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过程系统工程-复习课


最大回收热负荷?
化工系统工程复习课
名词解释
是非判断
填空题 大 题 六 十 分 夹点描述
系统分解
问题表格
1
基本概念
第一章
过程系统分析、过程系统综合、过程系统优化
第二章
数学模型
过程流程模拟基本任务 信息流图,流股,节点 邻接矩阵 过程系统模拟的基本方法
基本概念
第三章
自由度分析
物流标号 H1 H2 C1 C2
热容流率CP / ( kW/℃ ) 2.0 8.0 2.5 3.0
初始温度Ts /℃ 150 90 20 25
终了温度Tt /℃ 60 60 125 100
热负荷Q / kW 180.0 240.0 262.5 225.0
子网络的分割,问题表格(1):
做法:
表 5-3 子网络序号 k SN1 SN2 SN3 SN4 SN5 问题表格(1) 冷物流及其温度 C1 C2 /℃ 125 100 70 40 25 20 H1 150 145 120 90 60 △Tmin = 20 ℃ 热物流及其温度 H2 /℃
A,(B,C,D)
A,(B,C,D)
B,C,D,E为拟节点,该节点包含两个环路:(B,C,D,B)及(C,E,C)
( E )
(3)C开始
合并A,B,C,D,E
A,(B,C,D),A E
节点C,A,B,C构成一环路,合并A,B,C,D,E为拟节点,该节点 包含3个环路:(B,C,D,B)、(C,E,C)及(C,A,B,C)。 (4)D开始 ( [A,B,C],D),E,C,D
SN6
对子网络进行热衡算:
Ok=I k-D k
D k=(∑CPC- ∑CPH )(T k-T k+1)
k=1,(温度间隔为 150~145 ℃)
D 1=(0-2) ×(150-145) = -10
(负赤字表示有剩余热量10kW) I 1 = 0 (无外界输入热量) O1= I 1 - D 1= 0 -(-10) = 10 O1为正值,说明子网络 1(SN1) 有剩余热量供给子网络2(SN2)
过程系统自由度、独立流股自由度
化工过程系统分解
系统的分隔 系统的断裂 独立子系统、断裂族、最大循环网、有效断裂组、步长
基本概念
第五章
在T-H图上描述夹点
问题表格法
夹点的意义
总组合曲线的定义 多夹点问题,夹点区间特点 门槛问题
单元串搜索法
3.3.3 对不相关子系统的分隔
计算顺序: H,(A,B,C,D,E),(F,G),I
无多余切断 计算排序
无多余切断
用于切断计算的扩展环路矩阵
S13 S12 S23 S82 S39 S98
1
S81
2 8
3
S9,10
9
S10,9
10
不可再分块 P1
r——相应流股在环路中出现的频率(次数) q ——流股状态的标记, q=1,-1,0分别表示该流股己被 切断、该流股处于初始状态、该流股与己切断流股处于同 一环路。
剩余热量(即需要子网络3向子网络2供给热量,但这是不可能的)。
k=6,(温度间隔为25~20 ℃)
D 6= 2.5 ×( 25-20) = 12.5
(正号表示有热量赤字12.5kW)
I 6 = O5 = -55
子网络5 (SN5)无剩余热量供给了子网络6 (SN6) 。 O6 = I 6 - D6 =-55 - 12.5 = -67.5 O6为负值,说明子网络6(SN6) 热量不够,无法达到规定的 传热要求。
S13 S34
1
S81
S12
2 8
S23 S82 S39 S98
3
S9,10
S39, S10,9 10
S10,9
9
8 10
1
2 S10,9
3
S39
9
不可再分块 P1
不可再分块P1的计算次序
夹点在T-H图上的描述
夹点在T-H图上的描述
冷端
夹点
两曲线的垂直距离=ΔTmin
热端
最小允许传热温差ΔTmin
F,G,F构成一环路,合并成另一节点。 (6)G开始 (A,B,C,D,E),(F,G),I 单元I只有系统输出流股,没有输出到系统内其他单元的流 股,由A开始的搜索结束。 (7)H(没有从系统中返回的输入流股)开始 H搜索到B,B的流股已经搜索过。没有从系统中返回的输入流 股,H不在任何环路中,可 最先计算。
T1 O1 Tk T k+1 Ok I1 D1
Ikቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I k+1
Dk D k+1
Ok+1
IK
DK Ok
例 5-2 一过程系统含有的工艺物流为2个热物流及2个冷物流,给
定的数据列于表 5-2 中,并选热、冷物流间最小允许传热 温差△Tmin = 20 ℃ , 试确定该过程系统的夹点位置。 表5-2 例5-2的物流数据
凡是等于P点温度的热流体部位和等于Q点温度的冷流体部位都是夹
点。热流体的夹点温度与冷流体的夹点温度相差ΔTmin。
夹点描述所得信息: (1)过程系统的最小传热温差,夹点部位的传热温差最小; (2)最小的公用工程加热负荷QH ,min ; (3)最小的公用工程冷却负荷QC, min ; (4)系统最大的热回收量QR,max ; (5)夹点将系统分为热端和冷端,热端在夹点温度以上,只需 要公用工程加热(热阱); (6)冷端在夹点温度以下,只需要冷公用工程冷却(热源)。 夹点温度差的影响: ΔT min大,QH, min、QC ,min 增大,QR,max减小
在不相关子系统中识别出不可再分隔的子系统,即循环回路及 最大循环网,并用拟节点表示,然后按信息流方向排出有利的 计算顺序。 A C B E B D A C D F E
1. Sargent 和 Westerberg 的单元串搜索法
(1)A(有系统输入)开始 合并B,C,D A,B,C,D,B B,C,D为一拟节点。 (2)C开始 A,(B,C,D),E,C 合并B,C,D,E
不同温差的影响
问题表格法
5.1.4 用问题表格法确定夹点
热级联: 每个单元都是相似的传热过程组成的 串级结构。每一级相当于一个子网络 热级联- 虚拟的结构,同一温位的物流 集中于同一级。 第 k 级的热平衡 (k =1、2、3、4、…..K) 输出 = 输入- 赤字 Ok=I k-D k D k=(∑CPC- ∑CPH )(T k-T k+1)
切断后不可再分块内的排序
切断的目的是避免联立解整个不可再分块,切断后的迭代解所涉及的变量数仅限
于被切断流股的变量数之和,一次迭代的单元计算次序则取决于切断点的位置。 单元计算的排序方法遵循以下原则:被切断流股视为已知;如果某个单
元的所有输入流股均已知则该单元可以首先计算,并且该单元的所
有输出也被视为已知;然后使用上述原则继续寻找下一个可计算单 元,如此重复直到回到原切断位置。
k =2,(温度间隔为 145~120 ℃)
D 2=(2.5-2) ×(145-120) = 12.5
(正号表示有热量赤字12.5kW)
I 2 = O1 = 10
子网络1 (SN1)的剩余热量供给了子网络2 (SN2) 。
O2 = I 2 - D 2= 10 - 12.5 = -2.5
O2为负值,说明子网络 2(SN2) 只能向子网络3(SN3)提供负的
拟节点中又识别出一个环路
节点D,E,C,D构成一环路。该拟节点包含4个环路: (B,C,D,B)、(C,E,C)、(C,A,B,C)及(D,E,C,D)。
(
( [A, B,C],D)
( E )
) (
E
( A, B,C,D)
(
E
)
)
(5)E开始 (A,B,C,D,E),F,G,F
合并F,G
(A,B,C,D,E),(F,G)
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