大連理工化工過程合成與分析08年考題答案

1、、名詞解釋10分:1 改變過程系統(tǒng)中的設備類型或相互間的聯(lián)結(jié)關系,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),是過程某些指標到達優(yōu)化.2 識別出系統(tǒng)中的獨立子系統(tǒng),進一步識別出這些子系統(tǒng)中必須同時求解的方 程組及其對應的循環(huán)回路或最大循環(huán)網(wǎng),將系統(tǒng)中的節(jié)點、擬節(jié)點按信息流方向 排出沒有環(huán)路的序列,確定有力的求解順序.3 最好的設計變量選擇是使設計方程得到一個開鏈結(jié)構(gòu).4 質(zhì)量衡算方程、相平衡方程、組分歸一方程和始衡算方程.5 利用熱力學原理,將反響、別離、換熱、熱機、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)絡綜合 問題.二、判斷

2、以下問題是非10分1采用夾點設計法設計換熱網(wǎng)絡時,為保證系統(tǒng)的最大熱回收,應預防熱物 流穿越夾點.N2熱泵與系統(tǒng)熱集成時,將熱泵穿越夾點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).N4采用斷開熱負荷回路的方法調(diào)優(yōu)換熱器網(wǎng)絡,合并換熱器后的結(jié)構(gòu)除了需 要保證每個單元設備熱負荷為非負外,還要檢驗每個單元設備的傳熱溫差是 否大于或等于最小的允許傳熱溫差.Y 5R組分簡單塔精微別離序列的綜合問題,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.N8穿越夾點的熱流量為零,那么

3、夾點處的傳熱推動力為零.N9利用能量松弛法調(diào)優(yōu)換熱器網(wǎng)絡,調(diào)優(yōu)前后系統(tǒng)所需的冷、熱公用負荷不 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 、過程系統(tǒng)分解15分1 .識別不相關獨立子系統(tǒng)；2 .斷裂所有最大循環(huán)網(wǎng)；3 .畫出迭代計算順序圖.S12解：利用單元用搜索法得到系統(tǒng)有5個回路：A(1,2,3,1) B(2,3,4,2) C(6,7) D(5,6,7,5/0E(5,7,5)系統(tǒng)有 13個六股：S2,S3, S4,S5,S6,S7,S8,S 9, S 10, S11, S12,S 13, S 16其對應的回路矩陣：S2S3S4S5

4、S6S8S9Sl0SilSl2S1211S3S根據(jù)II所以斷裂SS9,S128 , S10S911S12計算順序為:四、15分一換熱網(wǎng)絡中有兩股熱物流及一股冷物流,數(shù)據(jù)如下表1所示.假設系統(tǒng)最小允許傳熱溫差為 20 C,試確定過程的夾點溫度、最小公用工程冷負荷 和最小公用工程熱負荷,并利用夾點設計法設計該換熱過程的初始網(wǎng)絡.假設Tmin 10 C ,試用T-H圖定性分析最小公用工程冷、熱負荷是增加還是減少表1物流數(shù)據(jù)物流標號初始溫度Tin / C終了溫度Tout/ C熱容流率1CP/(kW? C )H1505025H21004030G2012040解：用“問題表格算法.1按Tmin =20 C

5、 ,得到問題表格2,見表2表2 問題表格1iin子網(wǎng)絡序號k冷物流及其溫度1C1C :1!熱物流及其溫度CH1H2SN111 . 120 _L1 1j_ 140SN2A111!_ 100180 _ISN3i i30 _11；501SN4r i20 L140J(2)依次對每一子網(wǎng)絡做熱量衡算,得出結(jié)果列于表 3,那么得到有關信息如下:表3問題表格(2)子網(wǎng)絡序號赤字D/kW熱量/kW無外界輸入熱量熱量/kW外界輸入最小熱量IkQI kQSN-2500250350600SN600250-3506000SN-750-3504000750SN1004003007506501,夾點位置在第2與第3子網(wǎng)絡

6、的界面處,夾點溫度是：熱物流的溫度為100 C, 冷物流的溫度為80Co2,最小熱、冷公用工程負荷分別為Q,min=350kW Q,min=650kW最大熱回收=3650kW(2).換熱網(wǎng)絡的設計a.熱端的設計H1,C1,設計網(wǎng)絡見下:見表2,冷端由子網(wǎng)絡SN1,SN2組成,其中包含的物流有CP254012501600b.冷端的設計見表2,熱端由子網(wǎng)絡SN3,SN劃成,其中包含的物流有H1,H2,C1,設計網(wǎng)絡見下:C.整體設計CPQ251250301800(2)定性分析H402400五、現(xiàn)有一五組分碳氫化合物的混合物,其組成和各組分的相對揮發(fā)度如下表所示：廳p組成(摩爾分率)相鄰組分相對揮發(fā)度標準沸點(o C)ABCDE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行別離序列的綜合.別離易度系數(shù)計算公式：CES= f*A, f = DW或 WD, f < 1 , = | Tb|解：(1)根據(jù)經(jīng)驗規(guī)那么1、2,別離采用常規(guī)精儲,加壓.(2)規(guī)那么3、4未采用.(3)根據(jù)規(guī)那么5, B/C的別離應放在最后.(4)根據(jù)規(guī)那么6, C組分應優(yōu)先分出,但規(guī)那么5優(yōu)先于規(guī)那么6,故C放在 最后別離.(5)計算別離易度系數(shù) CES