(完整版)化工過(guò)程分析與合成

1、名詞解釋1、夾點(diǎn)的意義（夾點(diǎn)處，系統(tǒng)的傳熱溫差最?。ǖ扔贏Tmin）,系統(tǒng)用能瓶頸位置。夾點(diǎn)處熱流量為0,夾點(diǎn)將系統(tǒng)分為熱端和冷端兩個(gè)子系統(tǒng)，熱端在夾點(diǎn)溫度以上,只需要公用工程加熱（熱阱），冷端在夾點(diǎn)溫度以下，只需要公用工程冷卻（熱源）；）2、過(guò)程系統(tǒng)能量集成（以用能最小化為目標(biāo)的考慮整個(gè)工藝背景的過(guò)程能量綜合）3、過(guò)程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化（改變過(guò)程系統(tǒng)中的設(shè)備類(lèi)型或相互間的聯(lián)結(jié)關(guān)系，以優(yōu)化過(guò)程系統(tǒng)；參數(shù)優(yōu)化指在確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，改變操作參數(shù)，是過(guò)程某些指標(biāo)達(dá)到優(yōu)化。）4、化工過(guò)程系統(tǒng)模擬（對(duì)于化工過(guò)程，在計(jì)算機(jī)上通過(guò)數(shù)學(xué)模型反映物理原型的規(guī)律）5、過(guò)程系統(tǒng)優(yōu)化（實(shí)現(xiàn)過(guò)程系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行，包括

2、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化）6、過(guò)程系統(tǒng)合成（化工過(guò)程系統(tǒng)合成包括：反應(yīng)路徑合成；換熱網(wǎng)絡(luò)合成；分離序列合成;過(guò)程控制系統(tǒng)合成；特別是要解決由各個(gè)單元過(guò)程合成總體過(guò)程系統(tǒng)的任務(wù)）7、過(guò)程系統(tǒng)自由度（過(guò)程系統(tǒng)有m個(gè)獨(dú)立方程數(shù)，其中含有n個(gè)變量，則過(guò)程系統(tǒng)的自由度為：d=n-m,通過(guò)自由度分析正確地確定系統(tǒng)應(yīng)給定的獨(dú)立變量數(shù)。）填空題穩(wěn)態(tài)模擬的特點(diǎn)是，描述過(guò)程對(duì)象的模型中（不含）時(shí)間參數(shù)（集中參數(shù)模型）認(rèn)為狀態(tài)變量在系統(tǒng)中呈空間均勻分布，如強(qiáng)烈攪拌的反應(yīng)罐就可以用這一類(lèi)模型來(lái)描述.（統(tǒng)計(jì)模型）又稱為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，純粹由統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)輸入輸出數(shù)據(jù)而得。（確定性模型）又稱為機(jī)理模型（結(jié)構(gòu)）優(yōu)化和（參數(shù)）優(yōu)化是過(guò)程系統(tǒng)

3、的兩大類(lèi)優(yōu)化問(wèn)題，它們貫穿于化工過(guò)程設(shè)計(jì)和化工過(guò)程操作。換熱網(wǎng)絡(luò)的消耗代價(jià)來(lái)自三個(gè)方面：（換熱單元（設(shè)備）數(shù)）（傳熱面積）（公用工程消耗）TOC o 1-5 h z過(guò)程系統(tǒng)模擬方法有、.和。試判斷圖a中換熱匹配可行性1,2,3,4。在夾點(diǎn)分析中，為保證過(guò)程系統(tǒng)具有最大熱回收，應(yīng)遵循三條基本原則：避免夾點(diǎn)之上熱物流與夾點(diǎn)之下冷物流間的匹配；夾點(diǎn)之上禁用冷卻器；夾點(diǎn)之下禁用加熱器。判斷：自由度數(shù)只與過(guò)程系統(tǒng)有關(guān)。（Y）換熱網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)設(shè)計(jì)，要盡量避免物流穿過(guò)夾點(diǎn)。（N）在換熱夾點(diǎn)分析中，沒(méi)有物流穿過(guò)夾點(diǎn)，就無(wú)熱流量穿過(guò)夾點(diǎn)。（N）在夾點(diǎn)上方盡量避免引入冷物流，夾點(diǎn)下方盡量避免引入熱物流（N）穿過(guò)夾點(diǎn)

4、熱流量為零，則夾點(diǎn)處傳熱量為零（N）夾點(diǎn)上方熱流股數(shù)NH.NC,熱流股總熱負(fù)荷QHQC，不能實(shí)現(xiàn)夾點(diǎn)匹配（N）精餾塔跨過(guò)夾點(diǎn)，則塔底要用熱公用工程，塔頂要用冷公用工程。（Y）&對(duì)于冷熱流股換熱系統(tǒng)，傳熱量一定的前提下，傳熱溫差愈小，過(guò)程不可逆程度愈小,有效能損失愈小，但要求較大的熱交換面積。（Y）利用能量松弛方法對(duì)換熱器網(wǎng)絡(luò)的調(diào)優(yōu)，并不影響冷熱公用工程負(fù)荷。（N）熱物流穿過(guò)換熱網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)，必有熱流量穿過(guò)夾點(diǎn)。（N）熱物流在夾點(diǎn)上方,冷物流在夾點(diǎn)下方。（N）換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)要盡量避免冷、熱物流穿過(guò)夾點(diǎn)。N進(jìn)行過(guò)程系統(tǒng)模擬既要輸入流股參數(shù)，也要提供過(guò)程單元的操作參數(shù)。Y穿過(guò)換熱網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)的熱流量為零，

5、則夾點(diǎn)處傳熱推動(dòng)力為零。N試判斷以下?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)中哪些匹配是可行的，哪些是不可行的?？尚校?）熱泵與系統(tǒng)熱集成時(shí)，將熱泵穿越夾點(diǎn)放置是有效的熱集成。（Y）（3）兩個(gè)或兩個(gè)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(kāi)熱負(fù)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(gè)單元設(shè)備熱負(fù)荷為非負(fù)外，還要檢驗(yàn)每個(gè)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。（Y）（5）R組分簡(jiǎn)單塔精餾分離序列的綜合問(wèn)題，可以看成是R-1階段決策問(wèn)題。（Y）（6）系統(tǒng)的自由度為系統(tǒng)變量數(shù)減去描述系統(tǒng)的所有方程數(shù)。（N（7）能夠把全部簡(jiǎn)單回路至少斷裂一次的斷裂組定義為多余斷裂組。（N穿越夾點(diǎn)的熱流

6、量為零，則夾點(diǎn)處的傳熱推動(dòng)力為零。(N)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(fù)荷不變。(N對(duì)于已給定熱交換量的情況，通過(guò)熱交換面的傳熱溫差愈小，過(guò)程的不可逆性愈小，有效能損失小。(Y)1間間歇過(guò)程的瓶頸問(wèn)題很容易就能找到，因此，只需要對(duì)給定的設(shè)備加工順序進(jìn)行排序，就可以得到最優(yōu)的操作方案了。答：錯(cuò)誤(1)間歇過(guò)程的瓶頸問(wèn)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(guò)程的優(yōu)化因其所含變量太多而難以進(jìn)行，為了簡(jiǎn)化計(jì)算的難度，某人建議只考慮決策變量對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響，這種方式是否可行？答：對(duì)(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(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響，不會(huì)改變

7、優(yōu)化過(guò)程的性質(zhì)，但能縮小問(wèn)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(duì)于非線性規(guī)劃問(wèn)題，不可能通過(guò)求取目標(biāo)函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)，并令其為0，來(lái)得到最優(yōu)解。答：錯(cuò)誤(1)無(wú)約束的非線性最優(yōu)化問(wèn)題可以通過(guò)令一階導(dǎo)數(shù)為0來(lái)進(jìn)行。(1)有約束的非線性規(guī)劃問(wèn)題可以通過(guò)拉格朗日或罰函數(shù)法轉(zhuǎn)化為無(wú)約束問(wèn)題。對(duì)于存在三個(gè)加工設(shè)備的間歇過(guò)程，是無(wú)法通過(guò)Johnson規(guī)則來(lái)求解的。答：錯(cuò)誤(1)對(duì)于特殊的n/3/F/Fmax問(wèn)題，可以通過(guò)Johnson規(guī)則求取。(1)即在第二個(gè)設(shè)備上最長(zhǎng)的加工時(shí)間，小于在第一(或第三)個(gè)設(shè)備上最短的加工時(shí)間。在一個(gè)工廠的設(shè)計(jì)中，要想最大限度的減少公用工程的用量，可

8、以通過(guò)采用高效率的換熱器，并增大換熱面積來(lái)實(shí)現(xiàn)。答：錯(cuò)誤(1)要想最大限度減少公用工程的用量，應(yīng)通過(guò)夾點(diǎn)匹配方法進(jìn)行。(1)間歇過(guò)程的瓶頸問(wèn)題很容易就能找到，因此，只需要對(duì)給定的設(shè)備加工順序進(jìn)行排序，就可以得到最優(yōu)的操作方案了。對(duì)于存在三個(gè)加工設(shè)備的間歇過(guò)程，是無(wú)法通過(guò)Johnson規(guī)則來(lái)求解的。簡(jiǎn)答題對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的、有多個(gè)反饋回路的化工過(guò)程，采用序貫?zāi)K法進(jìn)行求解時(shí)，應(yīng)當(dāng)如何進(jìn)行計(jì)算？通過(guò)回路矩陣或其他方法，找出全部回路用回路搜索法，找出最優(yōu)斷裂族為各斷裂流股設(shè)定初值建立各單元的模型，利用模型序貫的求解(即將前一單元的出口物流作為后一單元的入口參數(shù))，循環(huán)計(jì)算，求出斷裂流股的計(jì)算值比較所求得

9、的斷裂流股的計(jì)算值，并與上一次的值比較，如果小于所設(shè)定的誤差，迭代結(jié)束，否則，重復(fù)步驟4，直至收斂.有必要的時(shí)候，可以采用各種收斂算法，也包括改變初始猜值。北京化【大F20胖2009學(xué)年第學(xué)期化丄過(guò)程彷析口合成期末考試述卷、填空題(每空1分1-化工過(guò):程分析，】孩是分析過(guò)程系繚的運(yùn)行機(jī)24彩陀園黃、過(guò)程欖型的數(shù)學(xué)描述、目杯隔數(shù)的建才、優(yōu)患丄況下的愎任操柞參數(shù)卻氛化工過(guò)程聚統(tǒng)合霸代括有：反應(yīng)路徑合成、匕丄；宀江，:m書(shū).過(guò)程控制系統(tǒng)合成.特別是要將決由各個(gè)單元過(guò)程合成總體過(guò)程泵統(tǒng)的仃:錚.3-穩(wěn)態(tài)模擬的特山站擁述過(guò)程對(duì)象附模型4-時(shí)間郵數(shù)借助電了計(jì)算機(jī)技術(shù),求解穩(wěn)態(tài)模擁問(wèn)赳的方敢育甲賈模塊沐，m

10、il可方程法、相聯(lián)立模塊沬-種KT序貫?zāi)K法和聯(lián)立模塊法中的單九模塊具右單向性的特點(diǎn)0乜血優(yōu)化考慮的是流程方秦的優(yōu)優(yōu)，在多種對(duì)存方案中找出費(fèi)用展小的流桂結(jié)構(gòu)，還要保證該方案滿足安全、環(huán)保、站操作等方面的亜求。杵火點(diǎn)Z1“換熱網(wǎng)絡(luò)便而要黒公用工程，相對(duì)于環(huán)境是個(gè)熱阱；在夾點(diǎn)之2換熱網(wǎng)絡(luò)只需耍拎仝用工程.機(jī)對(duì)于環(huán)境足個(gè)叫源=農(nóng)分離塔序列綜合屮，按婕經(jīng)驗(yàn)規(guī)則C2規(guī)則,等摩爾分割蜀有利。采乩種分肉方法把-牛E組分混舍物用簡(jiǎn)單甫分離成8W組分的分離過(guò)程，共含個(gè)分離器，羽_個(gè)分離序列數(shù)，含有36個(gè)分離子群,旦個(gè)分離子何題。:.判斷題(同題2分人悄判斷對(duì)錯(cuò)J或X),并簡(jiǎn)單琳釋原因，序貫?zāi)K袪是將模型方程柞為

11、個(gè)大型IE線性方程組進(jìn)行求解叫充分利用模型方程的稀疏性特點(diǎn).從而降低求解難度。錯(cuò)。此芮面向方程法的描述TOC o 1-5 h z間嵌過(guò)程足典型的穩(wěn)態(tài)操作過(guò)程，其過(guò)程變雖伍隨吋同發(fā)生變彳匕()錯(cuò)。間航過(guò)程是肌型的動(dòng)態(tài)操作過(guò)程，苴過(guò)程變最馳時(shí)問(wèn)發(fā)出變化：聯(lián)立模塊法的基木思想是，肥描述過(guò)程系統(tǒng)的所有數(shù)學(xué)模型匯集到起，形成個(gè)卜:線性方利組進(jìn)再求解。因而其求解難度比庁貞模塊法小，但訃JT工柞倉(cāng)較大。()錯(cuò)聯(lián)立橈塊法的用木思想是*把描述過(guò)程系統(tǒng)的所有數(shù)學(xué)模黑匯集到-起，形成一個(gè)非線杵方程組進(jìn)行求解。因而其求解速摟比庁:貴模塊法快，但計(jì)算工作難度較大。1.狀態(tài)空I訓(xùn)分析屮，相圖描堆的是蛀程從杲牛初始狀態(tài)出發(fā)

12、，狀態(tài)濱變的歷史。是過(guò)程的劫態(tài)特訂的總結(jié)用1農(nóng)現(xiàn)姑穩(wěn)態(tài)信息卻沒(méi)何包括在其中.錯(cuò)線性規(guī)劃問(wèn)題如風(fēng)川行域打在.則H基木M行斛-的牛數(shù)是市線性獨(dú)立的零式約束的個(gè)數(shù)決定的。在間歌過(guò)程的排產(chǎn)優(yōu)化小，其II標(biāo)是充分保血工產(chǎn)的穩(wěn)定，使產(chǎn)詁質(zhì)晟不前批次監(jiān)生變化*(錯(cuò)U在間砒過(guò)程的排產(chǎn)優(yōu)化中，其訂標(biāo)是充分和冋設(shè)備資淋減少設(shè)帑閑置倜間.謹(jǐn)而禰校短時(shí)遼內(nèi)完成規(guī)定的綸產(chǎn)任務(wù)TOC o 1-5 h z7-最小傳熱溫差是熱力學(xué)笫.：定締的體現(xiàn)，耳具林過(guò)程無(wú)關(guān))鉗.啞小也熱址差怵現(xiàn)的是工程設(shè)計(jì)屮傳熱速率的密求，與具休過(guò)程相關(guān)。夾點(diǎn)法的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠同時(shí)獲得系統(tǒng)公川工程消耗最小和使用換熱器個(gè)數(shù)就少兩牛目標(biāo).即系統(tǒng)的總體最優(yōu),

13、()鉗。夾點(diǎn)法能墟了求到系統(tǒng)公用工和的消耗最小9-探視法是分離序列綜合最有:效的方法，它對(duì)以便系統(tǒng)優(yōu)化得到全局最優(yōu)弊。()錯(cuò)n探視法懸使用兒牛簡(jiǎn)單的、但帝有普遍此的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則產(chǎn)生-些接近最優(yōu)的序列然右再對(duì)它們進(jìn)行仔細(xì)的評(píng)價(jià)，以確定最終的分離序列OIdW化工過(guò)程分析X合成屬于系統(tǒng)工程的范誹，并不涉及傳統(tǒng)化丁.中的叮：戰(zhàn)亦的內(nèi)容a()錯(cuò)口農(nóng)化工過(guò)程分析與合成屬于系統(tǒng)工程的范崎,是以傳統(tǒng)化工中的“二傳反”的內(nèi)容為基礎(chǔ)的口-，填空題:每空1分)I穩(wěn)態(tài)模擬的持蔦是，菇述過(guò)程対象的?？斟缓h(huán)竊時(shí)間蔘數(shù)匸2就其棋擬計(jì)算求解方法時(shí)菊過(guò)程系統(tǒng)模擬町以典納為：庫(kù)盟摸塊法、面向打淞、聯(lián)欖映江3序貫?zāi)K法的基礎(chǔ)是屮

14、心良映詁門(mén)。4求解超大型柿疏非線性方程俎的方法大致分為降維求解法、聯(lián)療擬線性方理組求解法兩類(lèi)。5根據(jù)對(duì)過(guò)秤系統(tǒng)中漱態(tài)變最好柑特徂的不同描述齊戒，一般可以把動(dòng)態(tài)模林N的數(shù)學(xué)槿型分為集中參數(shù)攬型分布醪數(shù)欖型和名級(jí)集中參數(shù)楝型根抿建立模翅的不同方法.-般可以將數(shù)學(xué)摸塑分為統(tǒng)計(jì)?？?、統(tǒng)計(jì)模刑和弁于兩甘之間的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)：?連續(xù)攪擰罐反應(yīng)辭(CSTRL)的動(dòng)態(tài)模型可以用憔巾參數(shù)模里進(jìn)疔描述.優(yōu)化和二優(yōu)化足過(guò)程束統(tǒng)的兩大類(lèi)優(yōu)化問(wèn)題，它們貫穿于優(yōu)工過(guò)程設(shè)計(jì)和化工過(guò)程操柞。求解非我性育約束條件最優(yōu)化問(wèn)題的方法很夢(mèng)，比較常用的有拉格朗日棗子壯和冊(cè)甬?dāng)?shù)法“它們的共擁門(mén)在于都是將有約束誡優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)變成無(wú)約如堆優(yōu)化問(wèn)題。

15、10在分離序列的綜合屮.根據(jù)試探法的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則貶：難分離的組分應(yīng)X蠱片分離。判斷題毎題2分h請(qǐng)判斷対借fJ或小.并簡(jiǎn)單解釋原因aI忙序矣模塊進(jìn)屮的單兀模塊具有單向性的特魚(yú)。(7兒2聯(lián)立模塊法的基本思想足，耙描述過(guò)樣條統(tǒng)的所有數(shù)學(xué)模里匯集到一起，形成一亍申線性苗程組進(jìn)行求解.兇啲其求醉堆度比序貫?zāi)K法小計(jì)算T作量較大。(X人聯(lián)立模塊法的思想是利片嚴(yán)格模型嚴(yán)格模塊產(chǎn)半相應(yīng)的簡(jiǎn)化模型方程的系數(shù)，然后把所有的簡(jiǎn)化槌型方程匯集到-起進(jìn)行聯(lián)解，得到系統(tǒng)的一組狀態(tài)變雖3間歇過(guò)程是典型的泄常態(tài)操作過(guò)程(X兒動(dòng)態(tài)特性是間歇過(guò)程的本質(zhì)其操作條件和產(chǎn)品質(zhì)量都會(huì)隨時(shí)間而變化4在化工過(guò)程系統(tǒng)的優(yōu)化屮應(yīng)坨最廠泛的數(shù)學(xué)方法就是線性規(guī)劃的求解(X人線性規(guī)劃是最優(yōu)化方法中土較成熟的優(yōu)化方法但在過(guò)程系統(tǒng)的優(yōu)化的模型比線性方程更普遍。5在夾點(diǎn)之上*物流溫度較高因此換熱網(wǎng)絡(luò)僅蠱要冷公用工程&(X人夾點(diǎn)把整牛系統(tǒng)分解成刖個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，7夾點(diǎn)之換熱網(wǎng)絡(luò)僅需要熱公用6在連續(xù)化大規(guī)模比產(chǎn)中誡優(yōu)操作條件的確定只需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算、給定.在以蒂的生產(chǎn)中，只耍把操件條杵梓制在這個(gè)繪優(yōu)點(diǎn)就丐以了。兇此，優(yōu)化問(wèn)題只出規(guī)在設(shè)計(jì)過(guò)程屮。(X)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化是過(guò)程系統(tǒng)的兩大優(yōu)化訶題，它門(mén)賞穿于化工過(guò)程設(shè)計(jì)和化工過(guò)程操作。7線性規(guī)劃的求解方法肯牛頓法、擬彳頓法和最速下降袪。(X).線性規(guī)劃的求解方法有圖解法和單純形法。&