沈陽化工大學(xué)

1、化工過程分析與綜合化工優(yōu)創(chuàng)1202班一、考試題目類型：3問答1.填空4.大題2選擇二、考試重點1自由度計算2信息流圖、信號流圖、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信號流圖與方程轉(zhuǎn)化（必有大題）5分離序列6夾點技術(shù)三、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(dāng)?shù)脑辖?jīng)過一系列物理單元操作和化學(xué)反應(yīng)的單元過程而轉(zhuǎn)化為合乎需要的產(chǎn)品的過程。P1（2）過程系統(tǒng)工程：是一門綜合性的邊緣學(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(xié)調(diào)、設(shè)計、控制和管理；P1（2）化工過程

2、工業(yè)要求：最優(yōu)設(shè)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(nèi)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(shù)據(jù)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(xùn)系統(tǒng)；間歇過程的設(shè)計與操作優(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，對其中的操作參數(shù)（如，T、P、Vs）等進行優(yōu)選，以滿足某些指標(biāo)（如，費用、能耗、環(huán)境 影響等）達到最優(yōu)。（6）結(jié)構(gòu)優(yōu)化：改變過程系統(tǒng)中的設(shè)備類型或相互間的聯(lián)結(jié)

3、，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(shù)學(xué)模型分類(P6):一、按對象的時態(tài)本質(zhì)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(jīng)驗?zāi)Ｐ?。三、按過程對象的數(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:nd (Ci 2) (S 1) e r gi 1n輸入流股數(shù)Ci 第i個輸入流股組 分?jǐn)?shù)e與物料無關(guān)的能量流和壓力引入的自由度r獨立反應(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(yīng)產(chǎn)生能量+通過環(huán)境做功產(chǎn)生的能量(3)幾個重要的自由度(P8)(4)精餾塔自由度(P11)變量名稱獨立變量數(shù)總板數(shù)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4)jN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(shù):甘F、F ； T*亠1町i i.嘉內(nèi)Mat*元示;c in解：獨立變量

5、數(shù)：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(shù)：m=2C+3 自由度：d=n-m=3(C+2)+1-2C+3二C+4方法：獨立變量數(shù)二流股x( C+2) +能量交換獨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(wù)（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(shè)備尺寸和費用計算、過程的技術(shù)經(jīng)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(shè)計3、過程系統(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）化工過程系統(tǒng)分解的基本步驟（P52）:一、進行系統(tǒng)的分隔（或分割）；二、進行子系統(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、對每一流股選定一個權(quán)因子，該權(quán)因子數(shù)值反映了斷裂該流股時迭代計算的難易程度，應(yīng)當(dāng)使所有的斷裂流股因子數(shù)值 總和最??；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) 化工過程系統(tǒng)模擬的基本步驟(P78):1提出問題。2：從有關(guān)的

7、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(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) 化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬軟件(5:選擇演算方法。6:編寫計算程序。7: 上機演算。&整理計算結(jié)果。9:與已知結(jié)果進行核對。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) 信號流圖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(jié)點代表方程，有向線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）信號流圖：可以用有向圖中的結(jié)點代表向量，而用有向線表明 變量之間的變換關(guān)系一這就構(gòu)成了信號流圖（3）支路：結(jié)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(shù)值，它代表線性 方程中變量前的系數(shù)。（5）始端點和末端點：一條支路兩端（始端和末端）的結(jié)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(jié)點的支路，分別稱為 該結(jié)點的輸入支路和輸出支路。（7）自環(huán)：始端和末端為同一結(jié)點的支路，稱為自環(huán)支路，或簡稱“自環(huán)”。（8）源結(jié)點：只有輸出支路的結(jié)點，稱為源結(jié)點。（9）匯結(jié)點：只有輸入支路的結(jié)點，稱之為匯結(jié)點。（10）殘圖：經(jīng)

9、過簡化只剩下源結(jié)點和匯結(jié)點的圖，稱為殘圖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)支路移動規(guī)則(6)結(jié)點移動與消除規(guī)則sc7/2.3重要例題 例1.圖的簡化例2.利用信號流圖求解方程組3x 2y 5 = 0-2x+ v + 4 = 0答案見PPT第四章夾點技術(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(gòu)成了系統(tǒng)用能的“瓶頸”，若想

10、增大過程系統(tǒng)的能量回收，減小公用工程負(fù)荷，就需要改善夾點， 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(shè)計中應(yīng)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， 剛好等于厶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第五章 換熱器網(wǎng)絡(luò)的綜合5.1基本概念（1）夾點設(shè)計法基本步驟（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 量及夾點位置；二、以夾點劃分為兩個子網(wǎng)絡(luò)分別設(shè)計，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，通過斷開熱負(fù)荷回路減少換熱單元數(shù)目， 進行網(wǎng)絡(luò)調(diào)優(yōu)。（2）夾點設(shè)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(chǎn)品； 每一個組分只出現(xiàn)在一個產(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（切分點）：可以分離開的相鄰組分之間如A/B B/CR組分混合物分離成R個純組分產(chǎn)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(shù)：含有R個組分的混合物分離成R個單組分產(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）：分離過程中產(chǎn)生的流股數(shù)1G -R（R 1）2（3）分離子問題數(shù)（獨立分離單元數(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: