沈陽化工大學期末復習化工過程分析與綜合

1、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(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)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?shù)脑辖?jīng)過一系列物理單元操作和化學反應的單元過程而轉(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、

2、協(xié)調(diào)、設(shè)計、控制和管理；P1（2）化工過程工業(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（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

3、過程系統(tǒng)中的設(shè)備類型或相互間的聯(lián)結(jié)，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)驗模型。 三、按過程對象的數(shù)學描述方法不同，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：n輸入流股數(shù)Ci第i個輸入流股組分數(shù)S分支輸出流股數(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=質(zhì)量流入系統(tǒng)速率

4、-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）單元操作示意圖獨立方程數(shù)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)-

5、(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(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(shù)：解： 獨立變量數(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=C+4方法：獨立變量數(shù)=流股×（C+2）+能量交換獨立方程式=物料守恒+能量方程+相數(shù)+化學反應+內(nèi)在約束第三章 過

6、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(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（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）：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(wǎng)）的斷裂。（4） 最大循環(huán)網(wǎng)斷裂的基本判斷準則（P62）：1、 斷裂流股數(shù)目最少；2、 斷裂流股包含的變量數(shù)目最少；3

7、、 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，應當使所有的斷裂流股因子數(shù)值總和最小；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(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(jié)果。9：與已知結(jié)果進行核對。（7）化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬軟件（P80）：Aspen Plus、

8、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(zhuǎn)化為：（1）信息流圖（2）信號流圖（3）過程矩陣（4）鄰接矩陣（5）關(guān)聯(lián)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(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

9、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)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）并列加法規(guī)則X2=（a+b+c）X1（3）串聯(lián)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(jié)點移動與消除規(guī)則7/2.3重要例題例1.圖

10、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(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(shè)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

11、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(wǎng)絡(luò)的綜合5.1 基本概念（1）夾點設(shè)計法基本步驟（P124）：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

12、松弛法，通過斷開熱負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/C R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。（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)（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)。（4）如果考慮采用多種分離方法，分離方法數(shù)為N ：（5）分離易度系數(shù)（CES）定義：CES=f