(完整版)化工过程分析与合成期末复习

一、填空题（每空1分）1 稳态模拟的特点是，描述过程对象的模型中？？时间参数。

2 就其模拟计算求解方法而言，过程系统模拟可以归纳为：？？、？？、？？。

3序贯模块法的基础是？？。

4 求解超大型稀疏非线性方程组的方法大致分为？？、？？两类。

5 根据对过程系统中状态变量分布特征的不同描述方式，一般可以把动态模拟时的数学模型分为？？、？？和？？。

6 根据建立模型的不同方法，一般可以将数学模型分为？？、？？和介于两者之间的？？。

7 连续搅拌罐反应器（CSTR）的动态模型可以用？？参数模型进行描述。

8 ？？优化和？？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。

9求解非线性有约束条件最优化问题的方法很多，比较常用的有？？和？？。

它们的共同点在于都是将有约束最优化问题转变成？？最优化问题。

10在分离序列的综合中，根据试探法的经验规则S2，难分离的组分应当？？分离。

11化工分析过程，主要是分析过程系统的运行机制、影响因素、？？、？？、优惠工况下的最佳操作参数等。

12化工过程系统的合成包括有：反应路径合成、？？、？？、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的任务。

13？？优化考虑的是流程方案的优化，在多种可行方案中找出费用最小的流程结构。

14在夹点之上，换热网络仅需要？？公用工程，相对于环境是个？？；在夹点之下，换热网络仅需要？？公用工程，相对于环境是个？？。

15在分离序列综合中，按照？？规则，等摩尔分割最有利。

16采用一种分离方法把一个？？组分混合物用简单塔分离成？？个纯组分的分离过程，共含？？个分离器，？？个分离序列数，含有？？个分离子群，？？个分离子问题。

17以下换热网络中的物流匹配？？是可行的，？？是不可行的。

18如果优化计算结果直接送往控制系统去执行则称为？？。

二、判断题（每题2分）。

请判断对错（√或 ），并简单解释原因。

1在序贯模块法中的单元模块具有单向性的特点。

化工过程分析与合成复习一、基本概念（1）名词解释1、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）2、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）3、过程系统合成（P5）4、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。

）5、夹点的意义（夹点处，系统的传热温差最小（等于ΔT 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）；）6、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）7、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。

）二、判断以下问题是非（N，Y）• 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<QC，不能实现夹点匹配( N ) •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。

《化工过程分析与合成》期末考试试卷
一、填空题每空1分共10分
1稳态模拟的特点是描述过程对象的模型中_（不包括）_时间参数
2（动态数学) 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(黑箱模型) 又称为经验模型纯粹由统计、关联输入输出数据而得。

( ) 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（换热单元数）、（传热面积）、（公用工程消耗）。

6在分离序列的综合中根据试探法的经验规则M1在所有分离方法中优先采用使用（能量分离剂的）
方法
二、判断正误并用1—2句话说明原因每题2分共10分
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
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。

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。

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。

三、简答题列出详细步骤不需要具体求解5分
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
四、
对于一个需要三级压缩机的工况目标函数如下p是压力
1。

《化工过程分析与合成》复习题第二章1.过程系统模拟有哪几类问题？2.过程系统的模拟分析是指什么，用流程框图画出其示意图。

3.过程系统设计的含义是怎样的？用流程框图画出其示意图。

4.过程系统参数优化的含义是怎样的？用流程框图画出其示意图。

5.请解释过程系统模拟的序贯模块法含义，特点，适用范围。

6.请解释过程系统模拟的面向方程法含义，特点，适用范围。

7.请解释过程系统模拟的联立方程法含义，特点，适用范围。

8.在计算再循环物流时，需要对某些物流进行“断裂”，此处“断裂”的含义是什么？9.判断最佳断裂的准则是什么，如何用数学表达式表示？10.请解释有效断裂组、多余断裂组、非多余断裂组。

11.请描述搜索断裂组的替代规则。

12.解释断裂族的概念。

13.再循环物流断裂处设置收敛单元，其功能有哪些？14.适合于收敛单元的数值计算方法一般应满足哪些条件？15.直接迭代法的原理和优缺点是什么？16.阻尼迭代的含义是什么，请用公式表达，阻尼因子的选择对迭代收敛有何影响？17.一个大型稀疏方程组，阶数为60, 非零系数个数为240, 求稀疏比和方程中为零的单元有多少个？18.请画出下面不可分割子系统的回路矩阵，并寻求最优断裂组。

【各流股的权重W j（j=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7）分别为2, 9, 2, 3, 3, 4, 2？】S5I S1II S2III S3IV S4VS619.直接迭代法求解下列方程组。

⎧10x1 -x2-2x3 =7.2⎪-x +10x -2x =8.3⎨ 1 2 3⎪-x -x +5x =4.2⎩ 1 2 320.直接迭代法求解下列方程组。

2X1＋X23=35.568X12－0.5X2=0.3621.求解方程组（提示：x4为负整数）22 利用回路搜索法解下列方程组，请自己指定输出变量。

并画出相应的有向图，并进行回路搜索。

（要求写出详细的步骤）。

23 运用拟线性化思路求解非线性方程组。

化工系统工程课程作业1、请分别举例说明树结构流程和再循环结构流程。

请举例说明过程拓扑的意义、步骤。

2、系统工程的基本思想？化工过程系统工程学科产生的基础？为什么说它是一门综合性学科？人们对化工过程的认识经历了哪三次飞跃？3、请简述过程系统合成的定义及理想过程系统应具备的条件。

4、请写出下面流程的回路矩阵。

五，请写出下面流程的回路矩阵，并用U– G断裂法找出将下面流程所有循环回路打开的最优断裂组，各流股的权重W j（j=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8）分别为2, 9, 3, 6, 4, 1, 2, 3。

6、最优化目的、意义？最优化方法的内容？求解最优化问题的方法有那些？7、用进退算法求下列一元函数的极小值所在区间。

F(x)=(x-3) x2从X0=1 出发, 以h=1 为步长，确定初始区间。

8、用串联加热器加热某气体，要求的参数如下：212℃蒸汽350℃蒸汽50000 kg/h 气体70 ℃ t ℃ 300℃212℃水 350℃水建立该问题的数学模型，并用黄金分割法求使总费用最小时气体离开加热器一、进入加热器二的温度（要求：L n /L 0=1/10）。

设备年工作时间：8000 小时/年待加热气体的比热：0.25 kJ/(kg. ℃) 212℃蒸汽费用：0.2×10-6元/kJ 350℃蒸汽费用：0.4×10-6元/kJ换热器总传热系数(两换热器相同)： 8 kJ/(m 2.h. ℃) 费用：1元 /(m 2. 年) 气体输送费用：0.344元 /(m 2. 年)9、用黄金分割法求下面问题的最优解，要求将搜索区间缩短5倍，并给出所需计算函数值的次数n 为多少？区间缩短率为多大？（20分）min f(x)=e –x +x 2 S.t. –2 ≤ x ≤ 310、求下面函数的梯度和Hesse 矩阵 （1）f(x)=x 12+2x 22+3x 32-4x 1x 3 （2）f(x)=3x 1x 22+e x1x211、判断下面函数是否存在极值？若存在，请给出极值点和极值。

《化工过程分析与合成》期末考试试卷一、填空题（每空1分，共10分）1．稳态模拟的特点是，描述过程对象的模型中__________(包括、不包括)时间参数2．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．又称为经验模型，纯粹由统计、关联输入输出数据而得。

又称为机理模型4．优化和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：，，6．在分离序列的综合中，根据试探法的经验规则M1，在所有分离方法中，优先采用使用方法二、判断正误，并用1—2句话说明原因（每题2分，共10分）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．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？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。

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。

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。

三、简答题，列出详细步骤，不需要具体求解（5分）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？四、对于一个需要三级压缩机的工况，目标函数如下（p 是压力）：286.034286.023286.012)()()(p p p p p p f ++= 11=p atm 和104=p atm 。

每级压缩率的最小值是310。

且101 ,10132≤≤≤≤p p ？ 列出最优化问题的模型，并选用合适的方式求出目标函数的最小值。

（列出详细步骤，不需要求出最后的结果。

）（5分）五、下图是乙醇发酵生产的一个流程图，乙醇在反应器中通过发酵法生产。

化工过程分析与综合化工优创1202班冃U §、考试题目类型：1•填空3•问答2选择4.大题、考试重点1.自由度计算（必有大题）2•信息流图、信号流图、矩阵等转化（必有大题）3•最大循环网络断裂（必有大题）4•信号流图与方程转化（必有大题）5•分离序列6•夹点技术三、考试类型：开卷考试（=_=||），红色的都是重点！！！第一章绪论1.1基本概念（1）化工过程：用适当的原料经过一系列物理单元操作和化学反应的单元过程而转化为合乎需要的产品的过程。

P1（2）过程系统工程：是一门综合性的边缘学科，它以处理物料一一能量一一资金一一信息流的过程系统为研究对象，其核心功能是过程系统的组织、计划、协调、设计、控制和管理；P1（2）化工过程工业要求：最优设计、最优规划、最优决策、最优控制、最优管理;P1（3）过程系统工程研究内容：过程系统模拟，包括稳态过程系统模拟和动态过程系统模拟；过程系统综合；过程系统操作与控制，包括数据筛选与校正、过程操作优化、过程安全监控及事故诊断、操作模拟培训系统；间歇过程的设计与操作优化；人工智能技术应用。

P3（4）系统：为了在给定条件下实现一定目的，由若干互有联系、彼此影响的事物组成的一个统一整体。

（5）参数优化：在一已确定的系统流程中，对其中的操作参数（如, T、P、Vs）等进行优选，以满足某些指标（如，费用、能耗、环境影响等）达到最优。

（6）结构优化：改变过程系统中的设备类型或相互间的联结，以优化过程系统。

第二章单元过程的模拟2.1基本概念（1）化工单元过程数学模型分类（P6）:一、 按对象的时态本质来看，可以分为稳态模型与动态模型。

二、 按模型建立的方法来看，可以分为机理模型与经验模型。

三、 按过程对象的数学描述方法不同，可以分为集中参数模型和 分布参数模型。

四、 按对象的属性不同，可以分为确定性模型和随机模型。

2.2基本公式（1）自由度计算公式：d = Y (C +2) + (S-l) + £ + ^ + g /=!一、 物料质量平衡质量累积速率=质量流入系统速率■质量流出系统速率二、 组分j 的物料平衡组分j 累积速率=由外界环境进入该系统的组分j 的速率•由系统排出的组分j 的速率三、 能量平衡系统能量积累速率二外界物流带入系统能量■系统流出物流带岀能量+环境e ——与物料无关的能量流和压力引入的自由度r ----- 独立反应数 g —几何自由度，通常=0n ——输入流股数 Ci ——第i 个输入流股组分数s ——分支输出流股数（2）守恒关系式（P35）通过系统边界传递能量+系统中反应产牛能量+通过环境做功产牛的能量(3)几个重要的自由度(P8)单元操作示意图独立方程数自由度混合器F》P 1，T2,X\2>X22,…龙门m=C+2d=n一m=3(C+2)・(C+2)=2(C+2)分割器分割成2股物流，自市度:d=(C+2)+1分割成S股物流，自由度:d=(C+2)+(S-l)闪蒸器斤•北•人A；FJA、QQ X | j •:X £ im=2C+3d=3(C+2)+l- (2C+3)=C+4换热器]G+2反应器F初T畑“曲----- >統:…仙压力变化单元Q+2C+2Q+2C+2C+2d = Cx + Cid=C+r+4阀门d=2(C+l)・(C+2)=C+3C+2泵、压缩机d=2(C+2)+2・(C+2)=C+4(4)精憾塔自由度(P11)变量名称独立变量数总板数N1进料板位置/VF1进料量F1进料组成zi C-1进料温度TV1进料压力pF1压力控制1各板的压力降Apj N各板与环境传热量Q]NC+5+2N2.3重要例题求闪蒸罐独立变量数:解：独立变量数：n=3(C+2)+l独立方程：物料衡算C个、热量衡算、温度平衡、压力平衡、相平衡C个。

《化工过程分析》复习资料一、填空1、过程系统分解包括对大规模复杂系统进行的识别、的分割、的断裂。

2、换热网络的设计要尽量有热通量穿过夹点。

3、系统的自由度为数减去描述系统的数。

4、过程系统工程学是以、、为基础，以为工具，应用于化工过程领域的一门边缘学科。

5、一个含有C组分的独立流股具有个自由度。

6、Aspen Plus软件的解算方法为，对于有循环回路和设计规定的流程必须。

7、最优化模型一般包括、和三大要素。

8、在实际过程系统中，决策变量数往往系统的自由度数。

9、在通用流程模拟系统中主要涉及物性模型、、和经济模型几大类，有时还涉及和管理模型。

10、综合换热网络时，实现最小公用工程目标的三种方法分别是、和线性规划法。

11、序贯模块法的基础是，单元模块是依据相应过程单元的和编制而成的子程序。

12、过程系统模拟基本方法分为、和三大类。

13、序贯模块法的基础是，单元模块是依据相应过程单元的和编制而成的子程序。

14、化工过程系统分解可分为及。

15、Aspen Plus是基于、、和的大型化工流程模拟软件。

16、过程系统工程的研究主要是：、、、、、人工智能技术的应用等。

17、是过程系统分析的主要工具。

18、过程系统综合的基本方法是、、、。

19、有两个流股混合成一个流股，每一流股有（C+2）个独立变量，则混合器的自由度为。

20、单元过程模拟的核心工作是构建。

21、过程系统模拟的基本任务是：、、。

22、选择最优断裂流股的方法有、、。

23、温-焓图（T-H图）描述的是过程系统中和的热特性。

24、确定夹点位置比较常用的方法是。

25、过程系统模拟的基本方法中，序贯模块法按求解。

26、用“问题表格法”确定夹点位置，可以看出夹点的两个特征：一是；二是。

27、过程系统工程的基本内容是：从过程系统的出发，根据系统内部各个组成部分的，确定过程系统在规划、设计、控制和管理等方面的最优策略。

28、过程系统分解包括对大规模复杂系统进行的识别、的分隔、的断裂。