化工过程的设计.ppt

  3.3 化工流程的物料衡算（不带反应）  解： 这是一个只做物料衡算的情况，从流程特点可以看出，整个流程系统是： 因为流程中没有化学反应，而所有输入的流股中只含有4种组份，因而可以判定流程中所有流股所含有的组份应该≦4种。  第二步、做流程的自由度分析 （1）混合器1及萃取塔的自由度分析 （2）溶剂提馏塔及整体的自由度分析 （3）溶剂回收塔及产品精馏塔的自由度分析 （4）混合器2及过程的自由度分析 （5）整体与过程自由度分析之间的区别 求解完溶剂回收塔和产品精馏塔后。 求解完混合器1后。 求解完整体（OB）后，将对混合器2、溶剂提馏塔的物料衡算产生影响。 求解完溶剂提馏塔后，将对混合器2、萃取塔的物料衡算产生影响。 从以上分析可以在具体计算之前得出物料衡算的计算顺序： 4、按判断的衡算计算顺序进行具体求解 本题小结1、认识到自由度分析是物料衡算计算的有力工具，掌握物料衡算的求解步骤；2、在自由度分析之前，必须会根据流程特点判断流程中各流股所含的组份数；3、会判断流程设计是否是弹性设计，会挑选合适的计算基准；4、会根据自由度分析结果判断衡算计算顺序，尤其是应该注意更新自由度分析；5、不能忽视具体的求解计算过程。 ● 整体：又称“总体”，意指只考虑进出系统的流股，不考虑流程内部的中间流股。“Overall Balance”，简称“OB”。 ● 过程：与整体的区别在于，过程不仅包括进出系统的流股，还要包括流程的所有中间流股。 流程自由度分析结果一览表 原自由度 附加关系式数 已知变量数 MB衡算方程数 变量总数 OB （整体） 过程 溶剂 提留塔 混合 器2 产品 精馏塔 溶剂 回收塔 萃取塔 混合 器1 8 3 2 1 +2 12 4 2 0 +6 7 3 3 0 +1 6 2 2 1 +1 8 2 3 0 +3 10 4 3 0 +3 31 18 10 2 +1 11 4 5 0 +2 一个正确（设计条件给得恰好）的化工流程，其“过程”一栏中的自由度必须是0，而且其它单元（包括虚拟的OB）的自由度必须都≧0。 而且整体只是一个虚拟的单元，看一个化工流程设计条件给得正确与否，不能只看整体的自由度分析结果，而应该看过程的自由度分析结果。 要特别注意过程自由度分析时，MB方程的加和性、附加关系式的加和性。 去流程图 本例题的过程自由度为＋1，那么肯定不能通过MB计算确定流程中所有流股变量的唯一解。 问题：这个例题是不是出错了？ 全部流程设计条件中，已知的流股变量中，只有组成变量，而没有一个流量变量已知。也就是说，该流程所有设计已知数据只有“强度”性质的数据，而没有一个“容量”性质的数据已知。 在这种情况下，该流程设计条件很有可能是所谓的“弹性设计”。 回流程图 针对弹性设计流程的自由度分析时应该注意： 1、流程是否是弹性设计？ 一个流程是弹性设计，必需同时满足以下二个条件： （1）、流程过程自由度必需是＋1； （2）、流程的已知流股变量全部是强度性质（没有一个流量变量已知）。 2、针对弹性设计，做衡算计算时，就要假设一个流股的流量已知，将某一个流股的流量赋一个值，这个流股的假设流量就称为弹性设计流程的计算基准。 3、计算基础的挑选原则： （1）、放在自由度最小的单元上； （2）、附带再考虑计算基准对相邻单元的影响。 针对本例题，计算基准选谁（假设哪个流股的流量值）？ 去自由度表 流程自由度分析表（假设F10已知） +2 +1 +3 +3 +1 +1 +6 +1 自由度 计算基准 ＋2 0 ＋3 ＋3 0 0 ＋6 ＋1 新自由度 0 2 0 0 1 0 0 1 附加关系式数 5 10 3 3 2 3 2 2 已知变量数 4 18 4 2 2 3 4 3 MB衡算方程数 11 31 10 8 6 7 12 8 变量总数 OB 过程 溶剂 提留塔 混合 器2 产品 精馏塔 溶剂 回收塔 萃取塔 混合 器1 本例题最优选择F10已知，将F10作为计算基准。 －1 －1 －1 这样，该设计变成了有唯一确定解的正确设计了。 问题：基准大小对MB 结果的影响？ 针对以上分析结果，手工计算应该从哪里入手？ 手工计算肯定先从自由度最小的单元开始，尤其是从自由度为0的单元开始。本例题肯定首先解溶剂