中國(guó)石油大學(xué)北京遠(yuǎn)程教育學(xué)院化工系統(tǒng)工程期末考試及答案

1、中國(guó)石油大學(xué)（北京）遠(yuǎn)程教育學(xué)院化工系統(tǒng)工程期末考試一、 填空題（每空2分，共30分）1.在一個(gè)絕熱封閉體系中，投入了9種已知質(zhì)量的化合物，這些物質(zhì)在其中發(fā)生了4個(gè)化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了3種新化合物。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)后，生成了2個(gè)液相層、1個(gè)氣相，要確定系統(tǒng)的狀態(tài)需要（ 2 ）個(gè)變量？2.一股已知條件的工藝物流（組分?jǐn)?shù)為20），進(jìn)入帶進(jìn)料閥和換熱盤管的氣液分離器進(jìn)行氣液分離，有哪些手段能夠影響分離器的操作效果（調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度），（調(diào)整換熱判盤溫度）。3.某設(shè)計(jì)院進(jìn)行一個(gè)常規(guī)精餾塔的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師需要考慮的設(shè)計(jì)變量有（ 2 ）個(gè)。4.過(guò)程系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)相鄰矩陣中流股匯集單元的特征是：（列有多個(gè)非零元素）。5.某節(jié)

2、點(diǎn)相鄰矩陣A經(jīng)過(guò)運(yùn)算得到A´A、A´A´A兩個(gè)新的矩陣，將A、A´A、A´A´A三個(gè)矩陣布爾相加后得到可及矩陣A*，其中元素值a25=a52=1、a27=a72=1、a57=1、a75=1，則說(shuō)明：（節(jié)點(diǎn)3和5組成一個(gè)簡(jiǎn)單回路，節(jié)點(diǎn)3和7組成一個(gè)簡(jiǎn)單回路，這兩個(gè)回路構(gòu)成復(fù)合回路）。6.采用序貫?zāi)K模擬法進(jìn)行流程計(jì)算時(shí)，最佳斷裂流股要保證相關(guān)子系統(tǒng)中所有回路（被切斷）。7.由描述過(guò)程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原始索引矩陣I運(yùn)用乘冪法則通過(guò)比較與替代獲得了新的矩陣J=I2，其中，出現(xiàn)了4個(gè)相同的節(jié)點(diǎn)對(duì)3-3、5-5、8-8、9-9，則說(shuō)明：（這4個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)

3、成兩個(gè)簡(jiǎn)單回路，但是目前的信息無(wú)法判斷具體組合信息）。8.某工藝物流，其流率為100 kg/s，換熱后升溫20。在溫度變化的范圍內(nèi)其熱容變化較小，取其平均值3 kJ/(kg.K)，其熱容流率是（600）kW/K，換熱熱負(fù)荷是（ 1200 ）kW。9.計(jì)算夾點(diǎn)時(shí)，溫度按照從高到低的順序排列。其中溫區(qū)1向溫區(qū)2輸出熱負(fù)荷是160kW，溫區(qū)2內(nèi)熱流的負(fù)荷是200kW，冷流的負(fù)荷是300kW，則溫區(qū)2向溫區(qū)3輸出的熱負(fù)荷是（ 20 ）kW。 10.對(duì)于下圖所示流程，有（2）個(gè)簡(jiǎn)單回路，最佳斷裂流股是 S2（8）。11.下圖所示的換熱匹配中，夾點(diǎn)之下子系統(tǒng)的夾點(diǎn)匹配是（該處過(guò)程系統(tǒng)的熱流量為零）。換熱匹

4、配是一個(gè)錯(cuò)誤的夾點(diǎn)匹配，原因是（夾點(diǎn)之下不應(yīng)該設(shè)置任何公用工程加熱器）。二、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.某裝置工藝流程如下圖所示。其中進(jìn)料含反應(yīng)物組分A與雜質(zhì)組分B，經(jīng)過(guò)反應(yīng)器后A發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物C。請(qǐng)分析該流程有哪些變量可作為獨(dú)立變量，并列出各單元的具體控制參數(shù)。（圖中數(shù)字表示物流的自由度）要求：應(yīng)用描述規(guī)則法分析系統(tǒng)的自由度，請(qǐng)?jiān)敿?xì)說(shuō)明每個(gè)單元操作的自由度和典型決策變量。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：（1）針對(duì)每個(gè)單元操作的自由度分析情況酌情給分（6分）（2）正確描述整個(gè)系統(tǒng)的典型控制參數(shù)（4分）答：進(jìn)料量、進(jìn)料速率、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度、閃蒸蒸發(fā)量等變量可作為獨(dú)立變量。2.請(qǐng)用索引矩陣

5、法分解下列方程組，并求解。方程組1：（學(xué)號(hào)為奇數(shù)學(xué)員答題）答：1、列出事件矩陣。2、指定輸出變量。3、畫出有向圖。4、寫出索引矩陣。5、運(yùn)用乘冪法則找回路。6、用擬節(jié)點(diǎn)代替回路繼續(xù)運(yùn)用乘冪法則。7、確定子方程組求解順序。8按順序求解子方程組。結(jié)果：方程組可分解為以下可按次序分別求解的子系統(tǒng)：f1,f4x1, x4 x1=4, x4=6f3x2 x2=2f2,f5x3, x5 x3=1, x5=18方程組2：（學(xué)號(hào)為偶數(shù)學(xué)員答題）答：1、列出事件矩陣。2、指定輸出變量。3、畫出有向圖。4、寫出索引矩陣。5、運(yùn)用乘冪法則找回路。6、用擬節(jié)點(diǎn)代替回路繼續(xù)運(yùn)用乘冪法則。7、確定子方程組求解順序。8按順

6、序求解子方程組。結(jié)果：方程組可分解為以下可按次序分別求解的子系統(tǒng)：f1,f5x1, x4 x1=4, x4=6f3x2 x2=2f2,f4x3, x5 x3=1, x5=18要求：（1）列出方程組事件矩陣、輸出變量、索引矩陣；（2）寫出詳細(xì)解題過(guò)程；（3）給出方程組求解結(jié)果。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：事件矩陣（2分），輸出變量（4分），索引矩陣（2分），結(jié)果正確（2分）。3.簡(jiǎn)要介紹一下工作背景，談一談你對(duì)化工系統(tǒng)工程在工程實(shí)踐應(yīng)用中的一些見(jiàn)解和建議。要求：先介紹工作背景（或?qū)W習(xí)背景），結(jié)合課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)談幾個(gè)應(yīng)用機(jī)會(huì)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)合論述，綜合給分。答：略。三、課程設(shè)計(jì)題1.（學(xué)號(hào)為奇數(shù)學(xué)員答題）請(qǐng)計(jì)算下表中

7、換熱過(guò)程的夾點(diǎn)和最小公用工程量（DTmin=20），畫出T-H圖，并用夾點(diǎn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)一個(gè)最優(yōu)換熱網(wǎng)絡(luò)。并請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述夾點(diǎn)法設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)的原則。流股及類型熱容流率CP, kW/K入口溫度,出口溫度，熱量，kWH12.036060600H2180180500C12.040260440C23.040290750注：H2為純組分飽和蒸汽冷凝物流。答：夾點(diǎn)溫度熱流：T150，冷流：140t最小公用工程加熱量QHmin=100KW最小公用工程冷卻量QCmin=94KW整個(gè)初始網(wǎng)絡(luò)為：夾點(diǎn)設(shè)計(jì)的三個(gè)基本原則：原則一：盡量避免熱流量通過(guò)夾點(diǎn)。原則二：夾點(diǎn)上方盡量避免引入公用設(shè)施冷卻物流，但可引入加熱設(shè)施。原則三

8、：夾點(diǎn)下方盡量避免引入公用設(shè)施加熱物流，但可引入冷卻設(shè)施。2.（學(xué)號(hào)為偶數(shù)學(xué)員答題）請(qǐng)計(jì)算下表中換熱過(guò)程的夾點(diǎn)和最小公用工程量（DTmin=20），畫出T-H圖，并用夾點(diǎn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)一個(gè)最優(yōu)換熱網(wǎng)絡(luò)。并請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述夾點(diǎn)法設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)的原則。流股及類型熱容流率CP, kW/K入口溫度,出口溫度，熱量，kWH12.036060600H2180180450C12.040260440C23.040290750注：H2為純組分飽和蒸汽冷凝物流。答：夾點(diǎn)溫度熱流：T150，冷流：140t最小公用工程加熱量QHmin=99.9KW最小公用工程冷卻量QCmin=93KW整個(gè)初始網(wǎng)絡(luò)為：夾點(diǎn)設(shè)計(jì)的三個(gè)基本原則：原則一：盡量避免熱流量通過(guò)夾點(diǎn)。原則二：夾點(diǎn)上方盡量避免引入公用設(shè)施冷卻物流，但可引入加熱設(shè)施。原則三：夾點(diǎn)下方盡量避免引入公用設(shè)施加熱物流，但可引入冷卻設(shè)施。要求：（1）給出溫度區(qū)間、溫區(qū)凈需熱量計(jì)算、溫區(qū)傳熱計(jì)算（2）給出夾點(diǎn)位置，最小工程負(fù)荷（3）計(jì)算冷、熱組合曲線關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的（熱負(fù)荷、溫度）點(diǎn)，繪制T-H曲線