2025年大學(xué)大二（化工系統(tǒng)工程）系統(tǒng)優(yōu)化期末測試試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題，共30分）每題只有一個正確答案，請將正確答案的序號填在括號內(nèi)。(總共6題，每題5分)1.化工系統(tǒng)工程中，關(guān)于系統(tǒng)優(yōu)化的核心目標(biāo)，以下正確的是（）A.提高產(chǎn)品產(chǎn)量B.降低生產(chǎn)成本C.使系統(tǒng)整體性能達到最優(yōu)D.增加設(shè)備利用率2.在進行化工系統(tǒng)流程模擬優(yōu)化時，常用的方法不包括（）A.經(jīng)驗估算法B.嚴格模擬法C.靈敏度分析法D.序貫?zāi)K法3.對于化工系統(tǒng)的物料衡算，關(guān)鍵在于（）A.確定物料的種類B.準(zhǔn)確計算各物流的流量和組成C.選擇合適的衡算基準(zhǔn)D.以上都是4.化工系統(tǒng)中設(shè)備的優(yōu)化選型主要考慮因素不包括（）A.設(shè)備的價格B.設(shè)備的性能C.與工藝流程的適配性D.設(shè)備的外觀5.關(guān)于化工系統(tǒng)能量集成優(yōu)化，以下說法錯誤的是（）A.能有效降低能耗B.需考慮不同設(shè)備間的能量匹配C.主要關(guān)注熱交換過程D.與物料衡算無關(guān)6.化工系統(tǒng)優(yōu)化過程中，對模型的驗證與改進是為了（）A.使模型更美觀B.提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性C.增加模型的復(fù)雜性D.減少模型計算時間第II卷（非選擇題，共70分）7.\(簡述化工系統(tǒng)工程中系統(tǒng)優(yōu)化的主要步驟及各步驟的關(guān)鍵要點。(15分)8.\(在一個化工生產(chǎn)流程中，有多個反應(yīng)單元和分離單元。請闡述如何從整體上對該系統(tǒng)進行優(yōu)化，以提高生產(chǎn)效率和降低成本。(15分)9.\(給出一段化工系統(tǒng)的物料衡算相關(guān)材料：某化工生產(chǎn)過程中，原料A和原料B在反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)生成產(chǎn)物C。已知原料A的進料流量為1000kg/h，原料B的進料流量為500kg/h，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為80%。產(chǎn)物C的出料流量為800kg/h，同時還有未反應(yīng)的原料A和原料B出料。請計算未反應(yīng)的原料A和原料B的出料流量。(15分)10.\(關(guān)于化工系統(tǒng)設(shè)備優(yōu)化選型的材料：某化工企業(yè)計劃新建一條生產(chǎn)線，需要選擇合適的反應(yīng)釜。有兩種型號的反應(yīng)釜可供選擇，型號I價格為50萬元，處理能力為500kg/h；型號II價格為80萬元，處理能力為800kg/h。預(yù)計該生產(chǎn)線每年運行300天，每天運行8小時。產(chǎn)品售價為2萬元/噸，生產(chǎn)成本中除設(shè)備折舊外其他費用為1萬元/噸。設(shè)備折舊按10年計算。請通過計算分析選擇哪種型號的反應(yīng)釜更經(jīng)濟合理。(15分)11.\(化工系統(tǒng)能量集成優(yōu)化的材料：某化工裝置中，有兩個工藝過程需要進行能量集成。過程1的熱負荷為1000kW（熱需求），過程2的熱負荷為-800kW（熱供應(yīng)）。已知過程1的操作溫度范圍為150-250℃，過程2的操作溫度范圍為200-300℃。請設(shè)計一個簡單的熱交換方案，說明如何實現(xiàn)能量的有效集成，并計算熱交換后的剩余熱負荷。(10分)答案：1.C2.A3.D4.D5.D6.B7.化工系統(tǒng)工程中系統(tǒng)優(yōu)化主要步驟包括：系統(tǒng)定義與目標(biāo)設(shè)定，明確系統(tǒng)邊界和優(yōu)化目標(biāo)；建立模型，準(zhǔn)確描述系統(tǒng)行為；求解優(yōu)化問題，找到最優(yōu)解；模型驗證與改進，確保模型準(zhǔn)確可靠。關(guān)鍵要點：目標(biāo)設(shè)定要符合實際需求且明確可衡量；模型建立需合理簡化且反映關(guān)鍵因素；求解過程要選擇合適算法；驗證改進要通過對比實際數(shù)據(jù)不斷完善模型。8.從整體上對該化工生產(chǎn)流程系統(tǒng)優(yōu)化，首先要對各反應(yīng)單元和分離單元進行單獨分析，優(yōu)化反應(yīng)條件提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。然后通過物料衡算確定各單元物料流量關(guān)系，減少物料浪費。再進行能量集成優(yōu)化，回收利用余熱降低能耗。同時合理選型設(shè)備，提高設(shè)備運行效率。最后優(yōu)化工藝流程，減少不必要的操作環(huán)節(jié)，從而提高生產(chǎn)效率和降低成本。9.原料A反應(yīng)的量為1000×80%=800kg/h，未反應(yīng)的原料A出料流量為1000-800=200kg/h。原料B反應(yīng)的量為800÷2=400kg/h（因為產(chǎn)物C中A、B反應(yīng)比例為2:1），未反應(yīng)的原料B出料流量為500-400=100kg/h。10.型號I：每年處理量為500×8×300=1200000kg=1200噸。設(shè)備折舊每年50÷10=5萬元?？偝杀緸?200×1+5=1205萬元。年收益為1200×2=萬元。型號II：每年處理量為800×8×300=1920000kg=1920噸。設(shè)備折舊每年80÷10=8萬元?？偝杀緸?920×1+8=1928萬元。年收益為1920×2=3840萬元。經(jīng)計算，型號II收益更高，更經(jīng)濟合理。11.可在150-250℃溫度區(qū)間內(nèi)設(shè)置熱交換