沈陽(yáng)化工大學(xué)

1、化工過(guò)程分析與綜合化工優(yōu)創(chuàng)1202班一、考試題目類(lèi)型：3問(wèn)答1.填空4.大題2選擇二、考試重點(diǎn)1自由度計(jì)算2信息流圖、信號(hào)流圖、矩陣等轉(zhuǎn)化（必有大題）3.最大循環(huán)網(wǎng)絡(luò)斷裂（必有大題）4信號(hào)流圖與方程轉(zhuǎn)化（必有大題）5分離序列6夾點(diǎn)技術(shù)三、考試類(lèi)型：開(kāi)卷考試（=_=|），紅色的都是重點(diǎn)！ ！第一章緒論1.1基本概念（1）化工過(guò)程：用適當(dāng)?shù)脑辖?jīng)過(guò)一系列物理單元操作和化學(xué)反應(yīng)的單元過(guò)程而轉(zhuǎn)化為合乎需要的產(chǎn)品的過(guò)程。P1（2）過(guò)程系統(tǒng)工程：是一門(mén)綜合性的邊緣學(xué)科，它以處理物料一一能量一一資金一一信息流的過(guò)程系統(tǒng)為研究對(duì)象，其核心功能是過(guò)程 系統(tǒng)的組織、計(jì)劃、協(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)、控制和管理；P1（2）化工過(guò)程

2、工業(yè)要求：最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)規(guī)劃、最優(yōu)決策、最優(yōu)控制、最優(yōu)管理；P1（3）過(guò)程系統(tǒng)工程研究?jī)?nèi)容：過(guò)程系統(tǒng)模擬，包括穩(wěn)態(tài)過(guò)程系統(tǒng)模擬和動(dòng)態(tài)過(guò)程系統(tǒng)模擬；過(guò)程系統(tǒng)綜合；過(guò)程系統(tǒng)操作與控制，包括 數(shù)據(jù)篩選與校正、過(guò)程操作優(yōu)化、過(guò)程安全監(jiān)控及事故診斷、操作模 擬培訓(xùn)系統(tǒng)；間歇過(guò)程的設(shè)計(jì)與操作優(yōu)化；人工智能技術(shù)應(yīng)用。P3（4）系統(tǒng)：為了在給定條件下實(shí)現(xiàn)一定目的，由若干互有聯(lián)系、彼 此影響的事物組成的一個(gè)統(tǒng)一整體。（5）參數(shù)優(yōu)化：在一已確定的系統(tǒng)流程中，對(duì)其中的操作參數(shù)（如，T、P、Vs）等進(jìn)行優(yōu)選，以滿(mǎn)足某些指標(biāo)（如，費(fèi)用、能耗、環(huán)境 影響等）達(dá)到最優(yōu)。（6）結(jié)構(gòu)優(yōu)化：改變過(guò)程系統(tǒng)中的設(shè)備類(lèi)型或相互間的聯(lián)結(jié)

3、，以?xún)?yōu) 化過(guò)程系統(tǒng)。第二章單元過(guò)程的模擬2.1基本概念(1) 化工單元過(guò)程數(shù)學(xué)模型分類(lèi)(P6):一、按對(duì)象的時(shí)態(tài)本質(zhì)來(lái)看，可以分為穩(wěn)態(tài)模型與動(dòng)態(tài)模型。二、按模型建立的方法來(lái)看，可以分為機(jī)理模型與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。三、按過(guò)程對(duì)象的數(shù)學(xué)描述方法不同， 可以分為集中參數(shù)模型和 分布參數(shù)模型。四、按對(duì)象的屬性不同，可以分為確定性模型和隨機(jī)模型。2.2基本公式(1)自由度計(jì)算公式:nd (Ci 2) (S 1) e r gi 1n輸入流股數(shù)Ci 第i個(gè)輸入流股組 分?jǐn)?shù)e與物料無(wú)關(guān)的能量流和壓力引入的自由度r獨(dú)立反應(yīng)數(shù)S分支輸出流股數(shù)g幾何自由度，通常=0(2)守恒關(guān)系式(P35)一、物料質(zhì)量平衡質(zhì)量累積速率二質(zhì)

4、量流入系統(tǒng)速率-質(zhì)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(jìn)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(guò)系統(tǒng)邊界傳遞能量+系統(tǒng)中反應(yīng)產(chǎn)生能量+通過(guò)環(huán)境做功產(chǎn)生的能量(3)幾個(gè)重要的自由度(P8)(4)精餾塔自由度(P11)變量名稱(chēng)獨(dú)立變量數(shù)總板數(shù)N1進(jìn)料板位置NF1進(jìn)料量F1進(jìn)料組成ziC-1進(jìn)料溫度TF1進(jìn)料壓力pF1壓力控制1各板的壓力降4)jN各板與環(huán)境傳熱量 QjNC+5+2N2.3重要例題求閃蒸罐獨(dú)立變量數(shù):甘F、F ； T*亠1町i i.嘉內(nèi)Mat*元示;c in解：獨(dú)立變量

5、數(shù)：n=3(C+2)+1獨(dú)立方程：物料衡算 C個(gè)、熱量衡算、溫度平衡、壓力平衡、相平衡C個(gè)。故：獨(dú)立方程數(shù)：m=2C+3 自由度：d=n-m=3(C+2)+1-2C+3二C+4方法：獨(dú)立變量數(shù)二流股x( C+2) +能量交換獨(dú)立方程式二物料守恒+能量方程+相數(shù)+化學(xué)反應(yīng)+內(nèi)在約束第三章過(guò)程系統(tǒng)模擬3.1基本概念（1）過(guò)程系統(tǒng)模擬的基本任務(wù)（P44）化工過(guò)程系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模擬與分析，就是對(duì)化工工藝流程系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài) 模擬與分析。模擬是對(duì)過(guò)程系統(tǒng)模型的求解。包括：物料和能量衡算、 設(shè)備尺寸和費(fèi)用計(jì)算、過(guò)程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。通過(guò)求解可以解決三類(lèi)問(wèn)題：1、過(guò)程系統(tǒng)的模擬分析2、過(guò)程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3、過(guò)程系統(tǒng)的優(yōu)化

6、（2）表述流程結(jié)構(gòu)的其他形式：圖形形式，矩陣形式。（3）化工過(guò)程系統(tǒng)分解的基本步驟（P52）:一、進(jìn)行系統(tǒng)的分隔（或分割）；二、進(jìn)行子系統(tǒng)（指循環(huán)回路或最大循環(huán)網(wǎng)）的斷裂。（4）最大循環(huán)網(wǎng)斷裂的基本判斷準(zhǔn)則（P62）:一、斷裂流股數(shù)目最少；二、斷裂流股包含的變量數(shù)目最少；三、對(duì)每一流股選定一個(gè)權(quán)因子，該權(quán)因子數(shù)值反映了斷裂該流股時(shí)迭代計(jì)算的難易程度，應(yīng)當(dāng)使所有的斷裂流股因子數(shù)值 總和最小；四、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(guò)程系統(tǒng)模擬的基本方法(P74):序貫?zāi)K法、聯(lián)立方程 法和聯(lián)立模塊法。(6) 化工過(guò)程系統(tǒng)模擬的基本步驟(P78):1提出問(wèn)題。2：從有關(guān)的

7、資料和基本原理中尋 找這一問(wèn)題的已知規(guī)律，奠定這 一過(guò)程的理論基礎(chǔ)。3:化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集和整理。4:建立數(shù)學(xué)模型。(7) 化工過(guò)程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬軟件(5:選擇演算方法。6:編寫(xiě)計(jì)算程序。7: 上機(jī)演算。&整理計(jì)算結(jié)果。9:與已知結(jié)果進(jìn)行核對(duì)。P80): Aspen Plus、PRO/II 和HYSYS 3.2重要例題看PPT習(xí)題課:將下面的流程圖分別轉(zhuǎn)化為(1) 信息流圖(5)關(guān)聯(lián)矩陣7(3) 過(guò)程矩陣(4) 鄰接矩陣A混合器B預(yù)熱器 C反應(yīng)器 D精餾塔 E全凝器(2) 信號(hào)流圖第七分之二章信號(hào)流圖7/2.1基本概念（1）信息流圖：可以用結(jié)點(diǎn)代表方程，有向線(xiàn)代表在方程之間傳送 的變量的信息，這

8、種有向圖是一種信息流圖（2）信號(hào)流圖：可以用有向圖中的結(jié)點(diǎn)代表向量，而用有向線(xiàn)表明 變量之間的變換關(guān)系一這就構(gòu)成了信號(hào)流圖（3）支路：結(jié)點(diǎn)間的有向線(xiàn)稱(chēng)為支路.（4）傳輸比：每條支路均帶有稱(chēng)為傳輸比的某一數(shù)值，它代表線(xiàn)性 方程中變量前的系數(shù)。（5）始端點(diǎn)和末端點(diǎn)：一條支路兩端（始端和末端）的結(jié)點(diǎn)，分別 稱(chēng)為該支路的始端點(diǎn)和末端點(diǎn)。（6）輸入支路和輸出支路：指向和離開(kāi)一個(gè)結(jié)點(diǎn)的支路，分別稱(chēng)為 該結(jié)點(diǎn)的輸入支路和輸出支路。（7）自環(huán)：始端和末端為同一結(jié)點(diǎn)的支路，稱(chēng)為自環(huán)支路，或簡(jiǎn)稱(chēng)“自環(huán)”。（8）源結(jié)點(diǎn)：只有輸出支路的結(jié)點(diǎn)，稱(chēng)為源結(jié)點(diǎn)。（9）匯結(jié)點(diǎn)：只有輸入支路的結(jié)點(diǎn)，稱(chēng)之為匯結(jié)點(diǎn)。（10）殘圖：經(jīng)

9、過(guò)簡(jiǎn)化只剩下源結(jié)點(diǎn)和匯結(jié)點(diǎn)的圖，稱(chēng)為殘圖7/2.2基本公式(1)基本規(guī)定(2)(3)串聯(lián)乘法規(guī)則X 4=abcX 1X2=a/(1 -b) Xi(5)支路移動(dòng)規(guī)則(6)結(jié)點(diǎn)移動(dòng)與消除規(guī)則sc7/2.3重要例題 例1.圖的簡(jiǎn)化例2.利用信號(hào)流圖求解方程組3x 2y 5 = 0-2x+ v + 4 = 0答案見(jiàn)PPT第四章夾點(diǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)理論4.1基本概念（1）溫焓圖：以溫度為縱軸，以焓為橫軸，簡(jiǎn)明地描述過(guò)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(diǎn)意義（P113）:一、夾點(diǎn)處熱、冷物流間傳熱溫差最小，為 Tmin，它限制了 進(jìn)一步回收過(guò)程系統(tǒng)的能量，構(gòu)成了系統(tǒng)用能的“瓶頸”，若想

10、增大過(guò)程系統(tǒng)的能量回收，減小公用工程負(fù)荷，就需要改善夾點(diǎn)， 以“解瓶頸”；二、夾點(diǎn)處過(guò)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(guò)程系統(tǒng)分為兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)。為保證過(guò)程 系統(tǒng)具有最大的能量回收，設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循三原則：夾點(diǎn)處不能有 熱流量穿過(guò)；夾點(diǎn)上方不能引入冷卻公用工程；夾點(diǎn)下方不能引 入加熱公用工程。（3）夾點(diǎn)具有兩個(gè)特征：一是該處熱、冷物流間的傳熱溫差最小， 剛好等于厶Tmin ；另一是該處（溫位）過(guò)程系統(tǒng)的熱流量為零。4.2基本公式在T-H圖上，多個(gè)熱物流和冷物流可分別用熱組合曲線(xiàn)和冷組合曲線(xiàn)進(jìn)行表達(dá)第五章 換熱器網(wǎng)絡(luò)的綜合5.1基本概念（1）夾點(diǎn)設(shè)計(jì)法基本步驟（P124）

11、:一、給定網(wǎng)絡(luò)熱回收溫差HRAT;確定網(wǎng)絡(luò)的最小公用工程耗 量及夾點(diǎn)位置；二、以?shī)A點(diǎn)劃分為兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)分別設(shè)計(jì)，然后合并，得到能耗 最小的整體網(wǎng)絡(luò)；三、采用能量松弛法，通過(guò)斷開(kāi)熱負(fù)荷回路減少換熱單元數(shù)目， 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)優(yōu)。（2）夾點(diǎn)設(shè)計(jì)法的基本原則（P130）:一、避免有熱流量通過(guò)夾點(diǎn)；二、夾點(diǎn)上方避免引入公用工程冷卻物流； 三、夾點(diǎn)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(jiǎn)單塔定義： 指一個(gè)進(jìn)料分成兩個(gè)產(chǎn)品； 每一個(gè)組分只出現(xiàn)在一個(gè)產(chǎn)品中一一銳分離； 塔頂設(shè)全凝器以及塔底設(shè)再沸器。（2） 分離點(diǎn)（切分點(diǎn)）：可以分離開(kāi)的相鄰組分之間如A/B B/CR組分混合物分離成R個(gè)純組分產(chǎn)品，存在R-1個(gè)分離點(diǎn)（3）直觀(guān)推斷（P175）規(guī)則（1）（ 7）略6.2基本公式（1）分離序列數(shù)：含有R個(gè)組分的混合物分離成R個(gè)單組分產(chǎn)品， 其分離序列的總數(shù)目。S 2（ R 1）!R R!（R 1）!（2）分離序列的子群數(shù)（相鄰的流股）：分離過(guò)程中產(chǎn)生的流股數(shù)1G -R（R 1）2（3）分離子問(wèn)題數(shù)（獨(dú)立分離單元數(shù) ）：所有分離序列中不重樣的分離器總數(shù)。-R(R21)（4）如果考慮采用多種分離方法，分離方法數(shù)為N :Sr2(R 1)!NR1R!(R 1)!(5)分離易度系數(shù)(CES)定義：CES二fXAf （ 1）為塔頂與塔釜產(chǎn)品摩爾流量比（6）分離難度系數(shù)定義: