沈阳化工大学-期末复习-化工过程分析与综合

第一章 绪论
1.1 基本概念 （1）化工过程：用适当的原料经过一系列物理单元操作和化学反应 的单元过程而转化为合乎需要的产品的过程。P1 （2）过程系统工程：是一门综合性的边缘学科，它以处理物料—— 能量——资金——信息流的过程系统为研究对象，其核心功能是过程 系统的组织、计划、协调、设计、控制和管理；P1 （2）化工过程工业要求：最优设计、最优规划、最优决策、最优控 制、最优管理；P1 （3）过程系统工程研究内容：过程系统模拟，包括稳态过程系统模 拟和动态过程系统模拟；过程系统综合；过程系统操作与控制，包括 数据筛选与校正、过程操作优化、过程安全监控及事故诊断、操作模 拟培训系统；间歇过程的设计与操作优化；人工智能技术应用。P3 （4）系统：为了在给定条件下实现一定目的，由若干互有联系、彼 此影响的事物组成的一个统一整体。 （5）参数优化：在一已确定的系统流程中，对其中的操作参数（如， T、P、Vs）等进行优选，以满足某些指标（如，费用、能耗、环境 影响等）达到最优。 （6）结构优化：改变过程系统中的设备类型或相互间的联结，以优 化过程系统。
分割器
闪蒸器
独立方程数 m=C+2
自由度
d=n—m=3(C+2)-(C+2)= 2(C+2)
m=2C+3
分割成 2 股物流，自由度： d=(C+2)+1 分割成 S 股物流，自由度： d=(C+2)+(S-1)
d=3(C+2)+1-（2C+3） =C+4
换热器
反应器 压力变化 单元
d c1 c2
一、进行系统的分隔（或分割）； 二、进行子系统（指循环回路或最大循环网）的断裂。 （4）最大循环网断裂的基本判断准则（P62）： 一、断裂流股数目最少； 二、断裂流股包含的变量数目最少； 三、对每一流股选定一个权因子，该权因子数值反映了断裂该 流股时迭代计算的难易程度，应当使所有的断裂流股因子数值 总和最小； 四、选择一组断裂流股，使直接代入法具有最好的收敛特性。
独立变量数 1 1 1 C-1 1 1 1 N N
C+5+2N
解： 独立变量数：n=3(C+2)+1 独立方程：物料衡算 C 个、热量衡算、温度平衡、压力平衡、 相平衡 C 个。故：独立方程数：m=2C+3 自由度：d=n-m=3(C+2)+1-2C+3=C+4
方法：独立变量数=流股×（C+2）+能量交换 独立方程式=物料守恒+能量方程+相数+化学反应+内在约束
（5）化工过程系统模拟的基本方法（P74）：序贯模块法、联立方程
法和联立模块法。
（6）化工过程系统模拟的基本步骤（P78）：
1：提出问题。
5：选择演算方法。
2：从有关的资料和基本原理中寻 6：编写计算程序。
找这一问题的已知规律，奠定这 7：上机演算。
一过程的理论基础。
8：整理计算结果。
3：化工基础数据的收集和整理。 9：与已知结果进行核对。
d=C+r+4
阀
门
d=2(C+1)-(C+2)=C+3
泵、压缩机 d=2(C+2)+2-(C+2)=C+4
（4）精馏塔自由度（P11）
变量名称 总板数 N 进料板位置 NF 进料量 F 进料组成 zi 进料温度 TF 进料压力 pF 压力控制 各板的压力降 Δpj 各板与环境传热量 Qj
2.3 重要例题 求闪蒸罐独立变量数：
2.2 基本公式
（1）自由度计算公式：
n
d (Ci 2) (S 1) e r g i 1
n——输入流股数
e——与物料无关的能量流
Ci——第 i 个输入流股组
和压力引入的自由度
分数
r——独立反应数
S——分支输出流股数
g——几何自由度，通常=0
（2）守恒关系式（P35）
一、物料质量平衡
质量累积速率=质量流入系统速率-质量流出系统速率
第二章 单元过程的模拟
2.1 基本概念
（1）化工单元过程数学模型分类（P6）：
一、按对象的时态本质来看，可以分为稳态模型与动态模型。
二、按模型建立的方法来看，可以分为机理模型与经验模型。
三、按过程对象的数学描述方法不同，可以分为集中参数模型和
分布参数模型。
四、按对象的属性不同，可以分为确定性模型和随机模型。
二、组分 j 的物料平衡
组分 j 累积速率=由外界环境进入该系统的组分 j 的速率-由系统排出的组分 j 的速率
三、能量平衡
系统能量积累速率=外界物流带入系统能量-系统流出物流带出能量+环境 通过系统边界传递能量+系统中反应产生能量+通过环境做功产生的能量
（3）几个重要的自由度（P8）
单元操作 示意图 混合器
第三章 过程系统模拟
3.1 基本概念 （1）过程系统模拟的基本任务（P44） 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。包括：物料和能量衡算、 设备尺寸和费用计算、过程的技术经济评价。
通过求解可以解决三类问题： 1、过程系统的模拟分析 2、过程系统的设计 3、过程系统的优化 （2）表述流程结构的其他形式:图形形式，矩阵形式。 （3）化工过程系统分解的基本步骤（P52）：
第七分之二章 信号流图
7/2.1 基本概念 （1）信息流图：可以用结点代表方程，有向线代表在方程之间传送 的变量的信息，这种有向图是一种信息流图 （2）信号流图：可以用有向图中的结点代表向量，而用有向线表明 变量之间的变换关系—这就构成了信号流图 （3）支路：结点间的有向线称为支路. （4）传输比：每条支路均带有称为传输比的某一数值，它代表线性 方程中变量前的系数。 （5）始端点和末端点：一条支路两端（始端和末端）的结点，分别 称为该支路的始端点和末端点。 （6）输入支路和输出支路：指向和离开一个结点的支路，分别称为 该结点的输入支路和输出支路。 （7）自环：始端和末端为同一结点的支路，称为自环支路，或简称 “自环”。 （8）源结点：只有输出支路的结点，称为源结点。 （9）汇结点：只有输入支路的结点，称之为汇结点。 （10）残图：经过简化只剩下源结点和汇结点的图，称为残图。
4：建立数学模型。
（7）化工过程系统稳态模拟软件（P80）：AspenБайду номын сангаасPlus、PRO/II 和
HYSYS。
3.2 重要例题
看 PPT 习题课：
★★★将下面的流程图分别转化为：
（1）信息流图 （2）信号流图
（3）过程矩阵 （4）邻接矩阵
（5）关联矩阵
A 混合器 B 预热器 C 反应器 D 精馏塔 E 全凝器
化工过程分析与综合
化工优创 1202 班
前言
一、考试题目类型：
1.填空
3.问答
2.选择
4.大题
二、考试重点
1.自由度计算（必有大题）
2.信息流图、信号流图、矩阵等转化（必有大题）
3.最大循环网络断裂（必有大题）
4.信号流图与方程转化（必有大题）
5.分离序列
6.夹点技术
三、考试类型：开卷考试（=_=||），红色的都是重点！！！