大連理工化工過(guò)程合成與分析08年考題答案

1、一、名詞解釋（ 10 分）：1改變過(guò)程系統(tǒng)中的設(shè)備類型或相互間的聯(lián)結(jié)關(guān)系， 以優(yōu)化過(guò)程系統(tǒng)；參數(shù)優(yōu) 化指在確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，改變操作參數(shù)，是過(guò)程某些指標(biāo)達(dá)到優(yōu)化。2識(shí)別出系統(tǒng)中的獨(dú)立子系統(tǒng)，進(jìn)一步識(shí)別出這些子系統(tǒng)中必須同時(shí)求解的方 程組及其對(duì)應(yīng)的循環(huán)回路或最大循環(huán)網(wǎng)，將系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)、擬節(jié)點(diǎn)按信息流方向 排出沒(méi)有環(huán)路的序列，確定有力的求解順序。3最好的設(shè)計(jì)變量選擇是使設(shè)計(jì)方程得到一個(gè)開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)。4質(zhì)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(xué)原理，將反應(yīng)、分離、換熱、熱機(jī)、熱泵等過(guò)程的用能特性從用 能本質(zhì)的角度一致起來(lái)， 將全過(guò)程的能量綜合問(wèn)題轉(zhuǎn)化為有約束的換熱網(wǎng)絡(luò)綜合 問(wèn)題。二

2、、判斷以下問(wèn)題是非（ 10 分）（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。（Y ）（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(kāi)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。 （Y ）（5）R 組分簡(jiǎn)單塔精餾分離序列的綜合問(wèn)題，可以看成是 R-1 階段決策問(wèn)題。（丫） （ 6）系統(tǒng)的自由度為系統(tǒng)變量數(shù)減去描述系統(tǒng)的所有方程數(shù)。（N ）（

3、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(guò)熱交換面的傳熱溫差愈小， 過(guò)程的不可 逆性愈小，有效能損失小。(丫)三、過(guò)程系統(tǒng)分解(15 分)1 識(shí)別不相關(guān)獨(dú)立子系統(tǒng)；2 斷裂所有最大循環(huán)網(wǎng)；3 畫(huà)出迭代計(jì)算順序圖。S12解：利用單元串搜索法得到系統(tǒng)有5 個(gè)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(gè)六股：S2,S

4、3, S4, S5,S6,S7, S8, S9, S10, S11, S12, S13, S16其對(duì)應(yīng)的回路矩陣：S2S3S4S5S6S8S9Sl0SilSl2R所以斷裂 S3, S9,S12計(jì)算順序?yàn)?A111B111CDEf1211133112111311丿212112Si2根據(jù)II-其中 S2, S , S5, S6S3S8, S10S9S11S12S3S911四、（15 分）一換熱網(wǎng)絡(luò)中有兩股熱物流及一股冷物流，數(shù)據(jù)如下表1 所示。若系統(tǒng)最小允許傳熱溫差為 20C，試確定過(guò)程的夾點(diǎn)溫度、最小公用工程冷負(fù)荷 和最小公用工程熱負(fù)荷，并利用夾點(diǎn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)該換熱過(guò)程的初始網(wǎng)絡(luò)。若Tmin10

5、C,試用 T-H 圖定性分析最小公用工程冷、熱負(fù)荷是增加還是減少表 1 物流數(shù)據(jù)物流標(biāo)號(hào)初始溫度Tin廠C終了溫度Tout/ C熱容流率1CP/(kW?C-)H1505025H21004030C32012040解：用“問(wèn)題表格” 算法(1)按Tmin=20E,得到問(wèn)題表格（ 2）,見(jiàn)表 2。表 2 冋題表格（1）Tmin20C子網(wǎng)絡(luò)序號(hào)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(duì)每一子網(wǎng)絡(luò)做熱量衡算，得出結(jié)果列于表 3,則得到有關(guān)信息如下:表 3冋題

6、表格(2)子網(wǎng)絡(luò)序號(hào)赤字D/kW熱量/kW無(wú)外界輸入熱量熱量/kW外界輸入最小熱量IkQIkQSN-2500250350600SN600250-3506000SN-750-3504000750SN1004003007506501,夾點(diǎn)位置在第 2 與第 3 子網(wǎng)絡(luò)的界面處，夾點(diǎn)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(fù)荷分別為Q,min=350kVVQmn=650kV；最大熱回收=3650kW(2).換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)a.熱端的設(shè)計(jì)見(jiàn)表 2,冷端由子網(wǎng)絡(luò) SN1,SN2 組成，其中包含的物流有H1,C1,設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)下:夾點(diǎn)CP2540Q12501600b.冷

7、端的設(shè)計(jì)見(jiàn)表 2,熱端由子網(wǎng)絡(luò) SN3,SN4 組成，其中包含的物流有 H1,H2,C1,設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)下:五、現(xiàn)有一五組分碳?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：CPQ502512504030180020402400序號(hào)組成(摩爾分率)相鄰組分相對(duì)揮發(fā)度標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)(o C)ABCDE工藝要求得到高純度的單組分產(chǎn)品，試用有序直觀推斷法進(jìn)行分離序 列的綜合。分離易度系數(shù)計(jì)算公式：CES= f*，f = D/W 或 WD, f 1 , = | Tb|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)規(guī)則 3、4 未采用。(3)根據(jù)規(guī)則 5，B/C 的分離應(yīng)放在最后。(4)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。(5)計(jì)算分離易度系數(shù)