奥鹏在线考试(主观题《化工系统工程》2Word格式.docx
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（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100kg/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3kJ/（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
S1
（3）
B
S2
（8）
C
S3
（9）
D
S5（4）
S4
（2）
S6（7）
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）。
夹点
1
5
2 3 4 6
H1H2
C1C2
二、简答题（每题10分，共30分）
压缩机
A（B,C）
放空
进料
4 5
A（B）
反应器
C,A（B）
水
3
闪蒸
调压阀
C（A,B）
产品
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）
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）
解：
根据图示得：
进料1：
d=4， 进料2：
d=3
混合器：
d=0反应器：
d=1+2换热器：
d=1节流阀：
d=1闪蒸器：
d=2
流股分割器：
d=1压缩机：
进料自由度之和=4+3=7
单元自由度之和=0+3+1+1+2+1+2=10
所以：
系统自由度=进料自由度之和+单元自由度之和
=4+3+0+3+1+1+2+1+2=17
2.请用索引矩阵法分解下列方程组，并求解。
A:
x1 x4 10 0
xxx x
B:
6 0
2
2 34 5
方程组1：
C:
x1x2（x4
5）8 0（学号为奇数学员答题）
D:
x4
E:
x1x3
3x1
x5
6 0
14 0
解题步骤：
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}à
x1,x4x1=4,x4=6
{f3}à
x2 x2=2
{f2,f5}à
x3,x5x3=0.6,x5=8.4
方程组2：
x1x2（x4
5）8 0
（学号为偶数学员答题）
x1x3 x5 14 0
3x1+x4 6 0
（1）列出方程组事件矩阵、输出变量、索引矩阵；
（2）写出详细解题过程；
（3）给出方程组求解结果。
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。
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。
结合论述，综合给分。
答：
我在湖北省荆州化工厂基层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
1.（学号为奇数学员答题）
流股及类型
热容流率CP,kW/K
入口温度,℃
出口温度，℃
热量，kW
H1
2.0
360
60
600
H2
180
500
C1
40
260
440
C2
3.0
290
750
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QHmin=100kw最小公用工程冷却量QCmin=95kw整个初始网络为：
整体设计方案：
CH1
45
1 3 CH2
50
80
25
315
20 200
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。
2.（学号为偶数学员答题）
kW/K
450
热容流率CP，
入口温度，℃ 出口温度，℃ 热量，kW
（1）给出温度区间、温区净需热量计算、温区传热计算
（2）给出夹点位置，最小工程负荷
（3）计算冷、热组合曲线关键节点的（热负荷、温度）点，绘制T-H曲线
（4）分别进行夹点之上和夹点之下的换热网络设计
（5）简要叙述夹点法设计换热网络的原则
最小公用工程加热量QHmin=99.9kw最小公用工程冷却量QCmin=93kw整个初始网络为：
夹点法设计换热网络的原则：
为保证夹点处无热流通过，故以夹点为界，设计换热网络。
先设计夹点处的物流匹配，再设计离开夹点后的流程，基本原则如下：
原则一：
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