大連理工化工過程合成與分析08年考題答案

1、一、名詞解釋（ 10 分）：1改變過程系統(tǒng)中的設備類型或相互間的聯(lián)結關系， 以優(yōu)化過程系統(tǒng)；參數優(yōu) 化指在確定的系統(tǒng)結構中，改變操作參數，是過程某些指標達到優(yōu)化。2識別出系統(tǒng)中的獨立子系統(tǒng)，進一步識別出這些子系統(tǒng)中必須同時求解的方 程組及其對應的循環(huán)回路或最大循環(huán)網，將系統(tǒng)中的節(jié)點、擬節(jié)點按信息流方向 排出沒有環(huán)路的序列，確定有力的求解順序。3最好的設計變量選擇是使設計方程得到一個開鏈結構。4質量衡算方程、相平衡方程、組分歸一方程和焓衡算方程。5利用熱力學原理，將反應、分離、換熱、熱機、熱泵等過程的用能特性從用 能本質的角度一致起來， 將全過程的能量綜合問題轉化為有約束的換熱網絡綜合 問題。二

2、、判斷以下問題是非（ 10 分）（1） 采用夾點設計法設計換熱網絡時，為保證系統(tǒng)的最大熱回收，應避免熱物 流穿越夾點。 （N）（2） 熱泵與系統(tǒng)熱集成時，將熱泵穿越夾點放置是有效的熱集成。（Y ）（3） 兩個或兩個以上相連的循環(huán)回路一定構成最大循環(huán)網。 （N ）（4） 采用斷開熱負荷回路的方法調優(yōu)換熱器網絡，合并換熱器后的結構除了需 要保證每個單元設備熱負荷為非負外，還要檢驗每個單元設備的傳熱溫差是 否大于或等于最小的允許傳熱溫差。 （Y ）（5）R 組分簡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)變量數減去描述系統(tǒng)的所有方程數。（N ）（

3、7） 能夠把全部簡單回路至少斷裂一次的斷裂組定義為多余斷裂組。（N ）（8） 穿越夾點的熱流量為零，則夾點處的傳熱推動力為零。（N ）（ 9） 利用能量松弛法調優(yōu)換熱器網絡，調優(yōu)前后系統(tǒng)所需的冷、熱公用負荷不 變。 （ N ）(10)對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)三、過程系統(tǒng)分解(15 分)1 識別不相關獨立子系統(tǒng)；2 斷裂所有最大循環(huán)網；3 畫出迭代計算順序圖。S12解：利用單元串搜索法得到系統(tǒng)有5 個回路：A(1,2,3,1)B(2,3,4,2)C(6,7)D(5,6,7,5/0E(5,7,5)系統(tǒng)有 13個六股：S2,S

4、3, S4, S5,S6,S7, S8, S9, S10, S11, S12, S13, S16其對應的回路矩陣：S2S3S4S5S6S8S9Sl0SilSl2R所以斷裂 S3, S9,S12計算順序為:A111B111CDEf1211133112111311丿212112Si2根據II-其中 S2, S , S5, S6S3S8, S10S9S11S12S3S911四、（15 分）一換熱網絡中有兩股熱物流及一股冷物流，數據如下表1 所示。若系統(tǒng)最小允許傳熱溫差為 20C，試確定過程的夾點溫度、最小公用工程冷負荷 和最小公用工程熱負荷，并利用夾點設計法設計該換熱過程的初始網絡。若Tmin10

5、C,試用 T-H 圖定性分析最小公用工程冷、熱負荷是增加還是減少表 1 物流數據物流標號初始溫度Tin廠C終了溫度Tout/ C熱容流率1CP/(kW?C-)H1505025H21004030C32012040解：用“問題表格” 算法(1)按Tmin=20E,得到問題表格（ 2）,見表 2。表 2 冋題表格（1）Tmin20C子網絡序號k冷物流及其溫度Cicii i i ic熱物流及其溫度H1H2SNi120i iiI|140SN2i80 -11I1100SN330 _1I I50FSN420 -l1l1401(2)依次對每一子網絡做熱量衡算，得出結果列于表 3,則得到有關信息如下:表 3冋題

6、表格(2)子網絡序號赤字D/kW熱量/kW無外界輸入熱量熱量/kW外界輸入最小熱量IkQIkQSN-2500250350600SN600250-3506000SN-750-3504000750SN1004003007506501,夾點位置在第 2 與第 3 子網絡的界面處，夾點溫度是：熱物流的溫度為 100C,冷物流的溫度為 80C。2,最小熱、冷公用工程負荷分別為Q,min=350kVVQmn=650kV；最大熱回收=3650kW(2).換熱網絡的設計a.熱端的設計見表 2,冷端由子網絡 SN1,SN2 組成，其中包含的物流有H1,C1,設計網絡見下:夾點CP2540Q12501600b.冷

7、端的設計見表 2,熱端由子網絡 SN3,SN4 組成，其中包含的物流有 H1,H2,C1,設計網絡見下:五、現有一五組分碳氫化合物的混合物，其組成和各組分的相對揮發(fā)度如下表所示：CPQ502512504030180020402400序號組成(摩爾分率)相鄰組分相對揮發(fā)度標準沸點(o C)ABCDE工藝要求得到高純度的單組分產品，試用有序直觀推斷法進行分離序 列的綜合。分離易度系數計算公式：CES= f*，f = D/W 或 WD, f 1 , = | Tb|解：(1)根據經驗規(guī)則 1、2,分離采用常規(guī)精餾，加壓。(2)規(guī)則 3、4 未采用。(3)根據規(guī)則 5，B/C 的分離應放在最后。(4)根據規(guī)則 6, C 組分應優(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。(5)計算分離易度系數