2009度上期化工分析與合成期末試卷B答案

1、1宜賓學院 20092010 學年度上期化工過程分析與合成試題（B 卷）答案（1）采用夾點設(shè)計法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)時，為保證系統(tǒng)的最大熱回收，應(yīng)避免熱物流穿越夾點。（N）（2） 熱泵與系統(tǒng)熱集成時，將熱泵穿越夾點放置是有效的熱集成。 （丫）（3） 兩個或兩個以上相連的循環(huán)回路一定構(gòu)成最大循環(huán)網(wǎng)。 （N ）（4） 采用斷開熱負荷回路的方法調(diào)優(yōu)換熱器網(wǎng)絡(luò)，合并換熱器后的結(jié)構(gòu)除了需要保證每個單元設(shè)備熱負荷為非負外，還要檢驗每個單元設(shè)備的傳熱溫差是否大于或等于最小的允許傳熱溫差。（丫）（5） R 組分簡單塔精餾分離序列的綜合問題，可以看成是 R-1 階段決策問題。（丫）（6） 系統(tǒng)的自由度為系統(tǒng)變量數(shù)減去描

2、述系統(tǒng)的所有方程數(shù)。 （N ）（7） 能夠把全部簡單回路至少斷裂一次的斷裂組定義為多余斷裂組。 （N ）（8） 穿越夾點的熱流量為零，則夾點處的傳熱推動力為零。 （N ）（9） 利用能量松弛法調(diào)優(yōu)換熱器網(wǎng)絡(luò)，調(diào)優(yōu)前后系統(tǒng)所需的冷、 熱公用負荷不變。（N ）（10）對于已給定熱交換量的情況，通過熱交換面的傳熱溫差愈小，過程的不可逆性愈小，有效能損失小。（丫）1 間間歇過程的瓶頸問題很容易就能找到，因此，只需要對給定的設(shè)備加工順序進行排序，就可以得到最優(yōu)的操作方案了。答：錯誤（1 ）間歇過程的瓶頸問題隨產(chǎn)品及操作策略而有所不同，因而很難找到。（1 ）2. 化工過程的優(yōu)化因其所含變量太多而難以進行，

3、為了簡化計算的難度，某人建議只 考慮決策變量對目標函數(shù)的影響，這種方式是否可行？答:對（1）狀態(tài)變量是決策變量的函數(shù)，因而，只考查決策變量對目標函數(shù)的影響，不會改變優(yōu)化 過程的性質(zhì)，但能縮小問題的求解難度。（1）3. 非線性規(guī)劃的求解比線性規(guī)劃困難的多，因此，對于非線性規(guī)劃問題，不可能通過 求取目標函數(shù)的一階導數(shù)，并令其為 0,來得到最優(yōu)解。答：錯誤（1） 無約束的非線性最優(yōu)化問題可以通過令一階導數(shù)為 0 來進行。（1）得分閱卷人判斷題（每小題2分，共20分）得分閱卷人（每小題4分，共20分）2有約束的非線性規(guī)劃問題可以通過拉格朗日或罰函數(shù)法轉(zhuǎn)化為無約束問題。4.對于存在三個加工設(shè)備的間歇過程

4、，是無法通過Johnson 規(guī)則來求解的答：錯誤（1）對于特殊的 n/3/F/Fmax 問題，可以通過 Johnson 規(guī)則求取。即在第二個設(shè)備上最長的加工時間，小于在第一（或第三）個設(shè)備上最短的加工時間。5. 在一個工廠的設(shè)計中，要想最大限度的減少公用工程的用量，可以通過采用高效率 的換熱器，并增大換熱面積來實現(xiàn)。答：錯誤（1）要想最大限度減少公用工程的用量，應(yīng)通過夾點匹配方法進行。（1）1一換熱網(wǎng)絡(luò)有2個工藝熱物流和2個工藝冷物流，數(shù)據(jù)如下表所示。若熱、冷物流間最小允許傳物流標號熱容流率CP/(kW/ C)初始溫度TS/ C終了溫度Tt/ C熱流量Q/kWH14.015060360H22.

5、516050275C13.550170420C22.040150220熱溫差厶Tmin=10 C，試用問題表格法確定該過程的夾點溫度、最小公用工程冷負荷和最小公用工解（1）根據(jù)所給數(shù)據(jù)作出問題表格（1） 問題表格（1）SN1150160SN21140150SN3105115SN45060 ,SN54050h子網(wǎng)絡(luò)序號k冷物流及其溫度C2C1熱物流及其溫度H1H2170 180得分閱卷人分析計算題（每小題20分，共60分）程熱負荷。3（2）對各個子網(wǎng)絡(luò)進行熱量恒算，得到問題表格（2）4冋題表格（2）子網(wǎng)絡(luò)序號赤字DkkW熱量kW無外界輸入熱量熱量外界輸入最I(lǐng)kkW轂小熱量QkIkQkSN1700

6、-7010030SN230-70-100300SN3-35-100-65035SN4-55-65-103590SN5-5-10-59095得到如下信息：在Tmin=10OC的情況下,夾點溫度最小公用工程加熱量最小公用工程冷卻量（3）夾點上方子網(wǎng)絡(luò)匹配夾點溫度在熱流體夾點溫度T = 145 oCQH min= 100 kwQC min= 95 kw熱端設(shè)計：物流標號熱容 流率 kW/OCCP初始溫度CTs目標 溫度CTt熱負荷kWQH22.516015025C13.5140170105C22.014015020夾點H1!H2111C1一H1-o-18025-C2H2120（4）夾點下方子網(wǎng)絡(luò)匹配

7、150OC和冷流體夾點溫度140 oC之間，故5冷端設(shè)計:物流熱容初始目標熱負荷標號流率溫度溫度kW/oCoCoCkWCPTsTtQHi4.015060360H22.515050250Ci3.550140315C22.040140200整體設(shè)計方案:HiCiC2(5)整個初始網(wǎng)絡(luò)為:62.識別下圖中的不相關(guān)獨立子系統(tǒng)；斷裂所有最大循環(huán)網(wǎng)；畫出迭代計算順序圖7解：(1)識別不相關(guān)獨立子系統(tǒng)。單元串搜索法或矩陣法識別出6,(1,2,3,4,5)斷裂循環(huán)網(wǎng)(Lee-Rudd法)S7SjR回路矩陣S5S6S3S4A11100003B01011003C00000112f.1211111一除去不獨立的列斷

8、S3,S7,或S3,S8迭代計算順序圖斷開S3,S7,疋否滿足丨S30-S3l E2S5S6Sii-Si0卜S7S8丿S9|是否滿足丨S70S7|v E1斷開S3,S8,是否滿足丨S3S8|v E2,Sl2SiS4* S2S3S70II89是否滿足丨Sg0|v Ei3.現(xiàn)有一六組分碳氫化合物的混合物，其組成和各組分的相對揮發(fā)度如下表所示:序號流量（kmol/h）相鄰組分相對揮發(fā)度標準沸點（oC）A4-42.1B302.45-6.3C1001.18-0.5D322.8915.0E241.4521.0F102.5036.1工藝要求分離出5個產(chǎn)品A，B，C,DE，F(xiàn)，擬采用常規(guī)蒸餾，試利用分離度系數(shù)有序探試法 綜合分析，找出最優(yōu)的分離序列，分離該5個組分為純組分。解：（1） 根據(jù)經(jīng)驗規(guī)則1、2,分離采用常規(guī)精餾，加壓。（2）根據(jù)規(guī)則3，DE不用分開。（3）規(guī)則4未采用。（4）根據(jù)規(guī)則5，B/C的分離應(yīng)放在最后。（5） 根據(jù)規(guī)則6，C組分應(yīng)優(yōu)先分出，但規(guī)則5優(yōu)先于規(guī)則6，故C放在最后分離。（6） 計算分離易度系數(shù)CES （ A/BCDEF）=0.73CES （