化工过程分析与合成第3章化工过程系统动态模拟与分析3

化工过程的分析与综合

化工过程的分析与综合 综述 学号：201044143 姓名：尹麒 班级：化工1001

题目：关于化工过程分析与计算机模拟的综述 前言：化工过程分析与计算机模拟是现代化学工程研究和实践的重要手段。通过对过程的分析和模拟可以加深对过程的理解，掌握过程变化的趋势，缩短过程研究和开发的进程，或者说用以秒为单位的计算机世界来换得以月或年为单位的工程时间，而且还可以大大节约人力和物力。对于一个化工过程，常需要进行详细考察，以及尽可能达到最优化的条件。这样的深入了解是属于过程分析的内容，它涉及对整个过程及其组成部分有关的各种影响因素。实际情况是，过程分析对设计中过程的流程和技术条件的选择，对运转中过程的操作控制、考察和改进，以及对过程的研究和开发都是很重要的。 正文：（1）化工过程的分析 分析是对任何具有明确界限的事物，即系统的详细考察，以求了解其特性，常是与一定的目的相联系的。过程分析是对一过程的特定问题的认识并探求问题的解决途径和方法。过程分析早就被化学工程师所用。对于一个正在运转中的化工过程，人们首先可以对它的各个方面进行直接观察，对现场数据加以分析研究，但这是有一定限度的，因现场条件常是不能随意改变的。在过程的开发和设计中，实际过程还未建立，就不能对它进行直接视察，对一些影响因素及其相互关系的考察，一种习用的方法是建立一个小型或中型的实际过程来进行实验观察。此外，也可通过数学计算加以考察。在不久的过去，由于计算方法的限制，对数学的利用有限，因此通过计算对复杂得实际过程进行分析是很困难的，甚至是不可能的。由于现代计算机的应用，我们可以很好的解决复杂得数学问题，现代应用电子计算机进行过程分析的一般步骤可用图1—1表示。

(完整word版)化工过程分析与合成

名词解释 1.夹点的意义 （夹点处，系统的传热温差最小（等于ΔT min ），系统用能瓶颈位置。夹点处热流量为 0 ，夹点将系统分为热端和冷端两个子系统，热端在夹点温度以上，只需要公用工程加热（热阱），冷端在夹点温度以下，只需要公用工程冷却（热源）；） 2.过程系统能量集成 （以用能最小化为目标的考虑整个工艺背景的过程能量综合） 3.过程系统的结构优化和参数优化 （改变过程系统中的设备类型或相互间的联结关系，以优化过程系统；参数优化指在确定的系统结构中，改变操作参数，是过程某些指标达到优化。） 4、化工过程系统模拟 （对于化工过程，在计算机上通过数学模型反映物理原型的规律） 5、过程系统优化 （实现过程系统最优运行，包括结构优化和参数优化） 6、过程系统合成 （化工过程系统合成包括：反应路径合成；换热网络合成；分离序列合成；过程控制系统合成；特别是要解决由各个单元过程合成总体过程系统的任务） 7、过程系统自由度 （过程系统有m个独立方程数，其中含有n个变量，则过程系统的自由度为： d=n-m，通过自由度分析正确地确定系统应给定的独立变量数。） 填空题 1.稳态模拟的特点是，描述过程对象的模型中( 不含 )时间参数 2.( 集中参数模型)认为状态变量在系统中呈空间均匀分布，如强烈搅拌的反应罐就可以用这一类模型来描述. 3. ( 统计模型 )又称为经验模型，纯粹由统计、关联输入输出数据而得。 (确定性模型 )又称为机理模型 4.( 结构 )优化和( 参数 )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。 5.换热网络的消耗代价来自三个方面： (换热单元（设备）数) ( 传热面积) (公用工程消耗) 6.过程系统模拟方法有、和。 7.试判断图a中换热匹配可行性 1 , 2 , 3 , 4 。

不可忽视的气体在线分析仪预处理系统

不可忽视的气体在线分析仪预处理系统 在线分析仪表在化工行业的应用已经十分的广泛,为化工生产过程控制、提高产品质量、指导操作提供了重要手段和依据。在线分析仪表在生产现场连续自动分析各种混合气体样品的成分含量及单个组分含量,使得工艺控制更适时、更准确。但在实际生产过程中,有很多的在线分析仪表不能正常可靠持续的投入运行,不能真正的发挥其作用,其主要原因就是工艺现场对在线分析仪表运行条件认识不足,样品预处理不能使测量样气达到分析仪的要求,从而制约了在线分析仪表的使用和发展。 1在线分析仪预处理系统 1.1样品预处理的基本任务和功能 在线分析仪通常需要不含干扰组分的清洁、非腐蚀的样品,在正常情况下,样品必是在限定的温度、压力和流量范围之内,样品处理的基本任务和功能归纳如下:流量调节,包括快速流路和分析回路:压力调节,包括降压、抽吸和稳压；温度调节,包括降温和保温:除尘,除水除湿和气液分离,去除有害物,包括对分析仪有危害的组分和影响测量的扰组分。 1.2样品预处理系统分为前处理和预处理系统 前处理单元对取出的样品进行初步处理,使样品适合于传输,缩短样品的传输滞后,减轻与处理单元的负担,如减压、降温、除尘、除气化等预处理单元对样品做进一步处理和调节,如温度、压力、流量的调节,过滤、除湿、去除害物等,安全泄压、限流和流路切换等。 1.3样品预处理系统的目的是为在线分析仪表提供不断更新的、清洁的、有代表性的、具有适合在线分析仪表工作条件的温度、压力和流量的样品气体在煤化工装置,大部分工艺条件均不能满足在线分析仪表工作条件的要求,而一个满足仪表使用条件的样品,对在线合析的至关重要的。 2.系统的结构本系统是由醇洗罐、水洗罐、中和罐、气液分离过滤器、气源处理器、真空发生器、采样/放空流量计、压力调节阀、分析仪表等一整套取样预处理系统及校准系统组成，并将取样探头以外的部分安装在一个标准机箱的内部。预处理部件都是为了保证气体分析仪器能够长期可靠运行。 2.1、系统工作原理待测样品气通过取样管道取出，对取样点样品气进行物理/化学上的溶解中和，除尘，恒温，除水，干燥，恒流后送至分析仪表，现场检测数据通

化工过程分析与合成考点(精华)

化工过程分析与合成考点 1、什么叫过程： （1）客观事物从一个状态到另一个状态的转移。【过程】 （2）在工艺生产上，对物料流进行物理或化学的加工工艺称作过程工艺。【过程工艺】 （3）以天然物料为原料经过物理或化学的加工制成产品的过程。 化工过程包括：原料制备、化学反应、产品分离 （4）由被处理的物料流联接起来，构成化工过程生产工艺流程。 （5）【最重要的单元过程】化学反应过程、换热过程、分离过程、输送过程、催化反应过程 （6）【化学反应过程举例】热裂解反应过程、电解质溶液离子反应过程生化反应过程、分散控制 （7）【过程控制技术发展历程】计算机集中控制、集散控制（我国多）、现场总线控制 第二章、化工过程系统稳态模拟与分析 【模块】模型和算法，一是要建模，二是这个模型的算法，两者组一起才能算作模块。 【单元模型类型】理论模型、经验模型、半经验模型。 【什么叫稳态（化工过程稳态模拟）】各个工艺参数状态量不随时间而发生变化的叫做稳态。 【么叫模拟】对过程系统模型进行求解就叫模拟。 【过程系统模拟可以解决哪些问题（会画图）】（1）过程系统模拟分析问题；（2）过程系统设计问题；（3）过程系统参数优化问题。 过程系统模拟分析问题：已知决策变量输入，已知过程参数，求输出，是一个正向求解问题，最简单的模型。 2）过程系统设计问题：已知输出设计结果，已知过程参数，求决策变量输入；看起来是已知输出求输入，实际上是假设输入猜值去计算输出与已知输出进行比较再调整猜值进行计算。只能单项求解，从左到右

3)过程系统参数优化问题：过程系统模型与最优化模型联立求解，得到一组使工况目标函数最佳的决策变量，从而实施最佳工况。 【过程系统模拟三种基本方法，及其优缺点】（1）序贯模块法（不适于解算设计、优化问题，只适于模拟问题（2）面向方程法（3）联立模块法（同时有（1）、（2）的优点） 【单元模块】是依据相应过程单元的数学模型和求解算法编制而成的子程序。具有单向性特点 【断裂】通过迭代把高维方程组降阶为低维方程组的办法。它适用于不可分割子系统； 【不可分割子系统】过程系统中，若含有再循环物流，则构成不可分割子系统。 【断裂基本原则】1) 切割流线总数最少、2) 切割流线所含变量数最少、3) 切割流线的总权重最小、4) 环路切割的总次数最少 【简单回路】包含两个以上流股，且其中的任何单元只被通过一次。矩阵：行→回路；列→物流。 【适合于收敛单元应满足要求：】（1）对初值的要求不高、（2）数值稳定性好、（3）收敛速度快、（4）占用计算机存储空间少 【面向方程法（适用于线性化，非线性方程组先线性化）】 第四章、化工过程系统的优化 【最优化问题包括要素（内容）】（1）目标函数（2）优化变量（3）约束条件（4）可行域 【可行域】满足约束条件的方案集合，构成了最优化问题的可行域。 【最优解】过程系统最优化问题是在可行域中寻求使目标函数取最小值的点。 【最优化问题的建模方法】机理模型、黑箱模型、混合模型 【系统最优化方法的分类】无约束最优化与有约束最优化、、线性规划LP（目标函数约束条件全部都为线性函数称为线性规划，剩一个为非线性函数为非线性规划、单维最优化和多维最优化、解析法与数值法、可行路径法与不可行路径法 【标准型】目标函数值一定是最小值、约束条件中没有不等式约束，全是等式约束、所有的变量全是非负条件 第七章、换热网络合成 【换热网络合成】通俗地讲就是将物流匹配在一起，充分利用热物流去加热冷物流，提高系统的热回收，以便尽可能地减少辅助加热与辅助冷却负荷。 【换热网络合成目的】让某一个物料从初始温度到目标温度（一定要达成）、尽可能的回收余热、尽可能的减少换热设备数。 【温度区间求夹点（会画温度区间表）】将热物流的起始温度与目标温度减去最小允许温差△Tmin，然后与冷物流的起始、目标温度一起按从大到小排序，构成温度区间。 【夹点】在温度区间中，高温度区间向低温度区间传递的热量为零的点，不是接受热量为零的点（判断） 对于热公用工程是260C。,对于冷公用工程是250C。。 物理意义：温焓图上组合曲线垂直距离最低的点。 【夹点的三个特性】能量特性、位置特性、传热特性

简述各种化工流程模拟软件的特点及优缺点

简述几种化工流程模拟软件的功能特点及优缺点摘要：化工过程模拟是计算机化工应用中最为基础、发展最为成熟的技术。本文综合介绍了几种主要的化工流程模拟软件的功能及特点，并对其进行了简单的比较。 关键词：化工流程模拟，模拟软件，Aspen Plus, Pro/Ⅱ,HYSYS, ChemCAD l 化工过程概述 化工流程模拟(亦称过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础，采用数学方法来描述化工过程，通过应用计算机辅助计算手段，进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析，作出环境和经济评价。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物，是近几十年发展起来的一门新技术[1]。现在化工过程模拟软件应用范围更为广泛，应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合[2]。 化工过程模拟技术是计算机化工应用中最基础、发展最为成熟的技术之一，化工过程模拟与实验研究的结合是当前最有效和最廉价的化工过程研究方法，它可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程。化工过程模拟可以用于完成化工过程及设备的计算、设计、经济评价、操作模拟、寻优分析和故障诊断等多种任务。[3]当前人们对化工流程模拟技术的进展、应用和发展趋势的关注与日俱增。 商品化的化工流程模拟系统出现于上世纪70年代。目前，广泛应用的化工流程模拟系统主要有ASPEN PLUS、Pro/Ⅱ、HYSYS和ChemCAD。 2 Aspen Plus Aspen Plus简述

“如果你不能对你的工艺进行建模，你就不能了解它。如果你不了解它，你就不能改进它。而且，如果你不能改进它，你在21世纪就不会具有竞争力。”----Aspen World 1997 Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech 公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及着名的工程公司都是Aspen Plus的用户。 Aspen Plus特点 （1）产品具有完备的物性数据库物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。人们普遍认为Aspen Plus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用Aspen Plus 的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。Aspen Plus 数据库包括将近6000种纯组分的物性数据：①纯组分数据库，包括将近6000 种化合物的参数。 ②电解质水溶液数据库，包括约900种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数。③固体数据库，包括约3314种固体的固体模型参数。④ Henry 常数库，包括水溶液中61种化合物的Henry 常数参数。⑤二元交互作用参数库，包括Ridlich－Kwong Soave、Peng Robinson、Lee Kesler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden O’Connell状态方程的二元交互作用参数

沈阳化工大学-期末复习-化工过程分析与综合解析

化工过程分析与综合 化工优创1202班 前言 一、考试题目类型： 1.填空 2.选择 3.问答 4.大题 二、考试重点 1.自由度计算（必有大题） 2.信息流图、信号流图、矩阵等转化（必有大题） 3.最大循环网络断裂（必有大题） 4.信号流图与方程转化（必有大题） 5.分离序列 6.夹点技术 三、考试类型：开卷考试（=_=||），红色的都是重点！！！

第一章绪论 1.1 基本概念 （1）化工过程：用适当的原料经过一系列物理单元操作和化学反应的单元过程而转化为合乎需要的产品的过程。P1 （2）过程系统工程：是一门综合性的边缘学科，它以处理物料——能量——资金——信息流的过程系统为研究对象，其核心功能是过程系统的组织、计划、协调、设计、控制和管理；P1 （2）化工过程工业要求：最优设计、最优规划、最优决策、最优控制、最优管理；P1 （3）过程系统工程研究内容：过程系统模拟，包括稳态过程系统模拟和动态过程系统模拟；过程系统综合；过程系统操作与控制，包括数据筛选与校正、过程操作优化、过程安全监控及事故诊断、操作模拟培训系统；间歇过程的设计与操作优化；人工智能技术应用。P3 （4）系统：为了在给定条件下实现一定目的，由若干互有联系、彼此影响的事物组成的一个统一整体。 （5）参数优化：在一已确定的系统流程中，对其中的操作参数（如，T、P、Vs）等进行优选，以满足某些指标（如，费用、能耗、环境影响等）达到最优。 （6）结构优化：改变过程系统中的设备类型或相互间的联结，以优化过程系统。

第二章单元过程的模拟 2.1基本概念 （1）化工单元过程数学模型分类（P6）： 一、按对象的时态本质来看，可以分为稳态模型与动态模型。 二、按模型建立的方法来看，可以分为机理模型与经验模型。 三、按过程对象的数学描述方法不同，可以分为集中参数模型和分布参数模型。 四、按对象的属性不同，可以分为确定性模型和随机模型。 2.2基本公式 （1）自由度计算公式： ∑= + + + - + + = n i g r e S C 1 i )1 ( )2 ( d n——输入流股数Ci——第i个输入流股组分数 S——分支输出流股数e——与物料无关的能量流和压力引入的自由度r——独立反应数 g——几何自由度，通常=0 （2）守恒关系式（P35） 一、物料质量平衡 质量累积速率=质量流入系统速率-质量流出系统速率 二、组分j的物料平衡 组分j累积速率=由外界环境进入该系统的组分j的速率-由系统排出的组分j的速率 三、能量平衡 系统能量积累速率=外界物流带入系统能量-系统流出物流带出能量+环境通过系统边界传递能量+系统中反应产生能量+通过环境做功产生的能量

化工过程分析与合成

一、单项选择题。本大题共14个小题，每小题5.0 分，共70.0分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 重质油催化剂裂化制轻质油的反应过程是（B）。 脱氢过程 裂化反应 热裂解反应过程 催化过程 数值稳定性好，通常，迭代收敛过程有（C）。 很缓慢 很快 四种可能情况 收敛解 氨合成过程的物料必须进行循环，主要集中在（D）。 制气工段 压缩工段 脱硫工段 氨合成工段 蒸馏的原理是（A）。 物质的沸点不同 物质分子量大小 物料的浓度 进料快慢 过程系统结构的优化属于过程系统的（B）。 过程系统的问题 合成问题 过程系统的分析 优化问题 氨厂包括的工序有（A）。 原料气制备 原料气脱硫 氨的分离 空气净化 天然气中的主要成分是（B）。 氩 甲烷（CH4） 氢气 氮气 实验数据归纳的模型被称为（A）。 经验模型 半经验模型 特定模型 多级参数模型 工业上已得到广泛应用的低能耗分离技术是（D）。

吸附分离技术 非定态技术 变压吸附 乙苯脱氢制苯乙烯的反应过程是（A）。 脱氢反应 制苯乙烯 裂解反应过程 催化过程 对均一系物料的气相分离，可采用（A）。 吸附吸收 汽提 蒸发 萃取 变压吸附是在工业上已经得到广泛应用的（D）。 气体分离技术 非定态技术 节能分离技术 吸附分离技术 化工过程系统合成是（C）。 产品生产合成 设备合成 换热网络合成 反应物料合成 泡点温度是指气液平衡时与液相组成相对应的（C）。 液相起泡时温度 沸腾温度 平衡温度 气相温度 二、多项选择题。本大题共6个小题，每小题5.0 分，共30.0分。在每小题给出的选项中，有一项或多项是符合题目要求的。 用人工智能技术模拟人脑的思维过程，两种不同的成功途径是（DE）。 离散模拟 模糊模拟 非数值模拟 客观模拟 微观模拟 单元操作模拟中每个模块中包含有（AB）。 单元操作相关方程 相关的物性计算程序 物流焓值 进口物料组成 出口组成 对化工过程进行描述的数学模型有（CD）。

1化工过程分析与合成A答案

<<化工过程分析与合成>>试题(A)答案及评分标准 一、填空题（每空1分，共30分） 1. 序贯模块、面向方程、联立模块。 2. 物料流 能量流。 3. 直接迭代法 部分迭代法 韦格施坦法。 4. 集中参数模型 分布参数模型 多级集中参数模型 集中参数模型 代数-常微分方程组 5. C+2。 6. 可行，不可行，可行，不确定 7. 加热，冷却。 8. N H ≥N C ，FCp H ≥FCp C 。 9. 参数 结构 10. 96，83，157 11. 4，14，15 二、判断题（每题1分，共10分） 1. 对 2. 错 3. 错 4. 对 5. 对 6. 对 7. 错 8. 错 9. 对10. 对 三、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。（3分） 2.. M ——质量守恒方程（或物料恒算方程）（1分）；E ——相平衡方程（1分）；S ——归一化方程（1分）；H ——焓恒算方程（1分）。 3. 答：过程系统有m 个独立方程数，其中含有n 个变量，则过程系统的自由度为：d=n-m 。（3分）通过自由度分析正确地确定系统应给定的独立变量数。（2分） 4. 答： 过冷液体 B c i i i T T z K ?>∑=11 D c i i i T T K z ∑=11 （1分） 露点气体 D c i i i T T K z =?=∑=1/1 （1分） 过热气体 D c i i i T T K z >?<∑=1/1 （1分） 四、模拟与综合题 1.(10分) 答：（1）模型方程 a. 相平衡方程： b. 物料衡算： c. 热量衡算： d. 归一化方程： e. 焓算式： ……………………………………………………………每种方程1分，共5分 （2）求解方法 引入参数Ф=V/F （1） ………………………………………………………1分 ……1分 则： （2） 又有： （3）………………………………………2分 1 11 i i i y x z ===∑∑∑i i i F z V y L x ?=?+?i i i y k x =?F V L F H Q V H L H ?+=?+?(,,) (,,) V i L i H f y T P H f x T P ==C i x K y i i i ,...2,1 ==,...C ,i Vy Lx Fz i i i 21 =+=(1) 1,2,...i i i i z k x x i C φφ=+-=i y = 1,2,...1(1) 1(1) i i i i i i z k z x i C k k φφ==+-+-1 1 1 1 c c i i i i x y ====∑∑1(1)0 1(1)c i i i i k z k φ=-=+-∑

化工分析过程与模拟

宁夏大学硕士生（博士生）考试考查卷面纸2011～～ 2012 学年度第二学期 姓名学号 院（所、部）化学化工学院年级 11 级专业化学工程研究方向 课程化工分析过程与模拟考试方式论文主考教师评语成绩 主考教师签名： 200 年月日

浅谈化工过程模拟及相关高新技术 摘要：化工过程模拟在化工界已经成为家喻户晓的先进工具，广泛应用于工业装置的研究、设计、改造等领域，并带来明显的经济效益。化工过程模拟与实验研究的结合是最有效和最廉价的化工过程研究方法。可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程稳态模拟软件的应用也已成为一股不可抗拒的浪潮，席卷全球。 关键词：化工模拟稳态装置 化学工业正不断满足化学和相关的过程工业的需要，如石油化工、制药、食品、环境、冶金、材料、电子等[1]。工业的不断需求要求对现存的技术或设备进行不断地修改和改进，不断开发新技术方法。一个最有效和最廉价的方法是采用实验研究和计算机辅助模拟设计（化工模拟）相结合[2]。 国外化工模拟软件起步很早[3]，上个世纪50年代中、后期，美国M.W.Kellogg 公司就开发了第一个化工模拟程序—Flexible Flowsheeting。到80年代，化工过程模拟软件的研发已经走向专业化、商品化。模拟计算的准确性、可靠性也大大增强.应用范围不断拓展。这一时期，美国ASPEN Tech公司的ASPEN PLUS，Simulation Sciences。公司的PRO/II，，加拿大Hypro Tech公司的HYSIM等商业化软件正式走向市场。90年代后，化工模拟软件开始由德态过程向动态过程模拟和适时优化的方向发展，如Hysys，Aspen Plus等软件。国内化工过程模拟研究约起始于上世纪60年代末。70年代末化工部第五设计院在国内率先推出了大型烃类分离模拟系统，80年代由青岛化工学院韩方煌、丁惠华教授等人开发的ECSS模拟系统软件—ECSS化工之星研究成功，并走向商业化[4]。下面就具体化工过程稳态模拟进行简单介绍。 1、化工过程稳态模拟 稳态模拟又称静态模拟或离线模拟[5]。流程模拟就是将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数字模型进行描述，并且在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果，如操作条件等。通常所说的化工过程模拟或流程模拟多指稳态模拟。它是根据化工过程的稳态数据，诸如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数、进料位置等，采用适当的模拟软件，用计算机模拟实际的稳态生产过程，得出详细的物料平衡和热量平衡。其中包括人们最为关心的原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产量和质量等重要数据。简言之，化工过程模拟就是在计算机上“再现”实际的生产过程。由于这一“再现”过程并不涉及到实际装置的任何管线、设备以及能源的变动，因而给了化工模拟人员最大的自由度。可以在计算机上“为所欲为”地进行不同方案和工艺条件的探讨、分析。并且化工过程模拟所需的成本以及完成一定研究任务所需的时间也是任何实验研究所无法比拟的，因而化工过程稳态模拟已成为研究、开发、设计、挖潜改造、节能增效、生产指导以至于企业管理等工作必不可少的工具，并且在科研和实际生产中发挥着愈来愈大的作用[6]。

化工过程分析与综合习题答案

习题解答 2-1（1）d=n-m n=4(c+2) m=c+c+1+1=2c+2 d=4(c+2)-(2c+2)=2c+6 给定流入流股：2(c+2) 平衡级压力：1 所以没有唯一解 （2）存在热损失n=4(c+2)+1 m= =2c+2 d=2c+7 给定2c+5 所以没 有唯一解 （3）n=2(c+2)+2+2+1=2c+9 m=1+c+2=c+3 d=c+6 给定进料：c+2 冷却水进口温度：1 所以没有唯一解 2-2（1）N v=3(c+2) （2）物料衡算：F i Z Fi=Vy Fi+Lx Fi (i=1,2……c) 热量衡算：FH F=VH V+LH L 相平衡：y Fi=k i x Fi (i=1,2……c) 温度平衡：T V=T L 压力平 衡：P V=P L （3）N e=2c+3 （4）d= N v- N e=c+3 （5）进料（c+2）和节流后的压力（1） 2-3N x u 压力等级数 1 进料变量数 2(c+2)=4+3=7 合计9 N a u 串级单元数 1 回流分配器 2 侧线采出单元数 2 传热单元数 5 合计15 N v u=9+15=24 d=24 给定的不满足要求，还需给定入塔混合物的温度，两塔的操作压力，塔2 的回流比。 2-4N x u 压力等级数N+M+1+1+1(N 和M 为两个塔的塔板数) 进料变量数c+2 合计c+N+M+5 N a u 串级单元数 4 回流分配器 4 侧线采出单元数 1 传热单元数 4 合计10 N v u= c+N+M+5+10= c+N+M+15

d= c+N+M+15 2-5 2-6 2-7 简捷算法：Reflex Ratio：-1.3 Light Key：Methanol 0.95 Heavy Key：Ethanol 0.1585 Pressure：Condenser：1.9 公斤Reboiler：1.8 公斤 最小回流比为：3.529 实际回流比：4.588 最小理论板数：14.47 实际板数：26.18 进料板：10.47 逐板计算：27 块塔板，11 板进料，塔顶采出：31.67kmol/hr，回流比：4.6

奥氏气体分析仪

氧吸收液的配制方法：30%的KOH和25%的焦性没食子酸，各100ml 然后混合。封闭液是说水准瓶中的液体。 称取30克氢氧化钾或氢氧化钠于250毫升烧杯中，加160毫升蒸馏水溶解，取焦性没食子酸30克加入上述溶液中，搅拌溶解，加入吸收瓶中，如体积不够可加入适量蒸馏水。加数毫升液体石腊油成一封闭层，隔绝空气。 在250mL锥形瓶中加入25.2g焦性没食子酸[邻三苯酚C6H3(OH)3]再注入160mL 21%的氢氧化钾溶液（密度为1.44g/cm3），用塞子塞好后并振荡至固体完全溶解。焦性没食子酸的碱性溶液具有较强的还原能力，吸收氧气后生成(KO)3C6H2-C6H2(OK)3，吸收法中使用的焦性没食子酸钾溶液在气体分析器中处理样品过程中，有效浓度越来越小，当小到一定程度时，将不能完全吸收样品中的氧气，此时该吸收液失效。 国家规定的是铜氨法（氯化亚铜氨溶液）测定,但缺点就是污染比较厉害,而且铜离子有一定的毒性,操作不太方便,所以厂家多以焦性末食子酸(碱性保险粉溶液)吸收,乙炔分析管作取样,结果和铜氨一样。 分析氧气含量操作：直接将取样管所取的100ml氧气移入奥氏气体分析仪，在焦性没食子酸钾溶液吸收球里多次吸收，然后将未吸收的气体移出，读出刻度，100-读数，就是氧气浓度（V/V）%。

一）方法原理 在果蔬的气调贮藏中要随时了解密闭环境里的氧和二氧化碳含量，以便调节和控制果蔬适宜的气体成分和含量。目前国内外测定氧和二氧化碳的主要方法是使用奥氏气体分析仪。即使有较高级的测氧和二氧化碳仪器，也要用奥氏气体分析仪作较正，以便减少或消除仪器的误差。 操作方法 1.洗涤与调整：将仪器的所有玻璃部分洗净，磨口活塞涂上凡士林，并按图装配好。 在各吸气球管中注入吸收剂。管3注入浓度为30％的NaOH或KOH溶液(以KOH为好，因NaOH与CO2作用生成的沉淀Na2CO3多时会堵塞通道)作吸收CO2用。管4装入浓度为30％的焦性没食子酸和等量的(30％)NaOH或KOH的混合用，吸收剂要求达到球管口。在液瓶1中和保温套筒中装入蒸馏水。液作吸收O 2 最后将取样孔接上待测气样。 将所有的磨口活塞5、6、8关闭，使吸气球管与梳形管不相通。转动8呈“⊥”状并高举1，排出2中的空气，以后转动8呈“⊥”状，打开活塞5降下1，此时3中的吸收剂上升，升到管口顶部时立即关闭5，使液面停止在刻度线上。然后打开活塞6同样使吸收液面到达管口。 2.洗气 右手举起1用左手同时将8转至“├”状，尽量排除2内的空气，使水表面到达刻度100时为止。迅速转动呈“⊥”状，同时下1吸进气样，待水面降到2底部时立即转动8回到“├”状。再举起1，将吸进的气样再排出，如此操作2—3次。目的是用气样冲洗仪器内原有的空气。 3.取样 洗气后转动8呈“⊥”状并降低1。使液面准确达到零位并将1移近2，要求1与2两液面同在一水平线上并在刻度零处。然后将8转至“∧”状，封闭所有通道，再举起1观察2的液面，如果液面不断往上升表明有漏气，要检查各连接处及磨口大活塞，堵漏后重新取样。若液面在稍有上升后停在一定位置上不再上升，证明不漏气，即可开始测定。 4．测定 转动5接通3管，举起1把气样尽量压入3中，再降下1，重新将气样抽回到2中，这样上下举动1使气样与吸收剂充分接触，4—5次后降下1，待吸收剂上升到3的原来刻度线位置时，立即关闭5，把1移近2，在两液面平衡时读数，记录后，重新打开5来回举动1如上操作，再进行第二次读数，若两次读数相同即表明吸收完全。否则重新打开5再举动1直至读数相同为止。以上测定结果为CO2含量，再转动6接通4管，用上述方法测出O2的含量。

《 化工系统工程》

中国石油大学（北京）远程教育学院 期末考试 《化工系统工程》 学习中心：______姓名：__ ____学号：____ 关于课程考试违规作弊的说明 1、提交文件中涉嫌抄袭内容（包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文），带有明显外校标记，不符合学院要求或学生本人情况，或存在查明出处的内容或其他可疑字样者，判为抄袭，成绩为“0”。 2、两人或两人以上答题内容或用语有50%以上相同者判为雷同，成绩为“0”。 3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不相干者，认定为“白卷”或“错卷”，成绩为“0”。 一、填空题（每空2分，共30分） 1.在一个绝热封闭体系中，投入了9种已知质量的化合物，这些物质在其中发生了4个化学反应，产生了3种新化合物。当系统稳定下来后，生成了2个液相层、1个气相，要确定系统的状态需要（2）个变量？ 2.一股已知条件的工艺物流（组分数为20），进入带进料阀和换热盘管的气液分离器进行气液分离，有哪些手段能够影响分离器的操作效果（调节阀开度），（调整换热判盘管温度）。 3.某设计院进行一个常规精馏塔的设计，设计师需要考虑的设计变量有（2）个。 4.过程系统节点相邻矩阵中流股汇集单元的特征是：（列有多个非零元素）。 5.某节点相邻矩阵A经过运算得到A?A、A?A?A两个新的矩阵，将A、A?A、A?A?A三个矩阵布尔相加后得到可及矩阵A*，其中元素值a25=a52=1、a27=a72=1、a57=1、a75=1，则说明：（节点3与5组成一个简单回路、节点3与7组成一个简单回路，且这两个回路构成复合回路）。 6.采用序贯模块模拟法进行流程计算时，最佳断裂流股要保证相关子系统中所有回路（被切断）。 7.由描述过程系统结构的原始索引矩阵I运用乘幂法则通过比较与替代获得了新的矩阵J=I2，其中，出现了4个相同的节点对{3-3}、{5-5}、{8-8}、{9-9}，则说明：（这4个节点构成两个简单回路，但目前的信息还无法判断具体组合信息）。

化工过程分析与开发

开发 是指研制新产品，开拓新方法，发展现有过程，扩大应用领域。 化工过程开发 是指从实验室研究成果（新产品、新工艺等）过渡到实现工业化的科学技术活动。 科学 科学技术是第一生产力。 科学是发现，技术是发明。 科学是认识、改造世界的原动力，技术是改造世界的手段。 研究意指钻研，推究，反复探索。 基础研究：没有特定商业目的，以创新探索知识为目标的研究。 应用研究：运用基础研究成果和相关知识，为创造新产品、新方法、新技术、新材料的技术基础所进行的研究 技术开发研究：为创造新产品、新方法、新技术、新材料，以生产产品为目的的研究。 方法： 指解决思想、说话、行动等问题的程序、门路、途径等。 适当的方法是研究者取得成功的钥匙，是提高认识水平的阶梯。 科学研究方法论 思考过程：科学理论与方法指导，理论思维、计算与预测。 研究过程：收集材料方法、观察、测量、情报调研、试验、模拟。 思维加工方法、整理事实材料、建立系统理论、随机搜索、数学处理。 检验成果、科学实验、工程验证。 化工在人类生活中的地位 化工在国民经济中的地位第一次生产力提高——农业 第二次生产力提高——机械 第三次生产力提高——化工 第四次生产力提高——电子 第五次生产力提高——技术综合 化工与衣食住行的关系 化学纤维（醋酸纤维、聚酰胺66（尼龙））、塑料（ABS（丙烯腈－丁二烯－苯乙烯））、合成橡胶（丁苯橡胶）、化肥、农药、医药、能源、建筑。 化工过程研究与开发 是指从一个有关新产品、新技术或新工艺的概念的形成，到科研、设计、建设工厂，从实验室研究成功地过渡到第一套工业规模生产装置，附诸实施的全部过程。 化工过程研究与开发的目的为 产品开发、工艺工程开发、工艺改进、应用开发 实验室研究与工业生产的不同处 原料来源不同、杂质积累影响不同、传递规律变化 化工过程开发的特点 原料、生产方法和产品的多样性、化工开发与设计的多方案性、技术经济观点、重视能源和资源的充分利用、环境保护和过程安全（放大是化工过程开发的核心） 化工过程开发的基本方法 化工过程开发面临的实际问题非常复杂、化工等技术学科不能完全实现理论演绎 实验研究方法、数学模型方法（理论研究法）

化工分析过程与模拟

宁夏大学硕士生（博士生）考试考查卷面纸 2011～～ 2012 学年度第二学期 姓名学号 院（所、部）化学化工学院年级 11 级 专业化学工程研究方向 课程化工分析过程与模拟考试方式论文 浅谈化工过程模拟及相关高新技术 摘要：化工过程模拟在化工界已经成为家喻户晓的先进工具，广泛应用于工业装置的研究、设计、改造等领域，并带来明显的经济效益。化工过程模拟与实验研究的结合是最有效和最廉价的化工过程研究方法。可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程稳态模拟软件的应用也已成为一股不可抗拒的浪潮，席卷全球。 关键词：化工模拟稳态装置 化学工业正不断满足化学和相关的过程工业的需要，如石油化工、制药、食品、环境、冶金、材料、电子等[1]。工业的不断需求要求对现存的技术或设备进

行不断地修改和改进，不断开发新技术方法。一个最有效和最廉价的方法是采用实验研究和计算机辅助模拟设计（化工模拟）相结合[2]。 国外化工模拟软件起步很早[3]，上个世纪50年代中、后期，美国Flowsheeting。到80年代，化工过程模拟软件的研发已经走向专业化、商品化。模拟计算的准确性、可靠性也大大增强.应用范围不断拓展。这一时期，美国ASPEN Tech公司的ASPEN PLUS，Simulation Sciences。公司的PRO/II，，加拿大Hypro Tech公司的HYSIM等商业化软件正式走向市场。90年代后，化工模拟软件开始由德态过程向动态过程模拟和适时优化的方向发展，如Hysys，Aspen Plus等软件。国内化工过程模拟研究约起始于上世纪60年代末。70年代末化工部第五设计院在国内率先推出了大型烃类分离模拟系统，80年代由青岛化工学院韩方煌、丁惠华教授等人开发的ECSS模拟系统软件—ECSS化工之星研究成功，并走向商业化[4]。下面就具体化工过程稳态模拟进行简单介绍。 1、化工过程稳态模拟 稳态模拟又称静态模拟或离线模拟[5]。流程模拟就是将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数字模型进行描述，并且在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果，如操作条件等。通常所说的化工过程模拟或流程模拟多指稳态模拟。它是根据化工过程的稳态数据，诸如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数、进料位置等，采用适当的模拟软件，用计算机模拟实际的稳态生产过程，得出详细的物料平衡和热量平衡。其中包括人们最为关心的原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产量和质量等重要数据。简言之，化工过程模拟就是在计算机上“再现”实际的生产过程。由于这一“再现”过程并不涉及到实际装置的任何管线、设备以及能源的变动，因而给了化工模拟人员最大的自由度。可以在计算机上“为所欲为”地进行不同方案和工艺条件的探讨、分析。并且化工过程模拟所需的成本以及完成一定研究任务所需的时间也是任何实验研究所无法比拟的，因而化工过程稳态模拟已成为研究、开发、设计、挖潜改造、节能增效、生产指导以至于企业管理等工作必不可少的工具，并且在科研和实际生产中发挥着愈来愈大的作用[6]。 当前化工过程稳态模拟主要应用于炼油，石油化工和化工领域，如常减压、加氢、催化裂化、气体分馏、芳烃分离、乙烯、环氧乙烷、天然气、油田气分离及合成氛等装置。在医药、农药、造纸和环保等行业也有一定应用。随着科学技术的进步，目前对于石油馏分和烃类物质的计算已经相当准确、可靠，达到了无需小试、中试，模拟结果可直接用于工业装置设计的程度。 2、化工稳态模拟系统的构成 稳态模拟系统的构成下图所示。 现代的模拟系统既可以用流程图，也可采用数据文件的方式输入。且这两种方式之间可以相互转换。输人之后便进行流程拓扑分析和数据检查[7]。调度系统相当于指挥中心，程序根据输人信息，进行物流、热力学方法、单元过程及其他过程模块的匹配和调度，动态地组织流程，进行计算，直至收敛。模拟系统的组

化工过程分析与合成A

<<化工过程分析与合成>>试题(A) 一、填空题（每空1分，共30分） 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。 3. 收敛单元实质上就是一个数值迭代求解非线性方程组的子程序，请列举出三种常见的求解非线性方程的数值迭代方法：、、。 4. 对过程系统进行动态模拟时，根据对状态变量分布特征的不同描述方式，可以把数学模型分 为、、，其中认为状态变量在系统中呈空间均匀分布，如强烈搅拌的反应罐就可以用这一类模型来描述，这种模型的数学形式为方程组。 5. 一个含有C组分的独立流股具有个自由度。 6. 试判断下图中换热匹配的可行性：1 , 2 , 3 ,4 。 7. 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。 8. 对于夹点下方的夹点匹配换热器，其流股数可行性原则是，FCp可行性原则是。 9. 过程系统优化主要分为优化和优化两个方面。 10. 如下图所示，T-H图中热、冷物流的组合曲线分别为AB和CD，则最小冷公用工程用量为kW，最小热公用工程用量kW，最大热回收量kW。 11. 用常规精馏的方法将含有5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、判断题（每题1分，共10分） 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。 6. 用面向方程法进行过程系统模拟时，可以把设计规定的变量直接作为决策变量。 7. 热物流在夹点上方，冷物流在夹点下方。 8. 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。 9. R组分简单塔精馏分离序列的综合问题，可以看成是R-1阶段决策问题。 10. 进行过程系统模拟既要输入流股参数，也要提供过程单元的操作参数。 三、简答题（共17分） 1. (3分) 什么是过程系统工程？ 2. (4分) 复杂精馏塔的模拟过程中用到的M、E、S、H方程是指那几类方程？ 3. (5分) 什么是过程系统自由度，进行自由度分析的作用是什么？ 4. (5分) 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（共43分） 1.(10分) 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。 2.(7分) 如下图所示的敞口连续操作搅拌罐，其横截面积为A，进料量为F，原有料液高度为H0，设排液量S 与罐中料液的高度H成正比关系，即：S＝k·H，试求自开工后排料量S随时间t的变化情况。 3.(17分) 利用表中数据，（1）采用问题表格法计算该系统所需要的最小公用工程消耗；（2）画出一种能量最

沈阳化工大学-期末复习-化工过程分析与综合教程文件

化工过程分析与综合化工优创1202 班 前言 一、考试题目类型： 1.填空 2.选择 3.问答 4.大题 二、考试重点 1.自由度计算（必有大题） 2.信息流图、信号流图、矩阵等转化（必有大题） 3.最大循环网络断裂（必有大题） 4.信号流图与方程转化（必有大题） 5.分离序列 6.夹点技术 三、考试类型：开卷考试（=_=||），红色的都是重点！！！

第一章绪论 1.1 基本概念 （1）化工过程：用适当的原料经过一系列物理单元操作和化学反应的单元过程而转化为合乎需要的产品的过程。P1 （2）过程系统工程：是一门综合性的边缘学科，它以处理物料——能量——资金——信息流的过程系统为研究对象，其核心功能是过程系统的组织、计划、协调、设计、控制和管理；P1 （2）化工过程工业要求：最优设计、最优规划、最优决策、最优控制、最优管理；P1 （3）过程系统工程研究内容：过程系统模拟，包括稳态过程系统模拟和动态过程系统模拟；过程系统综合；过程系统操作与控制，包括数据筛选与校正、过程操作优化、过程安全监控及事故诊断、操作模拟培训系统；间歇过程的设计与操作优化；人工智能技术应用。P3 （4）系统：为了在给定条件下实现一定目的，由若干互有联系、彼此影响的事物组成的一个统一整体。 （5）参数优化：在一已确定的系统流程中，对其中的操作参数（如，T、P、Vs）等进行优选，以满足某些指标（如，费用、能耗、环境影响等）达到最优。 （6）结构优化：改变过程系统中的设备类型或相互间的联结，以优化过程系统。

第二章单元过程的模拟 2.1基本概念 （1）化工单元过程数学模型分类（P6）： 一、按对象的时态本质来看，可以分为稳态模型与动态模型。 二、按模型建立的方法来看，可以分为机理模型与经验模型。 三、按过程对象的数学描述方法不同，可以分为集中参数模型和分布参数模型。 四、按对象的属性不同，可以分为确定性模型和随机模型。 2.2基本公式 （1）自由度计算公式： ∑= + + + - + + = n i g r e S C 1 i )1 ( )2 ( d n——输入流股数Ci——第i个输入流股组分数 S——分支输出流股数e——与物料无关的能量流和压力引入的自由度r——独立反应数 g——几何自由度，通常=0 （2）守恒关系式（P35） 一、物料质量平衡 质量累积速率=质量流入系统速率-质量流出系统速率 二、组分j的物料平衡 组分j累积速率=由外界环境进入该系统的组分j的速率-由系统排出的组分j的速率 三、能量平衡 系统能量积累速率=外界物流带入系统能量-系统流出物流带出能量+环境通过系统边界传递能量+系统中反应产生能量+通过环境做功产生的能量