沈阳化工大学期末复习化工过程分析与综合.doc

化工过程分析与综合化工优创1202班前 言一、考试题目类型：1. 填空2. 选择3. 问答4. 大题2、 考试重点1. 自由度计算（必有大题）2. 信息流图、信号流图、矩阵等转化（必有大题）3. 最大循环网络断裂（必有大题）4. 信号流图与方程转化（必有大题）5. 分离序列6. 夹点技术3、 考试类型：开卷考试（=_=|），红色的都是重点！第一章 绪论1.1 基本概念（1）化工过程：用适当的原料经过一系列物理单元操作和化学反应的单元过程而转化为合乎需要的产品的过程。P1（2）过程系统工程：是一门综合性的边缘学科，它以处理物料能量资金信息流的过程系统为研究对象，其核心功能是过程系统的组织、计划、协调、设计、控制和管理；P1（2）化工过程工业要求：最优设计、最优规划、最优决策、最优控制、最优管理；P1（3）过程系统工程研究内容：过程系统模拟，包括稳态过程系统模拟和动态过程系统模拟；过程系统综合；过程系统操作与控制，包括数据筛选与校正、过程操作优化、过程安全监控及事故诊断、操作模拟培训系统；间歇过程的设计与操作优化；人工智能技术应用。P3（4）系统：为了在给定条件下实现一定目的，由若干互有联系、彼此影响的事物组成的一个统一整体。（5）参数优化：在一已确定的系统流程中，对其中的操作参数（如，T、P、Vs）等进行优选，以满足某些指标（如，费用、能耗、环境影响等）达到最优。（6）结构优化：改变过程系统中的设备类型或相互间的联结，以优化过程系统。第二章 单元过程的模拟2.1基本概念（1） 化工单元过程数学模型分类（P6）：一、按对象的时态本质来看，可以分为稳态模型与动态模型。 二、按模型建立的方法来看，可以分为机理模型与经验模型。 三、按过程对象的数学描述方法不同，可以分为集中参数模型和分布参数模型。 四、按对象的属性不同，可以分为确定性模型和随机模型。 2.2基本公式（1）自由度计算公式：n输入流股数Ci第i个输入流股组分数S分支输出流股数e与物料无关的能量流和压力引入的自由度r独立反应数g几何自由度，通常=0（2）守恒关系式（P35）一、物料质量平衡质量累积速率=质量流入系统速率-质量流出系统速率二、组分j的物料平衡组分j累积速率=由外界环境进入该系统的组分j的速率-由系统排出的组分j的速率三、能量平衡系统能量积累速率=外界物流带入系统能量-系统流出物流带出能量+环境通过系统边界传递能量+系统中反应产生能量+通过环境做功产生的能量（3）几个重要的自由度（P8）单元操作示意图独立方程数自由度混合器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)闪蒸器m=2C+3d=3(C+2)+1-（2C+3）=C+4换热器反应器d=C+r+4压力变化单元 阀门d=2(C+1)-(C+2)=C+3泵、压缩机d=2(C+2)+2-(C+2)=C+4（4）精馏塔自由度（P11）变量名称独立变量数总板数N1进料板位置NF1进料量F1进料组成ziC-1进料温度TF1进料压力pF1压力控制1各板的压力降pjN各板与环境传热量QjNC+5+2N2.3 重要例题求闪蒸罐独立变量数：解： 独立变量数：n=3(C+2)+1独立方程：物料衡算C个、热量衡算、温度平衡、压力平衡、相平衡C个。故：独立方程数：m=2C+3自由度：d=n-m=3(C+2)+1-2C+3=C+4方法：独立变量数=流股（C+2）+能量交换独立方程式=物料守恒+能量方程+相数+化学反应+内在约束第三章 过程系统模拟3.1 基本概念（1）过程系统模拟的基本任务（P44）化工过程系统的稳态模拟与分析，就是对化工工艺流程系统进行稳态模拟与分析。模拟是对过程系统模型的求解。包括：物料和能量衡算、设备尺寸和费用计算、过程的技术经济评价。通过求解可以解决三类问题：1、过程系统的模拟分析2、过程系统的设计3、过程系统的优化（2） 表述流程结构的其他形式:图形形式，矩阵形式。 （3） 化工过程系统分解的基本步骤（P52）：1、 进行系统的分隔（或分割）；2、 进行子系统（指循环回路或最大循环网）的断裂。（4） 最大循环网断裂的基本判断准则（P62）：1、 断裂流股数目最少；2、 断裂流股包含的变量数目最少；3、 对每一流股选定一个权因子，该权因子数值反映了断裂该流股时迭代计算的难易程度，应当使所有的断裂流股因子数值总和最小；4、 选择一组断裂流股，使直接代入法具有最好的收敛特性。（5） 化工过程系统模拟的基本方法（P74）：序贯模块法、联立方程法和联立模块法。（6） 化工过程系统模拟的基本步骤（P78）：1：提出问题。2：从有关的资料和基本原理中寻找这一问题的已知规律，奠定这一过程的理论基础。3：化工基础数据的收集和整理。4：建立数学模型。 5：选择演算方法。 6：编写计算程序。7：上机演算。8：整理计算结果。9：与已知结果进行核对。（7）化工过程系统稳态模拟软件（P80）：Aspen Plus、PRO/II和HYSYS。3.2 重要例题看PPT习题课：将下面的流程图分别转化为：（1）信息流图（2）信号流图（3）过程矩阵（4）邻接矩阵（5）关联矩阵A 混合器 B 预热器 C 反应器 D 精馏塔 E 全凝器 第七分之二章 信号流图7/2.1 基本概念（1）信息流图：可以用结点代表方程，有向线代表在方程之间传送的变量的信息，这种有向图是一种信息流图（2）信号流图：可以用有向图中的结点代表向量，而用有向线表明变量之间的变换关系这就构成了信号流图（3）支路：结点间的有向线称为支路.（4）传输比：每条支路均带有称为传输比的某一数值，它代表线性方程中变量前的系数。 （5）始端点和末端点：一条支路两端（始端和末端）的结点，分别称为该支路的始端点和末端点。 （6）输入支路和输出支路：指向和离开一个结点的支路，分别称为该结点的输入支路和输出支路。 （7）自环：始端和末端为同一结点的支路，称为自环支路，或简称“自环”。 （8）源结点：只有输出支路的结点，称为源结点。 （9）汇结点：只有输入支路的结点，称之为汇结点。 （10）残图：经过简化只剩下源结点和汇结点的图，称为残图。7/2.2 基本公式（1）基本规定（2）并列加法规则X2=（a+b+c）X1（3）串联乘法规则X4=abcX1（4）自环消除规则X2=a/(1-b) X1（5）支路移动规则（6） 结点移动与消除规则7/2.3重要例题例1.图的简化例2.利用信号流图求解方程组答案见PPT第四章 夹点技术的基础理论4.1 基本概念（1） 温焓图：以温度为纵轴，以焓为横轴，简明地描述过程系统中的工艺物流及公用工程的热特性的图。P102（2） 夹点意义（P113）：一、夹点处热、冷物流间传热温差最小，为Tmin，它限制了进一步回收过程系统的能量，构成了系统用能的“瓶颈”，若想增大过程系统的能量回收，减小公用工程负荷，就需要改善夹点，以“解瓶颈”；二、夹点处过程系统的热流量为零，从热物流的角度（或从温位角度），它把过程系统分为两个独立的子系统。为保证过程系统具有最大的能量回收，设计中应遵循三原则：夹点处不能有热流量穿过；夹点上方不能引入冷却公用工程；夹点下方不能引入加热公用工程。（3） 夹点具有两个特征：一是该处热、冷物流间的传热温差最小，刚好等于Tmin；另一是该处（温位）过程系统的热流量为零。4.2 基本公式在T-H图上，多个热物流和冷物流可分别用热组合曲线和冷组合曲线进行表达T/oCAH/kWEBCDF(b)T/oCAH/kWC1EFDC2(c)C1+ C2T/oCAH/kWC1BCDC2(a)第五章 换热器网络的综合5.1 基本概念（1）夹点设计法基本步骤（P124）：一、给定网络热回收温差HRAT；确定网络的最小公用工程耗量及夹点位置；二、以夹点划分为两个子网络分别设计，然后合并，得到能耗最小的整体网络；三、采用能量松弛法，通过断开热负荷回路减少换热单元数目，进行网络调优。（2）夹点设计法的基本原则（P130）：一、避免有热流量通过夹点；二、夹点上方避免引入公用工程冷却物流；三、夹点下方避免引入公用工程加热物流。第六章 分离序列综合6.1 基本概念（1） 简单塔定义： 指一个进料分成两个产品； 每一个组分只出现在一个产品中锐分离 ； 塔顶设全凝器以及塔底设再沸器。（2）分离点（切分点） ：可以分离开的相邻组分之间 如A/B B/C R组分混合物分离成R个纯组分产品，存在R-1个分离点（3）直观推断（P175）规则（1）（7）略6.2基本公式（1） 分离序列数：含有R个组分的混合物分离成R个单组分产品，其分离序列的总数目。（2）分离序列的子群数（相邻的流股）：分离过程中产生的流股数（3）分离子问题数（独立分离单元数 ）：所有分离序列中不重样的分离器总数。（4）如果考虑采用多种分离方法，分离方法数为N ：（5）分离易度系数（CES）定义：CES