化工分离工程_设计变量

1、1.4 1.4 设计变量设计变量 1.4.1 单元的设计变量单元的设计变量 1.4.2 装置的设计变量装置的设计变量u设计变量设计变量：确定设计中已知变量确定设计中已知变量u例如二元精馏：例如二元精馏： 可解出：可解出：N； , ,44FWADBF xq PxxR固固有有的的个个变变量量， ，进进料料位位置置规规定定个个变变量量 对于复杂体系变量如何确定？确定变量数目确定变量数目设计变量设计变量约束条件约束条件系统中的变量数系统中的变量数设：设：CViCVNNNNN iCVNNN，如何确定如何确定u约束条件数约束条件数 ： 物料平衡式物料平衡式 能量平衡式能量平衡式 化学平衡式化学平衡式 其它

2、相等条件其它相等条件CN如何确定？CVNN ,u变量数变量数 ：数数出出能进能进数数出出功进功进）（换：换：股物流，且有功、能交股物流，且有功、能交若若物流数（一股）物流数（一股）自由度数（自由度数（单相）：单相）：任意单股物流（一股、任意单股物流（一股、)()(2212+ + + + + + + + + + + CNNNCCfNVVp pVN返回1.4.1 1.4.1 单元的设计变量单元的设计变量 u将复杂化工装置分解成简单单元，求将复杂化工装置分解成简单单元，求 ： 42263221216300233+ + + + + + + + + + + + + + CCCeiNCCxxPPTTCeN

3、CCeNNLiFiFFCV）（）（个个个个个个等等量量关关系系：个个能能量量衡衡算算式式：个个物物料料衡衡算算式式：）（物物流流数数：eiNeiN例1.分配器FFFPTxF,PTxLL,11PTxLL,2213431211 + + + + + + + + + ）（）（）（中分配器：中分配器：例例CCexNeiNeaNCCexN设计变量分：设计变量分： 固定设计变量固定设计变量 ： 进料物流变量和系统压力进料物流变量和系统压力 可调设计变量可调设计变量 ： 除除 的其他变量的其他变量eaNexNexN往往对此感兴趣！例例2.产物为两相的全凝器产物为两相的全凝器1343124)32()73( +

4、+ + + + + + + + + + + + + + ）（）（）（其其中中：CCeaNCCexNCCCNeiLBFLAQ73123)()2(+ + + + + + + + CCCeNV）（数数出出热进热进物流数物流数方程方程数数物料衡算物料衡算C热量衡算热量衡算1相平衡相平衡C二相二相T，P相等相等22C+3:eNC 可指定为平衡单元温度可指定为平衡单元温度例例3.简单绝热操作理论板简单绝热操作理论板05212252)32()84( + + + + + + + + + + + eaNCCexNCCCNei）（其其中中：OViVOLiL84)2(4)2(+ + + + + + CCCeNV物流

5、数物流数方程方程数数物料衡算物料衡算C热量衡算热量衡算1相平衡相平衡C二相二相T，P相等相等22C+3:eNC 我把各种单元的设计变我把各种单元的设计变量归纳在表量归纳在表12中，你中，你可以去查哟！可以去查哟！设计变量真难！返回1.4.2 1.4.2 装置的设计变量装置的设计变量由单元设计变量确定：由单元设计变量确定：ucNrNeiNuiN式式连连接接单单元元间间物物流流产产生生等等重重复复使使用用的的单单元元数数 + + uiN重复使用一种为1前面进等前面进等于后面出于后面出例例4. 简单吸收塔（简单吸收塔（N块理论板串级）块理论板串级）VN1NLN+1L1V0122525()1:(1)e

6、ieiruCNCNNCNNN+查表：（）： 多次重复使用理论板 为股汽、液流量变量数相等吸收塔设计变量：吸收塔设计变量： 指定为理论板数指定为理论板数或关键组分吸收率或关键组分吸收率14222)2(52)2(2)1(1)52( + + + + + + + + + + + + + + + + + + + uxuiuauxNNNNCNCcNNCCNCNuCNrNeiNuiN）（每级压力每级压力进料变量数进料变量数其中：其中：例例5. 简单精馏塔简单精馏塔查表12：2MM+1M+2NFDW=L110C+N+27C+4再沸器再沸器2C+(M-1)+5(M-1)板平衡串板平衡串级级3C+7进料板进料板2

7、C+(N-M-1)+5N-(M+1)板平板平衡串级衡串级C+4回流分配器回流分配器C+4全凝器全凝器单元单元 eiN 9股单元物流数；股单元物流数；54229)189()2710(189)2(9 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + uxuiuauxuiuCNNNNCNCNNCCNCNCCN）（其其中中：故故：:uxN进料进料C+2每级压力每级压力（包括再沸器）（包括再沸器）N全凝器压力全凝器压力1回流分配器压力回流分配器压力1合计合计C+N+45合计合计11（D/F）1进料位置进料位置1理论板数理论板数1回流温度回流温度）（DLN 1+ +:uaN 对精

8、馏塔归纳出简便、可靠的对精馏塔归纳出简便、可靠的 确定设计变量的方法：确定设计变量的方法： （1）按每一单相物流有（）按每一单相物流有（C+2）个变）个变 量，量， 计算由进料物流所确定的固计算由进料物流所确定的固 定设计变量数。定设计变量数。 （2）确定装置中具有不同压力的数目。）确定装置中具有不同压力的数目。 （3）上述两项之和即为装置的固定设）上述两项之和即为装置的固定设计变量数。计变量数。（4）将串级单元数目、分配器的数目、侧线采出）将串级单元数目、分配器的数目、侧线采出单元数目及传热单元数目相加，便是整个装置的单元数目及传热单元数目相加，便是整个装置的可调设计变量，可调设计变量，例例6. 带一个侧线采出口的精馏塔带一个侧线采出口的精馏塔 设塔内与进料压力相等设塔内与进料压力相等进料变量数进料变量数C+2压力等