完整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△ T 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 ___________ 。

图比

8. 在夹点分析中，为保证过程系统具有最大热回收，应遵循三条基本原则：避免夹点之上热物流与夹点之下冷物流间的匹配；夹点之上禁用冷却器；夹点之下禁用加热器。

判断：

1. 自由度数只与过程系统有关。（Y ）

2. 换热网络的夹点设计，要尽量避免物流穿过夹点。（N ）

3. 在换热夹点分析中，没有物流穿过夹点，就无热流量穿过夹点。（N ）

4. 在夹点上方尽量避免引入冷物流，夹点下方尽量避免引入热物流（N ）

5. 穿过夹点热流量为零，则夹点处传热量为零（N ）

6. 夹点上方热流股数NH.>NC热流股总热负荷QH

7. 精馏塔跨过夹点，则塔底要用热公用工程，塔顶要用冷公用工程。（Y ）

8. 对于冷热流股换热系统，传热量一定的前提下，传热温差愈小，过程不可逆程度愈小,

有效能损失愈小，但要求较大的热交换面积。（Y ）

9. 利用能量松弛方法对换热器网络的调优，并不影响冷热公用工程负荷。（N ）

10. 热物流穿过换热网络的夹点，必有热流量穿过夹点。（N ）

11. 热物流在夹点上方，冷物流在夹点下方。（N ）

12. 换热网络的设计要尽量避免冷、热物流穿过夹点。N

13. 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。Y

14. 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。N

15. 试判断以下换热网络中哪些匹配是可行的，哪些是不可行的。

可行不可行

（2）热泵与系统热集成时，将热泵穿越夹点放置是有效的热集成。（Y ）

（3）两个或两个以上相连的循环回路一定构成最大循环网。（N ）

（4 ）采用断开热负荷回路的方法调优换热器网络，合并换热器后的结构除了需要保证每个单元设备热负荷为非负外，还要检验每个单元设备的传热温差是否大于或等于最小的允许传热温差。

（Y ）

（5）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。（Y ）

（6）系统的自由度为系统变量数减去描述系统的所有方程数。（N ）

（7）能够把全部简单回路至少断裂一次的断裂组定义为多余断裂组。（N ）

（8）穿越夹点的热流量为零，则夹点处的传热推动力为零。（N ）

（9）利用能量松弛法调优换热器网络，调优前后系统所需的冷、热公用负荷不变。（N ）（10）对于已给定热交换量的情况，通过热交换面的传热温差愈小，过程的不可逆性愈小，有效能损失小。（Y ）

1．间间歇过程的瓶颈问题很容易就能找到，因此，只需要对给定的设备加工顺序进行排序，就可以得到最优的操作方案了。答：错误（1）间歇过程的瓶颈问题随产品及操作策略而有所不同，因而很难找到。（1）

2．化工过程的优化因其所含变量太多而难以进行，为了简化计算的难度，某人建议只考虑决策变量对目标函数的影响，这种方式是否可行？

答：对（1）

状态变量是决策变量的函数，因而，只考查决策变量对目标函数的影响，不会改变优化过程的性质，但能缩小问题的求解难度。（1）

3．非线性规划的求解比线性规划困难的多，因此，对于非线性规划问题，不可能通过求取目标函数的一阶导数，并令其为0，来得到最优解。

答：错误（1）无约束的非线性最优化问题可以通过令一阶导数为0 来进行。（1）

有约束的非线性规划问题可以通过拉格朗日或罚函数法转化为无约束问题。

4．对于存在三个加工设备的间歇过程，是无法通过Johnson 规则来求解的。

答：错误（1）

对于特殊的n/3/F/Fmax 问题，可以通过Johnson 规则求取。（1）即在第二个设备上最长的加工时间，小于在第一（或第三）个设备上最短的加工时间。

5．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。

答：错误（1）要想最大限度减少公用工程的用量，应通过夹点匹配方法进行。（1）

1．间歇过程的瓶颈问题很容易就能找到，因此，只需要对给定的设备加工顺序进行排序，就可以得到最优的操作方案了。

2．对于存在三个加工设备的间歇过程，是无法通过Johnson 规则来求解的。

简答题

1. 对于一个复杂的、有多个反馈回路的化工过程，采用序贯模块法进行求解时，应当如何进行计算？

1. 通过回路矩阵或其他方法，找出全部回路

2. 用回路搜索法，找出最优断裂族

3．为各断裂流股设定初值

4. 建立各单元的模型，利用模型序贯的求解（即将前一单元的出口物流作为后一单元的入口参数），循环计算，求出断裂流股的计算值

5. 比较所求得的断裂流股的计算值，并与上一次的值比较，如果小于所设定的误差，迭代结束，否则，重复步骤4，直至收敛. 有必要的时候，可以采用各种收敛算法，也包括改变初始猜值。