化工过程分析与合成8

1、会计学1化工过程分析与合成化工过程分析与合成8第1页/共123页第1页/共123页第2页/共123页第2页/共123页第3页/共123页第3页/共123页第4页/共123页第4页/共123页第5页/共123页 iiiXIxCMin,第5页/共123页第6页/共123页BCAABCBCABABCCBA（a）(b)第6页/共123页第7页/共123页DCBA第7页/共123页第8页/共123页DACDCBADCBDCB(a)CDBADCBADCBCB(b)ACDBDCBABADC(c)BACDDCBACBACB(d)第8页/共123页第9页/共123页ACBDCBACBABA(e)11)!1( !

2、 12RjjRjRRRRSSS第9页/共123页第10页/共123页RjjG121)R(R第10页/共123页第11页/共123页CBACBADCBBACBDC A C C D第一个分离器的进料后面分离器的进料产品表表8-1 对于对于4组分进料的子群组分进料的子群第11页/共123页第12页/共123页1161)1)(R-R(R)(RjjRjU第12页/共123页第13页/共123页表表8-2 4组分进料的分离组分进料的分离子问题子问题对于第一个分离器的分离子问题对于后面分离器的分离子问题DCBADCBADCBACBACBADCBDCBBACBDC第13页/共123页第14页/共123页组组分

3、分数数R在在一一序序列列中中的的分分离离器器数数序序列列数数S子子群群数数G分分离离子子问问题题数数U211313226443510105414152065422135761322856874293684981,430451201094,86255165111016,79666220第14页/共123页第15页/共123页第15页/共123页第16页/共123页4lim1RRRSS1lim1RRRUU第16页/共123页第17页/共123页第17页/共123页第18页/共123页DCBABADC图图8-3 把（ABCD）分离成（AB）和（CD）第18页/共123页第19页/共123页DCBA

4、ADCB BDC C DDB图图8-4 把（ABCD）分离成（A）、（C）、（BD）的分离序列第19页/共123页第20页/共123页/分离序列中各单元设备在最优设计参数下的年度费用（设备折旧费+操作费）可以作为判别指标/易分离系数（CES）和分离难度系数（CDS），都可以用来作为判别分离子问题的优化指标第20页/共123页第21页/共123页第21页/共123页第22页/共123页第22页/共123页第23页/共123页第23页/共123页第24页/共123页第24页/共123页第25页/共123页四组分分离器（共三个）41CDCBA42CDCBA43CDCBA三组分分离器（共四个）31CC

5、BA32CCBA33CDCB34CDCB二组分分离器（共三个）21CBA22CCB23CDC四组分分离序列中的分离子问题第25页/共123页第26页/共123页第一步决策第二步决策第三步决策C23C42C41C43C31C32C21C22C23C22C21C33C340ABCDABCDABCDABCDABCDA BCDAB CDABC DAB CDABC DAB C DA BC DA B CD产品集合ABCDA B C D终 止 状态初 始 状态N=4时综合分离序列多步决策过程的序列图第26页/共123页第27页/共123页第27页/共123页第28页/共123页10!min )(NikkUX

6、C第28页/共123页第29页/共123页)(),(min)(1) 1(kkNkkUUkkNXVUXCXVk1, 1 , 0Nk)()(0NNXSXV第29页/共123页第30页/共123页)(),(min)(3022212XVUXCXVUU0)()(320XSXV),(min)(22212UXCXVUU 2121),(min)(CUIVCIVV第30页/共123页第31页/共123页)(),(min)(2111121XVUXCXVUU)()(min)(),(min)(132131211111VVCIVVCXVUICIVUUUU)(min)(12111VIVCIVUU)()(min)(1341

7、3311VIIIVCVIIVCIVUU第31页/共123页第32页/共123页)()()(min)(), 0 (min) 0 (243242241120300IIIVCIIVCIVCXVUCVUUUU第32页/共123页第33页/共123页第33页/共123页第34页/共123页试按动态规划法综合该分离序列组分摩尔分率组分摩尔分率A(丙烷)0.05D(异戊烷)0.20B(异丁烷)0.15E(正戊烷)0.35C(正丁烷)0.25第34页/共123页第35页/共123页第35页/共123页第36页/共123页第36页/共123页第37页/共123页子 物流 组切 割 点完 成 该 切 割分 离 器

8、 费 用元 /年 10-5包 括 子 序 列 的分 离 总 费 用元 /年 10-5子 物 流 组 分 离费 用 最 小 值元 /年 10-5最 优 序 列(A,B)A / BC210.26130.26130.2613(B,C)B/CC220.94930.94930.9493C,D)C/DC230.59270.59270.5927(D,E)D/EC241.69201.69201.692A/BCC310.39531.34461.3446(A,B,C)AB/CC321.19801.4593B/CDC331.12601.7187(B,C,D)BC/DC340.76751.71681.7168C/DE

9、C350.78172.4737(C,D,E)CD/EC361.85302.44572.4457第37页/共123页第38页/共123页A/BCDC410.47072.13752.1875AB/CDC421.40502.2590(A,B,C,D)ABC/DC430.94452.2891B/CD EC441.33403.7797BC/D EC450.94433.58563.5856(B,C,D,E)BCD /EC462.41804.1358A/BCD EC510.57154.15714.1571AB/CD EC521.65004.3570ABC/D EC531.14904.1856(A,B,C,D

10、 ,E)ABCD /EC542.66004.8475第38页/共123页第39页/共123页 年元年元年元年元年元年元年元/ 105927. 019/ 106920. 118/ 109493. 017/ 105927. 016/ 106920. 115/ 105927. 014/ 106920. 1135231524152215231524152315241CVCVCVCVCVCVCV第39页/共123页第40页/共123页 年元年元年元年元年元年元年元/ 102613. 026/ 109493. 025/ 105927. 024/ 109493. 023/ 105927. 022/ 1026

11、13. 021/ 109493. 0205211522152315221523152115221CVCVCVCVCVCVCV第40页/共123页第41页/共123页 年元年元年元年元/ 104457. 2105927. 0108530. 1106920. 1107817. 0min8/ 107168. 1109493. 0107675. 0105927. 0101260. 1min7/ 106413. 2106920. 1109493. 0min6/ 104457. 2105927. 0108530. 1106920. 1107817. 0min55555525555525552555552V

12、VVV第41页/共123页第42页/共123页 年元年元年元年元/ 103446. 1102613. 0101980. 1109493. 0103953. 0min12/ 108540. 0105927. 0102613. 0min11/ 107168. 1109493. 0107675. 0105927. 0101260. 1min10/ 103446. 1102613. 0101980. 1109493. 0103953. 0min95555525552555552555552VVVV第42页/共123页第43页/共123页 年元年元/ 10707. 2104457. 2102613. 0

13、min2/ 105856. 3107168. 1104180. 2106413. 2109493. 0104457. 2103340. 1min1555355555553VV 年元年元/ 101875. 2103446. 1109445. 0108540. 0104050. 1107168. 1104707. 0min4/ 100366. 3103446. 1106920. 1min3555555535553VV第43页/共123页第44页/共123页年元 / 101571. 4101875. 2106600. 2100366. 3101490. 1107070. 2106500. 11058

14、56. 3105715. 0min05555555554V4最优序列的年总费用为4.1571105元/年，将各步最优值函数反演即可求得各步最优决策第44页/共123页第45页/共123页EDCBA AEDCBCBED E D C B最优分离序列第45页/共123页第46页/共123页以取舍，进一步缩小了搜索空间第46页/共123页第47页/共123页第47页/共123页第48页/共123页第48页/共123页第49页/共123页第49页/共123页第50页/共123页第50页/共123页第51页/共123页第51页/共123页第52页/共123页第52页/共123页第53页/共123页第53页

15、/共123页第54页/共123页第54页/共123页第55页/共123页持最小。反之，当较大时，就可以允许顶釜温差大一些第55页/共123页第56页/共123页第56页/共123页第57页/共123页第57页/共123页第58页/共123页fCESf产品摩尔流量的比值，取B/D和D/B比值小于等于1的数值B、D分别为塔釜、塔顶产品的摩尔流量欲分离两个组分的沸点差。或：100) 1(第58页/共123页第59页/共123页8.4.7 8.4.7 经验规则经验规则C2C24等摩尔分割最为有利4首先进行CES数值最大的分割第59页/共123页第60页/共123页第60页/共123页第61页/共123

16、页组组分分组组成成(mol分分率率)相相对对组组分分间间相相对对挥挥发发度度(37.7, 1.72MPa)容容易易分分离离系系数数CESA 丙烷0.052.05.26B 异丁烷0.151.338.25C 正丁烷0.252.10114.50D 异戊烷0.201.2513.46E 正戊烷0.35第61页/共123页第62页/共123页26. 519100100100) 12 (191)05. 01 (05. 0fCESf第62页/共123页第63页/共123页第63页/共123页第64页/共123页参参 数数A /B CA B /Cf0.05/0.400.20/0.25= (-1) 100 (2-

17、1) 100=100 (1.33-1) 100=33C E S = f 12.526.4第64页/共123页第65页/共123页最优分离序列EDCBACBAEDBA E D C B A第65页/共123页第66页/共123页第66页/共123页第67页/共123页31. 073. 241. 2)1(TfF第67页/共123页第68页/共123页组组 分分 Tb ( )xT ( )fFfFA-4 1 .0 7 0 .0 53 0 .80 .0 5 2 6 1 .1 3 10 .1 2 5 1 .0 7 3B-1 1 .2 7 0 .1 51 0 .7 70 .2 5 1 .3 7 70 .8 0

18、 1 .1 5 9C-0 .5 0 .2 52 8 .3 50 .8 1 8 0 .8 5 8D2 7 .8 5 0 .2 08 .1 50 .5 5 4 1 .3 1 5E3 6 0 .3 5第68页/共123页第69页/共123页第69页/共123页第70页/共123页BCDEABCDBCEAABCDE最优分离流程第70页/共123页第71页/共123页第71页/共123页第72页/共123页第72页/共123页第73页/共123页E0.9493BCDE1.6920DEBCBCAABCDED0.57150.9443 动态规划法 $ = 4.1571第73页/共123页第74页/共123页

19、BC0.26131.6920DEABCDEAABCDE1.14901.1980分离度系数法 $ = 4.3003第74页/共123页第75页/共123页0.9493DEABCBCDBCEAABCDE1.14900.39531.6920相对费用法 $ = 4.1856第75页/共123页第76页/共123页第76页/共123页第77页/共123页第77页/共123页第78页/共123页第78页/共123页第79页/共123页第79页/共123页第80页/共123页第80页/共123页第81页/共123页第81页/共123页第82页/共123页第82页/共123页第83页/共123页第83页/共1

20、23页第84页/共123页第84页/共123页第85页/共123页相相邻邻组组分分的的相相对对挥挥发发度度组组分分进进料料组组成成kmol/h常常规规精精馏馏萃萃取取精精馏馏A 丙烷4.55AB2.45B 1-丁烯45.5BC1.18CB1.17C 正丁烷155.0CD1.03CD1.70D 反2-丁烯48.2DE2.89E 顺2-丁烯36.8EF2.50F 正戊烷18.2第85页/共123页第86页/共123页第86页/共123页第87页/共123页第87页/共123页第88页/共123页第88页/共123页第89页/共123页第89页/共123页第90页/共123页1IFEDCBA2IED

21、CBAF3IBA4IIEDCABCED1I2I F3I4IIBEDA C年总费用=877,572美元丁丁烯烯分分离离过过程程的的初初始始分分离离序序列列及及其其二二元元树树第90页/共123页第91页/共123页第91页/共123页第92页/共123页1IFEDCBA4IIEDCBA F2ICBA3IBA CED B A1I4II F2I CED3I B Aa第92页/共123页第93页/共123页年总费用=884,828美元1IFEDCBA3IEDCBA F2IEDCB A B C4IIEDCED1I3I F A2IBED C4IIb第93页/共123页第94页/共123页年总费用=860,

22、400美元2IFEDCBA3IBA F1IFEDC A B C4IIEDCEDc2I3I FA2IBED C4II第94页/共123页第95页/共123页第95页/共123页第96页/共123页年总费用=869,475美元3IFEDCBA2IFEDCB F1IFEDC A B C4IIEDCED3I1IFA2IBEDC4II第96页/共123页第97页/共123页年总费用=880,600美元1IFED2IFEDCBA3IBA F4IIFEDC A B CED2I3I F A4II BED C1I第97页/共123页第98页/共123页第98页/共123页第99页/共123页第99页/共123页

23、第100页/共123页年总费用=3,889,151美元2IFEDCBA3IBA F1IFEDC A B C4IEDCED2I3I FA1IBED C4I第100页/共123页第101页/共123页年总费用=1,574,488美元2IIFEDBCA3ICA F1IFEDB A C4IEDB2II3I F A1I CEDB第101页/共123页第102页/共123页第102页/共123页第103页/共123页第103页/共123页第104页/共123页第104页/共123页第105页/共123页FABC(a)(b)CBFA第105页/共123页第106页/共123页CBFA(c)第106页/共123页第107页/共123页FABC(d)第107页/共123页第108页/共123页CBFACBFA(e)(f)第108页/共123页第109页/共123页方案(g)为热偶合系统（亦称Petyluk塔）第一塔起预分馏作用。A和C可实现完全分离。B在塔顶、塔釜均存在。该塔不设再沸器和冷凝器，而是以两端的蒸汽和液体物流与第二塔沟通起来如果A-B或B-C的分离较困难，则需要较多的塔板数。热偶合塔的能耗是最低是，但开工和控制比较困难BFAC(g)第109页/共