曲阜师范大学《化工过程分析与合成》复习资料.docx

化工过程分析与合成复习资料(一)一、填空题1 .请列举出三种常见的求解非线性方程的数值迭代方法：、O2 .判断一个断裂流股组是否为最优断裂组，其判别标准可以是：(1)；(2)、(3)所有断裂流股权因子数值总和最小；(4)使直接代入法具有最好的收敛特性。3 .对于夹点上方的夹点匹配换热器，其流股数可行性原则是,夹点下方的FCp可行性原则是；4 .过程系统优化主要分为优化和优化两个方面。5 .目前使用最多的用于化工过程流程模拟的软件是。1 .下列过程的动态模拟，其模型属于集中参数模型的为OA.管式反应器B.变压吸附装置C.连续搅拌罐反应器D.填料塔2 .对于如图所示的不可分割子系统，以下流股组中的为非多余断裂组。S6A.(S1,S3,S4,S5)B.S1,S4,S7)C.S1,S2,S3)D.S5,S6,S7)3 .最优化问题所针对的过程系统，其自由度须,A.小于零B,等于零C.小于或等于零D.大于零4 .以下换热网络中，是夹点匹配换热器；夹点5 .分离序列综合的有序直观推断法，下列几条规则中，应优先考虑的哪条？A.有毒有害物质先分离B.相对挥发度很小的最后分离C.尽量等摩尔分离D.含量大的物质先分离三、判断题，判断对错，并作出简单解释。1 .几个循环回路连接在一起，就是最大循环网。2 .过程系统的结构优化包括设备类型、温度、压力、流量等方面的优化。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 .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。5 .系统的自由度为系统变量数减去描述系统的所有方程数。三、简答题1 .找出如下过程系统的非多余断裂组。S42 .计算给定温度下的闪蒸时，需要核实闪蒸问题是否成立，请写出五种热状况的判据。四、模拟与综合题1.如下图所示的工艺流程，苯、甲苯混合物通过三个闪蒸器进行分离，混合物进入闪蒸1初步分离后，气相进入闪蒸2,液相进入闪蒸3；闪蒸2所得的气相作为气相产品，液相回流与入料混合；闪蒸3所得的液相作为液相产品，气相回流与入料混合。已知：(1)进料流量为Sl,苯的组成为Xi;(2)闪蒸器1、2、3内的温度分别为Tl、T2、T3,压强分别为口、P2、p3;(3)苯的饱和蒸汽压PAO与温度T的关系可用安托因方程来表示：n/=A-一J甲苯“人,T+Cl的饱和蒸汽压PB°与温度T的关系可表示为:(4)在给定的温度和压强下，每个闪蒸器均呈气液两相。现求解气相产品、液相产品的流量和组成，请写出序贯模块法的的计算步骤。一、填空题1 .直接迭代法部分迭代法韦格施坦法。2 .断裂流股数最少，断裂流股变量数最少3 .NhWNc,FCPHWFCPc。4 .参数结构5 .Aspen二、选择题1. C2. B3. D4. B5. B三、判断题，判断对错，并作出简单解释。1 .错。包含2个以上相互连接（相互交织而不是序贯连接）的循环回路才构成最大循环网。2 .错。温度、压力、流量的优化属于参数优化。3 .错。会增加公用工程负荷。4 .错。夹点处的传热推动力为最小允许传热温差。5 .错。应为变量数减去这些变量涉及的独立方程数。四、简答题1 .答：s3;s2,s5,s7;s2,s6,s7;s4,s5,s7;s4,s6,s72 .答：过冷液体KiZiVFTVTb/=I泡点液体KRl=0T=T"r=l两相混合物AlO7>叫NjlK,>OTVTnMlMl露点气体白马/=1-7=,过热气体KVlOTA石，/»1五、模拟与综合题(1)断裂物流S2,赋初值S20,x20(3)计算闪蒸器2：kA2=exp(Al-Bl(T2+Cl)p2kB2=exp(A2-B2(T2+C2)p2x7=kA2*kB2(kA2+kB2)x5=kB2(kA2+kB2)S7=S3*(x3x5-l)(kA2-l)S5=S3-S7(5)计算混合器：S2=S1+S5+S6x2=(Sl*xl+S5*x5+S6*x6)/S2(2)计算闪蒸器1：kAl=cxp(Al-Bl(Tl+Cl)plkBI=exp(A2-B2(Tl+C2)plx3=kAl*kBl(kAl+kBl)x4=kBl(kAl+kBl)S3=S2*(x2x4-l)(kAl-l)S4=S2-S3(4)计算闪蒸器3：kA3=exp(A1-Bl(T3+Cl)p3kB3=exp(A2-B2(T3+C2)p3x6=kA3*kB3(kA3+kB3)x8=kB3(kA3+kB3)S6=S4*(x4x8-l)(kA3-l)S8=S4-S6(6)判断收敛：如果IS2o-S2I<lIx20-x2I2假定成立，输出各流股的流量和组成否则令S20=S2x20=x2重复以上计算。化工过程分析与合成复习资料（二）一、填空题1 .过程系统模拟的基本方法有法、法和法。2 .过程系统由过程单元及各单元间的联结关系构成，这些联结关系包括和O3 .在换热网络设计中，夹点将整个温度区间分为了两部分，夹点之上需要器，夹点之下需要器。4 .对于夹点下方的夹点匹配换热器，其流股数可行性原则是,同方可行性原则是O5 .过程系统优化主要分为优化和优化两个方面。二、选择题1 .对于如图所示的不可分割子系统，以下流股组中的为非多余断裂组。.S1,S3,S4,S5B.S1,S2,S4,S7）C.S2D.S5,S6,S72 .连续搅拌罐反应器的动态数学模型可以通过下列哪种算法来求解？A.龙格-库塔法B.拉格朗日乘子法C.单纯形法D.罚函数法3 .最优化问题所针对的过程系统，其自由度须。A.小于零B.等于零C.小于或等于零D.大于零4 .以下换热网络中，不是夹点匹配换热器。夹点)÷<>÷÷1CyO-5 .采用夹点法设计换热网络时，要想得到能量最优的换热网络，则下图所示的夹点下方的匹配方案中，一定是不可行的。三、判断题1 .对过程系统进行稳态模拟，描述过程对象的模型中不包括时间参数。2 .组合曲线上斜率发生变化的点称为角点，夹点一定出现在角点处。3 .在一个工厂的设计中，要想最大限度的减少公用工程的用量，可以通过采用高效率的换热器，并增大换热面积来实现。4 .在分离序列的综合中，应优先考虑使用能量分离剂的方法，其次才考虑采用质量分离剂的方法。5 .为了使换热网络的公用工程消耗最小，应避免夹点之上的热物流与夹点之下的冷物流间的匹配。三、简答题L什么是过程系统工程？2.复杂精储塔的模拟过程中用到的'1、E、S、H方程是指那几类方程？四、模拟与综合题请写出下图所示的多组分等温闪蒸过程的模型方程及求解方法。LXiT1P一、填空题1 .序贯模块、面向方程、联立模块。2 .物料流能量流。3 .加热，冷却。4 .Nh2Ne,FCpHFCpc5 .参数结构二、选择题1. C2. A3. D4. E5. A三、判断题1. J2.X3.X4.5.四、简答题1 .答：过程系统工程是研究化工过程整体特性的一门学科，它用系统工程的观点和方法来研究化工过程的开发、设计、最优操作和最优控制。2. M质量守恒方程（或物料恒算方程）；E相平衡方程；S归一化方程；H一一培恒算方程。五、模拟与综合题（共28分）L（Io分）解：（1）模型方程a.相平衡方程：yi=i×ib.物料衡算：F×zj=V×yl.+L×xjc热量衡算：F×Hf+Q=V×Hv+L×Hid归一化方程：X=1=1z,=le.焰算式：Hv=f（%T,P）Hl=，（x”T,P）（2）求解方法引入参数=VF（1）y=KiXii=1,2,C.（=>Zj=。勺西+（1。）NZ=1,2,.CFzi=Lxi+VyiI=1,2,.C则：xi=yi=-i=L侈?.C，1+M-D1+M-D乂刊：=1x=,1=1=l（>yQ-k”=§3）采用迭代法求解方程（3）,得到中的值，根据（1）得到V的值；L=F-V;再根据（2）可以计算出汹和y,o一、填空题1 .在用序贯模块法处理具有再循环物流系统的模拟计算时，需要通过打开回路。2 .优化和优化是过程系统的两大类优化问题，它们贯穿于化工过程设计和化工过程操作。3 .精循分离过程尽量避免真空和制冷操作。如需采用真空操作，则可考虑用方案代替；如需采用制冷操作，则可考虑采用方案代替。4 .在换热网络设计中，夹点将整个温度区间分为了两部分，夹点之上需要器，夹点之下需要O5 .用常规精微的方法将含有3个组分的混合物分离成纯组分产品，则切分点的数目为,分离序列数为,分离的子群数为。二、选择题1 .以下换热网络中，是夹点匹配换热器；夹点-OOiO-2 .对于如图所示的不可分割子系统，以下流股组中的为非多余断裂组。A.S3,S4,S5B.S1,S3,S4,S7)C.S1,S2,S3D.S5,S6,S7)3 .连续搅拌罐反应器的动态数学模型可以通过下列哪种算法来求解？.A.龙格-库塔法B.拉格朗日乘子法C.单纯形法D.罚函数法4 .最优化问题所针对的过程系统，其自由度须0A.小于零B.等于零C.小于或等于零D.大于零5 .在T-H图上，表示纯组分汽化物流信息的为0A.水平线段B,竖直线段C.斜向上线段D.斜向下线段三、判断题1 .对过程系统进行稳态模拟，描述过程对象的模型中不包括时间参数。2 .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。3 .在一个工厂的设计中，要想最大限度的减少公用工程的用量，可以通过采用高效率的换热器，并增大换热面积来实现。4 .在分离序列的综合中，应优先考虑使用能量分离剂的方法，其次才考虑采用质量分离剂的方法。5 .为了使换热网络的公用工程消耗最小，应避免夹点之上的热物流与夹点之下的冷物流间的匹配。四、简答题序贯模块法和面向方程法是过程系统稳态模拟的两种基本方法,请说明它们的基本思想与优缺点。对于一个复杂的、有多个反馈回路的化工过程，采用序贯模块法进行求解时，应当如何进行计算？五、模拟与综合题利用表中数据，（1）计算该系统所需要的最小公用工程消耗；（2）指出夹点位置；（3）画出一种能量最优的冷热物流匹配方案；（4）若要求在夹点匹配的基础上减少一个换热单元，请画出新的匹配方案。（已知：最小允许传热温差为15°C）流股及类型热容流率FC（kWC）wcoc1热2150602热890603冷2.5201254冷325100一、填空题1 .断裂与收敛2 .参数结构3 .萃取吸收4 .加热冷却5 .2,2,6二、选择题1. B2. A3. A4. D5. A三、判断题1.2.×3.X4.5.四、简答题答：序贯模块法基本思想：从系统入口物流开始，经过接受该物流变量的单元模块的计算得到输出物流变量，作为下一个相邻单元的输入物流变量，依此逐个的计算过程系统中的各个单元。优点：便于学习；易于通用化；出错易诊断，缺点：再循环引起的收敛迭代浪费机时；设计型计算浪费机时；不宜于进行最优化计算。面向方程法基本思想：把描述过程系统的所有数学模型汇集到一起，形成一个非线性方程组进行求解。优点：解算快；宜于设计型计算和最优化计算；便于与动态模拟联合实现，缺点：对初值要求较高；难于形成通用化程序；难以继承己有的单元模块。序贯模块法的求解方法：找出最优断裂族，为各断裂流股设定初值，建立各单元的模型，利用模型序贯的求解（即将前一单元的出口物流作为后一单元的入口参数），循环计算，求出断裂流股的计算值，比较所求得的断裂流股的计算值，并与上一次的值比较，如果小于所设定的误差，迭代结束，否则，重复步骤4,直至收敛。五、模拟与综合题解：（1）划分温度区间；（2）最小加热量为80kW,最小冷却量为12.5kW。（3）夹点位置在9075。（3）图1（4）图275kW15 GkW