2009度上期化工分析與合成期末試卷B答案

1、1宜賓學(xué)院 20092010 學(xué)年度上期化工過程分析與合成試題（B 卷）答案（1）采用夾點(diǎn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)時(shí)，為保證系統(tǒng)的最大熱回收，應(yīng)避免熱物流穿越夾點(diǎn)。（N）（2） 熱泵與系統(tǒng)熱集成時(shí)，將熱泵穿越夾點(diǎn)放置是有效的熱集成。 （丫）（3） 兩個(gè)或兩個(gè)以上相連的循環(huán)回路一定構(gòu)成最大循環(huán)網(wǎng)。 （N ）（4） 采用斷開熱負(fù)荷回路的方法調(diào)優(yōu)換熱器網(wǎng)絡(luò)，合并換熱器后的結(jié)構(gòu)除了需要保證每個(gè)單元設(shè)備熱負(fù)荷為非負(fù)外，還要檢驗(yàn)每個(gè)單元設(shè)備的傳熱溫差是否大于或等于最小的允許傳熱溫差。（丫）（5） R 組分簡(jiǎn)單塔精餾分離序列的綜合問題，可以看成是 R-1 階段決策問題。（丫）（6） 系統(tǒng)的自由度為系統(tǒng)變量數(shù)減去描

2、述系統(tǒng)的所有方程數(shù)。 （N ）（7） 能夠把全部簡(jiǎn)單回路至少斷裂一次的斷裂組定義為多余斷裂組。 （N ）（8） 穿越夾點(diǎn)的熱流量為零，則夾點(diǎn)處的傳熱推動(dòng)力為零。 （N ）（9） 利用能量松弛法調(diào)優(yōu)換熱器網(wǎng)絡(luò)，調(diào)優(yōu)前后系統(tǒng)所需的冷、 熱公用負(fù)荷不變。（N ）（10）對(duì)于已給定熱交換量的情況，通過熱交換面的傳熱溫差愈小，過程的不可逆性愈小，有效能損失小。（丫）1 間間歇過程的瓶頸問題很容易就能找到，因此，只需要對(duì)給定的設(shè)備加工順序進(jìn)行排序，就可以得到最優(yōu)的操作方案了。答：錯(cuò)誤（1 ）間歇過程的瓶頸問題隨產(chǎn)品及操作策略而有所不同，因而很難找到。（1 ）2. 化工過程的優(yōu)化因其所含變量太多而難以進(jìn)行，

3、為了簡(jiǎn)化計(jì)算的難度，某人建議只 考慮決策變量對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響，這種方式是否可行？答:對(duì)（1）狀態(tài)變量是決策變量的函數(shù)，因而，只考查決策變量對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響，不會(huì)改變優(yōu)化 過程的性質(zhì)，但能縮小問題的求解難度。（1）3. 非線性規(guī)劃的求解比線性規(guī)劃困難的多，因此，對(duì)于非線性規(guī)劃問題，不可能通過 求取目標(biāo)函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)，并令其為 0,來得到最優(yōu)解。答：錯(cuò)誤（1） 無約束的非線性最優(yōu)化問題可以通過令一階導(dǎo)數(shù)為 0 來進(jìn)行。（1）得分閱卷人判斷題（每小題2分，共20分）得分閱卷人（每小題4分，共20分）2有約束的非線性規(guī)劃問題可以通過拉格朗日或罰函數(shù)法轉(zhuǎn)化為無約束問題。4.對(duì)于存在三個(gè)加工設(shè)備的間歇過程

4、，是無法通過Johnson 規(guī)則來求解的答：錯(cuò)誤（1）對(duì)于特殊的 n/3/F/Fmax 問題，可以通過 Johnson 規(guī)則求取。即在第二個(gè)設(shè)備上最長(zhǎng)的加工時(shí)間，小于在第一（或第三）個(gè)設(shè)備上最短的加工時(shí)間。5. 在一個(gè)工廠的設(shè)計(jì)中，要想最大限度的減少公用工程的用量，可以通過采用高效率 的換熱器，并增大換熱面積來實(shí)現(xiàn)。答：錯(cuò)誤（1）要想最大限度減少公用工程的用量，應(yīng)通過夾點(diǎn)匹配方法進(jìn)行。（1）1一換熱網(wǎng)絡(luò)有2個(gè)工藝熱物流和2個(gè)工藝?yán)湮锪?，?shù)據(jù)如下表所示。若熱、冷物流間最小允許傳物流標(biāo)號(hào)熱容流率CP/(kW/ C)初始溫度TS/ C終了溫度Tt/ C熱流量Q/kWH14.015060360H22.

5、516050275C13.550170420C22.040150220熱溫差厶Tmin=10 C，試用問題表格法確定該過程的夾點(diǎn)溫度、最小公用工程冷負(fù)荷和最小公用工解（1）根據(jù)所給數(shù)據(jù)作出問題表格（1） 問題表格（1）SN1150160SN21140150SN3105115SN45060 ,SN54050h子網(wǎng)絡(luò)序號(hào)k冷物流及其溫度C2C1熱物流及其溫度H1H2170 180得分閱卷人分析計(jì)算題（每小題20分，共60分）程熱負(fù)荷。3（2）對(duì)各個(gè)子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行熱量恒算，得到問題表格（2）4冋題表格（2）子網(wǎng)絡(luò)序號(hào)赤字DkkW熱量kW無外界輸入熱量熱量外界輸入最I(lǐng)kkW轂小熱量QkIkQkSN1700

6、-7010030SN230-70-100300SN3-35-100-65035SN4-55-65-103590SN5-5-10-59095得到如下信息：在Tmin=10OC的情況下,夾點(diǎn)溫度最小公用工程加熱量最小公用工程冷卻量（3）夾點(diǎn)上方子網(wǎng)絡(luò)匹配夾點(diǎn)溫度在熱流體夾點(diǎn)溫度T = 145 oCQH min= 100 kwQC min= 95 kw熱端設(shè)計(jì)：物流標(biāo)號(hào)熱容 流率 kW/OCCP初始溫度CTs目標(biāo) 溫度CTt熱負(fù)荷kWQH22.516015025C13.5140170105C22.014015020夾點(diǎn)H1!H2111C1一H1-o-18025-C2H2120（4）夾點(diǎn)下方子網(wǎng)絡(luò)匹配

7、150OC和冷流體夾點(diǎn)溫度140 oC之間，故5冷端設(shè)計(jì):物流熱容初始目標(biāo)熱負(fù)荷標(biāo)號(hào)流率溫度溫度kW/oCoCoCkWCPTsTtQHi4.015060360H22.515050250Ci3.550140315C22.040140200整體設(shè)計(jì)方案:HiCiC2(5)整個(gè)初始網(wǎng)絡(luò)為:62.識(shí)別下圖中的不相關(guān)獨(dú)立子系統(tǒng)；斷裂所有最大循環(huán)網(wǎng)；畫出迭代計(jì)算順序圖7解：(1)識(shí)別不相關(guān)獨(dú)立子系統(tǒng)。單元串搜索法或矩陣法識(shí)別出6,(1,2,3,4,5)斷裂循環(huán)網(wǎng)(Lee-Rudd法)S7SjR回路矩陣S5S6S3S4A11100003B01011003C00000112f.1211111一除去不獨(dú)立的列斷

8、S3,S7,或S3,S8迭代計(jì)算順序圖斷開S3,S7,疋否滿足丨S30-S3l E2S5S6Sii-Si0卜S7S8丿S9|是否滿足丨S70S7|v E1斷開S3,S8,是否滿足丨S3S8|v E2,Sl2SiS4* S2S3S70II89是否滿足丨Sg0|v Ei3.現(xiàn)有一六組分碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，其組成和各組分的相對(duì)揮發(fā)度如下表所示:序號(hào)流量（kmol/h）相鄰組分相對(duì)揮發(fā)度標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)（oC）A4-42.1B302.45-6.3C1001.18-0.5D322.8915.0E241.4521.0F102.5036.1工藝要求分離出5個(gè)產(chǎn)品A，B，C,DE，F(xiàn)，擬采用常規(guī)蒸餾，試?yán)梅蛛x度系數(shù)有序探試法 綜合分析，找出最優(yōu)的分離序列，分離該5個(gè)組分為純組分。解：（1） 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則1、2,分離采用常規(guī)精餾，加壓。（2）根據(jù)規(guī)則3，DE不用分開。（3）規(guī)則4未采用。（4）根據(jù)規(guī)則5，B/C的分離應(yīng)放在最后。（5） 根據(jù)規(guī)則6，C組分應(yīng)優(yōu)先分出，但規(guī)則5優(yōu)先于規(guī)則6，故C放在最后分離。（6） 計(jì)算分離易度系數(shù)CES （ A/BCDEF）=0.73CES （