河北科技大学化工系统工程

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1、课程作业一：换热网络设计设计一个换热网络，该系统包含的工艺物流为 3 个热物流和3 和冷物流，物流数据如下表所示，规定最小的允许传热温差为20C。假设热交换过程无相变，无热损失。要求按照公用工程最省的原则设计出换热网络，并计算换热面积。物流编号热容流率（kWC）初始温度（C）最终温度（C）H112.56271149H210.55249138H314.7722766C16.08116222C28.4438221C313.9093205课程作业二：换热网络设计设计一个换热网络，该系统包含的工艺物流为 3 个热物流和3 和冷物流，物流数据如下表所示，规定最小的允许传热温差为30C。假设热交换过程无相

2、变，无热损失。要求按照公用工程最省的原则设计出换热网络，并计算换热面积。物流编号热容流率（kWC）初始温度（C）最终温度（C）H112.56271149H210.55249138H314.7722766C16.08116222C28.4438221C313.9093205课程作业三：流程模拟策略由氯气和乙烯制二氯乙烯的流程见下图。已知氯气（含 96%氯、4%不凝性 惰性气体）和乙烯的进料流量均为80kmol/h，设无副反应，乙烯的反应转化率 为90%,分离塔为锐分离器，分割比u （放空分率）为5%,不考虑温度和压力 的影响。分别用序贯模块法和联立方程法求系统中所有流股的状态（包括流量、 各组分

3、的摩尔分率）。ASPEN模拟已知条件:反应式为 CH2CL-CH2CL HCL + CHCL二CH2； CH2CL-CH2CL 转化率=0. 55； 计算方法：RK-SOAVE；原料二氯二甲烷的进料量、温度和压力以及反应器、冷 凝器、泵的操作条件在流程图中已给出，下面给出精流塔C0L1、COL2的操作条 件：COL1：塔板数 15 stages、回流比 RR=1.082、D:F=0.354、进料板：tray 7、压力 为367 psiCOL2:塔板数 10 stages、回流比 RR=0.969、D:F=0.550、进料板：tray 6、压力 为115 psi 要求：1. 由上述已知条件建立一

4、个流程模块并给出下列结果：(保存为aspen-1 bkp)反应器(REACTER)热负荷： 冷却器(QUENCH)热负荷： 冷却器(QUENCH)出口温度：COL2塔顶冷凝器和塔底再沸器热负荷：在产品中VCM的浓度：2. 在反应器中DEC的转化率在050-0.55之间变化，做一个灵敏度分析，被调 节变量为反应器的热负荷和冷却器的热负荷。(保存为aspen-2bkp)3在计算的最后执行一个FORTRAN模块，编辑两个塔塔底再沸器热负荷之和， 并调节这个变量，针对2中DEC转化率的变化作灵敏度分析。(保存为 aspen-3.bkp)课程作业五：根据题中所示条件作流程模拟，并完成题中要求 物性方法:

5、RK-SOAVET=150FP=-10psiB3效率:P=1000psiPump:0.85Diver:0.9M丸BlT=150FP=800psi二0-Q=0 P=300psis-出口温度T=230FB9P=1000psi 效率： 熵效率:0.8 机械效率:0.9进料:1000 bmol/h组分和摩尔分率(M ol-fac)C1：CH40.132C2：C2H60.14C3：C3H80.18IC4：C4H10-20.12NC4： C4H10-10.115IC5：C5H12-20.081NC5： C5H12-10.075C6：C6H14-10.074HO0.083塔的规定:N=10NFEED=4Di

6、stillate rate=300 1bmol/h（体积回流比） Stdvol R=8塔顶压力 P=290 psi全塔压降为10 psi要求：1.冷却器B3的热负荷，Q=;精馏塔(B5)的进料温度T=；2. 作物性规定：输出混合物的恒压热容、泡点温度、露点温度、粘度；3. 检索出各纯组分的临界温度；课程作业六：建立一个流程模拟，分离出1-CL （1位氯代异戊烯）、3-CL （3位氯代异戊 烯）、IP （异戊二烯）、CH40 （甲醇）混合物中的1-CL和3-CL。要求：1-CL的质量含量为97%以上，3-CL的质量含量为80%以上，并计算 出两个它的塔径（采用筛板塔）混合物的进料量为100kg/

7、hr，温度：20C，压力：1 atm质量组成：IP： 0.1，1-CL： 0.6，3-CL： 0.25，CH4O： 0.051-CL： C5H9CLC1结构式：CCCCCL 沸点：TB=104C3-CL： C5H9CLCc=c_C_c结构式：cl沸点：TB=87CIP： C5H8-6提示：采用两个塔分离，脱轻塔塔顶压力为19 Kpa,全塔压降为3 Kpa,物性方 法采用NRTL-RK； 1-CL、3-CL精馏塔塔顶压力为10 Kpa，全塔压降为4 Kpa 物性方法采用 PEN-ROB。课程作业七：单变量优化用串联加热器加热某气体，要求的参数如下：212 C蒸汽350 C蒸汽212C 水350

8、C 水建立该问题的数学模型，并用黄金分割法求使总费用最小时气体离开加热器一、进入加热器二的温度（要求：Ln/L0=1/10）。设备年工作时间： 8000 小时/年待加热气体的比热： 0.25 kJ/（kg. C）212 C 蒸汽费用：0.2x10-6 元/kJ350C 蒸汽费用：0.4x10-6 元/kJ换热器总传热系数（两换热器相同）：8 kJ/（m2.h. C）费用：1元/（m2.年）气体输送费用： 0.344 元 /（m2. 年）课程作业八：单变量优化用串联加热器加热某气体，要求的参数如下：212 C蒸汽350 C蒸汽212C 水350 C 水建立该问题的数学模型，并用黄金分割法求使总费

9、用最小时气体离开加热器一、进入加热器二的温度（要求：Ln/L0=1/10）。设备年工作时间： 8000 小时/年待加热气体的比热： 0.25 kJ/（kg. C）212 C 蒸汽费用：0.2x10-6 元/kJ350C 蒸汽费用：0.4x10-6 元/kJ换热器总传热系数（两换热器相同）：8 kJ/（m2.h. C）费用：1元/（m2.年）气体输送费用： 0.344 元 /（m2. 年课程作业九：线性规划3个换热器串联起来完成某一冷流体的加热任务，见图5-11。现有3股工业 废热可以利用，已知3个换热器的总传热系数，冷流体的初始温度和目标温度及 其热容，3股工业废热的起始温度及热容，具体数据见

10、表5-1。要求：如何合理 配置换热器，在保证冷流体最后出口温度的前提下，总的换热面积为最小。需绘 制出总传热面积与最佳出口温度关系曲线。 5-11三级串联换熱系统p表5-1串联换热系统已知数据变量名称/单位数据冷流体初始温度t0/C100冷流体目标温度t3/C500冷流体热容CPC/kW/C100000第一换热器总Kl/kW/m2.C120第二换热器总K2/kW/m2.C80第三换热器总K3/kW/m2.C40第一换热器热流温度T1/C300第二换热器热流温度T2/C400第三换热器热流温度T3/C600第一换热器热流热容CPH1/ kW/C100000第二换热器热流热容CPH2/ kW/C1

11、00000第三换热器热流热容CPH3/ kW/C100000需建立该三级串联换热系统的数学模型，由于不考虑压力变化，已知热容流 率，故模型可简化为只考虑能量平衡及热量传递即可。以换热器1为例，其方程 为：C (t t ) = C (T T )C (T - T )= KA AtPC 1 0PH 1110PH 1 1101 mlA T t + T tAt 二 1100.m1 2课程作业十：线性规划3个换热器串联起来完成某一冷流体的加热任务，见图5-11。现有3股工业 废热可以利用，已知3个换热器的总传热系数，冷流体的初始温度和目标温度及 其热容，3股工业废热的起始温度及热容，具体数据见表5-1。要

12、求：如何合理 配置换热器，在保证冷流体最后出口温度的前提下，总的换热面积为最小。需绘 制出总传热面积与最佳出口温度关系曲线。 5-11三级串联换熱系统p表5-1串联换热系统已知数据变量名称/单位数据冷流体初始温度t0/C100冷流体目标温度t3/C500冷流体热容CPC/kW/C100000第一换热器总Kl/kW/m2.C120第二换热器总K2/kW/m2.C80第三换热器总K3/kW/m2.C40第一换热器热流温度T1/C300第二换热器热流温度T2/C400第三换热器热流温度T3/C600第一换热器热流热容CPH1/ kW/C80000第二换热器热流热容CPH2/ kW/C80000第三换热器热流热容CPH3/ kW/C80000需建立该三级串联换热系统的数学模型，由于不考虑压力变化，已知热容流 率，故模型可简化为只考虑能量平衡及热量传递即可。以换热器1为例，其方程 为：C (t t ) = C (T T )C (T - T )= KA AtPC 1 0PH 1110PH 1 1101 mlA T t + T tAt 二 1100.m1 2