北京化工大學(xué)2004——2005學(xué)年第二學(xué)期《化工過(guò)程分析與合成》期末考試試卷題號(hào)二三四總分、填空題(每空1分)1穩(wěn)態(tài)模擬的特點(diǎn)是，描述過(guò)程對(duì)象的模型中不含(含/不含)時(shí)間參數(shù)。2就其模擬計(jì)算求解方法而言，過(guò)程系統(tǒng)模擬可以歸納為：序貫?zāi)K法、面向4求解超大型稀疏非線性方程組的方法大致分為降維求解法、聯(lián)立擬線性方程組數(shù)學(xué)模型分為集中參數(shù)模型、分布參數(shù)模型和多級(jí)集中參數(shù)模型統(tǒng)計(jì)模型和介于兩者之間的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀３淘O(shè)計(jì)和化工過(guò)程操作。9求解非線性有約束條件最優(yōu)化問(wèn)題的方法很多，比較常用的有8拉格朗日乘子法和罰函數(shù)法。它們的共同點(diǎn)在于都是將有約束最優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)10在分離序列的綜合中，根據(jù)試探法的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則S2,難分離的組分應(yīng)當(dāng) 二、判斷題(每題2分)。請(qǐng)判斷對(duì)錯(cuò)(√或x),并簡(jiǎn)單解釋原因。1在序貫?zāi)K法中的單元模塊具有單向性的特點(diǎn)。(X)。9夾點(diǎn)以上熱物流與夾點(diǎn)下冷物流的匹配(熱量穿過(guò)夾點(diǎn)),可以把熱流體的熱量夾點(diǎn)以上熱物流與夾點(diǎn)下冷物流的匹配(熱量穿過(guò)夾點(diǎn)),將導(dǎo)致公用工程用量10求解能量最優(yōu)的過(guò)程就是尋找?jiàn)A點(diǎn)的過(guò)程。(1分)因此，(能解出來(lái)更好3用hessan矩驗(yàn)證是否為最小值(可以不用寫具體驗(yàn)證過(guò)程)(1分)c+e-c)的絕對(duì)值最小時(shí)為0.即e=-(co-c,)=c,-cnco≤c,-2,因此在的學(xué)生最缺乏的是如何學(xué)會(huì)一種橫型化和數(shù)學(xué)制思想，并將其用于化工的實(shí)際過(guò)程中這種解法是在對(duì)化工過(guò)程的物理意義理解的基礎(chǔ)上，利用數(shù)學(xué)思想而得出的，盡管簡(jiǎn)單，們所表現(xiàn)出來(lái)的數(shù)學(xué)思想和優(yōu)化思想更強(qiáng)，因而更應(yīng)當(dāng)給滿分。目標(biāo)函數(shù)第一項(xiàng)可以看做理論轉(zhuǎn)化率與實(shí)際轉(zhuǎn)化率的偏差，第二項(xiàng)可以看做能耗。即該目標(biāo)函數(shù)代表在出口濃度的要求下，如何使能托最小的問(wèn)題，且轉(zhuǎn)化率為e.同學(xué)可根據(jù)反應(yīng)工程的知識(shí)進(jìn)行求解，可調(diào)整的參數(shù)為ca,即入口濃度?？梢钥闯?，轉(zhuǎn)化率與溫度成指數(shù)關(guān)系遞增，cg越接近c(diǎn),,所需要進(jìn)行轉(zhuǎn)化的程度就越小，所需要的溫度也越小，對(duì)應(yīng)的能耗也就越小。因而，該問(wèn)題化為已知出口濃度，已知轉(zhuǎn)化率與溫度呈指數(shù)關(guān)系，求最小溫度的問(wèn)題。顯然，四、(15分)某個(gè)甲醇生產(chǎn)廠擬采用如圖所示的IC1多段冷激式絕熱催化反應(yīng)塔生產(chǎn)甲醇。已知反應(yīng)為放熱催化反應(yīng)，催化劑的適宜活性溫度在T1～T2°C之間，該反應(yīng)為低壓平推流反應(yīng)器，即設(shè)定在反應(yīng)器內(nèi)同一層面上，溫度無(wú)梯度。1.C.I反應(yīng)器為絕熱反應(yīng)器，與外部環(huán)境無(wú)熱交換，溫度變化只與反應(yīng)器催化劑高度和冷激氣進(jìn)分量有關(guān)。為了保證適宜的反應(yīng)溫度條件，在各段之間引入低溫原料氣(組成、溫度造氣及脫礦破與第一段入口相同)進(jìn)行冷激混合。試間，如果給定甲醇產(chǎn)量，如何確定系統(tǒng)的圾優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)?請(qǐng)首先對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，給出合理假設(shè)，寫出優(yōu)化目標(biāo)、約束條件機(jī)解：①(3分)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，凡是可以根據(jù)試題內(nèi)容，指出問(wèn)題的已知條作，和優(yōu)化的目的。指出結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)者得2分②(3分)能夠畫出框圖得2分，表明學(xué)生知道如何求解化工系統(tǒng)分析與合成得問(wèn)題，如能夠把冷激式反應(yīng)器分段處理得全分。③(3分)寫出結(jié)構(gòu)優(yōu)化日標(biāo)，涉及反應(yīng)器尺寸、能量最有利用得2分。④(3分)寫出約束條件涉及的內(nèi)容，提及到常規(guī)的各項(xiàng)平衡得1.5分，涉及本題得約束條件催化劑溫度得1.5分。⑤(3分)寫出可能得求解方法序貫?zāi)K法、聯(lián)立方程法或聯(lián)立模塊法。目標(biāo)函數(shù)的立二、優(yōu)惠工況下的最住操作參數(shù)等等。2.化工過(guò)程系統(tǒng)合成包括有：反應(yīng)路徑合成、換 4.結(jié)構(gòu)優(yōu)化考慮的是流程方案的優(yōu)化，在多種可行方案中找出費(fèi)用最小的流程結(jié)構(gòu)，還7.采用一種分離方法把一個(gè)8組分混合物用簡(jiǎn)單塔分離成8個(gè)純組分的分離過(guò)程，共含7個(gè)分離器，429個(gè)分離序列數(shù)，含有36個(gè)分離子群，84個(gè)分離子問(wèn)題。二、判斷題(每題2分)。情判斷對(duì)錯(cuò)(√或×),并簡(jiǎn)單解釋原因。1.序貫?zāi)K法是將模型方程作為一個(gè)大型非線性方程組進(jìn)行求解，可充分利用模型方程的稀疏性特點(diǎn)，從而降低求解難度。2.間歇過(guò)程是典型的穩(wěn)態(tài)操作過(guò)程，其過(guò)程變量不隨時(shí)間發(fā)生變化。()錯(cuò)。間歐過(guò)程是典型的動(dòng)態(tài)操作過(guò)程，其過(guò)程變量隨時(shí)間發(fā)生變化。3.聯(lián)立模塊法的基本思想是，把描述過(guò)程系統(tǒng)的所有數(shù)學(xué)模型匯集到一起，形成一個(gè)非線性方程組進(jìn)行求解。因而其求解難度比序貫?zāi)K法小，但計(jì)算工作量較大。()錯(cuò)，聯(lián)立模塊法的基本思想是，把描述過(guò)程系統(tǒng)的所有數(shù)學(xué)模型匯集到一起，形成一個(gè)非線性方程組進(jìn)行求解。因而其求解速度比序貫?zāi)K法快，但計(jì)算工作難度較大。4.狀態(tài)空間分析中，相圖描述的是過(guò)程從某個(gè)初始狀態(tài)出發(fā)，狀態(tài)演變的歷史。是過(guò)程的動(dòng)態(tài)特征的總結(jié)和表現(xiàn)，而穩(wěn)態(tài)信息卻沒(méi)有包括在其中。()錯(cuò)。狀態(tài)空間分析中，相圖描述的是過(guò)程從某個(gè)初始狀動(dòng)態(tài)特征的總結(jié)和表現(xiàn)，而穩(wěn)態(tài)信息也包括在其中。5.線性規(guī)劃問(wèn)題中，如果可行域存在，則其基本可行解的個(gè)數(shù)是無(wú)限的。()個(gè)數(shù)決定的6.在間敬過(guò)程的排產(chǎn)優(yōu)化中，其目標(biāo)是充分保證生產(chǎn)的穩(wěn)定，使產(chǎn)品質(zhì)量不隨批次發(fā)生變始時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)SS7.最小傳熱溫差是熱力學(xué)第二定律的體現(xiàn)，與具體過(guò)程無(wú)關(guān)。()路，最小傳熱溫差體現(xiàn)的是工程設(shè)計(jì)中傳熱速率的要求，與具體過(guò)程相關(guān)8.夾點(diǎn)法的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠同時(shí)獲得系統(tǒng)公用工程消耗最小和使用換熱器個(gè)數(shù)最少兩個(gè)目,則系結(jié)的總體最優(yōu)。()語(yǔ)，夾點(diǎn)法能夠?qū)で蟮较到y(tǒng)公用工程的消耗最小9.探視法是分高序列綜合最有效的方法，它可以使系統(tǒng)優(yōu)化得到全局最優(yōu)解。()錯(cuò)，探視法是使用幾個(gè)簡(jiǎn)單的、但帶有普迥性的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則產(chǎn)生一些接近最優(yōu)的序列，然后再對(duì)它們進(jìn)行仔細(xì)的評(píng)價(jià)，以確定最終的分離序列，10.《化工過(guò)程分析與合成》屬于系統(tǒng)工程的范疇，并不涉及傳統(tǒng)化工中的“三傳一反”的錯(cuò)?！痘み^(guò)程分析與合成》屬于系統(tǒng)工程的范疇，是以傳統(tǒng)化工中的“三傳一反”的內(nèi)容為基礎(chǔ)的。三、試對(duì)圖中所示系統(tǒng)進(jìn)行分析，選擇斷裂流股，擬定適宜計(jì)算順序。(5分)5.36.8125B:S3-S6-57-S8③按以上斷裂方式，寫寫山打開(kāi)回路后的計(jì)算順序初始溫度T(℃)終了溫度T/℃)23456故11個(gè)溫區(qū)(對(duì)于冷物流