《化工生產(chǎn)節(jié)能技術(shù)》試題及參考答案A一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種換熱器的傳熱效率相對較高（）A.套管式換熱器B.列管式換熱器C.板式換熱器D.蛇管式換熱器2.熱泵的工作原理是（）A.把熱量從高溫?zé)嵩磦鬟f到低溫?zé)嵩碆.把熱量從低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩碈.利用電能直接產(chǎn)生熱量D.利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量3.對于精餾塔的節(jié)能操作，以下說法正確的是（）A.增加回流比可以提高分離效率，但能耗會(huì)降低B.減少回流比可以降低能耗，但分離效率會(huì)提高C.適當(dāng)降低回流比，在保證分離效果的前提下可以節(jié)能D.回流比與精餾塔的能耗無關(guān)4.以下屬于過程能量綜合優(yōu)化方法的是（）A.夾點(diǎn)技術(shù)B.模糊控制技術(shù)C.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)D.遺傳算法5.化工生產(chǎn)中，采用高效催化劑可以（）A.提高反應(yīng)的選擇性，但不能降低能耗B.降低反應(yīng)的活化能，從而降低能耗C.增加反應(yīng)的熱效應(yīng)，提高能耗D.對反應(yīng)的能耗沒有影響6.蒸汽動(dòng)力循環(huán)中，提高蒸汽初參數(shù)（壓力和溫度）可以（）A.降低循環(huán)熱效率B.提高循環(huán)熱效率C.對循環(huán)熱效率沒有影響D.使循環(huán)熱效率先升高后降低7.以下哪種節(jié)能技術(shù)不屬于余熱回收利用技術(shù)（）A.熱管換熱器回收余熱B.利用廢熱產(chǎn)生蒸汽C.采用高效電機(jī)D.預(yù)熱原料8.對于吸收過程的節(jié)能，以下措施中不恰當(dāng)?shù)氖牵ǎ〢.選擇合適的吸收劑B.提高吸收劑的用量C.優(yōu)化吸收塔的操作條件D.回收吸收過程中的熱量9.化工生產(chǎn)中，采用膜分離技術(shù)進(jìn)行分離操作的優(yōu)點(diǎn)不包括（）A.能耗低B.設(shè)備簡單C.分離效率高D.適用范圍窄10.在化工生產(chǎn)中，采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)泵和風(fēng)機(jī)的流量，可以（）A.增加能耗B.降低能耗C.對能耗沒有影響D.使能耗不穩(wěn)定二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）1.化工生產(chǎn)節(jié)能的途徑主要有（）A.改進(jìn)工藝路線B.采用節(jié)能設(shè)備C.加強(qiáng)能量綜合利用D.提高管理水平2.以下屬于余熱回收利用的方式有（）A.預(yù)熱原料B.發(fā)電C.制冷D.加熱水用于生活3.精餾塔的節(jié)能措施包括（）A.優(yōu)化塔的結(jié)構(gòu)B.采用熱泵精餾C.多效精餾D.降低進(jìn)料溫度4.化工生產(chǎn)中常用的節(jié)能設(shè)備有（）A.高效換熱器B.節(jié)能泵C.節(jié)能電機(jī)D.新型反應(yīng)釜5.以下關(guān)于夾點(diǎn)技術(shù)的說法正確的有（）A.夾點(diǎn)是冷熱物流間傳熱溫差最小的位置B.夾點(diǎn)技術(shù)可以確定最小加熱公用工程和最小冷卻公用工程用量C.夾點(diǎn)之上不應(yīng)設(shè)置冷卻公用工程D.夾點(diǎn)之下不應(yīng)設(shè)置加熱公用工程三、判斷題（每題2分，共10分）1.化工生產(chǎn)中，只要提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，就一定能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。（）2.熱泵的性能系數(shù)（COP）總是大于1。（）3.采用多效蒸發(fā)可以降低蒸發(fā)過程的能耗，效數(shù)越多，節(jié)能效果越好。（）4.化學(xué)反應(yīng)過程中，反應(yīng)熱的大小與節(jié)能無關(guān)。（）5.模糊控制技術(shù)可以用于化工生產(chǎn)過程的節(jié)能控制。（）四、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述化工生產(chǎn)中余熱回收利用的意義和主要方式。2.說明熱泵精餾的工作原理和優(yōu)點(diǎn)。3.分析夾點(diǎn)技術(shù)在化工生產(chǎn)節(jié)能中的應(yīng)用。五、計(jì)算題（每題12.5分，共25分）1.某化工生產(chǎn)過程中，需要將流量為1000kg/h、溫度為20℃的原料液加熱到80℃，采用飽和蒸汽作為加熱介質(zhì)，蒸汽溫度為120℃。已知原料液的比熱容為2.5kJ/(kg·℃)，試計(jì)算加熱該原料液所需的蒸汽量（假設(shè)蒸汽冷凝水的溫度為120℃，蒸汽的汽化潛熱為2200kJ/kg）。2.某精餾塔的進(jìn)料流量為500kmol/h，進(jìn)料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）為0.4，塔頂產(chǎn)品組成（摩爾分?jǐn)?shù)）為0.9，塔底產(chǎn)品組成（摩爾分?jǐn)?shù)）為0.1。已知該精餾塔的操作回流比為2，試計(jì)算塔頂產(chǎn)品流量、塔底產(chǎn)品流量和精餾段內(nèi)的上升蒸汽流量?；どa(chǎn)節(jié)能技術(shù)試題A參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.C2.B3.C4.A5.B6.B7.C8.B9.D10.B二、多項(xiàng)選擇題1.ABCD2.ABCD3.ABC4.ABCD5.ABCD三、判斷題1.×2.√3.×4.×5.√四、簡答題1.化工生產(chǎn)中余熱回收利用的意義和主要方式-意義：-降低能源消耗：化工生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的余熱，如果直接排放到環(huán)境中，不僅造成能源的浪費(fèi)，還會(huì)對環(huán)境造成熱污染。通過余熱回收利用，可以將這些余熱重新利用，減少對一次能源的需求，從而降低整個(gè)生產(chǎn)過程的能源消耗。-減少生產(chǎn)成本：能源成本在化工生產(chǎn)中占很大比例，回收利用余熱可以降低能源采購成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。-減輕環(huán)境壓力：減少能源消耗意味著減少化石燃料的燃燒，從而降低溫室氣體和污染物的排放，有利于環(huán)境保護(hù)。-主要方式：-預(yù)熱原料：利用余熱將原料加熱到合適的溫度，減少后續(xù)加熱過程的能量消耗。例如，在一些化學(xué)反應(yīng)中，可以用反應(yīng)后的高溫產(chǎn)物余熱來預(yù)熱反應(yīng)物。-發(fā)電：將高溫余熱通過余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。這種方式可以將熱能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)能量的高效利用。-制冷：利用余熱驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)，為生產(chǎn)過程或車間提供冷量，滿足工藝?yán)鋮s或空調(diào)需求。-加熱水用于生活或其他工藝過程：將余熱用于加熱生活用水或其他工藝用水，如加熱洗滌水、供暖水等。2.熱泵精餾的工作原理和優(yōu)點(diǎn)-工作原理：熱泵精餾是將精餾塔塔頂?shù)牡蜏卣羝ㄟ^壓縮機(jī)壓縮，提高其壓力和溫度，使其成為高溫?zé)嵩?，然后將其冷凝放出的熱量用于加熱塔底再沸器中的液體，使其汽化。同時(shí)，塔頂蒸汽冷凝后得到塔頂產(chǎn)品。這樣，通過熱泵的作用，實(shí)現(xiàn)了熱量從低溫?zé)嵩矗ㄋ斦羝┫蚋邷責(zé)嵩矗ㄋ自俜衅鳎┑膫鬟f，減少了外界加熱和冷卻公用工程的消耗。-優(yōu)點(diǎn)：-節(jié)能顯著：熱泵精餾利用壓縮機(jī)做功將低溫?zé)嵩吹臒崃刻嵘礁邷?，比傳統(tǒng)精餾直接使用加熱和冷卻公用工程節(jié)省大量能源。一般來說，熱泵精餾可以降低能耗30%-50%。-減少設(shè)備投資：由于減少了加熱和冷卻設(shè)備的負(fù)荷，相應(yīng)的加熱爐、冷卻器等設(shè)備的尺寸可以減小，從而降低設(shè)備投資成本。-提高產(chǎn)品質(zhì)量：熱泵精餾可以更精確地控制精餾塔的溫度和壓力，有利于提高產(chǎn)品的純度和質(zhì)量。-適應(yīng)性強(qiáng)：適用于各種精餾體系，特別是對于沸點(diǎn)差較小、分離難度較大的物系，熱泵精餾的節(jié)能效果更為明顯。3.夾點(diǎn)技術(shù)在化工生產(chǎn)節(jié)能中的應(yīng)用-確定最小加熱和冷卻公用工程用量：夾點(diǎn)技術(shù)通過對化工過程中冷熱物流的熱量分析，找到冷熱物流間傳熱溫差最小的位置，即夾點(diǎn)。根據(jù)夾點(diǎn)的位置和特性，可以確定整個(gè)系統(tǒng)所需的最小加熱公用工程和最小冷卻公用工程用量。這有助于優(yōu)化公用工程的配置，減少能源浪費(fèi)。-設(shè)計(jì)最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡(luò)：以夾點(diǎn)為界，將系統(tǒng)分為夾點(diǎn)之上和夾點(diǎn)之下兩部分。夾點(diǎn)之上不應(yīng)設(shè)置冷卻公用工程，夾點(diǎn)之下不應(yīng)設(shè)置加熱公用工程。通過合理匹配冷熱物流，使熱量在系統(tǒng)內(nèi)盡可能多地進(jìn)行內(nèi)部交換，從而減少對外界公用工程的依賴。這樣可以設(shè)計(jì)出高效的換熱網(wǎng)絡(luò)，提高能量利用效率。-過程改進(jìn)和節(jié)能改造：對于現(xiàn)有化工生產(chǎn)過程，夾點(diǎn)技術(shù)可以用于分析其能量利用狀況，找出能量損失較大的環(huán)節(jié)和不合理的換熱匹配。通過對這些環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，如調(diào)整物流的流量、溫度和壓力等參數(shù)，或者增加、拆除或改造換熱設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)過程的節(jié)能改造，提高整個(gè)生產(chǎn)過程的能源效率。-指導(dǎo)新裝置的設(shè)計(jì)：在新化工裝置的設(shè)計(jì)階段，夾點(diǎn)技術(shù)可以作為一種系統(tǒng)的方法，從整體上規(guī)劃能量的利用和換熱網(wǎng)絡(luò)的布局。在滿足工藝要求的前提下，使裝置的能耗達(dá)到最低，提高裝置的經(jīng)濟(jì)性和競爭力。五、計(jì)算題1.計(jì)算加熱該原料液所需的蒸汽量-首先，根據(jù)熱量計(jì)算公式\(Q=mc_p\DeltaT\)計(jì)算原料液所需的熱量\(Q\)。已知原料液流量\(m=1000kg/h\)，比熱容\(c_p=2.5kJ/(kg·℃)\)，溫度變化\(\DeltaT=80-20=60℃\)。則\(Q=mc_p\DeltaT=1000\times2.5\times60=150000kJ/h\)。-設(shè)所需蒸汽量為\(m_s\)，蒸汽的汽化潛熱\(r=2200kJ/kg\)。由于蒸汽冷凝放出的熱量等于原料液吸收的熱量，即\(Q=m_sr\)。所以\(m_s=\frac{Q}{r}=\frac{150000}{2200}\approx68.18kg/h\)。2.計(jì)算塔頂產(chǎn)品流量、塔底產(chǎn)品流量和精餾段內(nèi)的上升蒸汽流量-根據(jù)物料衡算，總物料衡算方程為\(F=D+W\)，其中\(zhòng)(F\)為進(jìn)料流量，\(D\)為塔頂產(chǎn)品流量，\(W\)為塔底產(chǎn)品流量。-組分物料衡算方程為\(Fz_F=Dx_D+Wx_W\)，已知\(F=500kmol/h\)，\(z_F=0.4\)，\(x_D=0.9\)，\(x_W=0.1\)。將總物料衡算方程\(W=F-D\)代入組分物料衡算方程可得：\(Fz_F=Dx_D+(F-D)x_W\)\(500\times0.4=D\times0.9+(500-D)\times0.1\)\(200=0.9D+50-0.1D\)\(200-50=0.8D\)\(150=0.8D\)解得\(D=\frac{150}{0.8}=187.5kmol/h\)。-由總物料衡算\(W=F-D\)，可得\(W=500-187.5=312.5kmol/h\)