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中国石油大学（北京）远程教育学院
《化工系统工程》期末考试
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（ 2 ）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（调节阀的开度），（调整换热判盘温度）。
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（ 2 ）个。 4.过程系统节点相邻矩阵中流股汇集单元的特征是：（列有多个非零元素）。
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：（节点3和5组成一个简单回路，节点3和7组成一个简单回路，这两个回路构成复合回路）。
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（被切断）。
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：（这4个节点构成两个简单回路，但是目前的信息无法判断具体组合信息）。
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（600）kW/K，换热热负荷是（ 1200 ）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（ 20 ）kW。
10.对于下图所示流程，有（2）个简单回路，最佳断裂流股是{ S2（8）}。
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S4(2)S1(3)ABS2(8)CS3(9)DS5(4)S6(7) 11.下图所示的换热匹配中，夹点之下子系统的夹点匹配是（该处过程系统的热流量为零）。换热匹配①是一个错误的夹点匹配，原因是（夹点之下不应该设置任何公用工程加热器）。
夹点H1H2125346C1C2
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）
5压缩机45反应器5A(B,C)55调压阀55闪蒸放空进料5C,A(B)水3A(B)5产品C(A,B)
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）
答：进料量、进料速率、反应温度、反应压力、调节阀的开度、闪蒸蒸发量等变量可作为独立变量。
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2.请用索引矩阵法分解下列方程组，并求解。
?A:??B:?方程组1：?C:?D:???E:x1?x4?10?0x22x3x4?x5?6?0x1x2(x4?5)?8?0（学号为奇数学员答题） x4?3x1?6?0x1x3?x5?14?0答：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=1, x5=18
?A:??B:?方程组2：?C:?D:???E:x1?x4?10?0x22x3x4?x5?6?0x1x2(x4?5)?8?0（学号为偶数学员答题） x1x3?x5?14?0?3x1+x4?6?0答：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,f5﹜→x1, x4 x1=4, x4=6 ﹛f3﹜→x2 x2=2 ﹛f2,f4﹜→x3, x5 x3=1, x5=18 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：
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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。
答：略。
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 H1 H2 C1 C2 热容流率CP, kW/K 2.0 2.0 3.0 入口温度,℃ 360 180 40 40 出口温度，℃ 60 180 260 290 热量，kW 600 500 440 750 注：H2为纯组分饱和蒸汽冷凝物流。 答：
夹点温度热流：T→150℃，冷流：140℃←t 最小公用工程加热量QHmin=100KW 最小公用工程冷却量QCmin=94KW 整个初始网络为：
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整体设计方案：H1H2C1C2H1夹点213C1H45C2H5080H225315200 20夹点设计的三个基本原则： 原则一：尽量避免热流量通过夹点。
原则二：夹点上方尽量避免引入公用设施冷却物流，但可引入加热设施。 原则三：夹点下方尽量避免引入公用设施加热物流，但可引入冷却设施。 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 H1 H2 C1 C2 热容流率CP, kW/K 2.0 2.0 3.0 入口温度,℃ 360 180 40 40 出口温度，℃ 60 180 260 290 热量，kW 600 450 440 750 注：H2为纯组分饱和蒸汽冷凝物流。 答：
夹点温度热流：T→150℃，冷流：140℃←t 最小公用工程加热量QHmin=99.9KW 最小公用工程冷却量QCmin=93KW 整个初始网络为：
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中国石油大学(北京)远程教育学院《化工系统工程》期末考试及答案
