化工分离过程(3.1设计变量)(第5讲).ppt

化工分离过程 Chemical Separation Processes 第三章 多组分多级分离过程 分析与简捷计算 第三章 多组分多级分离过程分析与简捷计算 第三章 多组分多级分离过程分析与简捷计算 第三章 多组分多级分离过程分析与简捷计算 3.1 设计变量 3.1.1 单元的设计变量 3.1.2 装置的设计变量 3.2 多组分精馏过程（普通精馏） 3.3 萃取精馏和共沸精馏（特殊精馏） 3.4 吸收和蒸出（解吸）过程 3.5 萃取过程 3.1 设计变量 3.1 设计变量 3.1 设计变量 3.1 设计变量 3.1 设计变量 3.1 设计变量 3.1 设计变量 3.1 设计变量 3.1.1 单元的设计变量 3.1.1 单元的设计变量 3.1.1 单元的设计变量 3.1.1 单元的设计变量 3.1.1 单元的设计变量 3.1.1 单元的设计变量 3.1.2 装置的设计变量 3.1.2 装置的设计变量 3.1.2 装置的设计变量 3.1.2 装置的设计变量 3.1.2 装置的设计变量 3.1.2 装置的设计变量 3.1.2 装置的设计变量 3.1.2 装置的设计变量 3.1.2 装置的设计变量 3.1.2 装置的设计变量 本次课内容总结 * * 多组分精馏： 组分数 c2 求解的变量数目较多——变量分析 塔内分布复杂——过程分析 计算 简捷法：芬斯克—恩德伍德—吉利兰法（FUG） 萃取精馏简化法 共沸精馏图解法 吸收因子法 逆流萃取集团法 逐板法：严格计算法（第四章内容） √ √ 在任何涉及传热和传质的物理分离过程的设备设计过程中，首要的工作就是进行工艺条件独立变量的规定。 ——Mooson Kwauk(郭慕荪)，1956 分离装置的设计的实质就是确定与分离装置相关的各种 物理量的具体数值。 这些物理量之间是相互关联的，从数学的观点来看，如 果这些物理量具有唯一的数值，这些物理量之间制约关系应 该与物理量的数目相等。 在实质分离过程设计中，两者之间常常不相等，为了使 分离过程的计算得以进行，设计者通常要预先对其中的一些 变量规定数值，设计者规定数值的变量称为设计变量。 设计者首先要确定出需指定变量的具体数目，再选择变量的具体数值。 唯一解 无数组解 无解 例如二元精馏： 可解出：N；…… （xWA, xDB, R, 进料位置） （F, xF ,q, P） 设计变量：确定设计中的已知变量 —— 固有的4个变量 —— 规定的4个变量 对于复杂体系变量如何确定？ 设：Nv——系统的独立变量数 Nc——描述这些独立变量之间的约束关系数 设计变量： ——确定设计变量数 （3-1） 独立变量数 Nv=出入系统的各股物流的独立变量数+ 系统与环境的能量（热、功）交换数 相律： x——热交换数，功交换数等 任意单股物流（一股、单相）： NV=N(c+2)+功进(出)数+能进(出)数 只限于轴功（泵） 若有N股物流，且有功、能交换： 则： Nc——变量之间的约束关系数（独立方程数）包括： （1）物料平衡式 （2）能量平衡式 （3）相平衡式 （4）化学平衡关系式 （5）内在关系式 （对c 组分体系有c个） （对一个体系只有1个） （对c组分π相体系有c（π-1）个） （只考虑无化学反应体系的分离过程，不考虑该约束条件） （指约定的关系，例如：物流间的温差，压力降的关系式等） 固定设计变量 指确定进料物流的那些变量(例如，进料的组成和流量等)以及系统的压力。 需要设计者确定的变量 设计变量 可调设计变量 例1. 分配器 将复杂化工装置分解成简单单元，求 三股单相物流，无热量引进和移出。 独立变量数为： 约束关系： 物料平衡 c 能量平衡 1 内在关系: L1和L2 温度、压力相等 2 L1和L2 浓度相等 c-1 2c+2 设计变量为：