高等分离工程--03-设计变量.pptVIP

第三章 设计变量的确定 设计多元、多级、多相的分离问题，首先要确定各物理量的数值，如温度、压力、组成、流率、热负荷、理论平衡级等等，这些物理量都是相互关联相互制约的，要解决这种复杂分离设备的设计问题，必须确定足够多的设计变量数，使得未知变量数等于独立方程式的数，这样才有可能获得正确的结果，完成设计任务。倘若所选择的设计变量数不正确，就可能使所求的量出现多解或不合理的解。但设计者如何来确定所需的设计变量数呢？ 指定的原则 当设计独立变量数被确定以后，重要的是在这些设计变量当中，那些是需要由设计者来指定的。指定的原则：需要设定的独立变量数必须等于由设备结构(如塔的平衡级数、进料股数、进料位置、侧线出料股数、侧线出料位置等等)和由外部手段所能控制的(如系统温度、压力、进料组成、进料流率等等)给定变量数之和。 分离设备是由一些单元构件构成的，下面分别讨论各个单元的设计变量数的确定。 3-1 各个单元设计变量的确定 1). 单股物流变量 一股液相物流独立变量总数为： 组分浓度 C 温度 1 压力 1 流速 1 C+3 2). 全凝器和再沸器 它们各有两股物流和一股热量的进(或出)，所以独立变量总数为： NV=2(C+3)+1=2C+7 独立方程式名称 方程式数 组分物料平衡式 C-1 总物料平衡式 1 热焓衡算式 1 摩尔分率约束式 2 独立方程式数 NE=C+3 所以：设计变量数为： ND=NV-NE=(2C+7)-(C+3)=C+4 我们知道了独立变量数为C+4，那么如何来指定这（C+4）个变量呢，根据设计变量指定原则应指定方框内的设计变量： 入口物流：T、P、V、y1、y2、…yc-1、yc 出口物流：T′、P′、L、x1、x2、…xc-1、xc 出(或进)热量：Q 3). 部分冷凝和部分汽化器 它们各有三股物流和一股热量的进(或出)，所以独立变量总数为： NV=3(C+3)+1=3C+10 独立方程式名称 方程式数 组分物料平衡式 C-1 总物料平衡式 1 热焓衡算式 1 3 C 1 1 独立方程式数 NE=2C+6 所以：设计变量数为： ND=NV-NE=(3C+10)-(2C+6)=C+4 知道了独立变量数为(C+4)，我们再根据设计变量指定原则应指定方框内的设计变量： 入口物流：T、P、V、y1、y2、…yc-1、yc 入口物流：TV′、PV′、V′、y1′、y2′、…yc-1′ 、yc ′ 出口物流：TL′、PL′、L、x1′、x2 ′、…xc-1 ′、xc ′ 出(或进)热量：Q 4). 绝热平衡级 只有四股物流，没有热量交换，所以独立变量总数为： NV=4(C+3) =4C+12 独立方程式名称 方程式数 组分物料平衡式 C-1 总物料平衡式 1 热焓衡算式 1 4 C