《 化工系统工程》
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西安交通大学课程考试复习资料单选题1.泵的扬程是指 ( )。
A.泵的升扬高度B.、泵所提供的总能量C.、泵的静压能和位压能D.、泵出口处压力答案: B2.一定质量的气体在恒温下体积膨胀为原来的10倍,下面哪种情况将伴随发生( )。
A.气体的分子数增加10倍B.、气体分子平均速度的大小减小10倍C.、容器壁所受气体分子平均作用减少为原来的1/10D.、气体分子的密度保持不变答案: B3.将过热蒸汽冷却当温度降至一定值时混合气开始冷凝,产生第一滴液体,相应的温度称为 ( )。
A.饱和温度B.、临界温度C.、露点温度答案: C4.许多化学反应中采用催化剂,在化学反应中催化剂所起到的作用是( )。
A.增加正反应速度B.、降低逆反应速度C.、改变化学平衡D.、降低反应活化能,增大正、逆反应速度答案: C5.在流体输送过程中,冬天克服的阻力( )夏天克服的阻力。
A.小于B.、大于C.、等于答案: B6.两种流体在环热器内,两侧分别以相同的方向流动称为( )。
A.并流B.、逆流C.、错流D.、折流答案: A7.许多试验证明,雷诺系数在2000~10000流动类型为( )。
A.层流B.、湍流C.、过渡流答案: C8.离心泵的叶轮能提高液体的( )。
A.静压能B.、动能C.、静压能和动能答案: C9.流体的粘度愈大,它的流动性就( )。
A.愈大B.、愈小C.、不变答案: B10.气体密度与压强,温度有关,生压降温,气体密度( )A.增大B.、减小C.、不变答案: A11.相对压强的负值为 ( )。
A.表压B.、绝压C.、真空度D.、大气压答案: C12.自动控制系统的过渡过程是控制作用不断克服 ( )的过程。
A.随机影响B.、干扰影响C.、设定值变化答案: B13.润滑油的质量指标中,酸值越 ( ),质量越好A.低B.高C.无所谓答案: A14.压力()有碍于吸收过程的进行。
A.增大B.降低C.不变答案: A15.单位时间内流过管道任一截面积的流体质量称为( )A.质量流量B.质量流速C.体积流量答案: A16.温差法计算热负荷的公式,适应于载热体在换热过程中 ( )。
化工系统工程讲义概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在化工工程中,化工系统工程是一个重要而综合性的学科领域。
它集成了化学工艺、传质传热、流体力学等多个学科的知识,旨在研究和优化各种化工过程的设计和操作。
本讲义旨在介绍化工系统工程的基础知识和方法,帮助读者全面理解和应用这一领域的核心概念。
1.2 文章结构本文共分为五个部分:引言、正文、章节一、章节二以及结论。
引言部分将对文章进行总览性介绍,正文将深入探讨化工系统工程的相关内容,而章节一和章节二则是对具体主题进行详细阐述。
最后的结论将对整篇文章进行总结,并提供一些相关推荐资料以供进一步学习。
1.3 目的本讲义的目标旨在让读者全面了解化工系统工程这一领域,并具备初步应用其原理和方法解决实际问题的能力。
通过深入理解和掌握相关内容,读者能够更好地进行化工过程设计与优化,在实践中提高生产效率并降低成本。
同时,通过本讲义的学习,读者也能够为深入从事化工系统工程研究奠定坚实的理论基础。
对于化工领域的学生和从业人员来说,本文将是一份宝贵的参考资料。
2. 正文正文部分将对于化工系统工程的基本概念、原理和应用进行详细的介绍。
在化工系统工程中,系统指的是由多个组成部分相互作用而形成的整体。
这些组成部分可以是设备、仪表、管道等,它们通过物质、能量或信息的传递与转化实现协同工作。
化工系统工程旨在设计、优化和管理这些复杂的系统,以提高生产效率、资源利用率和产品品质。
主要内容如下:2.1 化工系统工程的基本原理2.1.1 质量守恒原理:介绍了质量守恒方程的推导及其在化工过程中的应用;2.1.2 能量守恒原理:讲解了能量守恒方程的建立方法,并探讨了能量平衡计算;2.1.3 动量守恒原理:详细介绍了动量平衡方程以及相关参数计算;2.1.4 物料平衡原理:阐述了物料平衡方程推导和应用方法,并举例说明。
2.2 化工系统模型2.2.1 建模方法:介绍各种不同建模方法,如质量守恒模型、动力学模型等;2.2.2 模型求解:讲解系统模型求解的基本原理和常用方法,如数值方法、优化算法等;2.2.3 模型验证与优化:探讨系统模型验证和优化的方法,包括参数调整、灵敏度分析等。
课程编号:中国石油大学(北京)远程教育学院《化工系统工程》复习题一、选择题1)过程是对原料进行某些物理或化学变换,使其性质发生预期变化,以下哪个不属于过程的范畴A.烃类分离,B.烃类裂解,C.不锈钢棒加工成螺栓,D.海水晒盐,E.颗粒筛选2)化学工程是过程系统工程的A.研究工具,B.服务和研究对象,C.优化手段,D.实施方法,E.重要构成3)由乙醇-水组成的混合物,可用以下哪种方程来预测其汽液性质A.PR,B.SRK,C.SHBWR,D.NRTL,E.CS4)在一个绝热封闭体系中,投入了5种化合物,在其中发生了3个化学反应,产生了2种新化合物。
当系统稳定下来后,生成了2个液相层、1个固相,其自由度是多少?A.9,B.11,C.7,D.10,E.85)某车间有5股流量固定的物料同时进入一个保温良好的密闭容器中,容器底部有一台泵将混合物料输送到其它车间。
如果要维持容器内液面稳定,该泵有哪些参数可自由调节?A.出口压力,B.出口流量,C.泵输入功率,D.什么都不能自由调整E.出口温度,6)一股有8个组分的物流,被分割成5股,可写出的独立物料平衡方程数量是几个?A.4,B.5,C.6,D.7,E.87)液相混合物中有5mol/h的A与10mol/h的B,温度为40℃,压力为1MPa。
进入反应器后发生液相化学反应生成产物C,要控制产物C的收率,你能调节哪些变量?A.反应温度,B.反应压力,C.出口物料冷却温度,D.什么都控制不了,E.有多个可控参数8)一股有8个组分的物流,其自由度等于A.8,B.9,C.10,D.11,E.无法确定9)一股有8个组分的物流,进入闪蒸罐进行闪蒸分离。
其温度、压力和组成均已知,闪蒸罐自由的自由变量是多少?A.2,B.4,C.8,D.10,E.1410)某车间有一常规精馏塔,进料有8个组分。
当原料条件一定时,在日常生产中能够用来控制产物质量的变量有几个?A.2,B.3,C.15,D.5,E.1011)一块无进料、无侧线抽出、无外取热的平衡级单元,已知气液相进料条件,其自由度是多少?A.1,B.2,C.3,D.4,E. 512)从平衡级分离过程的角度来看,闪蒸分离相当于几块理论板A.1,B.2,C.3,D.4,E. 513)用公式法分析单元自由度时,下面哪个单元不适用A.分割器,B.两相闪蒸,C.3相闪蒸,D.精馏塔,E.再沸精馏塔14)在进行闪蒸计算前,必须先确认体系处于两相区。
化工系统工程绪论概述化工系统工程是化学工程领域中的一个重要分支,主要研究化学工业中的系统设计、操作和优化等问题。
化工系统工程的发展旨在提高生产效率、降低能源消耗和减少环境污染。
化工系统工程涉及多个学科,包括化学工程、化学反应工程、过程控制工程等。
在实际应用中,化工系统工程需要综合运用这些学科的知识和方法,解决复杂化工过程的工程问题。
本文将介绍化工系统工程的基本概念、发展历程和研究内容,并探讨其在实际工程中的应用和前景。
基本概念化工系统工程是一门多学科交叉的工程学科,它研究的对象是化学工业中的生产过程。
化工系统工程将化学工程、化学反应工程、过程控制工程等学科的知识与方法相结合,用于化工过程的系统设计、操作和优化。
化工系统工程的主要任务包括: - 分析和设计化工过程的系统结构 - 确定工艺参数和操作条件 - 优化生产过程,提高生产效率和产品质量 - 确保工艺的安全性和可靠性 - 减少能源消耗和环境污染发展历程化工系统工程的发展可以追溯到20世纪50年代。
随着计算机的出现和发展,化工系统工程得到了快速发展。
计算机技术的应用为化工系统工程提供了强大的工具和手段,使得复杂的计算和优化问题可以得到有效解决。
在20世纪70年代,随着化工过程的复杂性和规模的不断增加,化工系统工程的研究也得到了进一步的发展。
人们开始探索更高级的系统设计和优化方法,如模型预测控制、多目标优化等。
到了21世纪,化工系统工程的研究重点逐渐转向了可持续发展和资源利用的问题。
人们开始关注能源消耗和环境污染等问题,并提出了一系列的研究方法和技术,如废弃物处理、能量回收等。
研究内容化工系统工程的研究内容非常广泛,主要包括以下几个方面:化工过程建模与仿真化工过程建模是化工系统工程的基础和核心技术之一。
化工过程建模的目标是将复杂的化工过程抽象成数学模型,以便对其进行仿真和优化。
化工过程建模常用的方法包括:物质平衡、能量平衡、动量平衡等。
通过建立准确的数学模型,可以对化工过程进行预测和优化分析,提高生产效率和产品质量。
化工系统工程的学习综述综述化工系统工程将系统工程学的理论和方法应用于化工过程领域的一门新兴的边缘学科,是化学工程学的一个分支,是化学工程、系统工程、运筹学、数值计算方法、过程控制论等的边缘学科。
主要是面向典型的化工过程系统,培养我们综合运用化工系统工程、化工工艺、化工反应工程和传递和分离工程知识处理实际问题的能力一、化工过程系统工程的产生和发展20世纪20~30年代:建立在“单元操作”的概念基础上,研究的是化工参数间简单的定量关系。
50年代,单元操作的理论有了发展,用可靠的数学形式加以表达;60年代,由于计算机的迅速发展,在化工中也开始应用计算机,但主要还是用于单元操作的计算,在系统分析方面的工作还是十分有限的—产生和发展的理论准备时期。
70时年代,计算机的进一步发展,可以把几十个单元放在一起考虑,走上实用的时期,研制出有效的工业用化工流程通用模拟系统,对过程生产实现计算机控制。
80年代—普及推广。
90年代—完善、提高。
二、化工过程系统工程的基本内容从化工系统的整体目标出发,根据系统内部各个组成部分的特性及其相互关系,确定化工系统在规划、设计、控制和管理等方面的最优策略。
三、化工过程系统工程任务A. 从工程实际中抽象出系统模拟、优化、合成问题的能力;B. 学会评价和选择解决实际过程系统问题的方法和途径;C. 培养我们用现代应用数学的方法实现对系统模拟、优化、合成等过程系统工程问题的能力;D. 了解有关过程系统工程研究领域和方法的最新进展。
四、感兴趣的内容1.化工过程系统的优化1.1目的意义:解决工程设计、生产技术、科学试验、计划管理等问题,获得最优的方案。
1.2优化1.2.1基本概念:在过程系统性能、特点所给定的约束条件下,找出使过程系统的性能指标(目标函数)达到最小(or最大)的设备参数或工艺变量。
1.2.2分类优化分为结构优化、参数优化、管理和求解方法的最优化。
目的是最小的投入和日常消耗获得最大的收益。
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huagong xitong gongcheng化工系统工程chemical system engineering将系统工程的理论和方法应用于化工过程领域的一门新兴的边缘学科,是化学工程的一个分支。
它的基本内容是:从系统的整体目标出发,根据系统内部各个组成部分的特性及其相互关系,确定化工系统在规划、设计、控制和管理等方面的最优策略。
借助的数学工具是运筹学和现代控制论的一些方法,依靠的技术手段是电子计算机。
化工系统工程研究的对象是化工生产过程中的某个系统,谋求的目标是该系统的整体优化,即合理确定和控制系统各个组成部分输入、输出状态,使得反映系统效益的某种定量函数达到最大值或最小值。
这种体现系统整体目标的函数称为目标函数。
例如进行某个化工装置的最优设计时,通常选用投资费用和操作费用作为目标函数,以寻求总费用最小的设计方案。
化工系统工程是一门发展中的学科,到目前为止,人们对这门学科的理解和定义亦不完全相同。
化工系统同所有的系统一样,化工系统具有嵌套性的特点,即一个系统总是另一个更大系统的一部分,为该大系统的子系统;同时它又可能是由更小的子系统所构成。
一般把单元操作和反应过程作为化工系统的基本元素,系统可看成是一系列基本元素按一定联结方式组成的网络。
因此,可将化工系统的特性归结为基本元素的特性和系统结构上的特性两个部分。
化工系统的结构从物料流(如A与B反应生成C)的角度看,可分成两类:没有物料流循环的“树”结构(图1[没有物料流循环的“树”结构])以及带有物料流循环的“再循环”结构(图2[ 带有物料流循环的“再循环”结构])。
显然,后一类结构更加复杂,但对物料和能源的合理利用比较有利。
系统的结构,在用电子计算机处理时,可用不同的数学表示方法,例如过程矩阵、流路联结矩阵、关联矩阵等。
中国石油大学(北京)远程教育学院
期末考试
《化工系统工程》
学习中心:______姓名:__ ____学号:____
关于课程考试违规作弊的说明
1、提交文件中涉嫌抄袭内容(包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文),带有明显外校标记,不符合学院要求或学生本人情况,或存在查明出处的内容或其他可疑字样者,判为抄袭,成绩为“0”。
2、两人或两人以上答题内容或用语有50%以上相同者判为雷同,成绩为“0”。
3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不相干者,认定为“白卷”或“错卷”,成绩为“0”。
一、填空题(每空2分,共30分)
1.在一个绝热封闭体系中,投入了9种已知质量的化合物,这些物质在其中发生了4个化学反应,产生了3种新化合物。
当系统稳定下来后,生成了2个液相层、1个气相,要确定系统的状态需要(2)个变量?
2.一股已知条件的工艺物流(组分数为20),进入带进料阀和换热盘管的气液分离器进行气液分离,有哪些手段能够影响分离器的操作效果(调节阀开度),(调整换热判盘管温度)。
3.某设计院进行一个常规精馏塔的设计,设计师需要考虑的设计变量有(2)个。
4.过程系统节点相邻矩阵中流股汇集单元的特征是:(列有多个非零元素)。
5.某节点相邻矩阵A经过运算得到A⨯A、A⨯A⨯A两个新的矩阵,将A、A⨯A、A⨯A⨯A三个矩阵布尔相加后得到可及矩阵A*,其中元素值a25=a52=1、a27=a72=1、a57=1、a75=1,则说明:(节点3与5组成一个简单回路、节点3与7组成一个简单回路,且这两个回路构成复合回路)。
6.采用序贯模块模拟法进行流程计算时,最佳断裂流股要保证相关子系统中所有回路(被切断)。
7.由描述过程系统结构的原始索引矩阵I运用乘幂法则通过比较与替代获得了新的矩阵J=I2,其中,出现了4个相同的节点对{3-3}、{5-5}、{8-8}、{9-9},则说明:(这4个节点构成两个简单回路,但目前的信息还无法判断具体组合信息)。
8.某工艺物流,其流率为100 kg/s ,换热后升温20℃。
在温度变化的范围内其热容变化较小,取其平均值3 kJ/(kg.K),其热容流率是(600)kW/K ,换热热负荷是( 12000)kW 。
9.计算夹点时,温度按照从高到低的顺序排列。
其中温区1向温区2输出热负荷是160kW ,温区2内热流的负荷是200kW ,冷流的负荷是300kW ,则温区2向温区3输出的热负荷是( 20)kW 。
10.对于下图所示流程,有(2 )个简单回路,最佳断裂流股是{s2(8)}。
A B
C
D
S1(3)
S2(8)
S3(9)
S4(2)
S5(4)11.下图所示的换热匹配中,夹点之下子系统的夹点匹配是(该处过程系统的热流量为零)。
换热匹配①是一个错误的夹点匹配,原因是(夹点之下不应设置任何公用工程加热器)。
H1H2
C1C2
二、简答题(每题10分,共30分)
1.某装置工艺流程如下图所示。
其中进料含反应物组分A 与杂质组分B ,经过反应器后A 发生化学反应生成产物C 。
请分析该流程有哪些变量可作为独立变量,并列出各单元的具体控制参数。
(图中数字表示物流的自由度)
反应器
A(B,C)
C(A,B)
放空
产品
闪蒸
进料
A(B)
C,A(B)
4
5
555
5
55
5
5
水压缩机
调压阀
要求:
应用描述规则法分析系统的自由度,请详细说明每个单元操作的自由度和典型决策变
量。
评分标准:
(1)针对每个单元操作的自由度分析情况酌情给分(6分)(2)正确描述整个系统的典型控制参数(4分)
2.请用索引矩阵法分解下列方程组,并求解。
方程组2:
14
2
2345
124
135
14
:100
:60
:(5)80
:140
:3+60
A x x
B x x x x
C x x x
D x x x
E x x
+-=
⎧
⎪
--=
⎪
⎪
--=
⎨
⎪-+=
⎪
⎪-+=
⎩
(学号为偶数学员答题)
解:
①列出事件矩阵;②指定输出变量;③画出有向图;④写出索引矩阵;⑤运用乘幂法
则找回路;⑥用拟节点代替回路继续运用乘幂法则;⑦确定子方程组求解顺序;⑧按顺序求解子方程组;
结果:
方程组可分解为以下可按次序分别求解的子系统:
{f1,f4}→x1,x4 x1=3, x4=5
{f3}→x2 x2=2
{f2,f5}→x3,x5 x3=0.8, x5=8.1
3.简要介绍一下工作背景,谈一谈你对化工系统工程在工程实践应用中的一些见解和建议。
要求:先介绍工作背景(或学习背景),结合课程相关知识点谈几个应用机会。
评分标准:结合论述,综合给分。
答:我在重庆康普化学工业股份有限公司从事一线工作有将近三个年头了。
由于工作中深感专业知识的匮乏,因此报读了中石油北京的化学工程与工艺专业进修。
在工作实践中,有许多体会。
以化工过程系统的优化为例,一个化工过程中的各单元设备可能有许多组合方式,不同的化工过程直接对企业经济效益有很大的影响。
以两股加热物流和两股冷却物流构成的换热系统,总共有4200种结合方式。
炼油厂常减压装置中,为了提高原油预热温度和增加
热量回收而建立的换热网络中,油品有数种,其温度和数量各异,需要换热器达几十台,其可能的连接方式的数目是相当大的。
在蒸馏过程中,将一种原料分馏为4种产品,通常需三座塔,可构成五种流程,而有四座蒸馏塔的过程,有14种流程可供选择,如原料中有10个组份要进行分离,则可比较的方案将有4862个。
一个化工过程包含的化工单元的种类和数量越多,这个过程的合成越加复杂,寻找最优的流程也越加困难,需要用专门的合成方法。
三、课程设计题
2.(学号为偶数学员答题)
请计算下表中换热过程的夹点和最小公用工程量( Tmin=20℃),画出T-H 图,并用夹点设计法设计一个最优换热网络。
并请简要叙述夹点法设计换热网络的原则。
注:H2为纯组分饱和蒸汽冷凝物流。
答案:夹点温度热流:T →150℃;冷流:
140℃← t 最小公用工程加热量Q H min = 99.9 kw 最小公用工程冷却量Q C min = 93 kw 整个初始网络为:
整体设计方案:H 1H 2C 1C 2
夹点 设计法的三个基本原则: (为保证热能的最大回收)
原则一:尽量避免热流量通过夹点。
原则二:夹点上方尽量避免引入公用设施冷却物流,但可引入加热设施。
原则三:夹点下方尽量避免引入公用设施加热物流,但可引入冷却设施。