1化工过程分析与合成A答案

<<化工过程分析与合成>>试题(A)答案及评分标准

一、填空题（每空1分，共30分）

1. 序贯模块、面向方程、联立模块。

2. 物料流 能量流。

3. 直接迭代法 部分迭代法 韦格施坦法。

4. 集中参数模型 分布参数模型 多级集中参数模型 集中参数模型 代数-常微分方程组

5. C+2。

6. 可行，不可行，可行，不确定

7. 加热，冷却。

8. N H ≥N C ，FCp H ≥FCp C 。

9. 参数 结构 10. 96，83，157 11. 4，14，15 二、判断题（每题1分，共10分）

1. 对

2. 错

3. 错

4. 对

5. 对

6. 对

7. 错

8. 错

9. 对10. 对 三、简答题 1. 答：过程系统工程是研究化工过程整体特性的一门学科，它用系统工程的观点和方法来研究化工过程的开发、设计、最优操作和最优控制。（3分）

2.. M ——质量守恒方程（或物料恒算方程）（1分）；E ——相平衡方程（1分）；S ——归一化方程（1分）；H ——焓恒算方程（1分）。

3. 答：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 。（3分）通过自由度分析正确地确定系统应给定的独立变量数。（2分）

4. 答：

过冷液体 B c

i i i T T z K <⇔<∑=11

（1分）

泡点液体 B

c

i i i

T T z K

=⇔=∑=11

（1分）

两相混合物 B

C

i i i T T K z >⇔>∑=11

D

c

i i i

T T K z

<⇔>∑=11

（1分） 露点气体 D

c

i i i

T T K z

=⇔=∑=1/1

（1分） 过热气体

D

c

i i i

T T K z

>⇔<∑=1/1

（1分）

四、模拟与综合题

1.(10分) 答：（1）模型方程

a. 相平衡方程：

b. 物料衡算：

c. 热量衡算：

d. 归一化方程：

e. 焓算式： ……………………………………………………………每种方程1分，共5分

（2）求解方法

引入参数Ф=V/F （1） ………………………………………………………1分

……1分

则：

（2）

又有：

（3）………………………………………2分

1

11

i

i

i

y

x z

===∑∑∑i i i

F z V y L x ⨯=⨯+⨯i i i

y k x =⨯F V L F H Q V H L H ⨯+=⨯+⨯(,,)

(,,)

V i L i H f y T P H f x T P ==C

i x K y i i i ,...2,1 ==,...C ,i Vy Lx Fz i

i

i

21 =+=(1) 1,2,...i i i i z k x x i C φφ=+-=i

y = 1,2,...1(1)

1(1)

i i i i i i z k z x i C k k φφ==+-+-1

1

1 1

c

c

i

i i i x

y ====∑∑1(1)0 1(1)c

i i

i i

k z k φ=-=+-∑

采用迭代法求解方程（3），得到Ф的值，根据（1）得到V 的值；L=F-V ；再根据（2）可以计算出x i 和y i 。 ………………………………………………………1分

2.(7分) 解：假设任一时刻t ，罐内液面高度为H ，

在t+dt 时刻，罐内液面高度为H+dH ，………………………………………1分 在dt 时间段内作物料衡算：

………………………………………2分

积分得：

将初始化条件：t=0时，H=H 0代入上式，得：

………………………………………2分

排液量与时间的变化关系为： ………………………………………2分

3.(17分)解：（1）问题表格如下：

…………4分

由问题表格得：最小热共用工程为185.2kW ；最小冷共用工程为102.4kW 。 ……4分 （2）能量最优的冷热物流匹配方案见下图：

……………………加热器、冷却器各1分，1、2、3号换热器各2分，共9分

4.（9分）（1）采用常规精馏，加压操作的分离方法。 （1分） （2）计算分离易度系数 CES ( A/BCDE)=10.91 CES ( AB/CDE)=3.69

dH F kH

dt A -=

k

ln(F-kH)-t c

A

=+01H ((kH -F)e

F)

k

k t A

-=

⋅+0

S ((kH -F)e F)

k

t

A -=+

CES ( ABC/DE)=93.09 CES ( ABCD/E)=7.89

所以ABC/DE分离应优先，因为此处分离易度系数最大。（4分）

（3）CES ( A/BC)=16.92 CES ( AB/C)=6.12 所以A/BC的分离应优先。（2分）（4）考虑前面的步骤，得到以下分离序列：（2分）

ABC|DE

A|BC D|E

A B|C D E

B C