沈阳化工大学期末复习化工过程分析与综合Word格式.docx
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(2)过程系统工程:
是一门综合性的边缘学科,它以处理物料一一
能量一一资金一一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;
(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。
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。
2.2基本公式
(1)
自由度计算公式:
n
d八(G2)
i£
(S-1)erg
「输入流股数
力引入的自由度
Ci—
—第i个输入流股组分数
r独立反应数
S――
-分支输出流股数
g几何自由度,通常-0
e
-与物料无关的能量流和压
(2)
守恒关系式(P35)
一、物料质量平衡
质量累积速率二质量流入系统速率-质量流出系统速率
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)
(4)精馏塔自由度(P11)
变量名称
独立变量数
总板数N
1
进料板位置NF
进料量F
进料组成zi
C-1
进料温度TF
进料压力pF
压力控制
各板的压力降4)j
N
各板与环境传热量Qj
C+5+2N
2.3重要例题
求闪蒸罐独立变量数:
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+3二C+4
方法:
独立变量数二流股x(C+2)+能量交换
独立方程式二物料守恒+能量方程+相数+化学反应+内在约束
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):
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。
(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):
HYSYS3.2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(3)过程矩阵(5)关联矩阵
(2)信号流图(4)邻接矩阵
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一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
7/2.2基本公式
(1)基本规定
O謀「Oyax
(2)并列加法规则
X?
=(a+b+c)X1
(3)串联乘法规则
■=>
0^^©
X4=abcXi
b
X2=a/(1-b)Xi
(5)支路移动规则
(6)结点移动与消除规则
7/2.3重要例题
例1•图的简化
例2•利用信号流图求解方程组
3x—2y—5=(
—2x+y+4=0
答案见PPT
第四章夹点技术的基础理论
4.1基本概念
(1)温焓图:
以温度为纵轴,以焓为横轴,简明地描述过程系统中
的工艺物流及公用工程的热特性的图。
P102
(2)夹点意义(P113):
一、夹点处热、冷物流间传热温差最小,为△Tmin,它限制了进一步回收过程系统的能量,构成了系统用能的“瓶颈”,若想增大过程系统的能量回收,减小公用工程负荷,就需要改善夹点,以“解瓶颈”;
二、夹点处过程系统的热流量为零,从热物流的角度(或从温位角度),它把过程系统分为两个独立的子系统。
为保证过程系统具有最大的能量回收,设计中应遵循三原则:
夹点处不能有热流量穿过;
夹点上方不能引入冷却公用工程;
夹点下方不能引入加热公用工程。
(3)夹点具有两个特征:
一是该处热、冷物流间的传热温差最小,
刚好等于△Tmin;
另一是该处(温位)过程系统的热流量为零。
4.2基本公式
在T-H图上,多个热物流和冷物流可分别用热组合曲线和冷组合曲线进行表达
第五章换热器网络的综合
5.1基本概念
(1)夹点设计法基本步骤(P124):
一、给定网络热回收温差HRAT;
确定网络的最小公用工程耗量及夹点位置;
二、以夹点划分为两个子网络分别设计,然后合并,得到能耗最小的整体网络;
三、采用能量松弛法,通过断开热负荷回路减少换热单元数目,进行网络调优。
(2)夹点设计法的基本原则(P130):
一、避免有热流量通过夹点;
二、夹点上方避免引入公用工程冷却物流;
三、夹点下方避免引入公用工程加热物流。
第六章分离序列综合
6.1基本概念
(1)简单塔定义:
1指一个进料分成两个产品;
2每一个组分只出现在一个产品中一一锐分离;
3塔顶设全凝器以及塔底设再沸器。
(2)分离点(切分点):
可以分离开的相邻组分之间如A/BB/C
R组分混合物分离成R个纯组分产品,存在R-1个分离点
(3)直观推断(P175)
规则
(1)~(7)略
6.2基本公式
(1)分离序列数:
含有R个组分的混合物分离成R个单组分产品,其分离序列的总数目。
S=[2(R1)]!
RR!
(R1)!
(2)分离序列的子群数(相邻的流股):
分离过程中产生的流股数
G——R(R1)
2
(3)分离子问题数(独立分离单元数):
所有分离序列中不重样的
分离器总数。
(4)如果考虑采用多种分离方法,分离方法数为N:
SrMRMnRi
R!
(R-1)!
(5)分离易度系数(CES)
定义:
CES=fX^
f(<
1)为塔顶与塔釜产品摩尔流量比
(6)分离难度系数
定义:
6.3重要例题
【例题6.2.2】设有丙烷、1-丁烯、正丁烷、反2-丁烯、顺2-丁烯、
正戊烷等6组分混合物,温度为:
37.8C,压力为1.03MPa,各组分的摩尔流量如下(见PPT)
第七章过程系统集成
知识点:
(1)热机:
利用热能产生动力的装置