2025年大学大二（化工系统工程）系统优化期末测试试题及答案

2025年大学大二（化工系统工程）系统优化期末测试试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共30分）每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共6题，每题5分)1.化工系统工程中，关于系统优化的核心目标，以下正确的是（）A.提高产品产量B.降低生产成本C.使系统整体性能达到最优D.增加设备利用率2.在进行化工系统流程模拟优化时，常用的方法不包括（）A.经验估算法B.严格模拟法C.灵敏度分析法D.序贯模块法3.对于化工系统的物料衡算，关键在于（）A.确定物料的种类B.准确计算各物流的流量和组成C.选择合适的衡算基准D.以上都是4.化工系统中设备的优化选型主要考虑因素不包括（）A.设备的价格B.设备的性能C.与工艺流程的适配性D.设备的外观5.关于化工系统能量集成优化，以下说法错误的是（）A.能有效降低能耗B.需考虑不同设备间的能量匹配C.主要关注热交换过程D.与物料衡算无关6.化工系统优化过程中，对模型的验证与改进是为了（）A.使模型更美观B.提高模型的准确性和可靠性C.增加模型的复杂性D.减少模型计算时间第II卷（非选择题，共70分）7.\(简述化工系统工程中系统优化的主要步骤及各步骤的关键要点。(15分)8.\(在一个化工生产流程中，有多个反应单元和分离单元。请阐述如何从整体上对该系统进行优化，以提高生产效率和降低成本。(15分)9.\(给出一段化工系统的物料衡算相关材料：某化工生产过程中，原料A和原料B在反应器中发生反应生成产物C。已知原料A的进料流量为1000kg/h，原料B的进料流量为500kg/h，反应转化率为80%。产物C的出料流量为800kg/h，同时还有未反应的原料A和原料B出料。请计算未反应的原料A和原料B的出料流量。(15分)10.\(关于化工系统设备优化选型的材料：某化工企业计划新建一条生产线，需要选择合适的反应釜。有两种型号的反应釜可供选择，型号I价格为50万元，处理能力为500kg/h；型号II价格为80万元，处理能力为800kg/h。预计该生产线每年运行300天，每天运行8小时。产品售价为2万元/吨，生产成本中除设备折旧外其他费用为1万元/吨。设备折旧按10年计算。请通过计算分析选择哪种型号的反应釜更经济合理。(15分)11.\(化工系统能量集成优化的材料：某化工装置中，有两个工艺过程需要进行能量集成。过程1的热负荷为1000kW（热需求），过程2的热负荷为-800kW（热供应）。已知过程1的操作温度范围为150-250℃，过程2的操作温度范围为200-300℃。请设计一个简单的热交换方案，说明如何实现能量的有效集成，并计算热交换后的剩余热负荷。(10分)答案：1.C2.A3.D4.D5.D6.B7.化工系统工程中系统优化主要步骤包括：系统定义与目标设定，明确系统边界和优化目标；建立模型，准确描述系统行为；求解优化问题，找到最优解；模型验证与改进，确保模型准确可靠。关键要点：目标设定要符合实际需求且明确可衡量；模型建立需合理简化且反映关键因素；求解过程要选择合适算法；验证改进要通过对比实际数据不断完善模型。8.从整体上对该化工生产流程系统优化，首先要对各反应单元和分离单元进行单独分析，优化反应条件提高反应转化率。然后通过物料衡算确定各单元物料流量关系，减少物料浪费。再进行能量集成优化，回收利用余热降低能耗。同时合理选型设备，提高设备运行效率。最后优化工艺流程，减少不必要的操作环节，从而提高生产效率和降低成本。9.原料A反应的量为1000×80%=800kg/h，未反应的原料A出料流量为1000-800=200kg/h。原料B反应的量为800÷2=400kg/h（因为产物C中A、B反应比例为2:1），未反应的原料B出料流量为500-400=100kg/h。10.型号I：每年处理量为500×8×300=1200000kg=1200吨。设备折旧每年50÷10=5万元。总成本为1200×1+5=1205万元。年收益为1200×2=万元。型号II：每年处理量为800×8×300=1920000kg=1920吨。设备折旧每年80÷10=8万元。总成本为1920×1+8=1928万元。年收益为1920×2=3840万元。经计算，型号II收益更高，更经济合理。11.可在150-250℃温度区间内设置热交换