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沈阳化工大学-期末复习-化工过程分析与综合.doc

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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。

故：独立方程数：m=2C+3自由度：d=n・m=3(C+2)+l・2C+3=C+4方法：独立变量数=流股X (C+2) +能量交换独立方程式=物料守恒+能量方程+相数+化学反应+内在约束第三章过程系统模拟3.1基本概念(1)过程系统模拟的基本任务(P44)化工过程系统的稳态模拟与分析，就是对化工工艺流程系统进行稳态模拟与分析。

模拟是对过程系统模型的求解。

包括：物料和能量衡算、设备尺寸和费用计算、过程的技术经济评价。

通过求解可以解决三类问题：1、过程系统的模拟分析2、过程系统的设计3、过程系统的优化(2)表述流程结构的其他形式:图形形式，矩阵形式。

(3)化工过程系统分解的基本步骤(P52):一、进行系统的分隔(或分割)；二、进行子系统(指循环回路或最大循环网)的断裂。

(4)最人循环网断裂的基本判断准则(P62):一、断裂流股数冃最少；二、断裂流股包含的变量数目最少；三、对每一流股选定一个权因子，该权因子数值反映了断裂该流股时迭代计算的难易程度，应当使所有的断裂流股因子数值总和最小；四、选择一组断裂流股，使直接代入法具有最好的收敛特性。

(5) 化工过程系统模拟的基本方法(P74):序贯模块法、联立方程 法和联立模块法。

(6) 化工过程系统模拟的基本步骤(P78):3.2重要例题 看PPT 习题课:★★★将下面的流程图分别转化为:1：提出问题。

2：从有关的资料和基本原理中寻 找这一问题的已知规律，奠定这 一过程的理论基础。

3：化工基础数据的收集和整理。

4：建立数学模型。

(7) 化工过程系统稳态模拟软件 HYSYSo5：选择演算方法。

6：编写计算程序。

7：上机演算。

8：整理计算结果。

9：与已知结果进行核对。

(P80) : Aspen Plus 、PRO/II 和(5)关联矩阵(1)信息流图(2)信号流图(3)过程矩阵(4)邻接矩阵17A混合器B预热器C反应器D精憾塔E全凝器第七分之二章信号流I7/2.1基本概念（1）信息流图：可以用结点代表方程，有向线代表在方程之间传送的变量的信息，这种有向图是一种信息流图（2）信号流图：可以用有向图中的结点代表向量，而用有向线表明变量之间的变换关系一这就构成了信号流图（3）支路：结点间的有向线称为支路.（4）传输比：每条支路均带有称为传输比的某一数值，它代表线性方程中变量前的系数。

（5）始端点和末端点：一条支路两端（始端和末端）的结点，分别称为该支路的始端点和末端点。

（6）输入支路和输出支路：指向和离开一个结点的支路，分别称为该结点的输入支路和输出支路。

（7）自环：始端和末端为同一结点的支路，称为自环支路，或简称“自环” o（8）源结点：只有输出支路的结点，称为源结点。

（9）汇结点：只有输入支路的结点，称之为汇结点。

（10）残图：经过简化只剩下源结点和汇结点的图，称为残图。

(4) 自环消除规则 X 4=abcXiX 2=a/(l-b) X! 7/2.2基本公式(1) 基本规定(2) 并列加法规则y- axz = 3x + 2y— 4(3)X 2= (a+b+c) Xia+b+c串联乘法规则a（5）支路移动规则（6）结点移动与消除规则GT弋7/2.3重要例题例1 •图的简化例2.利用信号流图求解方程组f3x-2y-5 = 0[-2x+y + 4 = 0答案见PPT(c第四章夹点技术的基础理论4.1基本概念（1）温焙图：以温度为纵轴，以焙为横轴，简明地描述过程系统中 的工艺物流及公用工程的热特性的图。

P102（2）夹点意义（P113）:一、夹点处热、冷物流间传热温差最小，为AT min ,它限制了进一步回收过程系统的能量，构成了系统用能的“瓶颈”，若想 增大过程系统的能量回收，减小公用工程负荷，就需要改善夹点, 以“解瓶颈”；二、夹点处过程系统的热流量为零，从热物流的角度（或从 温位角度），它把过程系统分为两个独立的了系统。

为保证过程 系统具有最大的能量回收，设计中应遵循三原则：夹点处不能有 热流量穿过；夹点上方不能引入冷却公用工程；夹点下方不能引 入加热公用工程。

（3）夹点具有两个特征：一是该处热、冷物流间的传热温差最小, 刚好等于AT min ；另一是该处（温位）过程系统的热流量为零。

4.2基本公式在T ・H 图上，多个热物流和冷物流可分别用热组合曲线和冷组合曲线进行表达(a (b第五章换热器网络的综合5.1基本概念（1）夹点设计法基本步骤（P124）：一、给定网络热回收温差HRAT；确定网络的最小公用工程耗量及夹点位置；二、以夹点划分为两个子网络分别设计，然后合并，得到能耗最小的整体网络;三、采用能量松弛法，通过断开热负荷回路减少换热单元数目, 进行网络调优。

（2）夹点设计法的基本原则（P130）:一、避免有热流量通过夹点；二、夹点上方避免引入公用工程冷却物流;三、夹点下方避免引入公用工程加热物流。

第六章分离序列综合6.1基本概念（1）简单塔定义：①指一个进料分成两个产晶；②每一个组分只出现在一个产品中一一锐分离；③塔顶设全凝器以及塔底设再沸器。

（2）分离点（切分点）：可以分离开的相邻组分之间如A/B B/CR组分混合物分离成R个纯组分产品，存在R・1个分离点（3）直观推断（P175）规则（1）〜（7）略6.2基本公式（1）分离序列数：含有R个组分的混合物分离成R个单组分产品，其分离序列的总数目。

（2）分离序列的了群数（相邻的流股）:分离过程中产生的流股数1G = -R（R + 1）2（3）分离子问题数（独立分离单元数）:所有分离序列中不重样的分离器总数。

U =-R(R2-1)6（4）如果考虑采用多种分离方法，分离方法数为N :[2(—叫心R!(7? —1)!（5）分离易度系数（CES）定义：CES=fX Af （W1）为塔顶与塔釜产品摩尔流量比（6）分离难度系数6.3重要例题【例题6.2.2］设有丙烷、1 •丁烯、正丁烷、反2■丁烯、顺2•丁烯、正戊烷等6组分混合物，温度为：37.8°C,压力为1.03MPa,各组分的摩尔流量如下（见PPT）第七章过程系统集成知识点：（1）热机：利用热能产主动力的装置（2）热泵（冰机）:利用动力提供一定温度（不同于环境）的热（冷）能的装置。

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化工过程分析与综合

化工过程分析与综合

过程系统---通俗化理解：具有特定功能的单元过程，按照一定方式相互联结所形成的网络过程系统---功能实现工业生产中的物质和能量的转换，保证物流的输送和储存。

化工过程的模型化：在现有理论、实验研究、工程实践的基础上，通过分析研究及科学、合理简化，抽象出能够深刻、正确反映过程系统本质的数学描述模拟的定义：采用一能反应研究对象本质和内在联系，与原型具有客观一致性，且可再现原型发生的本质过程和特性的模型，来研究和设计原型过程的方法数学模型分类和依据：（1）稳态模型和动态模型(_变量是否随时间而变)（2）机理模型和“黑箱”模型（经验模型）（机理模型：根据化学工程学科及其相关学科的理论与方法，对反应进行分析研究而建立的模型；“黑箱”模型：即经验模型，不能对过程机理进行进行正确的描述，将研究对象当作“黑箱”处理，根据过程输入、输出数据，采用回归分析方法确定输出与输入数据的关系）（3）集中参数模型与分布参数模型（过程的变量是否随空间坐标改变）（4）确定性模型和随机模型（输入与输出是否存在确定性关系；若时间不作为变量---统计的数学模型）机理模型：由过程机理出发，经推导得到，并得到实验验证。

统计模型：根据小试或工业实际数据拟合或回归得到纯经验的数学关系式。

混合模型：对实际过程进行抽象概括和合理简化，然后对简化的物理模型加以数学描述得到的数学关系式。

又称半经验半理论模型。

单元机理模型的建立步骤：（1）建立数学模型的假定条件（2）机理模型的建立方法（3）数学模型的求解过程系统模拟基本结构及作用：输入模块：提供模拟计算中所需要的所有信息，包括过程系统的拓扑结构信息。

输入方式：批处理、一次输入形式或用户人机对话形式。

单元过程模块：过程系统模拟的重要组成部分。

根据输入流股及单元结构信息，通过过程速率或平衡级的计算，对过程进行物料流及能量流的衡算，获得输出流的信息。

优化方法库：为系统模拟提供优化计算方法。

无约束最优化方法：一维搜索（黄金分割法、消去法、抛物线法）、变量轮换法、负梯度法、单纯形法等，有约束最优化方法：lagrange乘子法、罚函数法、既约梯度法等。

化工过程分析与综合习题答案

化工过程分析与综合习题答案


绘该流股，试举例说明。
∆H Q C W T T
W=1 Ts=10 Cp=10
若 Cp 不随 T 变化 ∆H 10 T 10
若C 10 0.05T 则∆H 0.05T 9.5T 100
若C 10 0.05T 则∆H 0.05T 9.5T 100
可见，若 Cp 不随 T 变化，图形为一直线; 若 Cp 随 T 增大，图形
进料变量数 c+2
合计
c+N+M+5
Nau 串级单元数 4
回流分配器 4
侧线采出单元数 1
传热单元数 4
合计
10
Nvu= c+N+M+5+10= c+N+M+15
d= c+N+M+15
2-5
2-6
2-7 简捷算法：Reflex Ratio：-1.3 Light Key：Methanol 0.95
Heavy Key：Ethanol 0.1585 Pressure：Condenser：1.9 公斤 Reboiler：1.8 公斤 最小回流比为：3.529 实际回流比：4.588 最小理论板数：14.47 实际板数：26.18 进料板：10.47 逐板计算：27 块塔板，11 板进料，塔顶采出：31.67kmol/hr，回流比：4.6
（2）1，（2,3,4,6），9,1-----（1，（2,3,4,6），9）
（3）（1，（2,3,4,6），9），8,3-----（1，（2,（3,4,8），6），9）
在（1,2,3,4,6,8,9）中有 3 个回路分别是（1,2,9），（3,4,8），（2,3,4,6）
（4）5 不在任何回路中，可首先计算。
沈阳化工大学-期末复习-化工安全工程复习大全

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化工安全工程概论化工优创1202班一、考试时间：6月23日（16周周三）二、考试题型：1.单选题2.多选题3.判断题4.名词解释5.简答题6.计算题7.论述题三、考试重点：1.爆炸极限计算2.氧差额判断3.毒物接触时间评价计算4.道化学评价方法5.故障树分析计算6.HAZOP分析第一章绪论1.1重要概念（本章简答题为主）一、任何生产过程都离不开人、物、环境三个方面的因素（PPT）。

二、安全工程研究的基本内容：（1）安全技术（2）劳动卫生技术（3）安全卫生管理三、海因里希划分化工装置紧急状态五个等级（P6）：（1）运转失灵；（2）故障；（3）异常；（4）事故；（5）灾害。

四、安全工程评价方法（P8）：（1）经验系统化方法；（2）系统解剖分析法；（3）逻辑推到法；（4）人的失误分析法。

五、化工工业危险因素（P4）（1）工厂选址（2）工厂布局（3）结构（4）对加工物质的危险性认识不足（5）化工工艺（6）物料输送（7）误操作（8）设备缺陷（9）防灾计划不充分第二章物质性质、物化原理与安全2.1基本概念（本章名词解释为主）一、危险化学品的分类（P12、PPT）（1）爆炸品（2）压缩气体和液化气体（3）易燃液体（4）易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品（5）氧化剂和有机过氧化物（6）有毒品（7）放射性物质（8）腐蚀品（9）杂项危险物质和物品二、易燃物质的性质（P16）：闪点、着火点、自燃温度、蒸汽相对密度、熔点、沸点、分子式、爆炸范围、蒸发潜热、燃烧热。

三、闪点：定义为易挥发可燃物质表面形成的蒸气和空气的混合物遇火燃烧的最低温度。

四、着火点：是指蒸气和空气的混合物在开口容器中可以点燃并持续燃烧的最低温度。

着火点一般高于闪点。

当缺少闪电数据时，着火点可以标示出物质的火险。

五、爆炸范围：也称爆炸极限或燃烧极限。

用可燃蒸汽或气体在空气中的体积分数表示，是可燃蒸汽或气体与空气的混合物遇引爆源引爆即能发生爆炸或燃烧的浓度范围。

(完整版)化工过程分析与合成复习

(完整版)化工过程分析与合成复习

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。