(完整版)化工过程分析与合成考点(精华)
化工过程分析及其合成
化工过程分析及其合成概述化工过程分析是指对化工过程进行系统的分析和评估，以确定其优化和改进的方法。
通过分析化工过程，可以找出其中的问题和不足，并设计合成方法，实现对化工过程的优化。
合成是化学领域中的一项重要技术，在化工过程中广泛应用。
合成过程涉及对原始材料进行化学反应，从而合成所需的化合物。
化工过程分析和合成的关系密切，通过对化工过程进行分析，可以确定合成方法的可行性和优化方案。
本文将介绍化工过程分析的基本概念和方法，并讨论合成过程在化工过程中的应用。
在此基础上，将探讨化工过程分析和合成的关系，以及如何通过分析来优化合成过程。
化工过程分析化工过程分析是对化工过程进行系统分析和评估的过程。
该过程包括以下几个主要步骤：1.数据收集：收集化工过程中涉及的各种数据，包括原始材料的性质、反应条件、产物的性质等。
这些数据是进行分析和评估的基础。
2.数据处理：对收集到的数据进行处理和整理，以便后续分析。
数据处理包括数据清洗、数据转换和数据统计等。
3.问题识别：根据收集到的数据和分析结果，识别化工过程中存在的问题和不足。
问题可能涉及反应效率低、产物纯度不高、操作困难等方面。
4.原因分析：对已识别的问题进行深入分析，找出问题的具体原因和根本原因。
原因分析可以采用各种方法，如物理模拟、数学模型和实验研究等。
5.优化方案设计：根据原因分析的结果，设计合理的优化方案。
优化方案应综合考虑经济性、可行性和安全性等因素。
6.方案实施与评估：对设计的优化方案进行实施，并进行评估和验证。
评估结果可以作为进一步改进和优化的依据。
化工过程分析的目标是找出问题和不足，并提出解决方案，从而优化化工过程。
通过分析，可以提高反应效率、改善产物质量、减少能源消耗等。
合成过程在化工中的应用合成是一种将原始材料转化为所需产品的过程。
在化工领域，合成广泛应用于各种化学反应和合成化合物的过程中。
1.有机合成：有机合成是化工中最常见的合成过程之一。
它涉及将无机或有机原料转化为有机化合物的过程。
化工过程分析与合成习题PPT
•
（2B）判断以下问题是非（N，Y）
• 3. 热物流穿过换热网络的夹点，必有热流 量穿过夹点。 N 4. 热物流在夹点上方,冷物流在夹点下方。
N
•
（2C）判断以下问题是非（N，Y）
•
• •
1.换热网络的设计要尽量避免冷、热物流 穿过夹点。 N 2.进行过程系统模拟既要输入流股参数， 也要提供过程单元的操作参数。 Y 3.穿过换热网络夹点的热流量为零，则夹 点处传热推动力为零。N
一、基本概念
• • • （1）名词解释 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）； ） 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 ）
化工过程分析与合成复习
习题
一、基本概念
• （1）名词解释 • 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 ） • 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 ） • 过程系统合成 （P5） • 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。）
(3C) 填空
• 试在图中标出所提供的用能信息。
Hale Waihona Puke （4）、 回答问题 • a、换热网络的组合曲线可获得什么信息？ 对生产有何指导意义？
（4）、 回答问题 • b、如何保证获得化工过程系统换热网络最 大热回收？
（4）、 回答问题 如图所示，T-H图中热、冷物流的组合曲线分 别为AB和CD，在图上画出夹点位置，最小冷、热 公用工程用量，最大热回收量；若Tmin减小，则 最大热回收量如何变化？
化工过程分析与合成
化工过程分析与合成集散系统吸取了分散系统和集中系统两者的优点，集是集中管理，操作、控制这三方面的集中，散是指功能的分散，负荷分散和危险分散这就是克服了分散系统难于实现全局系统控制的缺点也克服了集中系统的危险集中。
化工过程分析主要分析过程系统的运行机、影响因素、过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况下的最佳操作参数。
化工过程系统合成包括有：反应路径合、换热网络合成、分离序列合成、过程控制系统合成特别是主要解决由各个单元过程合成总体过程的系统任务。
稳态模拟的特点是，描述过程对象的模型中不包括时间参数，即是把过程中的各种因素都看成是不随时间而变化的。
过程系统模拟的三类问题1、过程系统模拟分析2、过程系统设计3、过程系统参数优化过程系统模拟的基本方法可归纳为三类：序贯模块法、面向方程法、联立模块法。
序贯模块法的基础是单元模块（子程序）序贯模块法的基本思想是：从系统入口物料开始，经过接受该物流变量的单元模块的计算得到输出物流变量，这个输出物流变量就是下一个相邻单元的输入物流变量。
依此逐个计算过程系统的各个单元，最终计算出系统物流。
最佳断裂准则1、断裂的物流数最少2、断裂物流变量数最少3、断裂物流权重因子之和最少4、断裂回路总次数最少简单回路：那种包含两个以上的流股，且其中的任何单元只被通过一次，称作简单回路一个不可分割的子系统可以包括若干个简单回路。
能够把全部简单回路至少断裂一次的断裂流股组称为有效断裂组。
方程的稀疏性可以用稀疏比来衡量：输出变量指定方法的步骤是，选事件矩阵中元素最少的行和元素最少的列的交点处元素对应的变量，作为优先指定的输出变量，然后从事件矩阵中删去该输出变量对应的行和列重复上述过程直至矩阵中所有的行和列都被删除。
第三章模型化是现代化学工程方法论的重要组成部分，尤其是过程动态学的核心根据对过程系统中状态变量分布特征的不同描述方法，一般可以把数学模型分为集中参数模型、分布参数模型、和多级集中参数模型。
化工过程分析与合成
化工过程分析与合成第一章绪论（2学时）●化工过程●系统工程→化工过程系统工程●化工过程的分析与合成●化工过程系统模拟（稳态模拟、动态模拟）●过程系统模拟的三种基本方法（序贯模块法、面向方程法、联立模块法）第一节化工过程化工过程是以天然物料为原料，经过物理或化学加工制成产品的过程。
其往往由多种多样的单元过程组成，如最重要也是最多用的单元过程是：化学反应过程、换热过程和分离过程。
第二节系统工程系统工程是20世纪50年代形成的新兴学科，目前正处于兴旺的发展时期。
1984年郑春瑞在《系统工程学概论》中，对系统工程做出下列综合性的阐述：系统工程是以系统（尤以大系统）为研究对象的一门跨学科的边缘学科。
它是根据总体协调的需要，把自然科学和社会科学中的某些思想、理论、方法、策略和手段等从横的方面有效地组织起来应用于人类实践中，是应用现代数学和电子计算机等工具对系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控制等功能进行分析研究，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标，是为更加合理地研制和运用系统而采取的各种组织管理技术的总称，归根结底是一种工程学的方法论。
20世纪30年代美国雷德无线电公司在对电视广播系统的电波覆盖问题进行研究时，首先提出“系统”和“系统模拟研究”的思想。
40年代，美国贝尔电话公司在研究微波通讯网络的覆盖传输效率时，提出了“系统工程”的概念。
50年代各工业国对系统工程尤为重视，如1954年美国MIT首先在大学讲授系统工程课程。
1957年美国正式出版了第一本专著《系统工程》。
60年代起系统工程逐步推广应用于工业、宇航、交通、经济规划等部门。
如60年代初，在系统工程、运筹学、化学工程、过程控制及计算机技术等学科的基础上，产生和发展起来一门新兴的技术学科——化工过程系统工程（简称化工系统工程）。
70年代是化工系统工程走上实用的时期。
随着计算机应用的普及，采用化工系统工程方法，陆续研制出有效的工业用化工流程通用模拟系统，并对过程生产实现计算机控制，取得显著经济效益。
(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。
化工过程分析与合成(1-8h)
主要研究对象： 生产过程中的原料特点、生产原理、工艺流程、最适宜生
产条件、产品质量以及所用的设备类型及其结构材料等内容的 课程。
Liaoning Shihua University
化工过程分析与合成
化学工程
主要研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学 过程和物理过程的共同规律，它的一个重要任务是研究有关 工程因素对过程和装置的效应，特别是放大中的效应。
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化工过程分析与合成
1.2 基本概念
（1）过程系统 (Process system) 过程系统是对原料进行物理的或化学的加工处理的系统，它
由一些特定功能的过程单元按着一定的方式相互联结而组成，它 的功能在于实现工业生产中的物质和能量的转换。
“过程系统”的含义已不局限于生产工艺过程，而逐步延伸到 经营管理业务和决策过程—供应链的优化（Supply chain optimization)。
的输出又是另一节点的输入边。 Ⅲ.列的元素之和为零。
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化工过程分析与合成
2.2 过程系统模拟基本方法
序贯模块法、联立方程法和联立模块法
2.2.1 序贯模块法
逐个单元模块依次序贯计算求解系统模型的一种方法。 回路（环路）—输入流股与后续的单元设备输出有关。
（2）系统工程学 以系统（特别是大系统）为对象的一门跨学科的边缘科
学。是更为合理研制和运用系统而采取的各种组织、管理技 术的总称，是工程的方法论。
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化工过程分析与合成
理论：社会与自然科学某些理论、方法、策略和手段。 对象：系统—由一信息联系的一个整体。 手段：现代数学和计算工具——计算机等。 内容：对系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控制
化工过程分析与合成
一、单项选择题。
本大题共 14 个小题，每小题 5.0分，共 70.0 分。
在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。
重质油催化剂裂化制轻质油的反应过程是（B）。
脱氢过程裂化反应热裂解反应过程催化过程数值稳定性好，通常，迭代收敛过程有（C）。
很缓慢很快四种可能情况收敛解氨合成过程的物料必须进行循环，主要集中在（D ）。
制气工段压缩工段脱硫工段氨合成工段蒸馏的原理是（A）。
物质的沸点不同物质分子量大小物料的浓度进料快慢过程系统结构的优化属于过程系统的（B ）。
过程系统的问题合成问题过程系统的分析优化问题氨厂包括的工序有（A ）。
原料气制备原料气脱硫氨的分离空气净化天然气中的主要成分是（B）。
氩甲烷（CH4）氢气氮气实验数据归纳的模型被称为（A）。
经验模型半经验模型特定模型多级参数模型工业上已得到广泛应用的低能耗分离技术是（D ）。
吸附分离技术非定态技术变压吸附乙苯脱氢制苯乙烯的反应过程是（A）。
脱氢反应制苯乙烯裂解反应过程催化过程对均一系物料的气相分离，可采用（A ）。
吸附吸收汽提蒸发萃取变压吸附是在工业上已经得到广泛应用的（ D ）。
气体分离技术非定态技术节能分离技术吸附分离技术化工过程系统合成是（C）。
产品生产合成设备合成换热网络合成反应物料合成泡点温度是指气液平衡时与液相组成相对应的（C）。
液相起泡时温度沸腾温度平衡温度气相温度二、多项选择题。
本大题共 6 个小题，每小题5.0分，共 30.0 分。
在每小题给出的选项中，有一项或多项是符合题目要求的。
用人工智能技术模拟人脑的思维过程，两种不同的成功途径是（DE）。
离散模拟模糊模拟非数值模拟客观模拟微观模拟单元操作模拟中每个模块中包含有（AB）。
单元操作相关方程相关的物性计算程序物流焓值进口物料组成出口组成对化工过程进行描述的数学模型有（CD ）。
机理模型经验模型集中参数模型分布参数模型人工智能模型在典型的工厂中优化可能涉及（BC ）。
一个车间过程设计和装置规范车间操作某个过程某个装置物性模型包括的重要两项是（AB ）。
化工过程分析与合成
化工过程分析与合成一，化工系统的定常态模拟与分析（一）模拟是对过程系统模型的求解1. 过程系统的模拟分析：对某个给定的过程系统模型进行模拟求解，可得出该系统的全部状态变量，从而可以对该过程系统进行工况分析2，过程系统设计：当对某个或某些系统变量提出设计规定要求时，通过调整某些决策变量使模拟结果满足设计规定要求3，过程系统参数优化：过程系统模型与最优化模型联解得到一组使工况目标函数最佳的决策变量（优化变量）。
从而实施最佳工况1. -序贯模块法：基本部分是单元模块（子程序），用以描述物性、单元操作以及系统其它功能。
单元模块具有单向性特点。
(1) 断裂：通过迭代把高维方程组降阶为低维方程组的办法。
它适用于不可分割子系统；-不可分割子系统：过程系统中，若含有再循环物流，则构成不可分割子系统。
-实施序贯模块法进行过程系统模拟计算中必须要解决的问题——如何选择断裂物流、如何确定迭代序列。
-判断最佳断裂的准则：①断裂的物流数最少；②断裂物流的变量数最少；③断裂物流的权重因子之和最少；④断裂回路的总次数最少。
i=1，…，m ，代表回路；j =1，…，n,代表物流(2) 回路矩阵简单回路: 一个不可分割子系统包含若干个再循环回路。
包含两个以上再循环物流，且其中的任何单元只被通过一次，称作简单回路。
。
回路矩阵：过程系统中的简单回路可以用回路矩阵表示。
矩阵：行→回路；列→物流。
若某回路I 中包括有物流j 则相应的矩阵元素aji=1，否则为空白或零。
Upadyhe －Grens 断裂法需要解决的两个问题：一是要有一种能把所有的有效断裂物流组都能搜索出来的办法；二是要能把最优断裂组从中选择出来。
有效断裂组：能够把全部简单回路至少断裂一次的断裂流股组。
① 多余断裂组：如果从一个有效断裂组中至少可以除去一个流股，而得到的断裂组仍⎩⎨⎧=⎩⎨⎧=ij i j a j j x ij j 属于回路流股不属于回路流股被断裂流股未断裂流股,1,0,1,为有效断裂组，则原有效断裂组为多余断裂组。
化工过程分析与合成
简答12一个不可分隔子系统包含若干个再循环回路。
包含两个及以上再循环物流，且其中的任何单元只被通过一次，称作简单回路（S imple Cyc le）。
简单回路:I-S1-II-S2-III-S3-IV-S6-I;I-S1-II-S2-III-S5-I; II-S2-III-S3-IV-S7-II;II-S2-III-S4-II. 过程系统中的简单回路可以用回路矩阵（L oop/Stream Matrix）表示。
表示方法：a 矩阵中的行代表回路，列代表物流。
b 若某回路I中包括有物流j则相应的矩阵元素aji=1，否则为空白或零。
3化工生产流程中换热网络的作用和意义：a换热是化工生产不可缺少的单元操作过程。
b对于一个含有换热物流的工艺流程，将其中的换热物流提取出来，组成了换热网络系统c其中被加热的物流称为冷物流，被冷却的物流称为热物流。
d换热的目的不仅是为了使物流温度满足工艺要求，而且也是为了回收过程余热，减少公用工程消耗。
e基于这种思想进行的换热网络设计称为换热网络合成。
f换热网络合成的任务，是确定换热物流的合理匹配方式，从而以最小的消耗代价，获得最大的能量利用效益。
g换热网络的消耗代价来自三个方面：换热单元（设备）数，传热面积，公用工程消耗，换热网络合成追求的目标，是使这三方面的消耗都为最小值。
h实际进行换热网络设计时，需要在某方面做出牺牲，以获得一个折衷的方案。
4经验规则M1：a在所有分离方法中，优先采用使用能量分离剂的方法（例如常规精馏方法）。
其次才考虑采用质量分离剂的方法（例如萃取精馏、液-液萃取的方法）b若必须采用质量分离剂方法时，则在使用质量分离剂的塔后应马上将这个质量分离剂分离出去，而且不准用质量分离剂的方法来分离另一个质量分离剂。
C如果使用质量分离剂的分离方法可增大分离因子（如增大相对挥发度），或者采用这个分离方法可以直接得到多元产品，而利用其它分离方法无法做到这点时，可以考虑采用质量分离剂的分离方法。
(完整word版)化工过程分析与合成
名词解释1. 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）；）2. 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）3. 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。
）4、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）5、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）6、过程系统合成（化工过程系统合成包括：反应路径合成；换热网络合成；分离序列合成；过程控制系统合成；特别是要解决由各个单元过程合成总体过程系统的任务）7、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。
）填空题1. 稳态模拟的特点是，描述过程对象的模型中（不含）时间参数2. （集中参数模型）认为状态变量在系统中呈空间均匀分布，如强烈搅拌的反应罐就可以用这一类模型来描述.3. （统计模型）又称为经验模型，纯粹由统计、关联输入输出数据而得。
（确定性模型）又称为机理模型4. （结构）优化和（参数）优化是过程系统的两大类优化问题，它们贯穿于化工过程设计和化工过程操作。
5. 换热网络的消耗代价来自三个方面：（换热单元（设备）数）（传热面积）（公用工程消耗）6. 过程系统模拟方法有、和。
7. 试判断图a 中换热匹配可行性1 , 2 ,3 ,4 。
8. 在夹点分析中，为保证过程系统具有最大热回收，应遵循三条基本原则：避免夹点之上 热物流与夹点之下冷物流间的匹配；夹点之上禁用冷却器；夹点之下禁用加热器。
化工过程分析与合成-2
n
m
n
Oj
∑F x
j =1 Ij
Ij
= ∑ FOj xOj
j =1
m
……
FIn xIn
过程 单元
FO1 xO1 FO2 xO2
……
FOm xOm
TSHY
16/43
2.2.2 单元模型建立方法
2. 能量衡算
对于任何过程单元，其能量平衡均满足：
m
∑E
j =1
Oj
− ∑ EIj = Q + W
j =1
n
(1) (2) (3, 4) (5) (6) (7)
F1 = F2
F3 = F4
Q = F1C pf (t1 − t2 )
Q = F3C pw (t4 − t3 )
K = K ( F1 , F2 , F3 , F4 , t1 , t 2 , t3 , t 4 , Ψ)
TSHY
24/43
举 例
模型中： 模型中： Q——热负荷； 热负荷； 热负荷 K——总传热系数； 总传热系数； 总传热系数 A——传热面积； 传热面积； 传热面积 t2——物料出口温度； 物料出口温度； 物料出口温度 ∆tm ——对数平ห้องสมุดไป่ตู้温差； t1——物料入口温度； 对数平均温差； 物料入口温度； 对数平均温差 物料入口温度
Q EI1 EI2
根据热力学原理，物流能E包括内能、 动能、位能，即：
1 E j = F j (U j + PjV j + v 2 + gZ j ) j 2
…
EIn
过程 单元
W
EO1 EO2
EOm
…
根据焓的定义，H=U+PV，则：
化工过程分析与合成
绪论1化工过程：原料经过物理或化学加工制成产品的过程。
2化工过程分析：化工过程系统的分析主要是分析过程系统的运行机制、影响因素、过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况下的最佳操作参数；目标是使决择方案，技术上先进、可行，经济上优越、合理，对于操作工况的分析也就是通常说的生产操作调优。
3化工过程系统的合成包括：反应路径合成、换热网络合成、分离序列合成和过程控制系统合成；这类优化问题常是具有非线性、奇异、有约束、多极值等现象。
模拟退火法和进化算法。
4稳态模拟:描述过程对象的模型中不包括时间参数。
动态模拟一般有：开车、停车、事故处理。
稳态模拟分析1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，可以解决3类问题：过程系统的模拟分析、过程系统设计和过程系统参数优化。
2过程系统的三种基本方法序贯模块法：通过对单元模块的依次计算来求解系统模型的方法特点：（1）针对树形结构的过程系统（2）以单元模块为基础，定向性很强（3）模拟计算的顺序由流程结构决定（4）对于含不可分隔子系统（再循环回路）的过程系统，必须通过断裂和收敛技术处理，才能用序贯模块法进行计算（5）序贯模块法求解含有多个不可分隔子系统的过程系统时，各个回路分别单独收敛联立方程法：将描述一化工流程的所有方程汇总在一起，然后联立求解特点：模拟时不受实际物流和流程结构影响，可灵活地确定输入坏人输出变量联立模块法：采用两种设备单元模型（严格模型和简化模型）交替进行模拟计算的方法特点：利用单元模块的严格模型获取简化模型的系数，建立模块输入与输出的线性关系，然后将各单元简化模型与系统的机构模型联立求解。
以低阶的线性方程组的解逼近原非线性方程组的解。
3序贯模块法的基本思想：从流程的第一个单元设备开始计算，即调用与该单元所对应的单元模块，由巳知的输入与参数求输出流股变量，而该输出变量即为下一个单元的输入，再依次调用各单元模块，直至流程的最后一个单元模块，就可求得各单元设备的输出流股变量。
化工过程分析与合成
化工过程分析与合成绪论：1：化工过程的定义：原料经过物理或化学加工制成产品的过程。
2：实现方法：通过反响、分别、混合、加热、冷却、压力转变和颗粒尺寸的变化等一系列步骤实现的。
3：工艺流程：独立转化的单元过程由被处理的物料流连接起来，成化工过程生产工艺流程。
4：最重要的也是最常用的单元过程：1：化学反响过程2：分别过程3：换热过程4：流体输送过程5：设计的目标：高效益、易掌握、环境友好和安全的过程。
6：两类优化流程构造的方法：探试法、算法方法方法优点缺点软件代表与工程师直接阅历全都，便再循环引起的收敛迭代很ASPEN PLUS于学习和使用；易于通用化，费机时；进展设计型计算时PRO/II序贯模块法已积存了丰富的单元模块；很费机时；不易于用于最优CONCEPT需要计算内存小；有错误易化计算。
CAPES于诊断检查。
FLOWTRAN面对方程法解算快；模拟型计算与设计要求给定较好的初值，否则ASPEN PLUS 型计算一样；适合最优化计可能得不到解；计算失败后ASCEND-II 算，效率高；便于与动态模诊断错误所在困难；形成通SPEED-UP拟联合实现。
用化程序有困难，故使用不便；难以继承已有的单元操作模块可以利用前人开发的单元操将严格模型做成简化模型TISFLO作模块；可以避开序贯模块时，需要花费机时；用简化FLOWPACK-II联立模块法法中循环流迭代；比较简洁模型来寻求优化时，其解与实现通用化。
严格模型优化是否始终有争论。
7：推断最正确断裂的准则分为四类：①断裂的物流数最少；②断裂物流的变量数最少；③断裂物流的权重因子之和最少；④断裂回路的总次数最少。
8：自由度〔设计变量〕的选择原则：1：所选择的自由度必需真正独立2：自由度的选择应使问题求解尽量便利9：模拟型问题：理论级数、进料位置、塔顶〔或塔底馏出量)、回流比→→塔顶、塔底的产品组成10：设计型问题：轻关键组分的塔顶回收率、重关键组分的塔底回收率、进料位置判据、回流比→→理论级数、进料位置、塔顶和塔底馏出量其次章：1：非抱负体系——承受状态方程与活度系数相结合的模型；2：汽相状态方程模型：非抱负气体模型：Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling 〔BWRS 〕；Hayden-O’Connell〔用于Hexamerization 的氢-氟化物状态方程〕抱负气体模型：Lee-Kesl e〔r LK〕；Lee-Kesler-Plocke r；Peng-Robinso n〔PR〕；承受Wong-Sandler混合规章的SRK 或PR；承受修正的Huron-Vidal-2 混合规章的SRK 或PR；用于聚合物的Sanchez-Lacombe 模型。
化工过程分析与合成
系统工程的基本思想：从系统整体的观念出发，周密考 虑系统内各个组成部分相互间的制约关系，讨论系统整 体的最优策略。
系统工程学又名：工程学的方法论
研究对象：各个不同的系统
化工过程系统工程 以系统工程学为基础， 把社会问题作为研究对象的学科称为社会系统工程学。 把环境问题作为研究对象的学科称为环境系统工程学。 把化工过程系统问题作为研究对象的学科称为化工过程系
系统的任务。
① 反应路径的综合：
对给定原料寻求反应路径规定产品的问题称为反 应路径的综合。
例：由 糠醛
糠醇
可以有 气相加氢法 副产物少。
高压，但反应迅速，
也有 液相加氢法 低压，反应慢，副 产物多。
② 换热网络综合：
对于大型化工企业，多装置，多物流。
一些装置需要热物流作为加热介质，另一些装 置则需冷却介质提供冷量。
Ｂ
Ｃ
混
Ｂ
Ａ+Ｂ+Ｃ
Ａ
反 B+C +A+P
分 离
Ａ+Ｃ
分
分
离
离
Ｐ Ｃ
由前例可知，过程系统的流程结构可有几种选择方 案（备选方案）。
树结构流程 再循环流股结构
子系统的特性更有几种方案可供选择。 如：想得到合格Ａ
分离子系统
精馏
萃取
板式 填料
间歇 连续
这种在多种备选方案中进行选择及排除，以 构造最理想系统的过程为系统的综合过程。
其后，在通信网络的设计过程中，也发现存在着如何 安排通信网络以达到用最小的投入，得到最优的通话 效果的通信网络最优配备问题。
由于先驱者的出发点和侧重面各有不同，对系统工 程的理解和认识也就各有不同. 有些人强调复杂系统的最优管理和最优控制。 有些人则着眼于工程系统的规划和最优设计。
(完整版)化工过程分析与合成考点(精华)
化工过程分析与合成考点1、什么叫过程：（1）客观事物从一个状态到另一个状态的转移。
【过程】（2）在工艺生产上，对物料流进行物理或化学的加工工艺称作过程工艺。
【过程工艺】（3）以天然物料为原料经过物理或化学的加工制成产品的过程。
化工过程包括：原料制备、化学反应、产品分离（4）由被处理的物料流联接起来，构成化工过程生产工艺流程。
（5）【最重要的单元过程】化学反应过程、换热过程、分离过程、输送过程、催化反应过程（6）【化学反应过程举例】热裂解反应过程、电解质溶液离子反应过程生化反应过程、分散控制（7）【过程控制技术发展历程】计算机集中控制、集散控制（我国多）、现场总线控制第二章、化工过程系统稳态模拟与分析【模块】模型和算法，一是要建模，二是这个模型的算法，两者组一起才能算作模块。
【单元模型类型】理论模型、经验模型、半经验模型。
【什么叫稳态（化工过程稳态模拟）】各个工艺参数状态量不随时间而发生变化的叫做稳态。
【么叫模拟】对过程系统模型进行求解就叫模拟。
【过程系统模拟可以解决哪些问题（会画图）】（1）过程系统模拟分析问题；（2）过程系统设计问题；（3）过程系统参数优化问题。
过程系统模拟分析问题：已知决策变量输入，已知过程参数，求输出，是一个正向求解问题，最简单的模型。
2）过程系统设计问题：已知输出设计结果，已知过程参数，求决策变量输入；看起来是已知输出求输入，实际上是假设输入猜值去计算输出与已知输出进行比较再调整猜值进行计算。
只能单项求解，从左到右3)过程系统参数优化问题：过程系统模型与最优化模型联立求解，得到一组使工况目标函数最佳的决策变量，从而实施最佳工况。
【过程系统模拟三种基本方法，及其优缺点】（1）序贯模块法（不适于解算设计、优化问题，只适于模拟问题（2）面向方程法（3）联立模块法（同时有（1）、（2）的优点）【单元模块】是依据相应过程单元的数学模型和求解算法编制而成的子程序。
具有单向性特点【断裂】通过迭代把高维方程组降阶为低维方程组的办法。
化工过程分析与合成简答
1、过程系统的三种基本方法a、序贯模块法：通过对单元模块的依次计算来求解系统模型的方法特点：（1）针对树形结构的过程系统（2）以单元模块为基础，定向性很强（3）模拟计算的顺序由流程结构决定（4）对于含不可分隔子系统（再循环回路）的过程系统，必须通过断裂和收敛技术处理，才能用序贯模块法进行计算(5)序贯模块法求解含有多个不可分隔子系统的过程系统时，各个回路分别单独收敛b、联立方程法：将描述一化工流程的所有方程汇总在一起，然后联立求解特点：模拟时不受实际物流和流程结构影响，可灵活地确定输入坏人输出变量c、联立模块法：采用两种设备单元模型（严格模型和简化模型）交替进行模拟计算的方法特点：利用单元模块的严格模型获取简化模型的系数，建立模块输入与输出的线性关系，然后将各单元简化模型与系统的机构模型联立求解。
以低阶的线性方程组的解逼近原非线性方程组的解。
2、序贯模块法的基本思想从流程的第一个单元设备开始计算，即调用与该单元所对应的单元模块，由已知的输入与参数求输出流股变量，而该输出变量即为下一个单元的输入，再依次调用各单元模块，直至流程的最后一个单元模块，就可求得各单元设备的输出流股变量。
3、定常态局部稳定性的基本概念？可分为哪几类？是指瞬时小干扰引起的对定态的偏离，系统具有自动回复原始定常态的能力。
可分为1、局部稳定2、局部不稳定。
4、间歇过程是什么？将有限的物料，按规定的加工顺序，在一个或者多个设备中加工，以获得有限产品的加工过程，如果需要更多产品，必须重复该过程。
通常采用的操作方式？1、非覆盖式操作2、覆盖式操作3、异步覆盖式操作若间歇过程包含了一个时间限制级，如何处理？采用异步操作的办法，即采用多台平行设备进行操作。
为什么呢？可大大缩短该间歇级的循环时间。
5、有向图可以描述方程系统的结构和工艺流程的结构特征描述工艺流程（过程系统）有向图和描述方程系统有向图的区别？1、过程系统：节点为过程单元，支线为物流或能流2、方程系统：节点为方程，支线代表变量的传递方向。
化学过程分析与合成
一、简答题1化工过程分析？根据过程结构及其子结构的特征，通过过程模拟来推测整个过程的特性，分析各个单元过程的结构参数和操作参数的影响，考察过程流程在不同操作条件的工艺性能。
化工过程分析：通过对化工工艺流程系统进行稳态模拟与分析，也就是对过程系统建立模型，并对模型进行求解，可以解决下述三方面的问题：①过程系统的分析与模拟②过程系统设计③过程系统参数优化化工过程合成：按照规定的系统特性，寻求所需的系统结构及其子系统的性能，并使系统按规定的目标进行最优组合。
化工过程系统的分析：主要是分析系统的运行机制、影响因素、过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况下的最佳操作参数；目标是使抉择方案技术上先进、可行，经济上优越合理，对于操作工况的分析也就是常说的生产操作调优化工过程系统的合成包括反应路径的合成，换热网络的合成，分离序列的合成，过程控制系统的合成；解决有各个单元过程合成总体过程系统的任务，这类优化问题常是具有非线性、奇异、有约束、多极值等现象。
2序贯模块法的基本思想？（模块一个一个计算，从头往后计算为序贯模块法）从系统入口物流开始，经过接受该物流变量的单元模块的计算得到输出物流变量，这个输出物流变量就是下一个相邻单元的输入物流变量。
依次逐个计算过程系统中的各个单元，最终计算出系统的输出物流。
面向方程法？就是将描述整个过程的数学方程模型全部列出，解出总的方程得到结果。
3断裂方程法中判断最佳断裂的四项准则通过迭代把高维方法组降阶为低维方程组的办法称为“断裂”。
准则为：①断裂的物流数最少；②断裂物流的变量数最少；③断裂物流的权重因子之和最少；④断裂回路的总次数最少。
4闪蒸是什么？用来模拟什么过程？闪蒸就是高压的饱和液体进入比较低压的容器中后由于压力的突然降低使这些饱和液体变成一部分的容器压力下的饱和蒸汽和饱和液。
闪蒸是一种连续的单级平衡分离过程，使进料混合物部分气化或冷凝得到含易挥发组分较多的蒸汽和含难挥发组分较多的液体。
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化工过程分析与合成考点1、什么叫过程：（1）客观事物从一个状态到另一个状态的转移。
【过程】（2）在工艺生产上，对物料流进行物理或化学的加工工艺称作过程工艺。
【过程工艺】（3）以天然物料为原料经过物理或化学的加工制成产品的过程。
化工过程包括：原料制备、化学反应、产品分离（4）由被处理的物料流联接起来，构成化工过程生产工艺流程。
（5）【最重要的单元过程】化学反应过程、换热过程、分离过程、输送过程、催化反应过程（6）【化学反应过程举例】热裂解反应过程、电解质溶液离子反应过程生化反应过程、分散控制（7）【过程控制技术发展历程】计算机集中控制、集散控制（我国多）、现场总线控制第二章、化工过程系统稳态模拟与分析【模块】模型和算法，一是要建模，二是这个模型的算法，两者组一起才能算作模块。
【单元模型类型】理论模型、经验模型、半经验模型。
【什么叫稳态（化工过程稳态模拟）】各个工艺参数状态量不随时间而发生变化的叫做稳态。
【么叫模拟】对过程系统模型进行求解就叫模拟。
【过程系统模拟可以解决哪些问题（会画图）】（1）过程系统模拟分析问题；（2）过程系统设计问题；（3）过程系统参数优化问题。
过程系统模拟分析问题：已知决策变量输入，已知过程参数，求输出，是一个正向求解问题，最简单的模型。
2）过程系统设计问题：已知输出设计结果，已知过程参数，求决策变量输入；看起来是已知输出求输入，实际上是假设输入猜值去计算输出与已知输出进行比较再调整猜值进行计算。
只能单项求解，从左到右3)过程系统参数优化问题：过程系统模型与最优化模型联立求解，得到一组使工况目标函数最佳的决策变量，从而实施最佳工况。
【过程系统模拟三种基本方法，及其优缺点】（1）序贯模块法（不适于解算设计、优化问题，只适于模拟问题（2）面向方程法（3）联立模块法（同时有（1）、（2）的优点）【单元模块】是依据相应过程单元的数学模型和求解算法编制而成的子程序。
具有单向性特点【断裂】通过迭代把高维方程组降阶为低维方程组的办法。
它适用于不可分割子系统；【不可分割子系统】过程系统中，若含有再循环物流，则构成不可分割子系统。
【断裂基本原则】1) 切割流线总数最少、2) 切割流线所含变量数最少、3) 切割流线的总权重最小、4) 环路切割的总次数最少【简单回路】包含两个以上流股，且其中的任何单元只被通过一次。
矩阵：行→回路；列→物流。
【适合于收敛单元应满足要求：】（1）对初值的要求不高、（2）数值稳定性好、（3）收敛速度快、（4）占用计算机存储空间少【面向方程法（适用于线性化，非线性方程组先线性化）】第四章、化工过程系统的优化【最优化问题包括要素（内容）】（1）目标函数（2）优化变量（3）约束条件（4）可行域【可行域】满足约束条件的方案集合，构成了最优化问题的可行域。
【最优解】过程系统最优化问题是在可行域中寻求使目标函数取最小值的点。
【最优化问题的建模方法】机理模型、黑箱模型、混合模型【系统最优化方法的分类】无约束最优化与有约束最优化、、线性规划LP（目标函数约束条件全部都为线性函数称为线性规划，剩一个为非线性函数为非线性规划、单维最优化和多维最优化、解析法与数值法、可行路径法与不可行路径法【标准型】目标函数值一定是最小值、约束条件中没有不等式约束，全是等式约束、所有的变量全是非负条件第七章、换热网络合成【换热网络合成】通俗地讲就是将物流匹配在一起，充分利用热物流去加热冷物流，提高系统的热回收，以便尽可能地减少辅助加热与辅助冷却负荷。
【换热网络合成目的】让某一个物料从初始温度到目标温度（一定要达成）、尽可能的回收余热、尽可能的减少换热设备数。
【温度区间求夹点（会画温度区间表）】将热物流的起始温度与目标温度减去最小允许温差△Tmin，然后与冷物流的起始、目标温度一起按从大到小排序，构成温度区间。
【夹点】在温度区间中，高温度区间向低温度区间传递的热量为零的点，不是接受热量为零的点（判断）对于热公用工程是260C。
,对于冷公用工程是250C。
物理意义：温焓图上组合曲线垂直距离最低的点。
【夹点的三个特性】能量特性、位置特性、传热特性【夹点设计的三原则】（1）避免夹点之上热物流与夹点之下冷物流间的匹配、（2）夹点之上禁用冷却器、（3）夹点之下禁用加热器【匹配的可行性原则】（1） 总物流数可行性原则：夹点一侧 流入流出N N ≥（2） FCp （热熔流率）可行性原则夹点一侧 流入流出FCp FCp ≥ 【换热网络合成中的实际问题】热物流所作线性的逼近不能高于热物流线，对冷物流所作的线性逼近不能低于冷物流线。
【（物流）禁止匹配与强制匹配适用范围】考虑到腐蚀、操作安全、设备布置、管线铺设、操作方便等问题，可能会禁止某些物流间的匹配或强制进行某些物流间的匹配。
老厂改造时应充分利用原有设备，就属于强制匹配。
第八章、分离塔序列的综合【分离序列综合的目的】选择最合理的分离方法，确定最优的分离序列，以降低其各项费用。
【（分离序列中）什么叫简单塔】 一个进料分离为两个产品、每一个组分只出现在一个产品中，即锐分离、塔底采用再沸器，塔顶采用全凝器【经验规则（抽考）】（1）优先采用使用能量分离剂，使用质量分离剂的塔后马上分离出去；只有用它可以显著增加挥发度，用它可以直接得到产品时使用质量分离剂。
（2）高温高压分离。
（3）元素最少的分离序列（4）首先应移除腐蚀性和危险性的组分（5）相对挥发度接近于1的最后分离（6）首先移除含量最多的组分（7）等摩尔分割（8）CES （分离度系数）最大的首先分割【分离塔的最优分离序列应该如何寻找？有哪些方法？（名字知道）】穷举法、动态规划法、分离度系数大的优先分离的方法、相对费用函数的方法31.0]41.273.2)1[(-∆+-=T f F换热网络设计步骤有哪些？（1） 先找Δt ，判断是夹点问题还是非夹点问题；（2）如果是非加点问题，必须当Δt 大于Δt 域值的时候才能寻找最优的换热网络。
（3）如果是夹点问题，先找最小传热温差，然后温度区间法寻找夹点；寻找夹点之后进行夹点两个可行性的匹配，如果不可行进行流股分割；匹配完了之后得到能量最优的换热网络。
再看有没有独立的热负荷回路，如果有用能量松弛法合并该回路得到减少换热单元。
最后在能量最优和换热单元最少之间找到一个折中。
P14 过程系统模拟的三种基本方法：序贯模块法、面向方程法、联立模块法。
P16 序贯模块法的基本思想 (简答)从系统入口物流开始，经过接受该物流变量的单元模块的计算得到输出物流变量，作为下一个相邻单元的输入物流变量。
依此逐个的计算过程系统中的各个单元，最终计算出系统的输出物流。
计算得出过程系统中所有的物流变量值，也即状态变量值。
P16 什么叫结构单元图？利用结点和边的结合对系统结构进行数学描述，构成结构单元图或简称“图”。
图可以分成无向图和有向图。
结构单元图由结构单元与流股构成。
结构单元也称为结点，可以是一个单元设备，也可以是一个虚拟单元。
在有向图中，射入一个结点的边的数目称为该结点的入度，由一个结点射出的边数称为该结点的出度，而结点的入度与出度之和为该结点的度数。
重要的子图有以下几种:（1）路：路是图中任意两个结点之间，由其他结点和相互顺序连接的边构成的交替序列。
（2）通路：图中两个结点之间按有向边方向与其他结点连接的点、边交替序列。
（3）回路：起始结点和终止结点为同一结点时的通路，即封闭的通路。
（4）环路：除起始点外其余结点均仅通过一次的回路称为环路。
环路是网络的一个特征，这种环路的存在与过程系统中再循环反馈直接有关。
（5）相互连接的图：当图中任意一对结点均可通过路来连接时，称该图为相互连接的图。
（6）整体：是子图的一种特别重要的概念——不可再分块(整体)，通常是由多个相互关联的环路组成，这些环路具有至少一个公共结点。
（7）树：由根、枝组成，往下生长，构成数学上的“树”。
P29 EOM（面向方程法）的基本思想：描述整个过程系统的数学方程式联立求解，从而得出模拟计算结果。
把描述过程系统的所有数学模型汇集到一起，形成一个非线性方程组进行求解P30 面向方程法的核心问题是求解超大型非线性方程组，求解方法大致分为两类为：①将为求解法；②联立求解法P31 方程组的分解方法有回路搜索法和矩阵法两大类。
P54 化工过程系统通过一系列物理化学分离和化学反应（包括催化、电化与生化）改变原料状态、微观结构和/或化学组成的加工技术。
动态特性是化工过程系统最基本的特性之一。
模型化是现代化学工程方法论的重要组成部分，尤其是过程动态学的核心。
根据过程系统中状态变量分布特性的不同，一般把数学模型分为：集中参数模型、分布参数模型、多级集中参数模型根据建立模型的不同方法，一般可将数学模型分为：统计模型（经验模型）（黑箱模型）、确定性模型（又称机理模型）、介于两者之间的半经验模型P55 确定性动态模型的数学处理（1）正问题、（2）逆问题、（3）过程系统的定性分析P57 连续搅拌反应器的动态特性----集中参数模型代表P63 精馏塔的动态特性---多级集中参数模型P68 变压吸附过程---分布参数动态模型P76 化工过程优化、结构优化（设计参数、操作参数）、参数优化、管理优化P77 求解做优化问题就是要找到一组是的目标函数J达到最大或最小的决策变量。
最小值的点位最优解。
过程变量向量主要由两部分组成，即决策变量和状态变量。
P78 变量y的取值范围一般都要给以一定的限制，称为约束条件。
等式约束条件由等式设计规定要求和尺寸成本关系式两部分组成满足约束条件的方案集合，构成了最优化问题的可行域。
P90 无约束条件最优化问题的经典求解方法一阶导数为零、二阶导数大于等于零P107 多变量问题的搜索中有约束问题的求解是以无约束问题的求解为基础的多变量问题的求解是以单位变量搜索为基础的单变量问题的搜索又是以解析解法中的相关顶哦里和结论为基础的。
多变量非线性规划问题的求解思路总体上可归结为搜搜方向和搜索步长的确定，即P115 求解(OPT1)最优化问题的优化方法视其约束条件的方式分为两大类：可行路径型和不可行路径型。
P126 过程系统的最优化模型分为机理模型、黑箱模型、混合模型机理模型法、（统计模型法、智能模型法）P159 按最终产品的输出形式，工业加工过程可分为：连续、离散和间歇过程.动态性P160 间歇化工的特点：技术密集性、多样性、柔韧性、不确定性间歇过程与连续过程的比较动态特性是间歇过程的本质，而连续过程的本质是稳态操作在间歇过程中，原料必须按配方规定的加工任务和顺序，在合适的设备中进行加工。
在连续过程中，原料连续加入，各加工任务同时进行通过详细的系统分析，可找到连续过程的瓶颈问题，而间歇过程的瓶颈问题随产品及操作策略而改变。