第三章单元的设计变量详解演示文稿

第三章单元的设计变量详解演示文稿当前第1页\共有23页\编于星期三\8点优选第三章单元的设计变量当前第2页\共有23页\编于星期三\8点3第三章气液传质分离过程3.1设计变量3.1.1单元的设计变量3.1.2设备的设计变量3.2多组分精馏3.3特殊精馏3.4间歇精馏3.5吸收与解吸当前第3页\共有23页\编于星期三\8点43.1设计变量

IndependentDesignVariables物理量：流率、浓度、温度（物流、系统）、压力、热负荷、机械功、传热面积、理论板数等。设计前需预先给定数值的变量称为设计变量。设计变量的个数称为设计变量数。例如：两组分精馏，一股进料，只有顶、釜采出，则很简单，但对于多线采出等复杂情况，则需知道确定的方法。设计前需给定数值的变量当前第4页\共有23页\编于星期三\8点公式

郭慕荪教授所建立的方法

ND=NV-NE

式中：ND—设计变量数

NV—总变量数 NE—独立方程数

NDthenumberofindependentvariables

NVallpertinentvariables

NEthetotalnumberofindependentequations当前第5页\共有23页\编于星期三\8点求设计变量数ND的方法:首先列举出过程有关的全部变量Nv，然后再减去与各变量有关的独立方程总数NE

首先我们分析一下化工中的变量类型和独立方程数的确定方法。当前第6页\共有23页\编于星期三\8点变量类型强度变量(intensivevariables）容度变量(extensivevariables)设备参数(equipmentparameters)强度变量：组成，温度，压力容度变量：流率，传热量设备参数：平衡级数，进料位置当前第7页\共有23页\编于星期三\8点8VN＝出入物流变量数＋能量交换数（热、功）+设备变量数

(1)物流变量数

任一物流的自由度：2+P-=Cf组分数

相数

对于单相流股：1=P1+=Cf完全描述一个流动流股还应加上该流股的流率。因此对于任一单相流股独立变量数：21)1(+=++=CCNV系统的总变量数当前第8页\共有23页\编于星期三\8点（1）物流变量数任一单相流股独立变量：C+2当前第9页\共有23页\编于星期三\8点10VN＝出入物流变量数＋能量交换数（热、功）+设备变量数

(2)能量交换数

系统与环境间能量交换数的确定：有一股热量交换，增加一个变量数。既有一股热量交换，又有一股功交换时，应增加两个变量数。

系统的总变量数(3)设备变量数

例如：精馏塔塔板数当前第10页\共有23页\编于星期三\8点11CN依据约束关系式(1)物料衡算式

M有C个组分的系统，能够建立C个物料衡算式。(2)能量衡算式H(3)相平衡关系式

E(4)与设备结构相关的关系式(5)内在关系式S每个系统只有1个能量衡算式。根据相平衡条件(逸度相等、压力相等、温度相等)能够建立C(-1)+2个相平衡关系式。约定的关系，如：物料温度、压力相等、归一化方程。约束关系数当前第11页\共有23页\编于星期三\8点设计变量的指定原则

当设计独立变量数被确定以后，重要的是在这些设计变量当中，那些是需要由设计者来指定的。指定的原则：需要设定的独立变量数必须等于由设备结构(如塔的平衡级数、进料股数、进料位置、侧线出料股数、侧线出料位置等等)和由外部手段所能控制的(如系统温度、压力、进料组成、进料流率、冷凝负荷、加热负荷等等)给定变量数之和。当前第12页\共有23页\编于星期三\8点133.1.1单元的设计变量当前第13页\共有23页\编于星期三\8点3.1.1单元的设计变量

Designvariablesforelements

14一个化工流程由很多装置组成，而每个装置又可以分解为多个进行简单过程的单元。确定单元的设计变量遵循前述的一般原则即可：单元装置流程eceveDNNN-=当前第14页\共有23页\编于星期三\8点例1.绝热分配器（表3-1第1个）总变量NV物流变量数进料1：C+2出料2：（C+3）*2能量变量数绝热过程：0设备变量数简单设备：0Nv=3C+8当前第15页\共有23页\编于星期三\8点例1.绝热分配器独立方程NE物料衡算关系式MC能量衡算关系式H1相平衡关系式E单相系统：0设备结构相关关系式简单设备：0内在关系式SC+3

=2C+4当前第16页\共有23页\编于星期三\8点例1.绝热分配器总变量数NV=3C+8独立方程数NE=2C+4设计变量数ND=C+4当前第17页\共有23页\编于星期三\8点设计变量ND可进一步分为：

18固定设计变量Nx可调设计变量NaNx=进料物流变量数＋系统的压力固定设计变量Nx

=进料＋压力＝（C+2）+1可调设计变量Na=ND-Nx=(C+4)-(C+3)=1＝ND-Nx当前第18页\共有23页\编于星期三\8点例2.产物为两相的全凝器19出入物流变量数：（C+2）+23能量交换数：1+)Nv=3C+9物料衡算式：能量衡算式：相平衡关系式：设备结构关系式：内在关系式：C1C(-1)+2=C+202NE=2C+5NDe=Nve－NEe=C+4VL1L2QVNeENe设备变量数：0当前第19页\共有23页\编于星期三\8点20固定设计变量Nx

=进料＋压力＝（C+2）+1可调设计变量Na=ND-Nx=(C+4)-(C+3)=1VL1L2Q

产物为两相的全凝器如单元温度或引入的冷量当前第20页\共有23页\编于星期三\8点例3.有传热的平衡级21出入物流变量数：（C+2）+24能量交换数：1+)Nv=4C+11物料衡算式：能量衡算式：相平衡关系式：设备结构关系式：内在关系式：C1C(-1)+2=C+202NE=2C+5NDe=Nve－NEe=2C+6VNeENe+)设备变量数：0当前第21页\共有23页\编于星期三\8点22固定设计变量Nx

=进料＋压力＝2（C+2）+1＝2C＋5可调设计变量Na=ND-Nx=(2C+6)-(2C+5)=1有传热的平衡级如传热量或单元温度当前第22页\共有23页\编于星期三\8点例4.有侧线采出的平衡级

23出入物流变量数：（C+2）+35能量交换数：0+)Nv=5C+13物