2020年春 中国石油大学（北京）远程教育学院 期 末 考 试 《 化工系统工程》（答案）

skystar

中国石油大学（北京）远程教育学院
期 末 考 试
《 化工系统工程》
学习中心：_______   姓名：________  学号：_______   
关于课程考试违规作弊的说明
1、提交文件中涉嫌抄袭内容（包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文），带有明显外校标记，不符合学院要求或学生本人情况，或存在查明出处的内容或其他可疑字样者，判为抄袭，成绩为“0”。
2、两人或两人以上答题内容或用语有50%以上相同者判为雷同，成绩为“0”。
3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不相干者，认定为“白卷”或“错卷”，成绩为“0”。
一、        填空题（每空2分，共30分）
1.在一个绝热封闭体系中，投入了9种已知质量的化合物，这些物质在其中发生了4个化学反应，产生了3种新化合物。当系统稳定下来后，生成了2个液相层、1个气相，要确定系统的状态需要（           ）个变量？
2.一股已知条件的工艺物流（组分数为20），进入带进料阀和换热盘管的气液分离器进行气液分离，有哪些手段能够影响分离器的操作效果（         ），（             ）。
3.某设计院进行一个常规精馏塔的设计，设计师需要考虑的设计变量有（      ）个。
4.过程系统节点相邻矩阵中流股汇集单元的特征是：（                               ）。
5. 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a25=a52=1、a27=a72=1、a57=1、a75=1，则说明：（                                                                        ）。
6.采用序贯模块模拟法进行流程计算时，最佳断裂流股要保证相关子系统中所有回路（                                                                     ）。
7.由描述过程系统结构的原始索引矩阵I运用乘幂法则通过比较与替代获得了新的矩阵J=I2，其中，出现了4个相同的节点对{3-3}、{5-5}、{8-8}、{9-9}，则说明：（               
                                                                      ）。
8.某工艺物流，其流率为100 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)，其热容流率是（      ）kW/K，换热热负荷是（          ）kW。
9.计算夹点时，温度按照从高到低的顺序排列。其中温区1向温区2输出热负荷是160kW，温区2内热流的负荷是200kW，冷流的负荷是300kW，则温区2向温区3输出的热负荷是（         ）kW。  
10.对于下图所示流程，有（     ）个简单回路，最佳断裂流股是{            }。

11.下图所示的换热匹配中，夹点之下子系统的夹点匹配是（      ）。换热匹配①是一个错误的夹点匹配，原因是（                                                        ）。


二、简答题（每题10分，共30分）
1. 某装置工艺流程如下图所示。其中进料含反应物组分A与杂质组分B，经过反应器后A发生化学反应生成产物C。请分析该流程有哪些变量可作为独立变量，并列出各单元的具体控制参数。（图中数字表示物流的自由度）

要求：
应用描述规则法分析系统的自由度，请详细说明每个单元操作的自由度和典型决策变量。
评分标准：
    （1）针对每个单元操作的自由度分析情况酌情给分（6分）
    （2）正确描述整个系统的典型控制参数（4分）

2. 请用索引矩阵法分解下列方程组，并求解。
方程组1：               （学号为奇数学员答题）

方程组2：              （学号为偶数学员答题）
要求：
（1）列出方程组事件矩阵、输出变量、索引矩阵；
        （2）写出详细解题过程；
        （3）给出方程组求解结果。
评分标准：
        事件矩阵（2分），输出变量（4分），索引矩阵（2分），结果正确（2分）。

3. 简要介绍一下工作背景，谈一谈你对化工系统工程在工程实践应用中的一些见解和建议。
要求：先介绍工作背景（或学习背景），结合课程相关知识点谈几个应用机会。
评分标准：结合论述，综合给分。

三、课程设计题
1.（学号为奇数学员答题）
请计算下表中换热过程的夹点和最小公用工程量（Tmin=20℃），画出T-H图，并用夹点设计法设计一个最优换热网络。并请简要叙述夹点法设计换热网络的原则。
流股及类型        热容流率CP, kW/K        入口温度,℃        出口温度，℃        热量，kW
H1        2.0        360        60        600
H2                180        180        500
C1        2.0        40        260        440
C2        3.0        40        290        750
    注：H2为纯组分饱和蒸汽冷凝物流。

2.（学号为偶数学员答题）
请计算下表中换热过程的夹点和最小公用工程量（Tmin=20℃），画出T-H图，并用夹点设计法设计一个最优换热网络。并请简要叙述夹点法设计换热网络的原则。
流股及类型        热容流率CP, kW/K        入口温度,℃        出口温度，℃        热量，kW
H1        2.0        360        60        600
H2                180        180        450
C1        2.0        40        260        440
C2        3.0        40        290        750
    注：H2为纯组分饱和蒸汽冷凝物流。
要求：
        （1）给出温度区间、温区净需热量计算、温区传热计算
        （2）给出夹点位置，最小工程负荷
        （3）计算冷、热组合曲线关键节点的（热负荷、温度）点，绘制T-H曲线
        （4）分别进行夹点之上和夹点之下的换热网络设计
        （5）简要叙述夹点法设计换热网络的原则

评分标准：（非原则性错误，酌情扣分）
1）正确划分温度区间，5分；
2）正确完成夹点计算10分；
3）画出T-H图10分；
4）画出换热网络10分。
5）完整回答夹点法设计换热网络的原则，5分；