大連理工化工過程合成與分析08年考題答案復(fù)習(xí)進(jìn)程

1、學(xué)習(xí)資料一、名詞解釋（ 10 分）： 改變過程系統(tǒng)中的設(shè)備類型或相互間的聯(lián)結(jié)關(guān)系， 以優(yōu)化過程系統(tǒng)； 參數(shù)優(yōu) 化指在確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，改變操作參數(shù)，是過程某些指標(biāo)達(dá)到優(yōu)化。 識別出系統(tǒng)中的獨(dú)立子系統(tǒng)， 進(jìn)一步識別出這些子系統(tǒng)中必須同時求解的方 程組及其對應(yīng)的循環(huán)回路或最大循環(huán)網(wǎng)， 將系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)、 擬節(jié)點(diǎn)按信息流方向 排出沒有環(huán)路的序列，確定有力的求解順序。 最好的設(shè)計變量選擇是使設(shè)計方程得到一個開鏈結(jié)構(gòu)。 質(zhì)量衡算方程、相平衡方程、組分歸一方程和焓衡算方程。 利用熱力學(xué)原理，將反應(yīng)、分離、換熱、熱機(jī)、熱泵等過程的用能特性從用 能本質(zhì)的角度一致起來， 將全過程的能量綜合問題轉(zhuǎn)化為有約束的換熱網(wǎng)

2、絡(luò)綜合 問題。二、判斷以下問題是非（ 10 分）（1）采用夾點(diǎn)設(shè)計法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)時，為保證系統(tǒng)的最大熱回收，應(yīng)避免熱物 流穿越夾點(diǎn)。（N）（2）熱泵與系統(tǒng)熱集成時，將熱泵穿越夾點(diǎn)放置是有效的熱集成。 （ Y ）（ 3）兩個或兩個以上相連的循環(huán)回路一定構(gòu)成最大循環(huán)網(wǎng)。 （ N ）（4）采用斷開熱負(fù)荷回路的方法調(diào)優(yōu)換熱器網(wǎng)絡(luò)，合并換熱器后的結(jié)構(gòu)除了需 要保證每個單元設(shè)備熱負(fù)荷為非負(fù)外， 還要檢驗每個單元設(shè)備的傳熱溫差是 否大于或等于最小的允許傳熱溫差。 （ Y ）（ 5） R 組分簡單塔精餾分離序列的綜合問題，可以看成是R-1 階段決策問題。（Y ）（ 6）系統(tǒng)的自由度為系統(tǒng)變量數(shù)減去描述系統(tǒng)的所

3、有方程數(shù)。 （N ）（ 7）能夠把全部簡單回路至少斷裂一次的斷裂組定義為多余斷裂組。 （N ）（ 8）穿越夾點(diǎn)的熱流量為零，則夾點(diǎn)處的傳熱推動力為零。 （ N ）（ 9）利用能量松弛法調(diào)優(yōu)換熱器網(wǎng)絡(luò)， 調(diào)優(yōu)前后系統(tǒng)所需的冷、 熱公用負(fù)荷不 變。（N ）（ 10）對于已給定熱交換量的情況， 通過熱交換面的傳熱溫差愈小， 過程的不可 逆性愈小，有效能損失小。 （Y ）三、過程系統(tǒng)分解（ 15 分）1識別不相關(guān)獨(dú)立子系統(tǒng)；2斷裂所有最大循環(huán)網(wǎng)；3畫出迭代計算順序圖。僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料S7S12解：利用單元串搜索法得到系統(tǒng)有 5 個回路：僅供學(xué)習(xí)與參考11S12根據(jù) IIS2S3 S4 S5 S6

4、S8 S9 S10 S11S12R11 131 1 131 121 113112ABCDEA(1,2,3,1) B(2,3,4,2) C(6,7) D(5,6,7,5/0 E(5,7,5) 系統(tǒng)有 13 個六股： S2 ,S3, S4, S5,S6, S7, S8, S9, S10, S11, S12, S13, S16 其對應(yīng)的回路矩陣：學(xué)習(xí)資料其中 S2 ，S4，S5，S6 S3S8， S10 S9S11 S12所以斷裂 S3 ， S9， S12四、（ 15分）一換熱網(wǎng)絡(luò)中有兩股熱物流及一股冷物流，數(shù)據(jù)如下表 1 所示。若 系統(tǒng)最小允許傳熱溫差為 20，試確定過程的夾點(diǎn)溫度、最小公用工程冷

5、負(fù)荷 和最小公用工程熱負(fù)荷，并利用夾點(diǎn)設(shè)計法設(shè)計該換熱過程的初始網(wǎng)絡(luò)。若Tmin 10 C，試用 T-H 圖定性分析最小公用工程冷、熱負(fù)荷是增加還是減少？ 表 1 物流數(shù)據(jù)物流標(biāo)號初始溫度Tin/終了溫度Tout/熱容流率CP/(kW?-1)H11505025H21004030C32012040解：用“問題表格”算法.（1） 按 Tmin =20，得到問題表格（ 2），見表 2。表2問題表格（ 1）Tmin20僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料子網(wǎng)絡(luò)序號 k冷物流及其溫度C1熱物流及其溫度H1H2SN1120140SN280100SN33050SN420402）依次對每一子網(wǎng)絡(luò)做熱量衡算，得出結(jié)果列于表

6、3，則得到有關(guān)信息如下： 表 3 問題表格（ 2 ）子網(wǎng)絡(luò) 序號赤字 Dk/kW熱量/kW無外界輸入熱量熱量 /kW外界輸入最小熱量IkOkIkOkSN1-2500250350600SN2600250-3506000SN3-750-3504000750SN41004003007506501，夾點(diǎn)位置在第 2與第 3子網(wǎng)絡(luò)的界面處，夾點(diǎn)溫度是：熱物流的溫度為 100，冷物流的溫度為 802，最小熱、 冷公用工程負(fù)荷分別為 QH,min=350kW，QC,min=650kW； 最大熱回收 =3650 kW（2）換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計a. 熱端的設(shè)計見表 2, 冷端由子網(wǎng)絡(luò) SN1,SN2,組成，其中包含的

7、物流有 H1,C1, 設(shè)計網(wǎng)絡(luò)見下：夾點(diǎn)CP2540Q12501600b. 冷端的設(shè)計H1,H2,C1,設(shè)計網(wǎng)絡(luò)見下：見表 2, 熱端由子網(wǎng)絡(luò) SN3,SN4組成，其中包含的物流有僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料CPQ251250301800402400c. 整體設(shè)計2）定性分析H僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料五、現(xiàn)有一五組分碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，其組成和各組分的相對揮發(fā)度如下表所示：序號組成（摩爾分 率）相鄰組分相對揮發(fā) 度標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)（oC）A0.02-42.1B0.152.45-6.3C0.501.18-0.5D0.282.8915.0E0.052.5036.1工藝要求得到高純度的單組分產(chǎn)品，試用有序直觀推斷法進(jìn)行分離序 列的綜合。分離易度系數(shù)計算公式： CES = f*，f = D/W或W/D，f 1， = |Tb|解：（1）根據(jù)經(jīng)驗規(guī)則 1、2，分離采用常規(guī)精餾，加壓。（2）規(guī)則 3、 4 未采用。（3）根據(jù)規(guī)則 5，B/C 的分離應(yīng)放在最后。（4）根據(jù)規(guī)則 6，C 組分應(yīng)優(yōu)先分出，但規(guī)則 5優(yōu)先于規(guī)則 6，故 C放在 最后分離。（5）計算分離易度系數(shù) CES （ A/BCDE）=0.73CES （