沈陽化工大學期末復習化工過程分析與綜合.doc

化工過程分析與綜合化工優(yōu)創(chuàng)1202班前 言一、考試題目類型：1. 填空2. 選擇3. 問答4. 大題2、 考試重點1. 自由度計算（必有大題）2. 信息流圖、信號流圖、矩陣等轉化（必有大題）3. 最大循環(huán)網絡斷裂（必有大題）4. 信號流圖與方程轉化（必有大題）5. 分離序列6. 夾點技術3、 考試類型：開卷考試（=_=|），紅色的都是重點！第一章 緒論1.1 基本概念（1）化工過程：用適當的原料經過一系列物理單元操作和化學反應的單元過程而轉化為合乎需要的產品的過程。P1（2）過程系統(tǒng)工程：是一門綜合性的邊緣學科，它以處理物料能量資金信息流的過程系統(tǒng)為研究對象，其核心功能是過程系統(tǒng)的組織、計劃、協調、設計、控制和管理；P1（2）化工過程工業(yè)要求：最優(yōu)設計、最優(yōu)規(guī)劃、最優(yōu)決策、最優(yōu)控制、最優(yōu)管理；P1（3）過程系統(tǒng)工程研究內容：過程系統(tǒng)模擬，包括穩(wěn)態(tài)過程系統(tǒng)模擬和動態(tài)過程系統(tǒng)模擬；過程系統(tǒng)綜合；過程系統(tǒng)操作與控制，包括數據篩選與校正、過程操作優(yōu)化、過程安全監(jiān)控及事故診斷、操作模擬培訓系統(tǒng)；間歇過程的設計與操作優(yōu)化；人工智能技術應用。P3（4）系統(tǒng)：為了在給定條件下實現一定目的，由若干互有聯系、彼此影響的事物組成的一個統(tǒng)一整體。（5）參數優(yōu)化：在一已確定的系統(tǒng)流程中，對其中的操作參數（如，T、P、Vs）等進行優(yōu)選，以滿足某些指標（如，費用、能耗、環(huán)境影響等）達到最優(yōu)。（6）結構優(yōu)化：改變過程系統(tǒng)中的設備類型或相互間的聯結，以優(yōu)化過程系統(tǒng)。第二章 單元過程的模擬2.1基本概念（1） 化工單元過程數學模型分類（P6）：一、按對象的時態(tài)本質來看，可以分為穩(wěn)態(tài)模型與動態(tài)模型。 二、按模型建立的方法來看，可以分為機理模型與經驗模型。 三、按過程對象的數學描述方法不同，可以分為集中參數模型和分布參數模型。 四、按對象的屬性不同，可以分為確定性模型和隨機模型。 2.2基本公式（1）自由度計算公式：n輸入流股數Ci第i個輸入流股組分數S分支輸出流股數e與物料無關的能量流和壓力引入的自由度r獨立反應數g幾何自由度，通常=0（2）守恒關系式（P35）一、物料質量平衡質量累積速率=質量流入系統(tǒng)速率-質量流出系統(tǒng)速率二、組分j的物料平衡組分j累積速率=由外界環(huán)境進入該系統(tǒng)的組分j的速率-由系統(tǒng)排出的組分j的速率三、能量平衡系統(tǒng)能量積累速率=外界物流帶入系統(tǒng)能量-系統(tǒng)流出物流帶出能量+環(huán)境通過系統(tǒng)邊界傳遞能量+系統(tǒng)中反應產生能量+通過環(huán)境做功產生的能量（3）幾個重要的自由度（P8）單元操作示意圖獨立方程數自由度混合器m=C+2d=nm=3(C+2)-(C+2)=2(C+2)分割器分割成2股物流，自由度：d=(C+2)+1分割成S股物流，自由度：d=(C+2)+(S-1)閃蒸器m=2C+3d=3(C+2)+1-（2C+3）=C+4換熱器反應器d=C+r+4壓力變化單元 閥門d=2(C+1)-(C+2)=C+3泵、壓縮機d=2(C+2)+2-(C+2)=C+4（4）精餾塔自由度（P11）變量名稱獨立變量數總板數N1進料板位置NF1進料量F1進料組成ziC-1進料溫度TF1進料壓力pF1壓力控制1各板的壓力降pjN各板與環(huán)境傳熱量QjNC+5+2N2.3 重要例題求閃蒸罐獨立變量數：解： 獨立變量數：n=3(C+2)+1獨立方程：物料衡算C個、熱量衡算、溫度平衡、壓力平衡、相平衡C個。故：獨立方程數：m=2C+3自由度：d=n-m=3(C+2)+1-2C+3=C+4方法：獨立變量數=流股（C+2）+能量交換獨立方程式=物料守恒+能量方程+相數+化學反應+內在約束第三章 過程系統(tǒng)模擬3.1 基本概念（1）過程系統(tǒng)模擬的基本任務（P44）化工過程系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模擬與分析，就是對化工工藝流程系統(tǒng)進行穩(wěn)態(tài)模擬與分析。模擬是對過程系統(tǒng)模型的求解。包括：物料和能量衡算、設備尺寸和費用計算、過程的技術經濟評價。通過求解可以解決三類問題：1、過程系統(tǒng)的模擬分析2、過程系統(tǒng)的設計3、過程系統(tǒng)的優(yōu)化（2） 表述流程結構的其他形式:圖形形式，矩陣形式。 （3） 化工過程系統(tǒng)分解的基本步驟（P52）：1、 進行系統(tǒng)的分隔（或分割）；2、 進行子系統(tǒng)（指循環(huán)回路或最大循環(huán)網）的斷裂。（4） 最大循環(huán)網斷裂的基本判斷準則（P62）：1、 斷裂流股數目最少；2、 斷裂流股包含的變量數目最少；3、 對每一流股選定一個權因子，該權因子數值反映了斷裂該流股時迭代計算的難易程度，應當使所有的斷裂流股因子數值總和最??；4、 選擇一組斷裂流股，使直接代入法具有最好的收斂特性。（5） 化工過程系統(tǒng)模擬的基本方法（P74）：序貫模塊法、聯立方程法和聯立模塊法。（6） 化工過程系統(tǒng)模擬的基本步驟（P78）：1：提出問題。2：從有關的資料和基本原理中尋找這一問題的已知規(guī)律，奠定這一過程的理論基礎。3：化工基礎數據的收集和整理。4：建立數學模型。 5：選擇演算方法。 6：編寫計算程序。7：上機演算。8：整理計算結果。9：與已知結果進行核對。（7）化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬軟件（P80）：Aspen Plus、PRO/II和HYSYS。3.2 重要例題看PPT習題課：將下面的流程圖分別轉化為：（1）信息流圖（2）信號流圖（3）過程矩陣（4）鄰接矩陣（5）關聯矩陣A 混合器 B 預熱器 C 反應器 D 精餾塔 E 全凝器 第七分之二章 信號流圖7/2.1 基本概念（1）信息流圖：可以用結點代表方程，有向線代表在方程之間傳送的變量的信息，這種有向圖是一種信息流圖（2）信號流圖：可以用有向圖中的結點代表向量，而用有向線表明變量之間的變換關系這就構成了信號流圖（3）支路：結點間的有向線稱為支路.（4）傳輸比：每條支路均帶有稱為傳輸比的某一數值，它代表線性方程中變量前的系數。 （5）始端點和末端點：一條支路兩端（始端和末端）的結點，分別稱為該支路的始端點和末端點。 （6）輸入支路和輸出支路：指向和離開一個結點的支路，分別稱為該結點的輸入支路和輸出支路。 （7）自環(huán)：始端和末端為同一結點的支路，稱為自環(huán)支路，或簡稱“自環(huán)”。 （8）源結點：只有輸出支路的結點，稱為源結點。 （9）匯結點：只有輸入支路的結點，稱之為匯結點。 （10）殘圖：經過簡化只剩下源結點和匯結點的圖，稱為殘圖。7/2.2 基本公式（1）基本規(guī)定（2）并列加法規(guī)則X2=（a+b+c）X1（3）串聯乘法規(guī)則X4=abcX1（4）自環(huán)消除規(guī)則X2=a/(1-b) X1（5）支路移動規(guī)則（6） 結點移動與消除規(guī)則7/2.3重要例題例1.圖的簡化例2.利用信號流圖求解方程組答案見PPT第四章 夾點技術的基礎理論4.1 基本概念（1） 溫焓圖：以溫度為縱軸，以焓為橫軸，簡明地描述過程系統(tǒng)中的工藝物流及公用工程的熱特性的圖。P102（2） 夾點意義（P113）：一、夾點處熱、冷物流間傳熱溫差最小，為Tmin，它限制了進一步回收過程系統(tǒng)的能量，構成了系統(tǒng)用能的“瓶頸”，若想增大過程系統(tǒng)的能量回收，減小公用工程負荷，就需要改善夾點，以“解瓶頸”；二、夾點處過程系統(tǒng)的熱流量為零，從熱物流的角度（或從溫位角度），它把過程系統(tǒng)分為兩個獨立的子系統(tǒng)。為保證過程系統(tǒng)具有最大的能量回收，設計中應遵循三原則：夾點處不能有熱流量穿過；夾點上方不能引入冷卻公用工程；夾點下方不能引入加熱公用工程。（3） 夾點具有兩個特征：一是該處熱、冷物流間的傳熱溫差最小，剛好等于Tmin；另一是該處（溫位）過程系統(tǒng)的熱流量為零。4.2 基本公式在T-H圖上，多個熱物流和冷物流可分別用熱組合曲線和冷組合曲線進行表達T/oCAH/kWEBCDF(b)T/oCAH/kWC1EFDC2(c)C1+ C2T/oCAH/kWC1BCDC2(a)第五章 換熱器網絡的綜合5.1 基本概念（1）夾點設計法基本步驟（P124）：一、給定網絡熱回收溫差HRAT；確定網絡的最小公用工程耗量及夾點位置；二、以夾點劃分為兩個子網絡分別設計，然后合并，得到能耗最小的整體網絡；三、采用能量松弛法，通過斷開熱負荷回路減少換熱單元數目，進行網絡調優(yōu)。（2）夾點設計法的基本原則（P130）：一、避免有熱流量通過夾點；二、夾點上方避免引入公用工程冷卻物流；三、夾點下方避免引入公用工程加熱物流。第六章 分離序列綜合6.1 基本概念（1） 簡單塔定義： 指一個進料分成兩個產品； 每一個組分只出現在一個產品中銳分離 ； 塔頂設全凝器以及塔底設再沸器。（2）分離點（切分點） ：可以分離開的相鄰組分之間 如A/B B/C R組分混合物分離成R個純組分產品，存在R-1個分離點（3）直觀推斷（P175）規(guī)則（1）（7）略6.2基本公式（1） 分離序列數：含有R個組分的混合物分離成R個單組分產品，其分離序列的總數目。（2）分離序列的子群數（相鄰的流股）：分離過程中產生的流股數（3）分離子問題數（獨立分離單元數 ）：所有分離序列中不重樣的分離器總數。（4）如果考慮采用多種分離方法，分離方法數為N ：（5）分離易度系數（CES）定義：CES