化工过程分析与合成试卷

北京化工大学20042005学年第二学期化I:过程分析与合成期末考试试卷.姓名： 学号： 分数：题弓一7四5徂分一、填空题（冷空1分）1稳态模拟的特点是，描述过符对象的模型中 不含（含/不含1时何食块一2 就其模拟计说求解方法而3,.过程系统模拟可以归纳为：中贯模块法、而向方程法、联E模块法。3 序贯模块法的基础是.单兀枝换< 了的3 ,4求解超大型稀底I枫性方程公1的方法大玫分为降维求解法、联。拟线性万程抻 求解法两类。5根据对过程系统中状态变姑分布牛科。的不吐描逐万式"段讨以把动态模拟时的 数学模里分为 果中参数模咽分企哙数松V和旦细性也史七，.6根据建事模皂的不同方以 倏可以将数学模型分为统计模型、统计模型和介J两若之网的T纤照模塑°7 连续搅拌麻反应器（CSTR）的动态核甲M以用尘数模下地行描述"8 结构优化和参数优化足过和系统的西大类优化向成，它们贯穿于化工过 程设计和化.过程揉作9求解非线性有约束条件最优化何收的万法很多,比较常用的。直骥丑LK地和罚函数汰。它们的共同点在麻是将约束最优化问四转 变成项约束取优化问虬io在分离序列的综合中，根据试掇法的经验规则S2,难分离的坦分应当 _M£L分离。二、 判断题（何题2分）。济判断对错（J或X）,并简单解释原囚在序贯模块法中的单元模块 Mj单向性的特土起.形成.I H妆较大.联*校块法的从本以想是.把描还过W系绞的所仃故学侵WI %到个II线性方程组进行求解因伽共求解难度比序贸模块法小SHI算< X ）.联7枳块法的也也压利川严格梅塑严常松块小1相应的翰化侵塑方廿的系：7M把所有的同化模P/j作W W到 担进"联M.布到系统的 沮状态妇'，；,( X动态特性是间敏过程的本质，K操作条件和产品质仙:部公随时何而变化。在夹点之上，物流温度较高，肉此换热网络仅荷耍冷公用I程.(X )兴点把整个系统分解成两个独立的了系统，在夹点之上，视热网络仅需要热公用 H程。6在连续化大规模生产中，最优操作:条件的确定只需要在设订过程中计算、给定， 在以后的生产中，只要把操作条件控制在这个股优点就W以了.因此，优化何题 只出现在设计过程中。(X )结构优化和参数优化是过程系统的两大优化问题，它们贸穿于化1：过程设订和化 过程操作。7 线性规划的求解方法有牛顿法、拟牛顿法和拍速卜降法。线性规划的求解方法有图解法和单纯形法。8 IE浅性规划中的罚函社算法是可i r路径法。(x ,罚函数法数从不可彳jR域逐步收敛求解得到的，上热物流与央点下冷物流的下配(热居：度的利用，使系统的热危回收最大.)I, 热物液与火点卜冷物流的匹配(热地吊做优的过程就是j找火点的过程，号台如图所示的反应;II似函故为/(C,Rc* K.UT.c id:lin浓为帝#S.L Cc < C,ccr9T>Q优化变R： T，g%；1响用K表池可以，只独立起听函敌、约束条件、优化变柯HT）2. 章瞬力法"是线性有约束最优化，可以选用IT函故或羚格闭H乘子法（>建立:对应的无约束函数把小等式约束化为等式约札引入松驱变岚K,（不列出了）g =如+尸+q（q_q +2 + .t）4&（。*注2十4 “ 分）附g求导.得到：篇=2（c"/ -c，E + 2厂=0畚= 4*24（i-c, +2 + .r） 0Jg今瓦严-。+2o十 2*x = ()I分）肉此.片+一=0（能士山来更好诳 21 ,HJhcss炬阡验财m为械小值（可以不用写丁体趋证过IV）（|分）西"方的加礼丁建小./小.机R Iv）的抱对伯M小时为0叩，JiSc, -2. IMit视在的学生也缺乏的挝fin何学会 忡松哗化和欲学的把骸IUII J化的实岫侦,中 <8种耕".用的物理意义魁解的鼎础上，啊教学湖想而智出的蚌代尚单，皿所衣发出K的故学思想和代化思想史强，囚而更成给消分 弟：种解法:H标函数第一项可以石做网i仑转化率与实际转化率的偏思第顼诃以?；做能耗.叩该11打；函 数代表任出口揪度的要求下，如何使fi&KM小的问题.旦转化率为/.同学可IO饭应程的如 U!进行求解-可调恪的参故为e即入曰浓度。可以希出转化率与温度成指故关系递塔，cu 1$ 接近c，所宙耍进行转化的程度就越小，所孺要的温度也越小，对应的能It也就越小。 因而，该句题化为已知出口浓度，己知转化率与温度呈指数关系，来笊小温度的何也 0然. 入口浓度越大.温度雄小.但大为c广2.即转化率*不符小丁2 今Tftt小为ln2.该解法纯梓利用了化匚方血的知识.本应当满分.并建议化学反应程号分加5分 四、（15分）某个甲醇生产厂拟采用如图所示的1C1多段冷激式绝热催化反应塔生产 甲酵。己知反应为放热催化反应.俳化利的适fl:活性温度在TI-T2°C之间，该反 应为低爪平推流反应溶,即设定在反应器内同层ihi上,温度无梯平。I.C. 1反应溶 为绝热反应器，与外部环境无热交换温度变化只弓反应器催化利高度和冷激'（进弛故I£K®结构优化H标仍2分M美 为了保i ih的反应温贝条件Z引入低温原料I成、温妇第段入U柚时迎代冷激混合；试何.如果给定甲衅产时 如何确定系统的最 优结杓参教？讷首先对何题迎行分析.给出合制锻虬写出优化H标、约束条件和 物求解万法.注:只需描述求解思路.（3分,对例题避仃分析,凡是可以根据试题内容，指出问题的知条件.和 （3分）能够碰魄图月2分知道独，顷化顷统分析/问题如能够把冷激t反应器分段处理得仝分。 （3分写出结构优化|标.涉及反应器尺寸、能诂最仃利川徂2分 饵分）写出约束条件涉及的内容.提及到常规的各项平御们5分涉尸木题待约束条件催化剂温度得1, 5分。* （3分）写出可能得求解方法序贯模玦法、联立方样法或联立模块法。2.化1过押系统介成包括仃，反应路径合成_姑, > <Li-J.（Jh i t 料投制不崎1成.仔刑是!薪决山各个平兀过fVfrtv. *.，:的1务.；似态模抵的特山"描述过FF律IV中_小含HmJil. f il -I I，|.；.Mttg拟何题的方法仃 " _、_ i .，._、和_.：" n中工2： EK上和It。：推块法中的中兀模块具魂中向11的待点.4. 汁构优化等止的是流程方案的优化，在多种凹行方案中找也费川M小的流舛结构.还 娈保证该方案沸足安仝、环保、豺操作等方血的耍求.5. 在央点之上.换见附络仅需要二&_公用工程，相对丁环境是个 热阱在火点之下，换热网络只需要盆公用工程-相对于环境足个热源.6. 在分离塔序列徐合中，按照益於观则C2规则.等摩尔分割最有利.7. 采用一种分离方法把一个8照分混介物用简单塔分离成8个纯组分的分尚过程,共含7 个分W.与以个分离序列数.含白地个分离r响 X4个分惠尸向虬:.判断题（你题2分儿情判断对错（J或X），并简单解释瞰因。1. 序贯模块法是将模型.方程作为个大型我性方杉组进仃求解.可充分利用模型方程的 稀疏性特点，从而降低求解难度。错.此为面向方程法的描述,2. 间枇过程羌典型的稳态操作过粹，其过粹变如泌时间发生变化。（）微时欧过程处典觉的动态挽作过程，其过程如*嫁时间发生变化33. 联立模块法的基本思想是，把描述过界系统的所有数学模留汇集到一起，形成一个非线性方程组进行求解。用而JI：求解难度比序贯模块法小.但计算T作仙较大.>席 联止模块法的基本思想足 把描述过F侦统的所行教学模型汇集到起.形成一个1【浅 性方程组进行来解.因而其求解速度比序贫模块法快但订算工作难度较大.4. 状态空间分析中.相图描述的是过料从某个切始状态出发，状态演变的历史，是过程的动态特征的总结和表现，而稳态信息却没有包括在共中.（）铝.状态室州分析中. HIIUJ跖生的是过砰从某个初始状态出发，状态演变的历史.地邸的 动右待壮的总姑和入用.血12态信。也包括出中.5-线性燃划用趣中，如果可行域存在，则H基本可行解的个数是无限的（）«»线性燃圳何也中.如聚“Hj域存在则AJMej打躬的个敢*由线性H立的'.；式约束的 个数决定的.6.在倒欺过界的拌产优化中，北目标足充分保证生产的轮定，使产从质V:不随批次发生变 化.）伟":间版过种的抒产优化中.MU标也充分利用设侨资源,械少说备俐JK时间 il而在料 板时何内尤成规定的生产任务.7. 小北奶力学演 定存的体理OR体过枸犬8. 央也法的hi大优席足能够何时快符系统公用I JVirtKM小和使川换现器个故髭少所个r 标.即系统的忌体最优，()9. 探视法姑分财序列探合最仃敏的方法，它“J以便系统优化得到全局最优W.(路，探祝法是使用几个简单的、但带0普潮性的泾妆哗忡生屿接近械优的存列.然厂仰 A匕WJ进fj.仔细的怦价以确俱足终的分由小列10. 化工过程分析与合成域于系统工梓的范町 并不涉及传统化T.中的“三传一反“的内容。()偌.化过IV分析与含成 国丁系由i fi?的范畴,M以传统化r.中的传 吱”的内容 为雄础的。*443813.909311622222?<4)划分列出何题求出夹?.'妇实现物流匹配.徊出换热网绍。I .按址小传然泪，'* ；出冷热物流的瑚舟混以：2SI、229. 222. 22k 207. 205. 129. 118. 116. 93、46, 38.故JI个,区(对丁冷物流)：251-229： 229-222： 222-221: 221-207： 207-129： 129-118： 118.116： 116-93： 9346： 46-38-2.何袈表？"1231流股与温度Ti-Ti+I<11 (2)T.°C冷流股(3)2712SJ249229-12.56276.30276.32242二LLr23.11-161.772763438.09>4 1 V 1221i1-17.03 17.06438.09455.15422720714-8.59-120.26455.15575.41_5_225 2052-233646.72575.41622.136149129，76-9.46-718.96622.131341.097138JJX113.154.11341.09)306.99S136116J13.6527.31306.991279.69 I911393237.57174.111279.69U05.58JQ5664647-6.37-297.511105.58I40S.0Q5«38128.4467.521403.091335.57b12.5610.5514.776.0K1398.44)心°阳X的法入输出行为值，II没仃为专的.这说明系。4；4mKN 要公用舛加娉物海.只砌公用r悝冷却物流，冷务荷为1337.57炒 不存在火成，匹配的要求机肘宽松.