化工過程分析與合成考點精華

1、輸入，左到右實際上是假設輸入猜值去計算輸出與已知輸出進行比較再調整猜值進行計算 O只能單項求解，從化工過程分析與合成考點1、什么叫過程：(1)客觀事物從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的轉移。【過程】(2)在工藝生產上，對物料流進行物理或化學的加工工藝稱作過程工藝?！具^程工藝】(3)以天然物料為原料經(jīng)過物理或化學的加工制成產品的過程?；み^程包括：原料制備、化學反應、產品分離(4)由被處理的物料流聯(lián)接起來，構成化工過程生產工藝流程。(5)【最重要的單元過程】化學反應過程、換熱過程、分離過程、輸送過程、催化反應過程(6)【化學反應過程舉例】熱裂解反應過程、電解質溶液離子反應過程生化反應過程、分散控制(7)【

2、過程控制技術發(fā)展歷程】計算機集中控制、集散控制(我國多)、現(xiàn)場總線控制第二章、化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬與分析【模塊】模型和算法，一是要建模，二是這個模型的算法，兩者組一起才能算作模塊。【單元模型類型】理論模型、經(jīng)驗模型、半經(jīng)驗模型。【什么叫穩(wěn)態(tài)(化工過程穩(wěn)態(tài)模擬)】各個工藝參數(shù)狀態(tài)量不隨時間而發(fā)生變化的叫做穩(wěn)態(tài)。【么叫模擬】對過程系統(tǒng)模型進行求解就叫模擬。【過程系統(tǒng)模擬可以解決哪些問題(會畫圖)(1)過程系統(tǒng)模擬分析問題；(2)過程系統(tǒng)設計問題;(3)過程系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化問題。過程系統(tǒng)模擬分析問題：已知決策變量輸入，已知過程參數(shù)，求輸出，是一個正向求解問題，最簡單的模型。參已知數(shù)建立模型,并求解圖 2

3、7過程系統(tǒng)的模擬分析)過程系統(tǒng)設計問題：已知輸出設計結果，已知過程參數(shù)，求決策變量輸入；看起來是已知輸出求流策室|過程系統(tǒng)模型知狀態(tài)變量3）過程系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化問題：過程系統(tǒng)模型與最優(yōu)化模型聯(lián)立求解，得到一組使工況目標函數(shù)最佳的決策變量，從而實施最佳工況。【過程系統(tǒng)模擬三種基本方法，及其優(yōu)缺點】（1）序貫模塊法（不適于解算設計、優(yōu)化問題，只適于模擬問題（2）面向方程法（3）聯(lián)立模塊法（同時有（1）、（2）的優(yōu)點）【單元模塊】是依據(jù)相應過程單元的數(shù)學模型和求解算法編制而成的子程序。具有單向性特點【斷裂】通過迭代把高維方程組降階為低維方程組的辦法。它適用于不可分割子系統(tǒng)；【不可分割子系統(tǒng)】過程系統(tǒng)中，

4、若含有再循環(huán)物流，則構成不可分割子系統(tǒng)。【斷裂基本原則】1）切割流線總數(shù)最少、2）切割流線所含變量數(shù)最少、3）切割流線的總權重最小、4）環(huán)路切割的總次數(shù)最少【簡單回路】包含兩個以上流股，且其中的任何單元只被通過一次。矩陣：行-回路；列-物流。【適合于收斂單元應滿足要求：】（1）對初值的要求不高、（2）數(shù)值穩(wěn)定性好、（3）收斂速度快、（4）占用計算機存儲空間少【面向方程法（適用于線性化，非線性方程組先線性化）】第四章、化工過程系統(tǒng)的優(yōu)化【最優(yōu)化問題包括要素（內容）】（1）目標函數(shù)（2）優(yōu)化變量（3）約束條件（4）可行域【可行域】滿足約束條件的方案集合，構成了最優(yōu)化問題的可行域。【最優(yōu)解】過程系統(tǒng)

5、最優(yōu)化問題是在可行域中尋求使目標函數(shù)取最小值的點?！咀顑?yōu)化問題的建模方法】機理模型、黑箱模型、混合模型【系統(tǒng)最優(yōu)化方法的分類】無約束最優(yōu)化與有約束最優(yōu)化、線性規(guī)劃 LP（目標函數(shù)約束條件全部都為線性函數(shù)稱為線性規(guī)劃，剩一個為非線性函數(shù)為非線性規(guī)劃、單維最優(yōu)化和多維最優(yōu)化、解析法與數(shù)值法、可行路徑法與不可行路徑法【標準型】目標函數(shù)值一定是最小值、約束條件中沒有不等式約束，全是等式約束、所有的變量全是非負條件第七章、換熱網(wǎng)絡合成【換熱網(wǎng)絡合成】通俗地講就是將物流匹配在一起，充分利用熱物流去加熱冷物流，提高系統(tǒng)的熱回收，以便盡可能地減少輔助加熱與輔助冷卻負荷。【換熱網(wǎng)絡合成目的】讓某一個物料從初始溫

6、度到目標溫度（一定要達成）、盡可能的回收余熱、盡可能的減少換熱設備數(shù)?！緶囟葏^(qū)間求夾點（會畫溫度區(qū)間表）】將熱物流的起始溫度與目標溫度減去最小允許溫差Tmin,然后與冷物流的起始、目標溫度一起按從大到小排序，構成溫度區(qū)間?！緤A點】在溫度區(qū)間中，高溫度區(qū)間向低溫度區(qū)間傳遞的熱量為零的點，不是接受熱量為零的點（判斷）對于熱公用工程是 260C,對于冷公用工程是 250C。物理意義：溫焰圖上組合曲線垂直距離最低的點?！緤A點的三個特性】能量特性、位置特性、傳熱特性【夾點設計的三原則】（1）避免夾點之上熱物流與夾點之下冷物流間的匹配、（3）夾點之下禁用加熱器【匹配的可行性原則】（1）總物流數(shù)可行性原則：

7、夾點一側 N）.山 N_入流出流入（2）FCp（熱熔流率）可行性原則夾點一側FCpFCp.入就出驪入【換熱網(wǎng)絡合成中的實際問題】熱物流所作線性的逼近不能高于熱物流線，對冷物流所作的線性逼近不能低于冷物流線。【（物流）禁止匹配與強制匹配適用范圍】考慮到腐蝕、操作安全、設備布置、管線鋪設、操作方便等問題，可能會禁止某些物流間的匹配或強制進行某些物流間的匹配。老廠改造時應充分利用原有設備，就屬于強制匹配。第八章、分離塔序列的綜合【分離序列綜合的目的】選擇最合理的分離方法，確定最優(yōu)的分離序列，以降低其各項費用?！荆ǚ蛛x序列中）什么叫簡單塔】一個進料分離為兩個產品、每一個組分只出現(xiàn)在一個產品中，即銳分離

8、、塔底采用再沸器，塔頂采用全凝器【經(jīng)驗規(guī)則（抽考）】（1）優(yōu)先采用使用能量分離劑，使用質量分離劑的塔后馬上分離出去；只有用它可以顯著增加揮發(fā)度，用它可以直接得到產品時使用質量分離劑。（2）高溫高壓分離。（3）元素最少的分離序列（4）首先應移除腐蝕性和危險性的組分（5）相對揮發(fā)度接近于 1 的最后分離（6）首先移除含量最多的組分（7）等摩爾分割（8）CES（分離度系數(shù)）最大的首先分割【分離塔的最優(yōu)分離序列應該如何尋找？有哪些方法？（名字知道）】窮舉法、動態(tài)規(guī)劃法、分離度系數(shù)大的優(yōu)先分離的方法、相對費用函數(shù)的方法F(1f)2.732.41T0.31換熱網(wǎng)絡設計步驟有哪些？先找t,判斷是夾點問題還是

9、非夾點問題；（2）如果是非加點問題，必須當t 大于t 域值的時候才能尋找最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡。（3）如果是夾點問題，先找最小傳熱溫差，然后溫度區(qū)間法尋找夾點；尋找夾點之后進行夾點兩個可行性的匹配，如果不可行進行流股分割；匹配完了之后得到能量最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡。再看有沒有獨立的熱負荷回路，如果有用能量松弛法合并該回路得到減少換熱單元。最后在能量最優(yōu)和換熱單元最少之間找到一個折中。P14 過程系統(tǒng)模擬的三種基本方法:序貫模塊法、面向方程法、聯(lián)立模塊法。P16 序貫模塊法的基本思想（簡答）從系統(tǒng)入口物流開始，經(jīng)過接受該物流變量的單元模塊的計算得到輸出物流變量，作為下一個相鄰單元的輸入物流變量。依此逐個的計算過

10、程系統(tǒng)中的各個單元，最終計算出系統(tǒng)的輸出物流。計算得出過程系統(tǒng)中所有的物流變量值，也即狀態(tài)變量值。P16 什么叫結構單元圖？利用結點和邊的結合對系統(tǒng)結構進行數(shù)學描述，構成結構單元圖或簡稱“圖”。圖可以分成無向圖和有向圖。（2）夾點之上禁用冷卻器、(1)結構單元圖由結構單元與流股構成。結構單元也稱為結點，可以是一個單元設備，也可以是一個虛擬單元。在有向圖中，射入一個結點的邊的數(shù)目稱為該結點的入度，由一個結點射出的邊數(shù)稱為該結點的出度，而結點的入度與出度之和為該結點的度數(shù)。重要的子圖有以下幾種：（1）路：路是圖中任意兩個結點之間，由其他結點和相互順序連接的邊構成的交替序列。（2）通路：圖中兩個結點

11、之間按有向邊方向與其他結點連接的點、邊交替序列。（3）回路：起始結點和終止結點為同一結點時的通路，即封閉的通路。（4）環(huán)路：除起始點外其余結點均僅通過一次的回路稱為環(huán)路。環(huán)路是網(wǎng)絡的一個特征，這種環(huán)路的存在與過程系統(tǒng)中再循環(huán)反饋直接有關。（5）相互連接的圖：當圖中任意一對結點均可通過路來連接時，稱該圖為相互連接的圖。（6）整體：是子圖的一種特別重要的概念一一不可再分塊（整體），通常是由多個相互關聯(lián)的環(huán)路組成，這些環(huán)路具有至少一個公共結點。（7）樹：由根、枝組成，往下生長，構成數(shù)學上的“樹”。P29EOM（面向方程法）的基本思想：描述整個過程系統(tǒng)的數(shù)學方程式聯(lián)立求解，從而得出模擬計算結果。把描述

12、過程系統(tǒng)的所有數(shù)學模型匯集到一起，形成一個非線性方程組進行求解P30 面向方程法的核心問題是求解超大型非線性方程組，求解方法大致分為兩類為：將為求解法；聯(lián)立求解法P31 方程組的分解方法有回路搜索法和矩陣法兩大類。P54 化工過程系統(tǒng)通過一系列物理化學分離和化學反應（包括催化、電化與生化）改變原料狀態(tài)、微觀結構和/或化學組成的加工技術。動態(tài)特性是化工過程系統(tǒng)最基本的特性之一。模型化是現(xiàn)代化學工程方法論的重要組成部分,尤其是過程動態(tài)學的核心。根據(jù)過程系統(tǒng)中狀態(tài)變量分布特性的不同，一般把數(shù)學模型分為：集中參數(shù)模型、分布參數(shù)模型、多級集中參數(shù)模型根據(jù)建立模型的不同方法，一般可將數(shù)學模型分為：統(tǒng)計模型

13、（經(jīng)驗模型）（黑箱模型）、確定性模型（又稱機理模型）、介于兩者之間的半經(jīng)驗模型P55 確定性動態(tài)模型的數(shù)學處理（1）正問題、（2）逆問題、（3）過程系統(tǒng)的定性分析P57 連續(xù)攪拌反應器的動態(tài)特性-一集中參數(shù)模型代表P63 精微塔的動態(tài)特性一多級集中參數(shù)模型P68 變壓吸附過程-分布參數(shù)動態(tài)模型P76 化工過程優(yōu)化、結構優(yōu)化（設計參數(shù)、操作參數(shù)）、參數(shù)優(yōu)化、管理優(yōu)化P77 求解做優(yōu)化問題就是要找到一組是的目標函數(shù) J 達到最大或最小的決策變量。最小值的點位最優(yōu)解。過程變量向量主要由兩部分組成，即決策變量和狀態(tài)變量。P78 變量 y 的取值范圍一般都要給以一定的限制，稱為約束條件。等式約束條件由等

14、式設計規(guī)定要求和尺寸成本關系式兩部分組成滿足約束條件的方案集合，構成了最優(yōu)化問題的可行域。P90 無約束條件最優(yōu)化問題的經(jīng)典求解方法一階導數(shù)為零、二階導數(shù)大于等于零P107 多變量問題的搜索中有約束問題的求解是以無約束問題的求解為基礎的多變量問題的求解是以單位變量搜索為基礎的單變量問題的搜索又是以解析解法中的相關頂哦里和結論為基礎的。多變量非線性規(guī)劃問題的求解思路總體上可歸結為搜搜方向和搜索步長的確定，即xk1xkkskP115 求解（OPT1）最優(yōu)化問題的優(yōu)化方法視其約束條件的方式分為兩大類：可行路徑型和不可行路徑P126 過程系統(tǒng)的最優(yōu)化模型分為機理模型、黑箱模型、混合模型機理模型法、（統(tǒng)

15、計模型法、智能模型法）P159 按最終產品的輸出形式，工業(yè)加工過程可分為：連續(xù)、離散和間歇過程動態(tài)性P160 間歇化工的特點：技術密集性、多樣性、柔韌性、不確定性間歇過程與連續(xù)過程的比較動態(tài)特性是間歇過程的本質，而連續(xù)過程的本質是穩(wěn)態(tài)操作在間歇過程中，原料必須按配方規(guī)定的加工任務和順序，在合適的設備中進行加工。在連續(xù)過程中，原料連續(xù)加入，各加工任務同時進行通過詳細的系統(tǒng)分析，可找到連續(xù)過程的瓶頸問題，而間歇過程的瓶頸問題隨產品及操作策略而改變。間歇過程中的設備尺寸的設計并不是很精確的（能夠用來生產多個產品）。連續(xù)過程中的安全系統(tǒng)，主要是降低系統(tǒng)的停車時間。間歇過程不需要。間歇過程通常為小批量、

16、高附加值的化學品而設計的，一個生產周期只能生產一批產品。連續(xù)過程通常是為需求量很大的特定產品而設計的，原料連續(xù)加入，產品連續(xù)排出。間歇過程必須對整個生產過程，進行有效的排序或進行生產時間表安排。由于間歇過程的柔韌性和彈性，它適合于市場供求不穩(wěn)定的產品的生產。連續(xù)過程則適合于市場供求穩(wěn)定的產品的生產。對于市場需求量很大的產品，其初始階段一般也是用間歇過程生產的P161 間歇過程的設備：單純的間歇設備、半連續(xù)設備、中間存貯設備P162 間歇過程的分類單產品廠、多產品廠、多裝置廠、多目的廠。P164 在間歇 j 獨立操作過程中，某臺設備加工兩批物料的時間間隔稱為“該設備的循環(huán)時間”：整個間歇級加工兩

17、批物料的時間間隔稱為“間歇級 j 的循環(huán)時間”。順序地從工廠得到兩批產品之間的時間間隔稱為“限定循環(huán)時間（LCT）”，也稱為“批間隔”P195 對于一個含有換熱物流的工藝流程，將其中的換熱物流提取出來，組成了換熱網(wǎng)絡系統(tǒng)其中被加熱的物流稱為冷物流，被冷卻的物流稱為熱物流。P195 換熱的目的不僅是為了使物流溫度滿足工藝要求，而且也是為了回收過程余熱，減少公用工程消耗?；谶@種思想進行的換熱網(wǎng)絡設計稱為換熱網(wǎng)絡合成。換熱網(wǎng)絡合成的任務，是確定換熱物流的合理匹配方式，從而以最小的消耗代價，獲得最大的能量利用效鎘,。（1）采用夾點設計法設計換熱網(wǎng)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

18、)(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。(丫)(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(wǎng)。(N)(4)采用斷開熱負荷回路的方法調優(yōu)換熱器網(wǎng)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 組分簡單塔精微分離序列的綜合問題，可以看成是 R-1 階段決策問題。(Y)(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)(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(wǎng)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。(Y)1 .間間歇過程的瓶頸問題很容易就能找到，因此，只需要對給定的設備加工順序進行排序，就可以得到最優(yōu)的操作方案了。答：錯誤2 .化工過程的優(yōu)化因其所含變量太多而難以進行， 為了簡化計算的難度， 某人建議只考慮決策變量對目標函數(shù)的影響，這種方式是否可行？答：對3 .非線性規(guī)劃的求解比線性規(guī)劃困難的多，因此，對于非線性規(guī)劃問題，