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. NH≥NC，FCpH≥FCpC。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变量数。（2分） 4. 答：

c（1分）

过冷液体 Kizi1TTB

i1c泡点液体 两相混合物 露点气体 过热气体

四、模拟与综合题

Ki1izi1TTB

（1分）

ziKi1TTBi1cCzi1ciKi1TTD

（1分） （1分） （1分）

zi1i/Ki1TTDzi1ci/Ki1TTD1.(10分) 答：（1）模型方程

a. 相平衡方程：

yikixib. 物料衡算： FziVyiLxic. 热量衡算： FHFQVHVLHLd. 归一化方程：

yi1x1zii1e. 焓算式： HVf(yi,T,P)（2）求解方法

HLf(xi,T,P)……………………………………………………………每种方程1分，共5分

引入参数Ф=V/F （1） ………………………………………………………1分

2,... Fz  Lx  Vy i  1 ,2 ,...C z i   k i x i  (1   ) x i i  1, C ……1分

iiiyiKixi i1,2,...C则：

1, x i  i y i = i i i  2,... C （2）

又有：

z 1(ki1)ckz 1(ki1)xi1ci1 yi1 i1(1ki)zi   0 （3）………………………………………2分

1(k1)i1i

c

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xi和yi。 ………………………………………………………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：

dHFkH dt A ………………………………………2分

积分得：

kln(F-kH)-tcAH((kH0-F)eA将初始化条件：t=0时，H=H0代入上式，得：

1  k t ………………………………………2分

kF)排液量与时间的变化关系为： kt S  ((kH -F)e A  ………………………………………2分 F)0

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

CES ( ABC/DE)=93.09 CES ( ABCD/E)=7. 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 A

B

B|C

C

D

D|E

E