注册化工工程师+化工工艺设计+习题及答案讲述

7 化工工艺设计

7.1 复习要点

7.1.1 工艺设计的内容、深度、范围、设计的原则和方法

（1）化工工艺设计专业的职责及重要性； （2）工艺设计文件的范围、内容及深度；

（3）工艺流程制定的原则，工艺流程图在设计中的重要性和主要设计内容。

7.1.2 工艺方案优化设计

包含了工艺流程方案的优化和选择合适型式的设备。

（1）提出了供全过程开发和设计的工艺流程方案优化的“洋葱头模型”。它充分强调了反应系统、分离系统、换热网络和公用工程系统之间的互相关系和有序、分层性质；

（2）反应流程、精馏流程、蒸发系统的优化目的和方法；

（3）反应器、气液传质设备（板式塔和填料塔）、传热设备、储罐、化工用泵、气体输送机械、蒸发器、干燥器等设备的选择及其要求。

7.1.3 设备设计压力、设计温度确定的原则

（1）设备设计压力的确定不仅要考虑该设备的工作压力，还要考虑该系统的工作压力，以此确定其最高工作压力；

（2）设备设计温度的确定不仅依据工艺传热计算或同类装置相同设备的操作条件，同时还要考虑容器内部介质在工作过程中可能出现的最高温度。

7.1.4 工艺控制方案的基本原则和典型化工单元的控制方案

（1）工艺控制方案的基本原则是能满足生产控制要求，保证装置运行平稳，生产安全，控制方案简单适用；

（2）反应器、精馏塔、传热设备、流体输送设备等典型化工单元的简单控制方案和复杂控制方案。

7.1.5 节能措施

改变反应工艺条件，降低工艺能耗；选取适宜的设备，优化操作条件，降低分离过程的能耗；选用高效设备和材料；废热回收。

7.1.6 工艺设计相关的消防、劳动安全卫生、环境保护的基本知识和应用

（1）消防方面重点是熟悉《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》及相应的其它规范，了解火灾爆炸危险因素及预防措施、火灾危险的分类、厂房的耐火等级、层数和占地面积、防火间距、危险区域的划分等。

（2）劳动安全卫生方面，要熟悉有关规范标准和工艺生产过程的常见危险因素及职业危害因素、劳动安全卫生措施及设计原则。

（3）环境保护方面，要熟悉有关规范标准和三废治理的基本设计原则、三废治理及废物综合利用。

7.2 习题

7-1 请列出下列哪些项目是属于化工工艺设计的内容？（多选题） （1）工艺流程图（PFD）； （2）管道及仪表流程图（PID）； （3）管道流体力学计算； （4）物料和热量衡算。

答案：（1）（4）是化工工艺专业工作范围, 而（2）（3）是工艺系统专业工作范围。

7-2 以下哪些不是化工工艺专业在工程设计阶段的设计依据？ （1）经批准的可行性研究报告； （2）工艺设计中设计基础数据； （3）本单位的规章制度； （4）工艺设计所使用的设计基础资料。

答案：（3）不属于化工工艺专业工作范围。

7-3 以下哪些是化工工艺专业在设计前期阶段应参与的工作？（多选题） （1）参加项目建议书、可行性研究报告的编制工作，承担有关工艺专业的研究，并编写相应文件；

（2）参加项目报价书、投标书技术文件的编写；

（3）参加引进技术项目的询价书编写，对投标书的评标，合同附件的谈判； （4）大中型联合装置需要进行总体规划设计时，当好业主的参谋，编制工程建设进度。

答案：（1）（2）（3），而答案（4）不属于工艺专业的工作范围。 7-4 以下不属于工艺专业工作范围的是（ ）。

（1）确定工艺方案，进行工艺计算，提出主流程工艺流程图（PFD）； （2）提出必需的辅助系统和公用系统方案，并进行初步的计算；提出初步

的公用工程流程图（UFD）；

（3）提出污染物排放及治理措施；

（4）负责装置内装置正常安全运行的安全系统设计。

答案：（4）应是化工工艺系统专业的工作范围。

7-5 在基础设计阶段，工艺专业向有关专业提出相关设计条件，以下不属于此范围的是（ ）。

（1）向电气专业提出爆炸危险区域划分条件表； （2）向布置专业提供建议的工艺设备布置图；

（3）向自控专业提出工艺控制要求和控制阀及流量计数据表；

（4）向工艺系统专业提出设备安装高度和泵的净正正吸入压头（NPSH）的最终条件。

答案：（4）应是化工工艺系统专业在基础工程设计阶段的工作范围。

7-6 以下哪些是工艺流程优化的目标？（多选题） （1）应选用当今世界上最先进的工艺技术及设备； （2）不仅要先进，而且要可靠、适用；

（3）要结合我国的国情，投产后要获得最佳的经济效益和社会效益； （4）由于我国是发展中国家，流程优化首先要考虑的是尽可能节约投资，确保生产装置的建成，至于其它问题都是次要的。

答案：（2）（3）是工艺流程优化的目标。

7-7 就史密斯和林霍夫对工艺全过程的开发和设计，提出的“洋葱头”模型的叙述，以下哪些说法是准确的？（多选题）

（1）它十分直观地表示了反应系统的开发和设计是核心； （2）“洋葱头”模型强调了过程开发和设计的有序和分层性质；

（3）它表明了反应系统的开发和设计是关键，因此，工艺流程方案的优化应主要集中在反应系统的优化；

（4）一旦确定了反应系统的设计，即能对分离系统、换热网络和公用工程系统进行设计。

答案：（1）（2）的说法是正确的。(3) 应是反应和分离系统的优化;(4) 应是一旦确定了反应和分离系统的设计, 即能对换热网络和公用工程系统进行设计。

7-8 有一气固相催化反应，选择以下哪种类型的反应器较合适（多选题）？

（1）管式固定床； （2）流化床； （3）空塔； （4）搅拌槽。

答案：应选择（1）（2）

7-9 精馏流程优化拟采用试探法，以下不符合其原则的是（ ）。 （1）优先应用普通精馏； （3）产品数应最少； 出。

答案：（2）, 难以分离的组份应最后分出。

7-10 以下哪个不是气液传质设备选型的基本要求？（ ） （1）生产能力大； （2）操作稳定、弹性大；

（3）结构简单，制造、安装方便，加工制造费用低； （4）及时将热量移走，便于保持塔内温度。

答案：（4）不是气液传质设备选型的基本要求。

7-11 在下列各工况下哪个宜选择浮阀塔？（多选题） （1）水吸收氨气制氨水； （2）吸收三氧化硫制硫酸；

（3）采用二氧化碳溶解度较大的甲醇溶液，在低温下脱除混合气中含有约30%的二氧化碳气体；

（4）液相在吸收气相中某组份时有热量产生，需及时将热量移走。 答案：（3）（4）

提示：其中题中（1）塔内的气相随塔自下而上被水吸收，至塔顶几乎被全部吸收，即随着塔内高度的变化、气量变化很大，浮阀塔塔板很难设计；（2）是腐蚀性介质，以采用填料塔为好。所以（1）（2）不宜采用浮阀塔，而（3）（4）宜采用浮阀塔。

7-12 下列情况哪些应优先考虑板式塔？（多选题） （1）内部需要设置蛇管等换热部件的情况； （2）操作负荷波动较大的分离过程； （3）易结垢的物料； （4）发泡物料的分离。

（2）难以分离的组份最先分出； （4）具有腐蚀性的或危险性的组份优先分