二 分离过程的变量分析及设计变量的确定

1、Chongqing university of technology第二章第二章 多组分分离基础多组分分离基础Multicomponent Separation FoundationChongqing university of technology2.12.1 分离过程的变量分析及设计变量的确定分离过程的变量分析及设计变量的确定2.22.2 相平衡关系的计算相平衡关系的计算2.32.3 多组分物系的泡点和露点计算多组分物系的泡点和露点计算本章小结本章小结思考题思考题主要内容主要内容掌握掌握掌握掌握重点掌握重点掌握2.42.4 单级平衡分离过程计算单级平衡分离过程计算掌握掌握Chongqing

2、 university of technologyv 2.1.1 设计变量设计变量v 2.1.2 单元的设计变量单元的设计变量v 2.1.3 装置的设计变量装置的设计变量 2.1 2.1 分离过程的变量分析和设计变量的确定分离过程的变量分析和设计变量的确定Variable analysia and design variable determination of separation processChongqing university of technologyv在设计和解决在设计和解决多组分多级分离多组分多级分离问题问题时，由于组分数增多而增加了过程的时，由于组分数增多而增加了过程的复杂

3、性，需用数学模型通过复杂性，需用数学模型通过联立联立或或迭迭代代法严格地解数目较多的方程。法严格地解数目较多的方程。 2.1.1 2.1.1 设计变量设计变量Design variable Chongqing university of technology 2.1.1 2.1.1 设计变量设计变量Design variable Chongqing university of technology 2.1.1 2.1.1 设计变量设计变量Design variable Chongqing university of technology 2.1.1 2.1.1 设计变量设计变量Design v

4、ariable Chongqing university of technology 2.1.1 2.1.1 设计变量设计变量Design variable Chongqing university of technology 2.1.1 2.1.1 设计变量设计变量Design variable Chongqing university of technologyNvx1(1), x2(1), x3(1), . . . xc(1) x1(2), x2(2), x3(2), . . . xc(2) x1( ), x2( ), x3( ), . . . xc( ) . . . . . . . .

5、 . . . . TPC个个2个个共共C +2个个Chongqing university of technology（1）每个相均满足归一化条件）每个相均满足归一化条件 ，所以有，所以有1个个不独立浓度，故共扣除不独立浓度，故共扣除 个不独立浓度。个不独立浓度。 1ix （2）对任一组分）对任一组分i，有，有个相成平衡，有个相成平衡，有-1个关于个关于T，P，浓度，浓度的方程，有的方程，有-1 个不独立变量。共扣除个不独立变量。共扣除c( -1 )个不独立变量。个不独立变量。共共C +2个变量个变量 + 个约束个约束c( -1 ) 个独立变量个独立变量2C相律相律Chongqing univ

6、ersity of technologyvNfR11 12vNfcc 22222vNfcc （1）单相物流）单相物流（2）相平衡物流）相平衡物流Chongqing university of technologyNv= nm（C+2）+nw+nqNv进料进料挥发性杂质挥发性杂质塔底产物塔底产物馏出液馏出液输入输入热热Q Q输入功输入功W输出输出热热Q QNv= 4（C+2）+1+2 = 4（C+2）+3Chongqing university of technologyChongqing university of technology或或Chongqing university of tec

7、hnologyChongqing university of technologyyi =K xii =1, 2, 3, . Cc ( - 1 )Chongqing university of technologyChongqing university of technologyNi icViNNNChongqing university of technologyaxiNNNxNNaNChongqing university of technology 2.1.2 2.1.2 单元的设计变量单元的设计变量Design variable of unitChongqing university

8、 of technologyeceVeiNNNexeaeiNNN单元单元 2.1.2 2.1.2 单元的设计变量单元的设计变量Design variable of unitChongqing university of technology 2.1.2 2.1.2 单元的设计变量单元的设计变量Design variable of unitChongqing university of technologyFP1 P2 流率、温度、压力、组成流率、温度、压力、组成Chongqing university of technology9)21 (3)2(3cNeV1ecNc225 459eceVei

9、NNN3exN134exeieaNNNFP1 P2 1eaN Chongqing university of technology0eaN 71)21(2eVN两股物流两股物流 一股热流一股热流 112ecNVFQL进出全凝器的物料组成不变，故进出全凝器的物料组成不变，故仍然可看成组分数为仍然可看成组分数为1的纯物质。的纯物质。 物衡算式物衡算式 热衡算式热衡算式 Chongqing university of technology71)21 (2eVN1 12ecN 725eiN 413exN541eaN VFQLChongqing university of technology0eaN

10、VFQLChongqing university of technology1234eVN4股物流股物流 312ecN9312eiNF1P1F2P2Chongqing university of technology1eaN (2 3)28exN 2 2股进股进料物流料物流 T、P和和流量流量 系统压力等级为系统压力等级为2（冷热流体各一个压力（冷热流体各一个压力） 9312eiN189eaNF1P1F2P2Chongqing university of technology2- 泵（泵（W）FP0eaN W1 -分配器（分配器（T）FP1 P2 1eaN 3 -加热器（加热器（J） 4 -冷

11、却器（冷却器（J）1eaN 1eaN FPQQ5 -换热器（换热器（H）1eaN F1P1F2P20eaN 6 -全凝器全凝器VFQL液体温度为泡点液体温度为泡点7 -全蒸发器全蒸发器0eaN LVVQ气相温度为露点气相温度为露点Chongqing university of technologyChongqing university of technology物料平衡式物料平衡式 1)2(3cNeV4)32(1)2(3cccNNNeceVei该单元与外界有热量交换。该单元与外界有热量交换。VFLVQ32111cccNec气液平衡关系气液平衡关系 TP热平衡式热平衡式气液平衡时，气相与液相气

12、液平衡时，气相与液相T T、P P相等相等Chongqing university of technology(2)13exNcc 1)3()4(ccNNNexeieaVFLVQ4 cNei1eaN Chongqing university of technology52)32()2(4cccNNNeceVeieVN =4(c+2)32111cccNecTP52 cNNNeceVei521)2(2ccNex0eaN 2股进料股进料系统压力系统压力 0exeieaNNN第第i级级 Li-1 Li Vi+1 Vi Chongqing university of technology73)32()2

13、(5cccNNNeceVei)2(5cNeV5股物流股物流3221cccNec物料衡式物料衡式相间约束相间约束热量衡算式热量衡算式 气液气液T、P相等相等第第i级进料级进料 Li-1 Li Vi+1 Vi Fi Chongqing university of technology1)2(3cNex3 3股进料股进料 压力压力0exeieaNNN73 cNei0eaN 第第i级进料级进料 Li-1 Li Vi+1 Vi Fi Chongqing university of technologyF1PF20eaNFP1P20eaN LPLVQ1eaNVFLVQ1eaN P(2)VFQ0eaN Ch

14、ongqing university of technology1eaN0eaNv装置的设计变量装置的设计变量“u ”eauxuiNNNucuVuiNNNuxuauiNNNueaaNN？ 如果上式成立，只要如果上式成立，只要计算各个单元的可调设计计算各个单元的可调设计变量，即可得到装置可调变量，即可得到装置可调设计变量设计变量。 2.1.3 2.1.3 装置的设计变量装置的设计变量Design variable of deviceChongqing university of technology 精馏塔精馏塔串级单元数串级单元数 2.1.3 2.1.3 装置的设计变量装置的设计变量Desig

15、n variable of deviceueuivrcNNNNChongqing university of technology图图1 1-9 精馏塔精馏塔精馏段精馏段1个个串串级级单元单元提馏段提馏段1个个串级单元串级单元ueuivrcNNNNChongqing university of technology图图1 1-9 精馏塔精馏塔ueuivrcNNNN？) 2( cnNNecuc(2)ueeivcrNNNNn cChongqing university of technology将代人将代人 得：得： ueVVNN )2( cnNNecuc (2)(2)(2)uuueeiVcVcr

16、eeeirxarNNNNNNn cNNn cNNNn c )c(nNNexux2uueixraNNNNuearaNNN成立成立?exuxN)c(nN2ueuivrcNNNN)2( cnNNecucuueixraNNNNuearaNNNChongqing university of technology分析如图所示精馏装置的设计变量（分为分析如图所示精馏装置的设计变量（分为6个单元）个单元）单元单元 设计变量设计变量全凝器全凝器 C+4C+4回流分配器回流分配器 C+4C+4N-N-（M+1M+1）板的平衡级）板的平衡级 2C+2C+（N-M-1N-M-1）+5+5进料级进料级 3C+73C+7

17、（M-1M-1）板的平衡串级）板的平衡串级 2C+2C+（M-1M-1）+5+5再沸器再沸器 C+4 设计变量设计变量 10C+N+27单元之间有单元之间有9股物流，故股物流，故装置的设计变量为装置的设计变量为:固定设计变量固定设计变量: 可调设计变量可调设计变量: 设计变量规定设计变量规定: 固定设计变量固定设计变量 可调设计可调设计变量变量 进料进料 C+2 C+2 回流为泡点温度回流为泡点温度 1 1 每级压力每级压力 N N 总理论级总理论级N 1N 1全凝器压力全凝器压力 1 1 进料位置进料位置M+1 1M+1 1回流分配器压力回流分配器压力 1 1 馏出液流率馏出液流率 1 1 回流比回流比 1 1 C+N+4 C+N+4 5 5189)29ccNuc（9)189 ()2710NccNcNui（4NcNux5uxuiuaNNNChongqing university of technologyChongqing university of technologyNau = Nr+ + + + Nau= Nr+NaecViNNNaxiNNNChongqing university of technologyv3.单元的设计变量单元的设计变量eceVeiNNNexeaeiNNN1eaN分配器分配器 换热器（加热换热器（加热/ /冷却）冷却） 部分凝器部分凝器