化工过程综合与分析考试题库.pdf

1 39 考试指南考试指南 第一大题 名词解释 这部分把后面的那个总结都背下来肯定没问第一大题 名词解释 这部分把后面的那个总结都背下来肯定没问 题 就是那些 重点看第一章的名词 五个名词解释可能有三个都是题 就是那些 重点看第一章的名词 五个名词解释可能有三个都是 第一章的 第一章的 第二大题 填空 历年真题里的填空要会 但如果你想得高分 这第二大题 填空 历年真题里的填空要会 但如果你想得高分 这 些还不够 要把书上可能出填空的句子也都背下来 些还不够 要把书上可能出填空的句子也都背下来 第三大题 判断 基本就是历年真题里那些知识点 第三大题 判断 基本就是历年真题里那些知识点 第四大题 简答 考试是有简答题的 最后的总结课要去 老师会将第四大题 简答 考试是有简答题的 最后的总结课要去 老师会将 一些重点 还有就是下面这个图 要弄透 很容易出简答 一些重点 还有就是下面这个图 要弄透 很容易出简答 第五大题 计算 就是那三道大题 过程系统分解 夹点分析 分离第五大题 计算 就是那三道大题 过程系统分解 夹点分析 分离 序列综合 考试的时候老师是不会现出题的 都是从历年真题里面选 序列综合 考试的时候老师是不会现出题的 都是从历年真题里面选 所以真题要做一遍 我们考试那年三道大题 两道原题 一点没变 所以真题要做一遍 我们考试那年三道大题 两道原题 一点没变 要是哪块不懂可以看慕课视频 老师讲的很详细 要是哪块不懂可以看慕课视频 老师讲的很详细 2 39 历年真题历年真题 大大 连连 理理 工工 大大 学学 课程名称 化工过程综合与分析 试卷 A 授课院 系 化工学院 考试时间 2004 年 6 月 13 日 一 二 三 四 作业 论文 总分 标准 分 25 10 15 10 10 30 100 一 基本概念 25 分 一 基本概念 25 分 1 名词解释 名词解释 10 分 分 化工过程系统模拟 断裂族 夹点技术 分离序列综合 过程系统能量集成 2 判断以下问题是非 判断以下问题是非 N Y 5 分 分 几个循环回路连接在一起 就是最大循环网 自由度数只与过程系统有关 换热网络的夹点设计 要尽量避免物流穿过夹点 在换热夹点分析中 没有物流穿过夹点 就无热流量穿过夹点 在夹点上方尽量避免引入冷物流 夹点下方尽量避免引入热物流 穿过夹点热流量为零 则夹点处传热量为零 夹点上方热流股数 NH NC 热流股总热负荷 QH QC 不能实现夹点 匹配 分离含 M 个组分混合物 必然出现 M 1 个子群 减小精馏塔热 冷公用工程物流的温差 过程的有效能损失将减少 精馏塔跨过夹点 则塔底要用热公用工程 塔顶要用冷公用工程 3 填空填空 6 分分 3 39 过程系统模拟方法有 和 化工过程系统分解可分为 及 试判断图 a 中换热匹配可行性 1 2 3 4 在过程系统夹点分析中 随着夹点上方热物流的热负荷提高 则 将随之 系统热回收 则随之 精馏塔与系统热集成 如图 b 所示 则在总组合曲线中 塔 T 102 的合理位置 4 回答问题 回答问题 4 分 分 a 换热网络的组合曲线可获得什么信息 对生产有何指导意义 b 如何保证获得化工过程系统换热网络最大热回收 二 过程系统分解 10 分 二 过程系统分解 10 分 1 识别不相关独立子系统 2 断裂所有最大循环网 4 39 3 画出迭代计算顺序图 三 夹点分析 15 分 三 夹点分析 15 分 一过程系统含有的工艺物流为 2 个热物流及 1 个冷物流 给定的数据列于表中 选定热 冷物流间最小允许传热温差 试用问题表格法确定该过程系统的夹点位置 确定最小公用工程冷 热负荷及最大热回收 若 试用T H图定性分析最小 公用工程冷 热负荷是增加还是减少 物流标号 热容流率 初始温度 终了温度 热流量 CP kW Q kW H1 20 150 60 1800 H2 80 90 60 2400 C1 25 20 125 2625 5 39 四 分离序列综合 10 分 四 分离序列综合 10 分 设有丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 5 组分轻烃混合物 其各组分的摩尔分数和 相邻组分相对挥发度如下 组分 摩尔分数 相邻组分 相对挥发度 A 丙烷 B 异丁烷 C 正丁烷 D 异戊烷 E 正戊烷 0 05 0 15 0 25 0 20 0 35 2 0 1 33 2 4 1 25 若工艺要求所有产品均为单组分纯净物 试用直观推断进行分离序列综合 分离易度系数计 算公式 CES f f D W 或 W D f 1 1 100 6 39 大大 连连 理理 工工 大大 学学 课程名称 化工过程综合与分析 试卷 A 授课院 系 化工学院 考试时间 2005 年 6 月 13 日 一 二 三 四 作业 论文 总分 标准 分 25 10 15 10 10 30 100 一 基本概念 25 分 一 基本概念 25 分 1 名词解释 10 分 过程系统综合 夹点的意义 过程用能一致性原则 过程系统自由度 过程系统模拟 2 判断以下问题是非 N Y 4 分 1 对于冷热流股换热系统 传热量一定的前提下 传热温差愈小 过程不可逆程度愈 小 有效能损失愈小 但要求较大的热交换面积 2 在环境温度一定的条件下 换热系统物流的质量流量及输入 输出温度一定时 有 效能损失不随热交换网络的变化而变化 3 利用能量松弛方法对换热器网络的调优 并不影响冷热公用工程负荷 4 动态规划的研究对象是多阶段决策问题 5 分离器与过程系统热集成时 分离器穿越夹点的设置是无效的热集成 6 热泵穿越夹点的设置是有效热集成 7 热物流穿过换热网络的夹点 必有热流量穿过夹点 8 热物流在夹点上方 冷物流在夹点下方 3 填空 7 分 断裂族的类型可以分为三类 非多余断裂族 和 过程系统模拟基本方法分为 和 三大类 在夹点分析中 为保证过程系统具有最大热回收 应遵循三条基本原 则 4 简答与分析 4 分 如图所示 T H 图中热 冷物流的组合曲线分别为 AB 和 CD 在图上画出夹点位置 最小冷 热公用工程用量 最大热回收量 若 DTmin 减小 则最大热回收量如何变化 7 39 二 过程系统分解 8 分 二 过程系统分解 8 分 一化工过程系统如下图所示 已知输入的流股 S1 S15 各相关数据 试将该系统进行分隔 断裂 并画出迭代计算顺序图 三 夹点分析 17 分 三 夹点分析 17 分 一换热系统 包含的工艺流股为两个热物流和两个冷物流 给定的数据列于表 1 中 指定热 冷物流间允许的最小传热温差为 10 现在请利用夹点技术设计一个换热网络 其具有最 大的热回收 1 用问题表格法确定夹点位置 确定夹点处热 冷物流的温度 确定出所需的最小热 冷公用工程负荷 确定最大热回收 2 用夹点设计法列出换热器网络格子图 8 39 表 1 题 物流数据 物流标号物流标号 初始温度初始温度 Tin 终了温度终了温度 Tout 热容流率热容流率 CP kW 1 热负荷热负荷 Q kW H1 170 60 3 330 H2 150 30 1 5 180 C1 20 135 2 230 C2 80 140 4 240 物流标号中 H 指热物流 C 指冷物流 四 分离序列综合 10 分 四 分离序列综合 10 分 现有一五组分碳氢化合物的混合物 其组成和各组分的相对挥发度如下表所示 序号 组成 摩尔分率 相邻组分相对挥发度 标准沸点 C A 0 02 42 1 B 0 15 2 45 6 3 C 0 50 1 18 0 5 D 0 28 2 89 15 0 E 0 05 2 50 36 1 工艺要求得到高纯度的单组分产品 试用有序直观推断法进行分离序列的综合 分离易度系数计算公式 CES f f D W 或 W D f 1 Tb 9 39 大大 连连 理理 工工 大大 学学 课程名称 化工过程综合与分析 试卷 A 授课院 系 化工学院 考试时间 2006 年 6 月 13 日 一 二 三 四 作业 论文 总分 标准 分 25 10 15 10 10 30 100 一 10 分 名词解释 一 10 分 名词解释 过程系统模拟 过程系统分解 过程系统优化 过程系统能量集成 动态规划 二 10 分 判断是非 Y N 二 10 分 判断是非 Y N 换热网络的设计要尽量避免冷 热物流穿过夹点 N 对于冷热流股换热系统 传热过程温差愈大 过程的不可逆程度越大 有效能损失越大 Y 进行过程系统模拟既要输入流股参数 也要提供过程单元的操作参数 Y 穿过换热网络夹点的热流量为零 则夹点处传热推动力为零 N 几个循环回路连接就必定形成最大循环网 N 中间冷凝器通常用于精馏段内温度分布有突变的场合 Y 锐分离就是清晰分割 N 热泵穿越夹点的设置是有效热集成 Y 完成相同分离任务 提高精馏塔操作压力 精馏塔有效能损失一定会增加 Y 试判断以下换热网络中哪些匹配是可行的 哪些是不可行的 可行 不可行 三 填空 5 三 填空 5 化工过程系统数学模拟方法有 序贯模块 联立方程 和 联立模块 化工过程系统分隔分为 不相关独立子系统的识别 及 系统分割 任务 试在图中标出所提供的用能信息 H1 1 H1 1 3 2 2 1 3 4 4 C2 C1 H2 3 2 2 1 1 3 4 4 C2 C1 H2 H T tmin 10 39 四 10 分 四 10 分 选择适宜的方法将下图所示系统进行分解 要求 1 识别最大循环网 2 断裂最大循环网 3 画出迭代计算顺序图 五 夹点分析 15 分 五 夹点分析 15 分 一换热网络中有两股热物流及一股冷物流 数据如下表所示 若系统最小允许传热温差为 20 试确定过程的夹点温度 最小公用工程冷负荷和最小公用工程热负荷 并利用夹点设 计法设计该换热过程的初始网络 流 股 热容流率 CP kw 初温 Ts 终温 Tt 热流量 Q kw H1 30 160 100 1800 H2 50 100 70 1500 C1 35 50 135 2975 S6 1 2 3 4 5 6 S2 S3 S5 S4 S9 S7 S8 S1 S10 S11 11 39 六 分离序列综合 10 分 六 分离序列综合 10 分 芳烃抽提过程中 原料组成如下表 生产目标是获得苯 甲苯 邻二甲苯 对二甲苯 环丁 砜可以作为萃取剂将烷烃 正戊烷 正己烷 环己烷 从芳烃 苯 甲苯 二甲苯及高沸物 中萃取出来 工艺要求精馏过程采用简单塔 根据分离序列综合有序直观推断法 试确定适 宜的分离序列 代号 组分 标准沸点 摩尔流量 kmol h A 正戊烷 36 1 B 正己烷 68 7 1 C 环己烷 80 2 D 苯 80 1 70 E 甲苯 110 6 8 F 对二甲苯 138 4 9 G 邻二甲苯 144 4 6 H 高沸物 165 3 12 39 大大 连连 理理 工工 大大 学学 课程名称 化工过程综合与分析 试卷 A 授课院 系 化工学院 考试时间 2007 年 6 月 13 日 一 二 三 四 作业 论文 总分 标准 分 25 10 15 10 10 30 100 一 25 分 填空 一 25 分 填空 1 过程系统工程学是将 学的理论和方法应用于化工过程领域的一门边缘学科 2 过程系统分析是指对于已知的过程系统 在给定其 参数 求解其 参数 3 过程系统模拟的基本方法有序贯模块法 法和 法 4 一个含有 C 组分的独立流股具有 个自由度 5 当一过程系统只需要一种公用工程物流 这样的系统不存在夹点 称为 问题 6 过程系统的总组合曲线就是过程系统中 的分布在 T H 图上的标绘 7 分离序列综合的主要目的是选择 和确定 8 动态规划的最优化原理为 作为整个过程的最优策略具有这样的性质 即无论前面的状 态和决策如何 对前面的决策所形成的状态而言 余下的各阶段策略必须构成 9 过程系统的能量集成是以合理利用能量为目标的全过程 问题 10 分离器穿越过程系统夹点的能量集成是 的热集成 11 热机在过程系统中的合理放置是应使其位于 而热泵在系统中的 合理放置是使其 12 根据过程系统能量集成中的 加 减原理 进行系统调优时 在夹点上方要设法增 加 减少 13 换热网络的设计要尽量 热流穿过夹点 14 对于冷热流股换热系统 传热过程温差愈大 有效能损失 15 对于夹点上方的夹点匹配换热器 其流股匹配的可行性规则是 夹点下方 的热容流率匹配的可行性规则是 16 对于具有门槛问题的过程系统 为减少换热设备的投资费 可选择热 冷物流间匹配换 热的最小传热温差等于 温度差 17 以下换热网络中 是夹点匹配换热器 18 过程系统的分解一般可以分两步进行 一是进行系统的 二是进行子系统 指 循环回路或最大循环网 的 H1 1 3 2 2 1 1 3 4 4 C2 C1 H2 13 39 二 过程系统分解 10 分 二 过程系统分解 10 分 选择适宜的方法将下图所示系统进行分解 确定适宜的断裂流股 拟定计算顺序 7 三 夹点分析 15 分 三 夹点分析 15 分 一换热网络有 2 个工艺热物流和 2 个工艺冷物流 数据如下表所示 若热 冷物流间最小允 许传热温差CT 10 min 试用问题表格法确定该过程的夹点温度 最小公用工程冷负荷 和最小公用工程热负荷 并利用夹点设计法设计该换热过程的初始网络 物流标号 热容流率 初始温度 终了温度 热流量 CP kW C CTS CTt Q kW H1 4 0 150 60 360 H2 2 5 160 50 275 C1 3 5 50 170 420 C2 2 0 40 150 220 S5 1 2 3 4 5 6 S2 S3 S7 S8 S4 S9 S6 S1 S10 S12 S11 14 39 四 分离序列综合 10 分 四 分离序列综合 10 分 现有一六组分碳氢化合物的混合物 其组成和各组分的相对挥发度如下表所示 序号 流量 kmol h 相邻组分相对 挥发度 标准沸点 C A 4 42 1 B 30 2 45 6 3 C 100 1 18 0 5 D 32 2 89 15 0 E 24 1 45 21 0 F 10 2 50 36 1 工艺要求分离出 5 个产品 A B C DE F 试用有序直观推断法进行分离序列的综合 分 离易度系数计算公式 CES f f D W 或 W D f 1 Tb 15 39 大大 连连 理理 工工 大大 学学 课程名称 化工过程综合与分析 试卷 A 授课院 系 化工学院 考试时间 2008 年 6 月 13 日 一 二 三 四 作业 论文 总分 标准 分 20 15 15 10 10 30 100 一 名词解释 10 分 一 名词解释 10 分 略 二 判断以下问题是非 10 分 二 判断以下问题是非 10 分 1 采用夹点设计法设计换热网络时 为保证系统的最大热回收 应避免热物流穿越夹点 N 2 热泵与系统热集成时 将热泵穿越夹点放置是有效的热集成 Y 3 两个或两个以上相连的循环回路一定构成最大循环网 N 4 采用断开热负荷回路的方法调优换热器网络 合并换热器后的结构除了需要保证每个 单元设备热负荷为非负外 还要检验每个单元设备的传热温差是否大于或等于最小的允 许传热温差 Y 5 R 组分简单塔精馏分离序列的综合问题 可以看成是 R 1 阶段决策问题 Y 6 系统的自由度为系统变量数减去描述系统的所有方程数 N 7 能够把全部简单回路至少断裂一次的断裂组定义为多余断裂组 N 8 穿越夹点的热流量为零 则夹点处的传热推动力为零 N 9 利用能量松弛法调优换热器网络 调优前后系统所需的冷 热公用负荷不变 N 10 对于已给定热交换量的情况 通过热交换面的传热温差愈小 过程的不可逆性愈小 有效能损失小 Y 三 过程系统分解 15 分 三 过程系统分解 15 分 1 识别不相关独立子系统 2 断裂所有最大循环网 3 画出迭代计算顺序图 16 39 S16 S7 1 2 3 4 5 7 6 8 9 S2 S3 S5 S4 S14 S13 S9 S11 S8 S10 S6 S12 S15 S1 四 夹点分析 15 分 四 夹点分析 15 分 一换热网络中有两股热物流及一股冷物流 数据如下表 1 所示 若系统最小允许传热温差为 20 试确定过程的夹点温度 最小公用工程冷负荷和最小公用工程热负荷 并利用夹点设 计法设计该换热过程的初始网络 若 CT 10 min 试用 T H 图定性分析最小公用工程冷 热负荷是增加还是减少 表 1 物流数据 物流标号 初始温度 Tin 终了温度 Tout 热容流率 CP kW 1 H1 150 50 25 H2 100 40 30 C3 20 120 40 17 39 五 分离序列综合 10 分 五 分离序列综合 10 分 现有一五组分碳氢化合物的混合物 其组成和各组分的相对挥发度如下表所示 序号 组成 摩尔分率 相邻组分相对挥发度 标准沸点 C A 0 02 42 1 B 0 15 2 45 6 3 C 0 50 1 18 0 5 D 0 28 2 89 15 0 E 0 05 2 50 36 1 工艺要求得到高纯度的单组分产品 试用有序直观推断法进行分离序列的综合 分离易度系数计算公式 CES f f D W 或 W D f 1 Tb 18 39 参考答案参考答案 05 答案答案 一 基本概念 25 分 1 名词解释 10 分 过程系统综合 按照规定的系统特性 寻求所需系统结构和子系统性能 并按规定目标进行最优组合 夹点的意义 夹点处 系统的传热温差最小 等于 T min 系统用能瓶颈位置 夹点处热流量为 0 夹点将系统分为热端和冷端两个子系统 热端在夹点温度以上 只需要 公用工程加热 热阱 冷端在夹点温度以下 只需要公用工程冷却 热源 过程用能一致性原则 根据热力学原理 反应 分离 换热 热机 热泵等过程的用能本质为能量交换 将过程的 能量变化转化为相当的冷 热流股 将用能过程转化为换热网络中的冷 热流股的匹配 过程系统自由度 过程系统有 m 个独立方程数 其中含有 n 个变量 则过程系统的自由度为 d n m 通过自由度分析正确地确定系统应给定的独立变量数 过程系统模拟 采用一个能够反映研究对象本质与内在联系 与原型具有客观一致性 可再现原型发生的本 质过程和特性的模型 来进行研究和设计原型的方法 2 判断以下问题是非 N Y 4 分 1 对于冷热流股换热系统 传热量一定的前提下 传热温差愈小 过程不可逆性愈 小 有效能损失愈小 但要求较大的热交换面积 2 在环境温度一定的条件下 换热系统物流的质量流量及输入 输出温度一定时 有效能损失不随热交换网络的变化而变化 3 利用能量松弛方法对换热器网络的调优 并不影响冷热公用工程负荷 4 动态规划的研究对象是多阶段决策问题 5 分离器与过程系统热集成时 分离器穿越夹点是无效的热集成 6 热泵穿越夹点的设置是有效热集成 7 热物流穿过换热网络的夹点 必有热流量穿过夹点 8 热物流在夹点上方 冷物流在夹点下方 3 填空 7 分 断裂族的类型可以分为三类 非多余断裂族 多余断裂族 混合断裂族 过程系统模拟基本方法分为序贯模块法 联立方程法和联立模块法三大类 利用夹点分析进行过程系统能量集成 调优策略的原则 在夹点上方设法增大总的热流股的热负荷 减少总的冷流股的热负荷 在夹点下方设法减少总的热流股的热负荷 增大总的冷流股的热负荷 4 简答与分析 4 分 如图所示 T H 图中热 冷物流的组合曲线分别为 AB 和 CD 指出夹点位置 最小冷 热公 用工程用量 最大热回收量 若 Tmin 减小 则最大热回收量如何变化 19 39 P Q 为夹点 若 Tmin 减小 则最大热回收量 QR max 增加 二 20 39 三 三 21 39 四 四 22 39 06 答案答案 一 过程系统模拟 在计算机上通过数学模型反映物理原型的规律 过程系统分解 对大规模复杂系统进行不相关独立子系统识别 系统分割 最大循环网断裂 过程系统优化 实现过程系统最优运行 包括结构优化和参数优化 过程系统能量集成 以用能最小化为目标的考虑整个工艺背景的过程能量综合 动态规划 解决多阶段策略的整体决策问题的构造型方法 四 解 1 识别不相关独立子系统 2 单元串搜索法或矩阵法识别出 6 1 2 3 4 5 断裂循环网 Lee Rudd 法 回路矩阵 2 3 3 1111121 1100000 0011010 0000111 8765432 RSSSSSSS f C B A 除去不独立的列 断 S3 S7 或 S3 S8 23 39 3 迭代计算顺序图 断开 S3 S7 是否满足 S3 0 S 3 2 是否满足 S70 S7 1 断开 S3 S8 是否满足 S30 S8 2 是否满足 S80 S8 1 五 160 140 155 135 100 80 流 股 热容流率 CP kw 初温 TS 终温 Tt 热流量 kw H1 30 160 100 1800 H2 50 100 70 1500 C1 35 50 135 2975 24 39 70 50 D I Q I Q SN1 150 0 150 125 275 SN2 275 150 125 275 0 SN3 450 125 325 0 450 夹点温度 90 最小热公用工程为 125kw 最小冷公用工程为 450kw h1 h2 c1 夹点 100 80 加热器 冷却器 六 M1 ABC D 采用萃取 其他所有分割采用常规精馏 M2 采用常压 加压操作 D1 ABC 混合作为一个产品 之间没有必要分离 S1 没有使用 S2 F G 难分离 应最后分离 C D 采用萃取 为避免污染 最先分离 C1 D 含量 70 综合 S2 应先分离 D E C2 通过上面分析 尚需确定 E FGH 和 EFG H 之间的分离顺序 可得下表 参数 E FGH EFG H f 8 18 3 23 T 27 8 20 6 CES 12 3 2 69 选择分离方案 E FGH 综上 最终分离序列如下 25 39 H G F E D C B A D C B A H G F E C B A D H G F E G F H F G 26 39 07 答案答案 一 二 略 三 换热网络综合 15 分 一换热网络有 2 个工艺热物流和 2 个工艺冷物流 数据如下表所示 若热 冷物流间最小允许传热温差CT 10 min 试用问题表格法确定该过程的夹点 温度 最小公用工程冷负荷和最小公用工程热负荷 并利用夹点设计法设计该 换热过程的初始网络 解 1 根据所给数据作出问题表格 1 2 对各个子网络进行热量恒算 得到问题表格 2 问题表格 1 子网络序号 冷物流及其温度热物流及其温度 kC1 C2 H1 H2 170 180 SN1 150 160 SN2 140 150 SN3 105 115 SN4 50 60 SN5 40 50 问题表格 1 子网络序号 冷物流及其温度热物流及其温度 kC1 C2 H1 H2 170 180 SN1 150 160 SN2 140 150 SN3 105 115 SN4 50 60 SN5 40 50 物流标号 热容流率 初始温度 终了温度 热流量 CP kW C CTS CTt Q kW H1 4 0 150 60 360 H2 2 5 160 50 275 C1 3 5 50 170 420 C2 2 0 40 150 220 27 39 得到如下信息 在 T min 10oC 的情况下 夹点温度在热流体夹点温度 150 C 和冷流体夹点温度 140 C 之 间 故 夹点温度夹点温度 T 145 C 最小公用工程加热量最小公用工程加热量 Q H min 100 kw 最小公用工程冷却量最小公用工程冷却量 Q C min 95 kw 3 夹点上方子网络匹配 4 夹点下方子网络匹配 问题表格 问题表格 2 子网络赤字Dk热量kW 热量kW 序号kW 无外界输入热量外界输入最小热量 I k Q kI k Q k SN1 70 0 70 100 30 SN2 30 70 100 30 0 SN3 35 100 65 0 35 SN4 55 65 10 35 90 SN5 5 10 5 90 95 问题表格 问题表格 2 子网络赤字Dk热量kW 热量kW 序号kW 无外界输入热量外界输入最小热量 I k Q kI k Q k SN1 70 0 70 100 30 SN2 30 70 100 30 0 SN3 35 100 65 0 35 SN4 55 65 10 35 90 SN5 5 10 5 90 95 热端设计 热端设计 物流热容初始目标热负荷 标号流率温度温度 kW oC oCoC kW CPTs TtQ H2 2 5 160 150 25 C1 3 5 140 170 105 C2 2 0 140 150 20 夹点 H1 H2 C1 C2 1 25 80 H1 20 H2 夹点 H1 H2 C1 C2 1 25 80 H1 20 H2 夹点 H1 H2 C1 C2 1 25 80 H1 20 H2 28 39 5 整个初始网络为 四 四 10 分 分 现有一六组分碳氢化合物的混合物 其组成和各组分的相对挥发度如下表所 示 序号 流量 kmol h 相邻组分相对挥发度 标准沸点 C 冷端设计 冷端设计 物流热容初始目标热负荷 标号流率温度温度 kW oC oCoC kW CPTs TtQ H1 4 0 150 60 360 H2 2 5 150 50 250 C1 3 5 50 140 315 C2 2 0 40 140 200 冷端设计 冷端设计 物流热容初始目标热负荷 标号流率温度温度 kW oC oCoC kW CPTs TtQ H1 4 0 150 60 360 H2 2 5 150 50 250 C1 3 5 50 140 315 C2 2 0 40 140 200 夹点 H1 H2 C1 2 45 315 C C2 C 3 200 50 夹点 H1 H2 C1 2 45 315 C C2 C 3 200 50 整体设计方案 整体设计方案 H1 夹点 H2 C1 C2 2 315 1 2580 H1 3 H 50 200 C2 H2 20 H 45 C1 整体设计方案 整体设计方案 H1 夹点 H2 C1 C2 2 315 1 2580 H1 3 H 50 200 C2 H2 20 H 45 C1 29 39 A 4 42 1 B 30 2 45 6 3 C 100 1 18 0 5 D 32 2 89 15 0 E 24 1 45 21 0 F 10 2 50 36 1 工艺要求分离出 5 个产品 A B C DE F 试用有序直观推断法进行分离序列的 综合 分离易度系数计算公式 CES f f D W 或 W D f 1 Tb 解解 1 根据经验规则 1 2 分离采用常规精馏 加压 2 根据规则 3 DE 不用分开 3 规则 4 未采用 4 根据规则 5 B C 的分离应放在最后 5 根据规则 6 C 组分应优先分出 但规则 5 优先于规则 6 故 C 放在最后分离 6 计算分离易度系数 CES A BCDEF 0 73 CES AB CDEF 1 19 CES ABC DEF 7 63 CES ABCDE F 0 79 根据规则 7 ABC DEF 分离应优先 因为此处分离易度系数最大 7 考虑前面的步骤 得到以下分离序列 ABC DEF A BC DE F A B C DE F B C 30 39 08 答案答案 二 二 解 利用单元串搜索法得到系统有 5 个回路 A 1 2 3 1 B 2 3 4 2 C 6 7 D 5 6 7 5 0 E 5 7 5 系统有 13 个六股 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S16 其对应的回路矩阵 S2 S3 S4 S5 S6 S8 S9 S10 S11 S12 E D C B A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 f R 1 2 1 1 1 1 2 1 1 2 3 3 2 3 2 根据I S3 S9 S12 A B C D E 1 1 1 1 1 1 根据II 其中 S2 S4 S5 S6 S3 S8 S10 S9 S11 S12 所以断裂 S3 S9 S12 计算顺序为 31 39 S1 S30 S120 S90 S4 S5 S2 S15 S16 S6 S7 S3 S8 S11 S10 S12 S9 三 三 解 用 问题表格 算法 1 按 min T 20 得到问题表格 2 见表 2 表 2 问题表格 1 0 min 2T 2 依次对每一子网络做热量衡算 得出结果列于表 3 则得到有关信息如下 表 3 问题表格 2 子网络 序 号 赤 字 Dk kW 热量 kW 无外界输入热量 热量 kW 外界输入最小热量 Ik Ok Ik Ok SN1 250 0 250 350 600 SN2 600 250 350 600 0 SN3 750 350 400 0 750 32 39 SN4 100 400 300 750 650 1 夹点位置在第 2 与第 3 子网络的界面处 夹点温度是 热物流的温度为 100 冷物流 的温度为 80 2 最小热 冷公用工程负荷分别为 QH min 350kW QC min 650kW 最大热回收 3650 kW 2 换热网络的设计 a 热端的设计 见表 2 冷端由子网络 SN1 SN2 组成 其中包含的物流有 H1 C1 设计网络见下 b 冷端的设计 见表 2 热端由子网络 SN3 SN4 组成 其中包含的物流有 H1 H2 C1 设计网络见下 3 3 2 2 CH1 C1 H2 80 100 100 40 夹点 50 70 20 40 30 25 CP 1800 1250 Q 2400 1800 600 650 c 整体设计 2 定性分析 33 39 min C Q min H Q min H Q2 min C Q2 20 min T 10 min T 四 四 解 1 根据经验规则 1 2 分离采用常规精馏 加压 2 规则 3 4 未采用 3 根据规则 5 B C 的分离应放在最后 4 根据规则 6 C 组分应优先分出 但规则 5 优先于规则 6 故 C 放在最后分离 5 计算分离易度系数 CES A BCDE 0 73 CES AB CDE 1 06 CES ABC DE 7 63 CES ABCD E 1 11 根据规则 7 ABC DE 分离应优先 因为此处分离易度系数最大 6 考虑前面的步骤 得到以下分离序列 E D C B A C B A E D A C B D E B C 34 39 一些判断考点一些判断考点 一 热机 或蒸馏塔或分离器 在系统中应放置在夹点上方或夹点下方 而热泵应跨越夹一 热机 或蒸馏塔或分离器 在系统中应放置在夹点上方或夹点下方 而热泵应跨越夹 点放置 点放置 题目 1 分离器与过程系统热集成时 分离器穿越夹点是无效的热集成 2 热机与过程系统热集成时 热机穿越夹点是无效的热集成 3 热泵与过程系统热集成时 热泵穿越夹点是无效的热集成 4 分离器穿越过程系统夹点的能量集成是 的热集成 5 热机在过程系统中的合理放置是应使其位于 而热泵在系统中 的合理放置是使其 二 若精馏塔跨过夹点 则塔底要用热公用工程 塔顶要用冷公用工程 若精馏塔放置在二 若精馏塔跨过夹点 则塔底要用热公用工程 塔顶要用冷公用工程 若精馏塔放置在 夹点上方或夹点下方 则该蒸馏塔不需要采用公用工程加热或冷却 夹点上方或夹点下方 则该蒸馏塔不需要采用公用工程加热或冷却 题目 1 精馏塔跨过夹点 则塔底要用热公用工程 塔顶要用冷公用工程 2 精馏塔没有跨过夹点 则塔底要用热公用工程 塔顶要用冷公用工程 3 精馏塔与系统热集成 如图 b 所示 则在总组合曲线中 塔 T 102 的合理位置夹点下方 三 对于冷热流股换热系统 传热过程温差愈大 过程的不可逆程度越大 有效能损失越对于冷热流股换热系统 传热过程温差愈大 过程的不可逆程度越大 有效能损失越 大 所以应该减小传热温差 大 所以应该减小传热温差 1 对于冷热流股换热系统 传热过程温差愈大 过程的不可逆程度越大 有效能损失越大 2 减小精馏塔热 冷公用工程物流的温差 过程的有效能损失将减少 3 对于冷热流股换热系统 传热过程温差愈大 有效能损失 越大 35 39 补充的填空题补充的填空题 1 过程系统模拟的基本方法有序贯模块法 联立方程法和联立模块法 2 过程系统分析是指对于已知的过程系统 在给定其 输入 参数 求解其 输出 参数 3 如下图所示的示意图 为 A 过程系统分析 B 过程系统综合 C 过程系统优化 4 化工过程系统分隔分为 不相关独立子系统的识别 及 系统分割 任务 5 过程系统工程学是将 系统工程 学的理论和方法应用于化工过程领域的一门 边缘学科 6 当一过程系统只需要一种公用工程物流 这样的系统不存在夹点 称为 门槛 问题 7 过程系统综合是过程系统工程学的核心内容 8 一个含有 C 组分的独立流股具有 个自由度 9 过程系统的总组合曲线就是过程系统中 热流量沿温度 的分布在 T H 图上的标绘 10 Tmin 通常要以过程系统总费用 最小 为目标进行优选 11 分离序列综合的主要目的是选择 合理的分离方法 和确定 最优的分离序 列 12 过程系统的能量集成是以合理利用能量为目标的全过程 系统综合 问题 13 对于具有门槛问题的过程系统 为减少换热设备的投资费 可选择热 冷物流间匹配换 热的最小传热温差等于 门槛 温度差 14 热泵需要具备条件 有低价的热源 精馏塔塔顶与塔底之间的温差不超过 40 15 热泵尤其适用于分离沸点接近 分离要求高的大型精馏装置 因为在该情况下节能效果 更明显 16 蒸馏过程与过程系统能量集成方法 多效蒸馏 高低压塔操作 采用中间再沸器或中间 泠凝器 36 39 名词解释名词解释 1 夹点的意义 1 夹点的意义 夹点处 系统的传热温差最小 等于 T min 系统用能瓶颈位置 夹点处热流量为 0 夹点将系统分为热端和冷端两个子系统 热端在夹点温度以上 只需要公用工程加热 热阱 冷端在夹点温度以下 只需要公用工程冷却 热源 2 夹点技术 2 夹点技术 夹点技术是以热力学为基础 从宏观角度分析过程系统中能量流沿温度的分布 从中发现系 统用能的 瓶颈 所在 并给与解瓶颈的方法 夹点设计法三条原则夹点设计法三条原则 1 应该避免有热流量穿过夹点 2 夹点上方应该尽量避免引入公用工程冷却物流 3 夹点下方应该尽量避免引入公用工程加热物流 夹点匹配的可行性规则及经验规则 夹点匹配的可行性规则及经验规则 3 过程系统能量集成 3 过程系统能量集成 过程系统综合是以合理利用能量为目标的全系统能量综合问题 它从总体上考虑过程中能量 的供求关系以及系统结构 操作参数的调优处理 已达到全过程系统能量的优化综合 以用能最小化为目标的考虑整个工艺背景的过程能量综合 设备在系统中的合理放置 设备在系统中的合理放置 1 分离器与过程系统热集成时 分离器穿越夹点是无效的热集成 2 分离器完全在夹点上方或完全在夹点下方均是有效的热集成 3 热机不穿越夹点的设置 是有效的热集成 4 热泵穿越夹点的设置是有效热集成 4 过程用能一致性原则 4 过程用能一致性原则 利用热力学原理 把反应 分离 换热 热机 热泵等过程的用能特性从用能本质的角度统 一起来 把全过程系统能量综合问题转化为有约束的化热网络综合问题 5 利用夹点分析进行过程系统能量集成 调优策略的原则 5 利用夹点分析进行过程系统能量集成 调优策略的原则 设法增大夹点上方总的热流股的热负荷 减少总的冷流股的热负荷 设法减少夹点下方总的 热流股的热负荷 增大总的冷流股的热负荷 即所谓的 加减原理 加减原理 6 化工过程系统模拟 6 化工过程系统模拟 采用一反映研究对象本质和内在联系 与原型具有客观一致性 可再现原型发生的本质过程 和特性的模型 来进行设计和研究原型过程的方法 对于化工过程 在计算机上通过数学模型反映物理原型的规律 三种基本方法三种基本方法 序贯模块法 联立方程法 联立模块法 7 过程系统优化 7 过程系统优化 实现过程系统最优运行 包括结构优化和参数优化 结构优化 改变过程系统中的设备类型或相互间的联接 以优化过程系统 参数优化 对于一确定的过程系统 对其中的操作参数进行优选 以使某些指标达到最优 8 过程系统综合 8 过程系统综合 按照规定的系统性能 寻找需要的系统结构和子系统特性 并按照规定的目标进行最优组 合 4 种基本方法 分解法 直观推断法 调优法 结构参数法 9 过程系统分析 9 过程系统分析 对于已知的过程系统 在给定其输入参数 求解其输出参数 37 39 10 过程系统自由度 10 过程系统自由度 过程系统有 m 个独立方程数 其中含有 n 个变量 则过程系统的自由度为 d n m 通过 自由度分析正确地确定系统应给定的独立变量数 11 分离序列综合 11 分离序列综合 在给定进料流股状态 流量 组成 温度 压力 并规定分离产品要求的情况下 系统化地 设计出分离方案并使总费用最小 分离序列综合的主要目的主要目的是选择合理的分离方法和确定最优的分离序列 分离序列综合是两水平问题 分离序列综合是两水平问题 1 找出最优的分离序列和分离器性能 2 对每一分离器进行优化设计 12 动态规划 12 动态规划 解决多阶段策略的整体决策问题的构造型方法 动态规划的最优化原理动态规划的最优化原理 无论前面的状态和决策如何 对前面的决策所形成的状态而言 余 下的各阶段策略必须构成最优策略 13 复杂精馏模拟过程中的 M E S H 方程 13 复杂精馏模拟过程中的 M E S H 方程 M 物料衡算方程 E 相平衡方程 S 组分归一方程 H 热衡算方程 38 39 14 过程系统分解 14 过程系统分解 对大规模复杂系统进行不相关独立子系统的识别