二-分离过程的变量分析及设计变量的确定PPT课件

第二章多成分分离基础，多成分分离，2.1分离过程的变量分析和设计变量的确定，2.2相平衡关系的计算，2.3多成分系的泡点和露点计算，本章总结，思考问题，主要内容，把握，重点把握，2.4单级平衡分离过程的计算， 掌握2.1.1设计变量2.1.2单元的设计变量2.1.3装置的设计变量、2.1分离过程的变量分析和设计变量的确定variableanalysissianddesignvariabledeterminationofseparationprocess 由于组点数增加，过程的复杂性增加，有必要使用数学模型，用联立和迭代法严密地解数量多的方程式。 2.1.1设计变量Designvariable，对多分量多阶段分离过程的多方程式求解：指定的已知量太多的话，方程式就不能求解。 如果指定的已知量太少，方程就有无限解。 只有独立方程的数量和未知变量(未指定的量)的数量相等时，方程才具有唯一的解。2.1.1设计变量Designvariable，设计变量计算前应指定的物理量，过程的设计变量，首先是变量，设计变量，流量组成温度压力平衡级数、分离过程相关的总独立变量和描述该过程的方程式数之差，2.1.1设计变量Designvariable，如何步骤1 :确定流程中的设计变量的数量；步骤2 :选择适当的变量作为设计变量；步骤3 :指定的设计变量的具体数值。 2.1.1设计变量Designvariable，单元的设计变量1 .无浓度变化的单元(辅助单元)2.有浓度变化的单元3 .几个重要的集成单元4 .总结装置的设计变量1 .装置的设计变量2.Niu简便的计算方法3 .例-普通精馏塔2.1.1设计变量Designvariable 1、总独立变量2、限制(条件)数、材料平衡限制、能量平衡限制、相间分配关系的限制、固有限制3、设计变量、2.1.1设计变量DesigNvariable、1、总独立变量、1个c组斯科由于x2(1)、x3(1)、 xc(1)、x1(2)、x2(2) x3(2)、 xc ()、.t、p、c、2个、合计C 2个、(1)相满足标准化条件，所以不独立合计C 2个变量、个制约、个独立变量、相律、每股的物流独立变量为C 2、(1)单相物流、(2)相平衡物流、系统总变量Nv :物流数nm、工作交换数nw、热流数nq、Nv=nm(C 2) nw nq、1、总独立变量、Nv、供给、易失性杂质、塔输入工作w，输出热q，Nv=4(C 2) 1 2=4(C 2) 3，(2)能量平衡制约，(1)材料平衡制约，(4)固有制约，2，制约(条件)数NC，(3)相间分配关系的制约，(1)材料平衡制约，一个c成分的物流，(c物质平衡式)、 (C-1成分的物质平衡式)、(1个总平衡式)、(2)能量平衡制约、能量平衡计算， 对于热平衡计算外界和无机能交换的分离过程，一个热平衡计算方程，热平衡计算=nmH nqQ，热平衡计算方程包括入、出系统各物流的焓和所有热流，相间分配关系的制约在两相平衡时，各组按照一定的规律分配到两相。 c分量的汽水平衡系统，c相间分配关系，k，yi=kxii=1，2，3， c，固有约束，固有约束是考虑到的特定系统固有的，固有约束通常可以用简单的方程式表示。 例如，如果远离一个单元的两个物流均衡，则它们的温度、压力相等，从而存在两个固有的限制。 3、设计变量Ni，总变量Nv，联立方程式中的变量总数，约束数NC，方程式中的方程式数，设计变量Ni，方程式中赋予的已知量的数，固定设计变量实际上由装置在整个过程中的地位决定，设计者容易决定例如，供给物流的变量(流量、组成、温度和压力)和系统的压力。真的需要设计者决定的变量！ 3、设计变量Ni，可调设计变量对于复杂的系统来说，变量和约束数多，计算变量和约束数不仅麻烦，而且错误(计算遗漏和再计算)也多，有效的方法是将系统分成几个基本单元(基本单元)，这些基本单元、2.1.2单元的设计变量Designvariableofunit，单元(或单元) “e”，2.1.2单元的设计变量Designvariableofunit，分离过程的单元有两种：1，单元是辅助单元。 例如分配器、热交换器(包括加热器、冷却器、全冷凝器、全蒸发器)泵等。 2.1.2单元设计变量Designvariableofunit，1、无浓度变化的单元、单元无浓度变化，可视为单相。、各自的物流只有C 2个独立变量。 通常考虑流量、温度、压力、组成。 分配器、材料平衡式、固有约束数、22、各材料的温度和压力分别相等。5、1个供应物流变量(流量、温度和压力)。 由于系统压力和供给压力相同，所以这里的固定设计变量不包含系统压力。 全冷凝器(生成物为液相)、两条物流、一条热流、出口温度、全冷凝器(生成物为液相)、VF、q、l、全冷凝器(生成物为液相)，明显调整设计变量为1，通常指电池的温度。 然而，如果给定单元(即，出口)温度是泡点温度，则该单元的可设计变量为0。 出口温度为泡点温度，或出口温度为过冷却温度，出口温度=泡点温度，3 )热交换器(包括加热器和冷却器)、4根物流、冷、热流体分别有一个材料平衡式，(因为2根物流不直接接触)、热平衡式、(3)热交换器(包括加热器和冷却器)、2根供给物流、t， p和流量、系统压力等级为2 (冷热流体的各压力)、热交换器的调整设计变量通常可以规定为冷或热流体出口温度或传热面积。1、没有浓度变化的单位、2、有浓度变化的单位中，单相料号的独立变量和二相料号的独立变量都是c 2。 对于互相平衡的两个物流，可以举出C 2个方程式(压力、温度、c成分的化学位相等)，与一个二相物流时的设计变量Ni相同。 各成分可写一个平衡式，各单元的平衡式均为c个，与其他辅助单元相同。 材料平衡式，(1)部分冷凝器，该机组与外部有热交换。、气液平衡关系、气液平衡时，气相和液相t、p相等、供给物流变量、压力(等级)、通常规定冷凝器的l或传热面积或热负荷。 l或传热面积或热负荷，(1)部分冷凝器，(2)单纯平衡级(隔热操作)，相间相互分配关系，36，(2)单纯平衡级(隔热操作)，2根供给，(3)供给板，资材平衡式，热平衡式，气液t，p相等，3根供给，压力，(3)供给板， 混频器(m) 分相器(s )、部分蒸发器(RP )，2，有浓度变化的单元，部分冷凝器(CP )，全冷凝器-冷凝液为双液相(c2)，双液相温度为泡点，4，汇总，分配器，热交换器(加热/冷却)，部分冷凝器，重沸器，侧线采集段，有传热的平衡段，全冷凝另外，如果上述式成立，则可以计算各单元的可以调整的设计变量，从而获得装置的可以调整的设计变量。另外，如果设备中的单元以串联方式被重新使用(例如，精馏塔)，则2.1.3设备的设计变量Designvariableofdevice，1，设备的设计变量的总数Niu应该增加变量，以区别这种单元和连接到其他单元的情况、精馏塔、串联单元数、理论板单元以串联形式使用n，理论板单元以串联形式使用m，2.1.3装置的设计变量Designvariableofdevice，1，装置的设计变量总数Niu，如果两种单元以串联形式重复使用，则为2个变量图1-9精馏塔，串联单元数或重复变量Nr，精馏级为1串联单元，提取级为1串联单元，精馏塔的精馏级和提取级分别为串联单元，因此精馏塔Nr=2。 另外，设备的设计变量的总数Niu在设备中彼此直接连接的单元之间必须有一个或几个物流，并且在单元之间有新的约束关系式。 图1-9精馏塔：n株的单相物流连接到单元间的话，追加n(c 2 )个新的约束关系式。 地址、1、装置的设计变量总数Niu、代得到：、Nau=Nr Nae成立了吗？ 把46，Nr单元重复使用的变量的数量称为重复变量或串联单元数。 1、装置的设计变量总数Niu，总结：图所示精馏装置的设计变量(分为6个单元)全冷凝器C 4回流分配器C 4N-(M 1 )板的平衡级2C (N-M-1) 5馈级3C 7(M-1 )板的平衡串联级2C (M-1 ) 分析了5重沸器C 4设计变量10C N 27机组之间有9条物流，因此， 装置的设计变量为：固定设计变量3360可变设计变量规定：固定设计变量供给C 2是泡点温度1一级压力n总理论级N1全凝固器压力1供给位置M 11回流分配器压力1馏出流量1回流比1C N 45、装置的设计变量的例子-精馏塔，(1)装置的固定设计变量Nxu决定如果某个供给压力与进入机组的压力相等，或从供给变量的总数减去1 (相当于约束关系)，机组的独立压力等级数为0。 每个供给都有(C 2 )个变量，计算装置的供给变量的总数。 (2)计算装置整体可调整的设计变量Nau、2、Niu的简便计算方法，nau=nr、从分配器的数量侧导出的导出单元的数量、传热单元的数量3354、部分冷凝器的数量3354、重沸器的数量，2， Niu简便的计算方法Nau=Nr Nae Nae=1的单元，50，总结，1 .计算设计变量前应该指定的物理量2 .总变量Nv=nm(c 2) nw nq，总结，3 .单元的设计变量，分配器，热交换器(加热/冷却)，部分冷凝器，重沸全冷凝器，全蒸发，混合器，单纯平衡级，规定的出口温度，几个平衡级串联