中国石油大学远程教育学院《化工系统工程》期末考试及答案
中国石油大学 ( 北京) 远程教育学院
《化工系统工程》期末考试
一、 填空题 (每空 2 分,共 30 分)
1、在一个绝热封闭体系中 , 投入了 9 种已知质量的化合物 , 这些物质在其中发生了 4 个化学
反应 , 产生了 3 种新化合物。当系统稳定下来后 , 生成了 2 个液相层、 1 个气相 , 要确定系统
的状态需要 ( 2 ) 个变量？
2、一股已知条件的工艺物流 ( 组分数为 20), 进入带进料阀与换热盘管的气液分离器进行气
液分离 , 有哪些手段能够影响分离器的操作效果 ( 调节阀的开度 ),( 调整换热判盘温度 ) 。 3、某设计院进行一个常规精馏塔的设计 , 设计师需要考虑的设计变量有 ( 2 ) 个。
4、过程系统节点相邻矩阵中流股汇集单元的特征就是 :(列有多个非零元素 )。 5、某节点相邻矩阵 A 经过运算得到 A A、A A A 两个新的矩阵 , 将 A、A A 、A A A 三
个矩阵布尔相加后得到可及矩阵 A* , 其中元素值 a25=a52=1、a27=a72=1、 a57=1、a75=1, 则说
明:( 节点 3 与 5 组成一个简单回路 , 节点 3 与 7 组成一个简单回路 , 这两个回路构成复合回
路) 。 6、采用序贯模块模拟法进行流程计算时 ,最佳断裂流股要保证相关子系统中所有回路 (被切
断)。 7、由描述过程系统结构的原始索引矩阵 I 运用乘幂法则通过比较与替代获得了新的矩阵 J=I2,
其中 , 出现了 4 个相同的节点对 {3-3} 、{5-5} 、 {8-8} 、{9-9} , 则说明 :( 这 4 个节点构成两个
简单回路 , 但就是目前的信息无法判断具体组合信息 ) 。 8、某工艺物流 , 其流率为 100 kg/s, 换热后升温 20℃。在温度变化的范围内其热容变化较小 ,
取其平均值 3 kJ/(kg、K) , 其热容流率就是 ( 600)kW/K, 换热热负荷就是 ( 1200 )kW。 9、计算夹点时 , 温度按照从高到低的顺序排列。 其中温区 1 向温区 2 输出热负荷就是 160kW ,
温区 2 内热流的负荷就是 200kW , 冷流的负荷就是 300kW, 则温区 2 向温区 3 输出的热负荷
就是 ( 20 )kW。
10、对于下图所示流程 ,有(2)个简单回路 ,最佳断裂流股就是 { S2(8)} 。 A B C D
S1
(3)
S2
(8)
S3
(9)
S4 (2)
S5 (4)
S6 (7)
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11、下图所示的换热匹配中 ,夹点之下子系统的夹点匹配就是 (该处过程系统的热流量为零 )。
换热匹配①就是一个错误的夹点匹配 ,原因就是 (夹点之下不应该设置任何公用工程加热器 )。 4 6
夹点
2 3
H1 1 5
H2
C1
C2
二、简答题 (每题 10 分,共 30 分)
1、某装置工艺流程如下图所示。其中进料含反应物组分 A 与杂质组分 B,经过反应器后 A
发生化学反应生成产物 C。请分析该流程有哪些变量可作为独立变量 ,并列出各单元的具体
控制参数。 (图中数字表示物流的自由度 )
反应器
A(B,C)
C(A,B)
放空
产品
进料 闪蒸
A(B) C,A(B)
4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 3水
压缩机
调压阀
要求 :
应用描述规则法分析系统的自由度 ,请详细说明每个单元操作的自由度与典型决策变
量。
评分标准 :
(1)针对每个单元操作的自由度分析情况酌情给分 (6 分)
(2)正确描述整个系统的典型控制参数 (4 分)
答:进料量、进料速率、反应温度、反应压力、调节阀的开度、闪蒸蒸发量等变量可作为独
立变量。
2、请用索引矩阵法分解下列方程组 ,并求解。
方程组 1:
1 4 2 2 3 4 5 1 2 4 4 1 1 3 5 : 10 0 : 6 0 : ( 5) 8 0 : 3 6 0 : 14 0 A x x B x x x x C x x x D x x E x x x (学号为奇数学员答题 )
中国石油大学远程教育学院《化工系统工程》期末考试及答案
答:1、列出事件矩阵。 2、指定输出变量。 3、画出有向图。 4、写出索引矩阵。 5、运用乘幂
法则找回路。 6、用拟节点代替回路继续运用乘幂法则。 7、确定子方程组求解顺序。 8 按顺
序求解子方程组。
结果 :方程组可分解为以下可按次序分别求解的子系统 :
﹛f1,f4 ﹜→ x1, x4 x1=4, x4=6
﹛f3 ﹜→ x2 x2=2
﹛f2,f5 ﹜→ x3, x5 x3=1, x5=18
方程组 2:
1 4 2 2 3 4 5 1 2 4 1 3 5 1 4 : 10 0 : 6 0 : ( 5) 8 0 : 14 0 : 3 + 6 0 A x x B x x x x C x x x D x x x E x x (学号为偶数学员答题 )
答:1、列出事件矩阵。 2、指定输出变量。 3、画出有向图。 4、写出索引矩阵。 5、运用乘幂
法则找回路。 6、用拟节点代替回路继续运用乘幂法则。 7、确定子方程组求解顺序。 8 按顺
序求解子方程组。
结果 :方程组可分解为以下可按次序分别求解的子系统 :
﹛f1,f5 ﹜→ x1, x4 x1=4, x4=6
﹛f3 ﹜→ x2 x2=2
﹛f2,f4 ﹜→ x3, x5 x3=1, x5=18
要求 :
(1)列出方程组事件矩阵、输出变量、索引矩阵 ;
(2)写出详细解题过程 ;
(3)给出方程组求解结果。
评分标准 :
事件矩阵 (2 分 ),输出变量 (4 分),索引矩阵 (2 分),结果正确 (2 分 )。 3、简要介绍一下工作背景 ,谈一谈您对化工系统工程在工程实践应用中的一些见解与建议。
要求 :先介绍工作背景 (或学习背景 ),结合课程相关知识点谈几个应用机会。
评分标准 :结合论述 ,综合给分。
答: 略。
三、课程设计题
中国石油大学远程教育学院《化工系统工程》期末考试及答案
1、(学号为奇数学员答题 )
请计算下表中换热过程的夹点与最小公用工程量 ( Tmin=20 ℃),画出 T-H 图,并用夹点设计法
设计一个最优换热网络。并请简要叙述夹点法设计换热网络的原则。
流股及类型 热容流率 CP, kW/K 入口温度 ,℃ 出口温度 ,℃ 热量 ,kW
H1 2、0 360 60 600
H2 180 180 500
C1 2、0 40 260 440
C2 3、0 40 290 750
注:H2 为纯组分饱与蒸汽冷凝物流。
答:
夹点温度热流 :T→150℃,冷流 :140℃← t
最小公用工程加热量 QHmin=100KW
最小公用工程冷却量 QCmin=94KW
整个初始网络为 :
整体设计方案：
H1
夹点
H2 C1 C2 2
315
1
80 25
H1 3 H
50
200
C2 H2
20
H
45
C1
夹点设计的三个基本原则 :
原则一 :尽量避免热流量通过夹点。
原则二 :夹点上方尽量避免引入公用设施冷却物流 ,但可引入加热设施。
原则三 :夹点下方尽量避免引入公用设施加热物流 ,但可引入冷却设施。
2、(学号为偶数学员答题 )
请计算下表中换热过程的夹点与最小公用工程量 ( Tmin=20 ℃),画出 T-H 图,并用夹点设计法
中国石油大学远程教育学院《化工系统工程》期末考试及答案
设计一个最优换热网络。并请简要叙述夹点法设计换热网络的原则。
流股及类型 热容流率 CP, kW/K 入口温度 ,℃ 出口温度 ,℃ 热量 ,kW
H1 2、0 360 60 600
H2 180 180 450
C1 2、0 40 260 440
C2 3、0 40 290 750
注:H2 为纯组分饱与蒸汽冷凝物流。
答:
夹点温度热流 :T→150℃,冷流 :140℃← t
最小公用工程加热量 QHmin=99 、9KW
最小公用工程冷却量 QCmin=93KW
整个初始网络为 :
整体设计方案：
H1
夹点
H2 C1 C2 2
315
1
80 25
H1 3 H
50
200
C2 H2
20
H
45
C1
夹点设计的三个基本原则 :
原则一 :尽量避免热流量通过夹点。
原则二 :夹点上方尽量避免引入公用设施冷却物流 ,但可引入加热设施。
原则三 :夹点下方尽量避免引入公用设施加热物流 ,但可引入冷却设施。
要求 :
(1)给出温度区间、温区净需热量计算、温区传热计算
(2)给出夹点位置 ,最小工程负荷
中国石油大学远程教育学院《化工系统工程》期末考试及答案
(3)计算冷、热组合曲线关键节点的 (热负荷、温度 )点,绘制 T-H 曲线
(4)分别进行夹点之上与夹点之下的换热网络设计
(5)简要叙述夹点法设计换热网络的原则
评分标准 :(非原则性错误 ,酌情扣分 )
1)正确划分温度区间 ,5 分;
2)正确完成夹点计算 10 分;
3)画出 T-H 图 10 分;
4)画出换热网络 10 分。
5)完整回答夹点法设计换热网络的原则 ,5 分;
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