化工过程分析与综合习题答案

绘该流股，试举例说明。
∆H Q C W T T
W=1 Ts=10 Cp=10
若 Cp 不随 T 变化 ∆H 10 T 10
若C 10 0.05T 则∆H 0.05T 9.5T 100
若C 10 0.05T 则∆H 0.05T 9.5T 100
可见，若 Cp 不随 T 变化，图形为一直线; 若 Cp 随 T 增大，图形
进料变量数 c+2
合计
c+N+M+5
Nau 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
Nvu= 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
（2）1，（2,3,4,6），9,1-----（1，（2,3,4,6），9）
（3）（1，（2,3,4,6），9），8,3-----（1，（2,（3,4,8），6），9）
在（1,2,3,4,6,8,9）中有 3 个回路分别是（1,2,9），（3,4,8），（2,3,4,6）
（4）5 不在任何回路中，可首先计算。
00101 10000 R3= 0 1 0 1 0 10001 01100
10001 01010 R4= 0 1 1 0 0 11010 00101
计算顺序为：（3,4），（1,2,3,5,6）
3-5
变量数：ω1——ω5，x1——x5，s, t, p 13 个变量。
方程数：7 个
自由度 d=13-7=6 个
V1
L2 x2i
计算顺序如下：
F2 V2
F3
Qc
F4
X2i
F1
Y1i
T1 P1 T2 P2
4-1 如何理解 T-H 图中横坐标 H（焓）的物理意义？
T-H 图上横坐标 H 的物理意义不同于物理化学中的焓，其物理意
义为每秒钟流过管横截面（与流体流动的方向垂直的截面）的流体所
具有的焓（热量）。
4-2 当一过程流股的比热容随其温度变化较大时，如何在 T-H 图上标
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
所以计算顺序为：5，（1,2,3,4,6,8,9），7
2.
6
B
1
2C 3 A 4
5
注意：回路 C 是指回路（1,5,4,3,6）
Loop Matrix：
S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 R
A
11
2
B1 1
1 14
C
11111 16
f1 1 1 2 1 1 1 2 2
S9 和 S10 之间断开 S10（考虑权因子 2<5）,回路 B,C 打开
0011
R=
1000 0100
1000
7 为一步循环回路，去掉，则邻接矩阵为：
001 R= 1 0 0
010 010 R2= 0 0 1 100 100 R3= 0 1 0 001
所以计算顺序表为：
计算顺序 1 2 3
A
1
2
C
5
7
B
节点 （1,2,3,4）
7 6，5
3
4
6
Loop Matrix:
S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 R
础，逐步调优。 （2） 夹点技术法：以热力学原理和分析方法为基础，以最小能耗为
化物流工艺参数，得工程负荷，达到节能的目的。确定各物流适宜的传热温差贡
献值，从而改善夹点。
具有一个热阱（或热源）和多个热源（或热阱），满足：
Ui ai
Ti
i— 第 i 台换热器。
多个热源与多个热阱匹配换热：
hj aj
T j
j— 第 j 个物流
找到一参照物流 r，则：T j
S4 和 S5 之间断开 S4（权因子 1<2）,回路 A 打开
用邻接矩阵法确定计算顺序：
010010
001000
R=
000101 001000
010100
100000
将 3.4 看做一个节点：
01010 00100 R= 0 0 0 0 1 01100 10000
01100 00001 R2= 1 0 0 0 0 00101 01010
A1
1
13
B
1
11
3
C
1
111
4
f1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
S2,S8 包含于 S11
S4,S10 包含于 S9
S3,S5,S6 包含于 S7
断开 S11，S9，S7 则回路 A，B，C 打开。
3-4
1.
9
A
8
B
1
2
3
4
C
5
6
7
Loop Matrix:
S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 R
0010001 1011010 0000101 R2= 1 0 1 0 0 0 0 0010001 0100000 0101010
1011010 0101111 1110000 R3= 0 1 0 1 0 1 0 1011010 0010001 0 0 1 0 1 01
1,2,3,4 看做一个拟节点，所得的邻接矩阵为：
工艺给出ω5，还需五个设计变量。
（1） 该系统的双层图为：
ω5
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
ω1 x1 ω2 x2 ω3 x3 ω4 x4 x5 t p s
局部度为 1：x1，t，p，s
（2）消去 x1，t，s，F2, F4, F7
F1
F3
F5
F6
ω1
ω2 x2 ω3 x3 ω4 x4 x5 p
局部度为 1：ω1 ，x3 ，x4 ，x5
3-1 8
6
5
7
16
1
2
15
17
3
4
13
14
10
11
12 9
3-2
2
4
5
12
11
6
1
3
7
8
9
10
3-3 1.单元串搜索法 （1）1,2,3,4,3---合并 3,4---1,2，（3,4）
（2）1,2，（3,4），6,5,2---合并 2,3,4,5,6---1，（2，
3 4
，6,5）
（3）1，（2，
hr a j h j ar
Tr
每一物流的传热温差贡献值都确定以后，按确定夹点位置的两种方法，
确定改进后的夹点位置，进行热回收系统的设计。 4-7 过程系统总组合曲线的物理含义是什么？如何使计算结果符合 现场生产工况？ 总组合曲线表达了温位与热流量的关系。形象的描述了需要补充热量 的温位以及可以回收热量的温位；夹点上方即热阱，只需要热公用工 程；夹点下方即热源，只需要冷公用工程。 可以确定出不同温位的共用工程用量的大小。在实际工况中有指导意 义。 4-8 如何诊断一过程系统的用能状况？ 分析过程系统的夹点，看现有的夹点位置与最优的夹点位置是不是在 同一个位置。绘制总组合曲线，确定不同温位的公用工程用量，与实 际所用的公用工程相比较，确定有没有用能的浪费。举例略。
F1（V1，V2，L2，y1i，y2i，x2i）=0 V1= V2+ L2 F2（V1，V2，L2）=0 能量平衡：V1H1= V2H2+ L2H3+Qc F3（V1，V2，L2，Qc，T1，P1，T2，P2）=0 相平衡：y2i=kx2i F4（y2i，x2i,T2，P2）=0 （1） 该系统的双图层为：
A1 1
11 4
B
1
111
4
C
11
2
f1 2 1 1 1 1 1 1 1
S2，S6，S7，S8，S9，S10 包含于 S3
S5 包含于 S4
断开 S3,A,B 回路打开，断开 S4,C 回路打开。
2
系统的邻接矩阵：
0100000 0010001 0001010 R= 0 0 0 0 0 0 1 0100000 0000100 1010000
F1
F2
F3
F4
V1 y1i V2 y2i L2 x2i Qc T1 P1 T2 P2
局部度为 1：y1i ，T1，P1，y1i
（2）消去 y1i，Qc，F1，F3
F2
F4
V1