大连理工化工过程合成与分析08年考题答案

1、.一、名词解释（10分）：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。识别出系统中的独立子系统，进一步识别出这些子系统中必须同时求解的方程组及其对应的循环回路或最大循环网，将系统中的节点、拟节点按信息流方向排出没有环路的序列，确定有力的求解顺序。最好的设计变量选择是使设计方程得到一个开链结构。质量衡算方程、相平衡方程、组分归一方程和焓衡算方程。利用热力学原理，将反应、分离、换热、热机、热泵等过程的用能特性从用能本质的角度一致起来，将全过程的能量综合问题转化为有约束的换热网络综合问题。二、判断以下问题是非（10分

2、）（1）采用夹点设计法设计换热网络时，为保证系统的最大热回收，应避免热物流穿越夹点。（N）（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

3、。（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 ）三、过程系统分解（15分）1识别不相关独立子系统；2断裂所有最大循环网；3画出迭代计算顺序图。解：利用单元串搜索法得到系统有5个回路：A(1,2,3,1) B(2,3,4,2) C(6,7) D(5,6,7,5/0 E(5,7,5) 系统有13个六股：S2 ,S3, S4, S5,S6, S7, S8, S9, S10, S11, S12

4、, S13, S16 其对应的回路矩阵：其中 S2 ，S4，S5，S6 S3 S8，S10S9 S11S12 所以断裂 S3 ，S9， S12 计算顺序为：四、（15分）一换热网络中有两股热物流及一股冷物流，数据如下表1所示。若系统最小允许传热温差为20，试确定过程的夹点温度、最小公用工程冷负荷和最小公用工程热负荷，并利用夹点设计法设计该换热过程的初始网络。若，试用T-H图定性分析最小公用工程冷、热负荷是增加还是减少？表1 物流数据物流标号初始温度Tin/终了温度Tout/热容流率CP/(kW-1)H11505025H21004030C32012040解：用“问题表格”算法. (1) 按=20

5、，得到问题表格（2），见表2。表2 问题表格（1） （2）依次对每一子网络做热量衡算，得出结果列于表3，则得到有关信息如下：表3 问题表格（2）子网络序 号赤 字Dk/kW热量/kW无外界输入热量热量/kW外界输入最小热量IkOkIkOkSN1-25SN260SN3-50SN416501， 夹点位置在第2与第3子网络的界面处，夹点温度是：热物流的温度为100，冷物流的温度为80。2， 最小热、冷公用工程负荷分别为QH,min=350kW，QC,min=650kW； 最大热回收=3650 kW （2）换热网络的设计a.热端的设计见表2,冷端由子网络SN1,SN2,组成，其中包含的物流有H1,C1

6、,设计网络见下： b.冷端的设计见表2,热端由子网络SN3,SN4组成，其中包含的物流有H1,H2,C1,设计网络见下：c.整体设计（2）定性分析五、现有一五组分碳氢化合物的混合物，其组成和各组分的相对挥发度如下表所示：序号组成（摩尔分率）相邻组分相对挥发度 标准沸点（C）A0.02-42.1B0.152.45-6.3C0.501.18-0.5D0.282.8915.0E0.052.5036.1工艺要求得到高纯度的单组分产品，试用有序直观推断法进行分离序列的综合。分离易度系数计算公式：CES = f*，f = D/W或W/D，f 1， = |Tb|解： （1）根据经验规则1、2，分离采用常规精馏，加压。 （2）规则3、4 未采用。（3）根据规则5，B/C的分离应放在最后。（4）根据规则6，C组分应优先分出，但规则5优先于规则6，故C放在最后分离。（5）计算分离易度系数 CES ( A/BCDE)=0.73 CES ( AB