$W=FD=10037.5=62.5kmol/h$（2）精餾段操作線方程：精餾段操作線方程的通式為$y_{n+1}=\frac{R}{R+1}x_n+\frac{x_D}{R+1}$已知$R=2$，$x_D=0.9$則$y_{n+1}=\frac{2}{2+1}x_n+\frac{0.9}{2+1}=\frac{2}{3}x_n+0.3$提餾段操作線方程：因?yàn)檫M(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料，$q=1$$L'=L+qF=RD+F=2\times37.5+100=175kmol/h$$V'=V=(R+1)D=(2+1)\times37.5=112.5kmol/h$提餾段操作線方程的通式為$y_m=\frac{L'}{V'}x_{m1}\frac{W}{V'}x_W$$y_m=\frac{175}{112.5}x_{m1}\frac{62.5}{1