过程系统工程-复习课
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在不相关子系统中识别出不可再分隔的子系统，即循环回路及 最大循环网，并用拟节点表示，然后按信息流方向排出有利的 计算顺序。 A C B E B D A C D F E
1. Sargent 和 Westerberg 的单元串搜索法
（1）A(有系统输入)开始 合并B,C,D A,B,C,D,B B,C,D为一拟节点。 （2）C开始 A,(B,C,D),E,C 合并B,C,D,E
化工系统工程复习课
名词解释
是非判断
填空题 大 题 六 十 分 夹点描述
系统分解
问题表格
1
基本概念
第一章
过程系统分析、过程系统综合、过程系统优化
第二章
数学模型
过程流程模拟基本任务 信息流图，流股，节点 邻接矩阵 过程系统模拟的基本方法
基本概念
第三章
自由度分析
最大回收热负荷？
剩余热量（即需要子网络3向子网络2供给热量，但这是不可能的）。
k=6，（温度间隔为25～20 ℃)
D 6= 2.5 ×( 25－20) = 12.5
（正号表示有热量赤字12.5kW）
I 6 = O5 = －55
子网络5 (SN5)无剩余热量供给了子网络6 (SN6) 。 O6 = I 6 － D6 =－55 － 12.5 = －67.5 O6为负值，说明子网络6(SN6) 热量不够，无法达到规定的 传热要求。
T1 O1 Tk T k+1 Ok I1 D1
Ik
I k+1
Dk D k+1
Ok+1
IK
DK Ok
例 5-2 一过程系统含有的工艺物流为2个热物流及2个冷物流，给
定的数据列于表 5-2 中，并选热、冷物流间最小允许传热 温差△Tmin = 20 ℃ , 试确定该过程系统的夹点位置。 表5-2 例5-2的物流数据
拟节点中又识别出一个环路
节点D,E,C,D构成一环路。该拟节点包含4个环路: (B,C,D,B)、（C,E,C)、(C,A,B,C)及（D,E,C,D)。
(
( [A, B,C],D)
( E )
) (
E
( A, B,C,D)
(
E
)
)
（5）E开始 （A,B,C,D,E),F,G,F
合并F,G
(A,B,C,D,E),(F,G)
切断后不可再分块内的排序
切断的目的是避免联立解整个不可再分块，切断后的迭代解所涉及的变量数仅限
于被切断流股的变量数之和，一次迭代的单元计算次序则取决于切断点的位置。 单元计算的排序方法遵循以下原则：被切断流股视为已知；如果某个单
元的所有输入流股均已知则该单元可以首先计算，并且该单元的所
有输出也被视为已知；然后使用上述原则继续寻找下一个可计算单 元，如此重复直到回到原切断位置。
计算顺序： H，(A,B,C,D,E)，(F,G)，I
无多余切断 计算排序
无多余切断
用于切断计算的扩展环路矩阵
S13 S12 S23 S82 S39 S98
1
S81
2 8
3
S9,10
9
S10,9
10
不可再分块 P1
r——相应流股在环路中出现的频率（次数） q ——流股状态的标记， q=1，-1，0分别表示该流股己被 切断、该流股处于初始状态、该流股与己切断流股处于同 一环路。
F,G,F构成一环路，合并成另一节点。 （6）G开始 (A,B,C,D,E),(F,G),I 单元I只有系统输出流股，没有输出到系统内其他单元的流 股，由A开始的搜索结束。 （7）H（没有从系统中返回的输入流股）开始 H搜索到B，B的流股已经搜索过。没有从系统中返回的输入流 股，H不在任何环路中，可 最先计算。
物流标号 H1 H2 C1 C2
热容流率CP / ( kW/℃ ) 2.0 8.0 2.5 3.0
Байду номын сангаас
初始温度Ts /℃ 150 90 20 25
终了温度Tt /℃ 60 60 125 100
热负荷Q / kW 180.0 240.0 262.5 225.0
子网络的分割，问题表格(1)：
做法：
表 5-3 子网络序号 k SN1 SN2 SN3 SN4 SN5 问题表格(1) 冷物流及其温度 C1 C2 /℃ 125 100 70 40 25 20 H1 150 145 120 90 60 △Tmin = 20 ℃ 热物流及其温度 H2 /℃
凡是等于P点温度的热流体部位和等于Q点温度的冷流体部位都是夹
点。热流体的夹点温度与冷流体的夹点温度相差ΔTmin。
夹点描述所得信息： （1）过程系统的最小传热温差，夹点部位的传热温差最小； （2）最小的公用工程加热负荷QH ,min ； （3）最小的公用工程冷却负荷QC, min ； （4）系统最大的热回收量QR,max ； （5）夹点将系统分为热端和冷端，热端在夹点温度以上，只需 要公用工程加热（热阱）; （6）冷端在夹点温度以下，只需要冷公用工程冷却(热源)。 夹点温度差的影响： ΔT min大，QH, min、QC ,min 增大，QR,max减小
A,（B,C,D）
A,(B,C,D)
B,C,D,E为拟节点，该节点包含两个环路:(B,C,D,B)及(C,E,C)
( E )
（3）C开始
合并A,B,C,D,E
A,(B,C,D),A E
节点C,A,B,C构成一环路,合并A,B,C,D,E为拟节点,该节点 包含3个环路:(B,C,D,B)、（C,E,C)及(C,A,B,C)。 （4）D开始 ( [A,B,C],D),E,C,D
过程系统自由度、独立流股自由度
化工过程系统分解
系统的分隔 系统的断裂 独立子系统、断裂族、最大循环网、有效断裂组、步长
基本概念
第五章
在T-H图上描述夹点
问题表格法
夹点的意义
总组合曲线的定义 多夹点问题，夹点区间特点 门槛问题
单元串搜索法
3.3.3 对不相关子系统的分隔
k =2，（温度间隔为 145～120 ℃)
D 2=（2.5－2) ×(145－120) = 12.5
（正号表示有热量赤字12.5kW）
I 2 = O1 = 10
子网络1 (SN1)的剩余热量供给了子网络2 (SN2) 。
O2 = I 2 － D 2= 10 － 12.5 = －2.5
O2为负值，说明子网络 2(SN2) 只能向子网络3(SN3)提供负的
S13 S34
1
S81
S12
2 8
S23 S82 S39 S98
3
S9,10
S39, S10,9 10
S10,9
9
8 10
1
2 S10,9
3
S39
9
不可再分块 P1
不可再分块P1的计算次序
夹点在T-H图上的描述
夹点在T-H图上的描述
冷端
夹点
两曲线的垂直距离＝ΔTmin
热端
最小允许传热温差ΔTmin
不同温差的影响
问题表格法
5.1.4 用问题表格法确定夹点
热级联： 每个单元都是相似的传热过程组成的 串级结构。每一级相当于一个子网络 热级联－ 虚拟的结构，同一温位的物流 集中于同一级。 第 k 级的热平衡 (k =1、2、3、4、…..K) 输出 = 输入- 赤字 Ok=I k-D k D k=（∑CPC- ∑CPH ）(T k-T k+1)
SN6
对子网络进行热衡算：
Ok=I k-D k
D k=（∑CPC- ∑CPH ）(T k-T k+1)
k=1，（温度间隔为 150～145 ℃)
D 1=（0－2) ×(150－145) = -10
（负赤字表示有剩余热量10kW） I 1 = 0 （无外界输入热量） O1= I 1 － D 1= 0 －(-10) = 10 O1为正值，说明子网络 1(SN1) 有剩余热量供给子网络2(SN2)
1. Sargent 和 Westerberg 的单元串搜索法
（1）A(有系统输入)开始 合并B,C,D A,B,C,D,B B,C,D为一拟节点。 （2）C开始 A,(B,C,D),E,C 合并B,C,D,E
化工系统工程复习课
名词解释
是非判断
填空题 大 题 六 十 分 夹点描述
系统分解
问题表格
1
基本概念
第一章
过程系统分析、过程系统综合、过程系统优化
第二章
数学模型
过程流程模拟基本任务 信息流图，流股，节点 邻接矩阵 过程系统模拟的基本方法
基本概念
第三章
自由度分析
最大回收热负荷？
剩余热量（即需要子网络3向子网络2供给热量，但这是不可能的）。
k=6，（温度间隔为25～20 ℃)
D 6= 2.5 ×( 25－20) = 12.5
（正号表示有热量赤字12.5kW）
I 6 = O5 = －55
子网络5 (SN5)无剩余热量供给了子网络6 (SN6) 。 O6 = I 6 － D6 =－55 － 12.5 = －67.5 O6为负值，说明子网络6(SN6) 热量不够，无法达到规定的 传热要求。
T1 O1 Tk T k+1 Ok I1 D1
Ik
I k+1
Dk D k+1
Ok+1
IK
DK Ok
例 5-2 一过程系统含有的工艺物流为2个热物流及2个冷物流，给
定的数据列于表 5-2 中，并选热、冷物流间最小允许传热 温差△Tmin = 20 ℃ , 试确定该过程系统的夹点位置。 表5-2 例5-2的物流数据
拟节点中又识别出一个环路
节点D,E,C,D构成一环路。该拟节点包含4个环路: (B,C,D,B)、（C,E,C)、(C,A,B,C)及（D,E,C,D)。
(
( [A, B,C],D)
( E )
) (
E
( A, B,C,D)
(
E
)
)
（5）E开始 （A,B,C,D,E),F,G,F
合并F,G
(A,B,C,D,E),(F,G)
切断后不可再分块内的排序
切断的目的是避免联立解整个不可再分块，切断后的迭代解所涉及的变量数仅限
于被切断流股的变量数之和，一次迭代的单元计算次序则取决于切断点的位置。 单元计算的排序方法遵循以下原则：被切断流股视为已知；如果某个单
元的所有输入流股均已知则该单元可以首先计算，并且该单元的所
有输出也被视为已知；然后使用上述原则继续寻找下一个可计算单 元，如此重复直到回到原切断位置。
计算顺序： H，(A,B,C,D,E)，(F,G)，I
无多余切断 计算排序
无多余切断
用于切断计算的扩展环路矩阵
S13 S12 S23 S82 S39 S98
1
S81
2 8
3
S9,10
9
S10,9
10
不可再分块 P1
r——相应流股在环路中出现的频率（次数） q ——流股状态的标记， q=1，-1，0分别表示该流股己被 切断、该流股处于初始状态、该流股与己切断流股处于同 一环路。
F,G,F构成一环路，合并成另一节点。 （6）G开始 (A,B,C,D,E),(F,G),I 单元I只有系统输出流股，没有输出到系统内其他单元的流 股，由A开始的搜索结束。 （7）H（没有从系统中返回的输入流股）开始 H搜索到B，B的流股已经搜索过。没有从系统中返回的输入流 股，H不在任何环路中，可 最先计算。
物流标号 H1 H2 C1 C2
热容流率CP / ( kW/℃ ) 2.0 8.0 2.5 3.0
Байду номын сангаас
初始温度Ts /℃ 150 90 20 25
终了温度Tt /℃ 60 60 125 100
热负荷Q / kW 180.0 240.0 262.5 225.0
子网络的分割，问题表格(1)：
做法：
表 5-3 子网络序号 k SN1 SN2 SN3 SN4 SN5 问题表格(1) 冷物流及其温度 C1 C2 /℃ 125 100 70 40 25 20 H1 150 145 120 90 60 △Tmin = 20 ℃ 热物流及其温度 H2 /℃
凡是等于P点温度的热流体部位和等于Q点温度的冷流体部位都是夹
点。热流体的夹点温度与冷流体的夹点温度相差ΔTmin。
夹点描述所得信息： （1）过程系统的最小传热温差，夹点部位的传热温差最小； （2）最小的公用工程加热负荷QH ,min ； （3）最小的公用工程冷却负荷QC, min ； （4）系统最大的热回收量QR,max ； （5）夹点将系统分为热端和冷端，热端在夹点温度以上，只需 要公用工程加热（热阱）; （6）冷端在夹点温度以下，只需要冷公用工程冷却(热源)。 夹点温度差的影响： ΔT min大，QH, min、QC ,min 增大，QR,max减小
A,（B,C,D）
A,(B,C,D)
B,C,D,E为拟节点，该节点包含两个环路:(B,C,D,B)及(C,E,C)
( E )
（3）C开始
合并A,B,C,D,E
A,(B,C,D),A E
节点C,A,B,C构成一环路,合并A,B,C,D,E为拟节点,该节点 包含3个环路:(B,C,D,B)、（C,E,C)及(C,A,B,C)。 （4）D开始 ( [A,B,C],D),E,C,D
过程系统自由度、独立流股自由度
化工过程系统分解
系统的分隔 系统的断裂 独立子系统、断裂族、最大循环网、有效断裂组、步长
基本概念
第五章
在T-H图上描述夹点
问题表格法
夹点的意义
总组合曲线的定义 多夹点问题，夹点区间特点 门槛问题
单元串搜索法
3.3.3 对不相关子系统的分隔
k =2，（温度间隔为 145～120 ℃)
D 2=（2.5－2) ×(145－120) = 12.5
（正号表示有热量赤字12.5kW）
I 2 = O1 = 10
子网络1 (SN1)的剩余热量供给了子网络2 (SN2) 。
O2 = I 2 － D 2= 10 － 12.5 = －2.5
O2为负值，说明子网络 2(SN2) 只能向子网络3(SN3)提供负的
S13 S34
1
S81
S12
2 8
S23 S82 S39 S98
3
S9,10
S39, S10,9 10
S10,9
9
8 10
1
2 S10,9
3
S39
9
不可再分块 P1
不可再分块P1的计算次序
夹点在T-H图上的描述
夹点在T-H图上的描述
冷端
夹点
两曲线的垂直距离＝ΔTmin
热端
最小允许传热温差ΔTmin
不同温差的影响
问题表格法
5.1.4 用问题表格法确定夹点
热级联： 每个单元都是相似的传热过程组成的 串级结构。每一级相当于一个子网络 热级联－ 虚拟的结构，同一温位的物流 集中于同一级。 第 k 级的热平衡 (k =1、2、3、4、…..K) 输出 = 输入- 赤字 Ok=I k-D k D k=（∑CPC- ∑CPH ）(T k-T k+1)
SN6
对子网络进行热衡算：
Ok=I k-D k
D k=（∑CPC- ∑CPH ）(T k-T k+1)
k=1，（温度间隔为 150～145 ℃)
D 1=（0－2) ×(150－145) = -10
（负赤字表示有剩余热量10kW） I 1 = 0 （无外界输入热量） O1= I 1 － D 1= 0 －(-10) = 10 O1为正值，说明子网络 1(SN1) 有剩余热量供给子网络2(SN2)