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）：1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。2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。3最好的设计变量选择是使设计方程得到一个开链结构。4质量衡算方程、相平衡方程、组分归一方程和焓衡算方程。5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

2、、判断以下问题是非（ 10 分）（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。（丫） （ 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 ）（

3、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。(丫)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。S12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(5,6,7,5/0E(5,7,5)系统有 13个六股：S2,S

4、3, S4, S5,S6,S7, S8, S9, S10, S11, S12, S13, S16其对应的回路矩阵：S2S3S4S5S6S8S9Sl0SilSl2R所以断裂 S3, S9,S12计算顺序为:A111B111CDEf1211133112111311丿212112Si2根据II-其中 S2, S , S5, S6S3S8, S10S9S11S12S3S911四、（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 20C，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Tmin10

5、C,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厂C终了温度Tout/ C热容流率1CP/(kW?C-)H1505025H21004030C32012040解：用“问题表格” 算法(1)按Tmin=20E,得到问题表格（ 2）,见表 2。表 2 冋题表格（1）Tmin20C子网络序号k冷物流及其温度Cicii i i ic热物流及其温度H1H2SNi120i iiI|140SN2i80 -11I1100SN330 _1I I50FSN420 -l1l1401(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冋题

6、表格(2)子网络序号赤字D/kW热量/kW无外界输入热量热量/kW外界输入最小热量IkQIkQSN-2500250350600SN600250-3506000SN-750-3504000750SN1004003007506501,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 100C,冷物流的温度为 80C。2,最小热、冷公用工程负荷分别为Q,min=350kVVQmn=650kV；最大热回收=3650kW(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,设计网络见下:夹点CP2540Q12501600b.冷

7、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: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：CPQ502512504030180020402400序号组成(摩尔分率)相邻组分相对挥发度标准沸点(o C)ABCDE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 WD, 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