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期末复习题答案——化工系统工程

课程编号：

中国石油大学（北京）远程教育学院

《化工系统工程》复习题

一、选择题

1)过程是对原料进行某些物理或化学变换，使其性质发生预期变化，以下哪个不属于过程

的范畴

A.烃类分离,

B.烃类裂解,

C.不锈钢棒加工成螺栓,

D.海水晒盐,

E.颗粒筛选

2)化学工程是过程系统工程的

A.研究工具,

B.服务和研究对象,

C.优化手段,

D.实施方法,

E.重要构成

3)由乙醇-水组成的混合物，可用以下哪种方程来预测其汽液性质

A.PR,

B.SRK,

C.SHBWR,

D.NRTL,

E.CS

4)在一个绝热封闭体系中，投入了5种化合物，在其中发生了3个化学反应，产生了2

种新化合物。当系统稳定下来后，生成了2个液相层、1个固相，其自由度是多少？

A.9,

B.11,

C.7,

D.10,

E.8

5)某车间有5股流量固定的物料同时进入一个保温良好的密闭容器中，容器底部有一台泵

将混合物料输送到其它车间。如果要维持容器内液面稳定，该泵有哪些参数可自由调节？

A.出口压力,

B.出口流量,

C.泵输入功率,

D.什么都不能自由调整

E.出口温度,

6)一股有8个组分的物流，被分割成5股，可写出的独立物料平衡方程数量是几个？

A.4,

B.5,

C.6,

D.7,

E.8

7)液相混合物中有5mol/h的A与10mol/h的B，温度为40℃，压力为1MPa。进入反应

器后发生液相化学反应生成产物C，要控制产物C的收率，你能调节哪些变量？

A.反应温度,

B.反应压力,

C.出口物料冷却温度,

D.什么都控制不了,

E.有多个可控参数

8)一股有8个组分的物流，其自由度等于

A.8,

B.9,

C.10,

D.11,

E.无法确定

9)一股有8个组分的物流，进入闪蒸罐进行闪蒸分离。其温度、压力和组成均已知，闪蒸

罐自由的自由变量是多少？

A.2,

B.4,

C.8,

D.10,

E.14

10)某车间有一常规精馏塔，进料有8个组分。当原料条件一定时，在日常生产中能够用来

控制产物质量的变量有几个？

A.2,

B.3,

C.15,

D.5,

E.10

11)一块无进料、无侧线抽出、无外取热的平衡级单元，已知气液相进料条件，其自由度是

多少？

A.1,

B.2,

C.3,

D.4,

E. 5

12)从平衡级分离过程的角度来看，闪蒸分离相当于几块理论板

A.1,

B.2,

C.3,

D.4,

E. 5

13)用公式法分析单元自由度时，下面哪个单元不适用

A.分割器,

B.两相闪蒸,

C.3相闪蒸,

D.精馏塔,

E.再沸精馏塔

14)在进行闪蒸计算前，必须先确认体系处于两相区。怎样才能判断体系的状态？

A.将ψ=0及ψ=1代入方程f(ψ)=0，可直接判断

B.计算出所处压力下的泡点温度、露点温度与体系温度对比后判断

C.由于计算想平衡常数需知道气液组成，而计算气液组成又需知道相平衡常数，构成

循环，故无法判断

D.不知道

E.不确定

15)一股热物料与一股冷物料进行热量交换，换热量固定，下面哪种情况是正确的

A.冷、热物流的出口温度均可独立变化,

B.出口温度不能随意改变，但压力可随意变化,

C.出口温度不能改变，压力与流动压降有关,

D.温度、压力均可随意调整,

E.无法确定

16)计算机是利用哪一种图来识别过程系统的结构信息:

A.原则流程图

B.节点-边有向图

C.方框图

D.以上3种图形均可

E.计算机无法识别过程系统流程

17)从过程系统的节点相邻矩阵怎样才能发现“汇集单元”

A.行有多个非零元素

B.列有多个非零元素

C.行有1个非零元素

D.列有1个非零元素

E.无法分析

18)从过程系统的节点相邻矩阵怎样才能发现“分支单元”

A.行有多个非零元素

B.列有多个非零元素

C.行有1个非零元素

D.列有1个非零元素

E.无法分析

19)某节点相邻矩阵中第3列没有非零元素，则说明该列对应单元输入

A.孤立单元，与其它单元无关

B.无法解释

C.输入端单元

D.输出端单元

E.内部单元

20)某关联矩阵中，节点所对应的行有2个+1，3个-1，则该节点有：

A.0个输入，5个输出

B.5个输入，0个输出

C.2个输入，3个输出

D.3个输入，2个输出

E.不知道

21)某过程系统的连接表共有30行，其中节点D所对应的代码在左列出现了3次，则：

A.该系统共有30个单元

B.该系统共有3条弧

C.该系统共有30个单元，节点D有3个输出弧

D.从目前信息看不出系统有多少个单元，但该系统共有30条弧，且节点D有3条输

出弧

E.无法判断

22)一股已知所有进料条件物料经过一个电加热器升温后进入闪蒸器进行平衡闪蒸分离，系

统在操作时自由度是多少？（不考虑流动压降)

A.0

B. 1

C. 2

D. 3

E. 4

23)如果某过程系统节点相邻矩阵A连乘3次，得到一个新的矩阵B，即B=A*A*A.如果B

中的元素b58=1,b37=0,则说明：

A.从节点5经过3段弧可到达节点8；从节点3经过3段弧终点不是节点7，但中途

可能经过了节点7

B.从节点5经过3段弧可到达节点8；从节点3经过3段弧中途一定没有经过节点7

C.只要在A、A*A中出现过一次1，在以后再相乘时相应位置均会为1

D.无法说明任何问题

E.从节点5不管走几步都不可能到达节点8

24)某节点相邻矩阵A经过运算得到A*A、A*A*A两个新的矩阵，将A、A*A、A*A*A

三个矩阵布尔相加后得到可及矩阵A*，其中元素值a35=a53=1、a37=a73=1、a57=1、a75=0，则说明：

A.节点3与5组成一个独立回路、节点3与7组成一个独立回路，且这两个回路没有

任何关系

B.节点3与5组成一个简单回路、节点3与7组成一个简单回路，且这两个回路构成

一个复合回路

C.节点3、5、7共同组成一个尺寸为3的简单回路

D.节点5与7构成回路

E.从A*无法分析回路信息

25)在节点相邻矩阵中全零列表示输出端单元，该节点在A*A、A*A*A等运算中仍会为全

零列。在某可及矩阵A*中依次删除全零列及相应行的顺序为{3}、{1，6}、{2,4,5},则该系统：

A.还无法判断该系统能否分解

B.不可分，必须整体求解

C.可分隔为{3}、{1,6}、{2,4,5}三个子系统，依次求解

D.可分隔为{3}、{1,6}、{2,4,5}三个子系统，逆序求解

E.各个节点可按序号依次求解

26)在由描述过程系统结构的原始索引矩阵I由乘幂法则通过比较与替代获得了新的矩阵

J=I*I，其中，出现了3个相同的节点对{3-3}、{6-6}、{8-8}，则：

A.不应该出现这种情况，一定是运算错误，重新计算

B.{3、6、8}共同组成一个尺寸为3的回路，必须整体处理

C.一定是{3，6}、{3，8}构成回路，形成复合回路

D.这3个节点构成复合回路，但目前的信息还无法判断具体结构信息

E.不能做出判断

27)采用面向方程法模拟时，下面哪个优点不是属于面向方程法的

A.循环物流不需迭代

B.设计规定不许迭代

C.复杂流程模拟稳定性提高

D.建模难度低

E.设计规定与循环物流在系统方程中仅增加了方程数量，不需特别对待

28)某过程系统的模型方程组共有100个方程，所有变量的非零系数数量是2000个。该方

程组的稀疏比是多少？

A..02

B..2

C. 2

D.20

E.200

29)一个有5个方程的方程组，要将进行分解，则必须指定多少个不同的输出变量

A. 1

B. 2

C. 3

D. 5

E. 4

30)某方程组中，变量x5总共出现于8个方程中，则在将方程组转化为有向图时，选择x5

作为变量的那个方程将有几条输出弧

A. 5

B. 6

C.7

D.8

E.9

31)对过程系统最优化问题的描述，下面哪一种表达是错误的？

A.最优化问题必须有优化变量、优化目标和约束条件

B.过程系统优化问题都可以写出数学表达式，用一般的最优化问题求解方法进行求解

C.过程系统优化无法写出具体的数学表达式，所以必须采用数值计算方法

D.过程系统中所有的独立变量都有作为优化变量的资格

E.只要能换算成同一目标形式（如费用），不同的消耗物质也可以作为优化目标

32)在正常生产时下面哪一种目标不能用于作为过程系统的优化目标

A.系统消耗的循环水、电力和燃料消耗最少。因为它们是不同的物料，无法对比

B.系统的投资最少

C.系统的加工量最大

D.精馏塔的理论塔板数最少

E.以上应该都可以

33)正常生产时，工程师不能选择哪个变量作为优化变量

A.设备操作压力

B.反应器温度

C.塔的进料位置

D.泵的输入功率

E.闪蒸罐取热量

34)在对炼油厂进行生产计划优化时，下面哪种叙述是错误的？

A.约束条件包括各设备的物料平衡、生产能力、产品质量、产品供求量等

B.一股物料分成多股去向不同的设备时每个去向都必须设置为变量

C.在目标函数中，数值是固定值的变量可以忽略，只保留可变变量，不会对最优解产

生影响

D.可以把系统中所有的选定的独立变量作为优化变量

E.主要按照统计数据进行，不再考虑装置的具体情况

35)关于换热网络设计的最求目标，下面哪种是错误的

A.最少的换热器数量

B.最少的换热器总重量

C.最多的热量回收

D.传热温差尽量接近0

E.最大可能的进行工艺物流间的换热

36)关于最小传热温差的叙述，哪种是正确的

A.是热力学传热极限

B.是工程上能接受的传热极限

C.数值越大，可回收热量越多

D.数值越小，传热推动力越大

E.取值与夹点位置无关

37)某换热系统中，有多股工艺物流，其中有一股280℃的饱和水蒸汽放出热量成为饱和水，

另有一股饱和状态下的水变为160℃的饱和蒸汽。现需要计算夹点，规定最小允许传热

温差为20℃，有关这两股物流下面哪一个温度区间的划分是正确的

A.…,{260，260},…,{160,160},…

B.…,{280，280},…,{160,160},…

C.…,{260，260},…,{140,140},…

D.…,{280，280},…,{140,140},…

E.冷热物流都出现了相同温度点，在划分温度区间时所有重复的点只保留一个

38)某工艺物流，其流率为200 kg/s，换热后升温20℃，在温度变化的范围内其热容变化较

小，取其平均值3 kJ/(kg.K)，其热容流率和热负荷是多少？

A.热容流率600kW/K; 热负荷12000kW

B.热容流率4000kW/K; 热负荷12000kW

C.热容流率600kW/K; 热负荷4000kW

D.热容流率600kW/K; 热负荷400kW

E.热容流率4000kW/K; 热负荷60kW

39)划分夹点温度区间的方法是：

A.冷流与热流的端点温度按照从大到小的顺序排序，没有潜热的相同温度点只保留一

个

B.热流端点温度减去最小允许传热温差与冷流的端点温度一起按照从大到小的顺序

排序，没有潜热的相同温度点只保留一个

C.冷流端点温度减去最小允许传热温差与热流的端点温度一起按照从大到小的顺序

排序，没有潜热的相同温度点只保留一个

D.热流端点温度减去最小允许传热温差与冷流的端点温度一起按照从大到小的顺序

排序，相同温度点只保留一个，有潜热的系统无法计算夹点

E.热流端点温度与冷流的端点温度一起按照从大到小的顺序排序，相同温度点只保留

一个，有潜热的系统无法计算夹点

40)计算夹点时，温度区间1的输出热负荷是120kW，温度区间2的热流负荷是200kW，

冷流负荷是300kW，则温度区间2向温度区间3输出的热负荷是多少？

A.120kW

B.200kW

C.80kW

D.20kW

E.100kW

41)热流H1要求从360℃降温到160℃；H2从300℃降温到180℃；冷流C1要求从60℃

升温到220℃。规定最小允许传热温差为20℃，下面哪个温度区间的划分是正确的？

A.360,300,220,200,160,60

B.340,280,200,140,60

C.340,280,200,160,60

D.340,280,220,160,140,60

E.340,280,200,180,140,40

42)某换热系统，当I1=0时，温度区间之间的最小传热负荷为-200kW，最后一个温度区间

输出负荷为60kW，则该系统的最小加热负荷和最小冷却负荷是多少kW？

A.0,60

B.200,60

C.200,260

D.0,260

E.0,200

43)换热网络中有一股热流热容流率为4kW/K，温度从180→80℃；另一股冷流热容流率为

2kW/K,温度从80→160℃；系统的最小允许传热温差为20℃，这两股物流的最大可交换热量是多少kW？热量富裕的物流换热开始或者结束的温度点是多少℃？

A.160,140

B.320,100

C.100,160

D.120,160

E.温差不够，不能换热

44)从分离推动力的角度来说，压力却敌越低，组分之间越容易分离。但C2、C3、C4等轻

烃组分的分离实际上都在加压下进行，主要原因是什么？

A.设计错误

B.原料气压力高

C.加压后泡点温度升高，可减少低温操作的程度，降低冷冻负荷

D.减少塔器直径

E.降低加热负荷

45)采用萃取分离方法后一般要马上将溶剂剂脱除，下面一个不是马上脱除溶剂的目的？

A.溶剂发生分解

B.溶剂成为杂质，影响产品质量

C.增加后续设备加工负荷

D.溶剂出现损耗

E.溶剂需要进行回收再利用

二、判断题

（True, False）

1)系统工程是一门关于决策方法论的技术科学

2)化工最优化追求的目标是整体优化

3)对于生产车间的主任来说，可运行化工系统工程理论来指导车间的生产管理

4)对于类似于中石化总公司这样的大型企业，过程系统工程是追求整体最优的理论工具

5)对一个过程进行模拟就是列出其模型方程组，并对方程组进行求解

6)实验室微型精馏塔是化工系统工程的一个研究对象

7)核算性模型的特征就是给定输入条件和计算参数，可计算出模型的输出结果，具有预

测能力

8)设计型模型的特征就是能够自动调整某一输入变量，使模型输出结果的某参数满足规

定的要求

9)在实验室微型反应器中所获得的反应过程数学模型可直接用于设计工业装置

10)某一固定体积的封闭体系中的气体，其压力P、温度T均可独立发生变化

11)对于含有30%氢气的烃类混合气体，所有状态方程均可应用于预测其P-V-T性质

12)自由度是系统能够自由指定数据的变量的数目

13)对于方程组来说，变量数等于方程数时，方程组具有唯一解

14)一股有5个组分的物流，被分割成3股，可写出5个物料平衡

15)物流在管道内的流动压降必须算作管道的自由度

16)一台泵的出口压力与电机功率可同时指定

17)用描述规则法可以分析出单元的详细特征信息

18)对于一个闪蒸器，可同时指定其T、P和换热器Q作为独立变量

19)精馏塔板平衡级模型的特点是认为离开塔板的气相和液相达到了平衡状态，因此气液

相的温度、压力都相同

20)对于理想体系，组分相平衡常数只与温度和压力有关，而与组成无关，可由温度下的组

分饱和蒸气压算出。因此，理想体系的闪蒸模型方程组为线性方程组

21)自由度分析角度看，节流阀所产生的压降与管道所产生的压降性质一样，都属于因流动

压降

22)可通过联立求解闪蒸模型方程组，直接计算出理想体系的绝热闪蒸结果

23)如果将气体视为理想气体，压缩机的自由度与离心泵一样，都只与输入功率有关

24)当体系中两个组分的相平衡常数相同时，不能由闪蒸的方式将两者分离

25)要对过程单元进行模拟时，可列出的模型方程类型主要有：物料平衡方程、能量平衡

方程、反应方程、相平衡方程等

26)节点相邻矩阵的行所对应的非零元素值表示列对应的节点向行对应的节点有输出

27)某节点相邻矩阵中元素a38的数值等于1，说明从节点3有一个输出弧直接到达节点8

28)节点相邻矩阵中某一行没有非零元素，则说明该行对应单元与其它单元没有联系

29)关联矩阵了描述节点和弧之间单向联系，因此既可用节点对应于行、弧对应于列，也

可用弧对应于行、节点对应于列

30)关联矩阵中，所有弧均被表示了两次，一次为输出、一次为输入，因此弧所对应的行

或列只有两个非零元素，且和为0

31)关联矩阵中节点所对应的行有多个+1，表示该节点有多个输入弧，为汇集单元；如有

多个-1，则表示有多个输出弧，为分支单元

32)连接表是节点相邻矩阵的压缩存储形式；顺序表是关联矩阵的压缩存储形式。两者都只

存储了有用信息

33)在分析过程系统的自由度时，可将系统内的所有单元合在一起，视为一个“组合单元”，

则可用表述规则法来分析过程系统的自由度

34)过程系统内部单元之间的连接物流在分析自由度可视为独立物料

35)一个方程中指定某一变量为输出变量，在方程组求解时其数值需事先赋值

36)根据Hall各异条件，一个N个变量，N个方程构成的方程组，若对每个方程可以指定

一个变量作为输出变量，且该变量不再作为其它方程的输出变量，则该方程组必定有解37)方程系统可以方程为一层，变量为下一层，将关系的方程和变量连线，形成拓扑双层

图，用以Lee系列算法获得最佳求解结构的独立变量组合

38)某4维方程组，其中只有一个局部度为1的变量，而没有局部度为1的方程，则该方

程组分解后必定会出现至少有2个以上方程的环形结构子方程组

39)不相关子系统就是一个大系统内的两个子系统之间没有任何联系，过程系统可在建模

时观察、分析出来，方程系统可通过Himmelblau算法分析出来

40)通过各种方法找到的不可分隔子系统实际上就是一个大系统中找出可以按照一定顺序

求解的规模较小的子系统

41)可及矩阵可用于识别相同尺寸的简单回路及多个简单回路共用一个节点所构成的复合

回路

42)索引矩阵与连接表是两种不同的描述过程系统结构的方法

43)索引矩阵经2次过乘幂法则后得到的矩阵I^3,其描述的还是原系统中3步弧的信息，

与Berge定理意义相同

44)在原始节点相邻矩阵中找到一条Steward通路，就是找到了一个回路

45)序贯模块法进行流程模拟时，有回路或者有设计规定的流程必须进行迭代

46)序贯法模拟时，如流程中有回路，则必须对返回物流（循环物流）进行切断，迭代处理

47)在写回路矩阵时，必须将流程中所有物流都写进去

48)序贯法开始流程计算时，必须保证流程中所有回路都至少切断一次。但最好是每个回

路都只切断一次

49)某有效断裂组{S2,S5,S7}，单元D的输入物流为进料F2和内部物流S5，出口物流为S8、

S9。由于在断裂组{S2,S5,S7}中没有F2，所以无法运用替代规则进行替代

50)对于循环物流较多、或者设计规定较多的流程，采用面向方程法模拟不需迭代，效率

更高。但方程组需将整体系统的方程一同求解，求解难度增加

51)一般说来过程系统的投资费用越大，将来的运行费用越低。因此这两者属于对立面，不

能将两者同时用做优化目标

52)最优化问题的最优解必须满足所有的约束条件

53)在进行优化计算时，必须等该次优化变量下所有的流程计算结果都出来以后才能得到

本次的优化目标数值

54)进行优化问题求解时，所有的优化算法都要求每次迭代都在满足所有约束条件的可行域

中进行

55)炼油厂不同装置生产的汽油馏分调合成质量符合国家标准的成品汽油时，只需要质量达

标即可，在销售收益上没有影响

56)在进行生产系统的优化时，要进行系统的自由度分析、确定独立变量、从中筛选少量

的作为优化变量、确定最佳断裂流股、建立流程模拟模型，建立优化模型、选择优化计算方法等

57)夹点技术的基础是热力学第二定律

58)夹点就是冷热工艺物流组合曲线在满足工程传热要求的基础上能够最大程度接近的限

制点

59)进行换热网络设计时，只要每台换热器的传热温差大于最小允许传热温差，所设计出来

的换热网络都能达到最大热量回收的目标，且换热总面积不变

60)在T-H图上，如果一段直线的斜率越小，说明其热容流率越小，温度越容易受到热量

的影响

61)在组合曲线图上，热流曲线如果斜率变小，说明有热流达到目标温度

62)在组合曲线图上，冷流曲线如果斜率变小，说明有冷流达到目标温度

63)在计算夹点划分温度区间时，需要将热流端点温度与冷流端点温度一起减去最小允许传

热温度，然后一起按照从大到小的顺序排序

64)计算夹点过程中进行温度区间的热量传递时，上级温度区间的热负荷可以与下级温度区

间的热负荷双向流通

65)从热量回收与传热速率的角度来看，都希望传热温差越大越好

66)某换热网络的冷流夹点温度为180℃，最小加热负荷为200kW。目前设置中有一台换热

器将一股冷流与一股热流进行热量回收，冷流温度由180℃升温到290℃,加热负荷为240kw。这是一个合理的加热方案，因为冷流的起始温度以跨过了冷流的夹点温度67)一股冷流从夹点温度开始与一股热流进行热量交换，则该换热匹配是夹点匹配，必须严

格遵循夹点匹配的可行性原则进行设计

68)采用夹点设计法进行换热网络设计时，夹点之上的热流必须通过换热的方式降温到夹

点温度。因此，当夹点之上的热流数目多于冷流数目时，则必须将冷流进行分割，才能满足传热温差的要求。

69)换热网络中，冷流与热流的夹点相同

70) 换热网络中有一股热流热容流率为2kW/K ，温度从180→80℃；另一股冷流热容流率为

4kW/K,温度从80→160℃；系统的最小允许传热温差为20℃，热流夹点温度为180℃，这两股物流可以进行夹点匹配。

71) 为了充分利用垂直推动力法则，可将一股热量与一股冷流进行多次换热，以降低换热面

积

72) 为了降低换热网络的投资，进行换热网络设计时除了要“一次用尽”，还应尽量选择热

容流率比较接近的物流进行匹配，以利于选择标准换热器

73) 对于丙烷-丙烯的分离操作一般应在没有其它杂质下进行

74) 综合生产与企业管理过程，运用线性规划方法对汽油馏分调合成成品油的方法是最完美

的优化方法

75) 如果两种组分的相对挥发度相近，就必须采用萃取的方式进行分离

三、简答题

一、已知方程组的形式为:

???

????????=======0

),,(0),(0),,,(0),,,(0),,,(0),,,(0

),(521721676545543247

63134

3212211x x x f x x f x x x x f x x x x f x x x x f x x x x f x x f 请用Sargent & Westerberg 法将方程组分解为维数较小的子方程组，并用组合节点(拟节点)表示出子方程组的计算顺序。答案：

① 写出方程系统的事件矩阵

??????????

???????????

11111

111

111117

65432

17654321f f f f f f f x x x x x x x

② 从非零元素最少行与非零元素最少列的交点开始指定每个方程的输出变量，如果有

方程不能指定输出变量，也没关系，可通过Steward 通路增加

??????????

???????????

?11

11111

111

111111

111117

6543217654321f f f f f f f x x x x x x x 123

456

7（结果可能有多种）

（图中输出变量下的数字表示指定顺序）

③ 根据输出变量将方程组转化为有向图 ④ 用图解法分析，最终结果：

删除顺序：{f2,f4} , {f3,f5} , {f7}， {f1,f6} 计算顺序：{f1,f6}→x1,x2

{f7}→x5

{f3,f5}→x6,x7 {f2,f4}→x3,x4

二、一换热网络有2个工艺热物流和2个工艺冷物流，数据如下表所示。若热、冷物流间最小允许传热温差C T ?=?10min ，试确定该过程的夹点温度、最小公用工程冷负荷和最小公用工程热负荷，并利用夹点设计法设计该换热过程的初始网络。

答案：

（1）根据所给数据作出问题表格（1）

物流标号热容流率初始温度终了温度热流量 CP /(kW )/C ? C T S ?/ C T t ?/ Q /kW H 1 4.0 150 60 360 H 2 2.5 160 50 275 C 1 3.5 50 170 420 C 2 2.0 40 150 220

（2）对各个子网络进行热量恒算，得到问题表格（2）

得到如下信息：

在 T min=10o C的情况下，夹点温度在热流体夹点温度150oC和冷流体夹点温度140 oC之间，故

夹点温度热流：T→150 oC；冷流：140℃←t

最小公用工程加热量Q H min = 100 kw

最小公用工程冷却量Q C min = 95 kw

（3）夹点上方子网络匹配

热端设计：

物流热容初始目标热负荷

标号流率温度温度

kW/ o C o C o C kW

CP T

s T

2.5 160 150 25

3.5 140 170 105

2 2.0 140 150 20

夹点

（4）夹点下方子网络匹配

kW/ 冷端设计：

物流热容初始目标热负荷标号

流率温度

温度

o C o C

o C

kW CP

T s T t

H 1 4.0 150 60 360H 2 2.5 150 50 250C 1 3.5 50 140 315C2 2.0 40 140 200

夹点

H 1H 2C 12

315

C C 2

C 3

200

（5）整个初始网络为：

整体设计方案：H 1H 2C 1C 2

315

H 1

200

C 2H 2

C 1

三、下图为著名的Rosen 过程的方框图，请用Upadhye-Grens(II)算法找出具有最少断裂流股变量数的最佳断裂族。

答案：① 先写出过程中的简单回路；② 运用替代规则剔除多余断裂；③ 找到非多余断裂组；④ 找出断裂流股变量数之和最小之断裂 {8},{5,6,10}

四、某过程系统的网络结构如下图所示，

图中以S 开头的编号表示流股，其后括号内的数字表示该流股的独立变量数。现确定切断的有效断裂组为{S2,S3,S4,S5,S8}，请以用Westerberg 算法来确定具有最少迭代变量数的最佳断裂组。解题步骤：

运用替代规则消去多于断裂；途径多种多样结果：

{S3,S7}为最佳断裂组，需迭代变量总数为12个。

五、有方程组

?????

????=+-=+-=--=--=-+0

6:0

63:08)5(:06:010:53151

444213543222411x x x f x x f x x x f x x x x f x x f 请用索引矩阵法将该系统分解为可顺序求解的若干子系统，并写出子系统的计算顺序。

解题步骤：

① 列出事件矩阵；② 指定输出变量；③ 画出有向图；④ 写出索引矩阵；⑤ 运用乘幂法

则找回路；⑥用拟节点代替回路继续运用乘幂法则；⑦确定子方程组求解顺序；⑧ 按顺序求解子方程组；结果：

方程组可分解为以下可按次序分别求解的子系统： {f1,f4}→x1,x4 x1=4, x4=6 {f3}→x2

x2=2

{f2,f5}→x3,x5 x3=0.6, x5=8.4

六、下表给出四股工艺物流的工况，最小允许传热温差?Tmin为20℃。请用夹点设计法设计一具有最大能量回收的换热网络。

解题步骤：

①将热流端点温度减去?Tmin与冷流端点温度，去掉没有潜热存在的重复温度点（热流需

加?Tmin），按从大到小顺序排序划分温度区间；

340,280,260,80,80,40

热流端点温度需+DTmin

具体温区：

温区： SN1 SN2 SN3 SN4 SN5

热流： 360 300 280 100 100 60

冷流：340 280 260 80 80 40

②计算每个温度区间的净需热量；

D1=-120; D2=-80; D3=-360; D4=600; D5=-80;

③从第一温区开始计算热量平衡；

O1=120; O2=200; O3=560; O4=-40; O5=40;

④找到逆向传热最多的温度点；

⑤由外界向第一补充扭转逆向传热所需的热负荷，计算热量平衡；

⑥向下一个温区传热为零的温度点即为夹点，第一温区获得的热量即为最小加热负荷，最

末温区传出热量即为最小冷却负荷；

⑦跨过夹点进行传热的所有换热匹配均不合理。

结果：

QHmin=40kW, QCmin=80 kW；

夹点位置：SN4与SN5的界面；夹点温度：热换热到100℃; 冷换热80℃；潜热位置夹点之上子系统

⑧ 设计换热网络方法：

i) 分夹点画冷热流热负荷分配

ii)

分别匹配，优先考虑热负荷，然后考虑热容流率相近，一次用尽夹点之上要优先考虑热流，必须完全通过换热降温到夹点温度夹点之下要优先考虑冷流，必须完全通过换热升温到夹点温度

80℃

夹点热负荷kW

CP 2

21520

120

360200CP

218060080

热负荷kW

060000

匹配

{这只是其中的一种方案，只要设计合理均可}

〖设计夹点匹配时必须要注意温差的要求，遵循夹点匹配的两种可行性原则〗

七、请用可及矩阵识别下图的不可分隔子系统，并写出子系统求解策略序。

求解步骤：

① 写出节点相邻矩阵A ；② 计算 A 2；③ 计算A*=A A 2；④找出A*中满足a ij =a ji 的节点对{1,2} {3,4}；⑤ 计算策略：联立求解方程1,2; 联立求解3,4

八、有如下的方程组:

??????

?====0),,,(0),,,,(0),,,,(0),,,(7643465431374321243211x x x x f x x x x x f x x x x x f x x x x f

对该方程组选择适当的决策变量组合可以避免对方程组的联立求解，从而达到提高计算速度的目的。请用最优决策变量选择的算法 ? Lee I 算法选择一组具有非环结构的决策变量，并用文字或图示的方法表示出方程的计算顺序。求解步骤：

① 划出方程组的拓扑双层图；② 从局部度等于1的节点开始运用Lee I 算法（采用同步删除或一步删除均可）；③ 所有方程节点删除以后余下的节点即为决策变量结果：

本题结果较多，参考答案为x1,x2,x3,x4,任选其三

九、下表给出四股工艺物流的工况，最小允许传热温差?Tmin 为10℃。请计算该系统的夹点温度及最小公用工程用量，并采用夹点设计法设计一换热网络。若在换热流程中设置了一台加热器将2#物流从200℃加热到300℃，分析其合理性及后果。

求解步骤：

① 将热流端点温度减去?Tmin 与冷流端点温度，去掉没有潜热存在的重复温度点（热流需

加?Tmin ），按从大到小顺序排序划分温度区间； 350,300,280,170,40,20 热流端点温度需+DTmin 具体温区：温区： SN1

SN2

SN3

SN4

SN5

热流： 360 310 290 180 50 30 冷流： 350

300

280

170