二-分离过程的变量分析及设计变量的确定.ppt

分析如图所示精馏装置的设计变量（分为6个单元） 单元 设计变量 全凝器 C+4 回流分配器 C+4 N-（M+1）板的平衡级 2C+（N-M-1）+5 进料级 3C+7 （M-1）板的平衡串级 2C+（M-1）+5 再沸器 C+4 设计变量 10C+N+27 单元之间有9股物流，故 装置的设计变量为: 固定设计变量: 可调设计变量: 设计变量规定: 固定设计变量 可调设计变量 进料 C+2 回流为泡点温度 1 每级压力 N 总理论级N 1 全凝器压力 1 进料位置M+1 1 回流分配器压力 1 馏出液流率 1 回流比 1 C+N+4 5 装置的设计变量举例—精馏塔 (1)确定装置的固定设计变量 Nxu ①确定过程中的独立压力等级数。 当某一进料压力和进入单元的压力相等时，或者在进料变量总数中减去1（相当于一个约束关系），则该单元的独立压力等级数为0。 ②以每一进料有（C+2）个变量，计算装置的进料变量总数。 (2)计算整个装置的可调设计变量 Nau 2、Niu 简便计算方法 Nau = Nr+① + ②+ ③ +④+⑤ ①——分配器的数目 ②——侧线采出单元的数目 ③——传热单元的数目 ④——部分冷凝器的数目 ⑤——再沸器的数目 2、Niu 简便计算方法  Nau= Nr+∑Nae 列出Nae =1的单元 小结 1.设计变量——在计算前应该指定的物理量 2.总变量数 Nv= nm（c+2）+nw+nq 小结 3.单元的设计变量 分配器 换热器（加热/冷却） 部分凝器 再沸器 侧线采出级 带有传热的平衡级 全凝器 全蒸发 混合器 简单平衡级 给定出口温度 由若干平衡级串联而成串级单元 加料板 小结 4.装置的设计变量总数 Niu Nr——单元重复使用的变量数称为重复变量或串级单元数。 小结 5.用郭氏法（简便计算 )确定分离装置的独立变量数的步骤： (1) 确定装置的固定设计变量 Nxu ①确定过程中的独立压力等级数。 (2) 计算整个装置的可调设计变量Nau ②以每一进料有（c+2）个变量，计算装置的进料变量总数。 作业 P54（1）， （2），（3） 每周五交作业 ！ * * * 此时应该考虑将Nr添加到式4里面。 * ⑴ 物料平衡约束 一个C组分的物流 C个物衡算式 或 C-１个组分物衡算式 １个总物衡算式 ⑵ 能量平衡约束 能量衡算 热衡算 对于和外界无机械能交换的分离过程 1个热衡算方程 热衡算＝nmＨ＋nqＱ 热衡算方程中包括进、出系统各物流的焓和所有热流 ⑶ 相间分配关系的约束 当两相呈平衡时，各组分按一定的规律在两相中分配。 C组分 汽液平衡体系 C个 相间分配关系 Ｋ yi =K xi i =1, 2, 3, ...... C ⑷ 固有约束 固有约束是考虑的特定系统所固有的，固有约束通常可用简单等式来表示。 如：离开某一单元的两股物流成平衡， 则它们的温度、压力相等，这样就有两个固有约束。 ３、设计变量数 Ni 总变量数 Nv ——联立方程组中变量总数 约束数 NＣ ——方程组中的方程数 设计变量 Nｉ ——方程组中给定的已知量的数目 ——固定设计变量 实际上由装置在整个流程中的地位所决定，很容易被设计者确定的变量。如：进料物流的变量（流量、组成、温度和压力）及系统的压力。 真正需要设计者确定的变量! 3、设计变量数 Nｉ ——可调设计变量 对于一个复杂的系统，变量数和约束数都很多，计算变量数和约束数不仅麻烦，而且往往容易出错（漏算或重算）， 一个有效的办法是将系统分成