化工分离过程第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算.ppt

* 3.1.2 装置的设计变量 装置是由若干个单元所组成，各个单元又是依靠单元间的 物流而连接成一个装置，因此，整个装置的设计变量应为各单 元的设计变量之和。 在装置中某一单元被重复使用时，则应该增加一个变量数 以区别于一个这种单元与其他单元连接的情况，这一表示单元 重复使用的变量数为重复变量。 此外，由于装置中相互连接的单元之间必有一股或几股物 流，在连接的单元之间有了新的约束关系，显然，每一个连接 两个单元之间的单相物流将产生(c+2)个约束关系，因此，装 置的设计变量为： * 3.1.2 装置的设计变量 装置的设计变量由各单元的设计变量确定： N——连接单元之间的单相物流数 重复使用一种 单元为Nr=1 每一个连接两个单元之间的单相物流将产生c+2个等式 * 3.1.2 装置的设计变量 例4. 简单吸收塔（N块理论板串级） ∴ （重复使用理论板）为1 2（N-1）股汽、液流量 变量数相等 查表3-1： * 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 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） * 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 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 * 3.1 设计变量 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。 * 3.1 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 * 3.1 设计变量 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？ * 3.1 设计变量 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） * 3.1 设计变量 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： * 3.1 设计变量 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） * 3.1 设计变量 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 * 3.1.1 单元的设计变量 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