第三章多组分多级分离-1.ppt

* * 例p60. 带一个侧线采出口的精馏塔设塔内与进料压力相等 进料变量数 压力等级数 合计 串级单元数 分配器的数目 侧线采出单元数目 及传热单元数目 合计 C+2 1 C+3 3 1 1 2 7 设计变量数的确定 C V i N N N - = V N 出入物流变量数 C N 物料衡算式 能量衡算式 相平衡关系式 化学反应平衡式 内在关系式 能量交换数（热、功） x N 进料物流变量数 压力等级数 x N 分配器数 换热单元数 侧线采出数 串级数 * * 第三章? 多组分多级分离过程分析与简捷计算 3.1设计变量 3.2多组分精馏过程 3.3萃取精馏和共沸精馏 3.4反应精馏（自学） 3.5间歇精馏（自学） 3.6吸收和蒸出过程 3.7萃取过程 * 多组分精馏： 1.组分数C2 2.求解数目较多方程 ——变量分析 3.塔内分布复杂——过程分析 4.计算 简捷法：Fenske-Underwood-Gilliland求解法共沸精馏图解法萃取精馏简化法吸收因子法逆流萃取集团法 逐板法：严格计算（第四章内容） * * 学习要点 1. 设计变量数的确定（单元、装置）； 2. 多组分精馏过程分析及简捷计算； 3. 特殊精馏（萃取精馏﹑共沸精馏）过程分析； 4. 吸收过程的特点及多组分吸收和过程的简捷计算方法。 * * 3.1 设计变量设计分离装置就是要求确定各个物理量的数值，（如进料流率、浓度、温度、压力、热负荷、机械功的输入及输出及理论塔板数等）。这些物理量都是互相关联、互相制约的，因此，设计者只能规定其中若干个变量的数值，这些变量就是设计变量。 设计变量：确定设计中已知变量 注意：如果设计过程中给定数值的物理量的数目少于设计变量的数目，设计就不会有结果；相反，如果给定数值的物理量的数目过多，设计也无法进行。因此，设计的第一步不是选择变量的具体数值，而是要知道设计者所需要给定数值的变量数目。对于简单的分离过程，一般可以凭经验给出，例如：二组分精馏。 * * 第一节　　设计变量 例如二组分精馏：如果给定了 再规定便可以计算出：N；冷凝器和再沸器的热负荷，… 但是，对于多组分精馏塔，又有侧线出料或多处进料，如何确定呀？ 一般很难！！Question: 对于复杂体系变量如何确定？ 最好的方法：先确定设计变量数。 * * 第一节　　设计变量 将复杂化工装置分解成简单的单元来求解。如何求？ 设计变量数: 进行一个分离单元、设备或分离流程的设计前必须规定的参数的数目。 设计变量Ni应为：Ni=Nv－Nc Nv：描述系统的独立变量数（总变量数） Nc：这些变量间的约束关系数（各独立变量间可列出的方程数和给定的条件） 只有当已知变量等于设计变量时，问题才有唯一解。 (3-1) * * 设计前需要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。 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、理论板数等等。 确定设计变量数遵循的原则是：Ni = Nv - Nc设计变量数 系统的总变量数变量之间的约束关系数 Summary (3-1) * * Nv(系统的总变量数）=出入物流变量数 + 能量交换数（热、功） （1）物流变量数 任一物流的自由度：f = c?π + 2注意：相律所指的自由度是指强度性质的变量，而完全地描述物流除强度性质的变量外还需加上物流的数量。对任一单相物流：π=1，f=c+1, 则NV＝f+1=(c?1+2)+1 =c+2。 组分数 相数 * * （2）能量交换数 系统与环境有能量交换时，Nv应相应增加能量交换的变量数。如有一股热量交换时，应增加一个变量数，即有一股热量交换又有一股功交换时，则增加两个变量数。 （3）Nc约束关系式 主要包括：?物料衡算式、?能量平衡式、?相平衡关系式、?化学平衡关系式、?内在关系式。具体如下所述： * * ?物料衡算式有C个组分的系统，能够建立C个物料衡算式 ?能量平衡式每一个系统只有1个能量平衡式 ?相平衡关系式根据相平衡条件（逸度相等、压力相等、温度相等）建立c(π -1）个相平衡关系式(π为平衡相的数目) ?化学平衡关系式对于无化学反应的系统，化学平衡关系式数为0 ?内在关系式约定的关系，如：物料温度差、压力降等 约束关系数 * * 3.1.1 单元的设计变量 一个化工流程由很多装置组成，装置又可分解为多个进行简单过程的单元。 单元→→装置→→流程 因此，首先分析在分离过程中碰到的主要单元，确定其设计变量数，进而确定装置的设计变量数。 分配器单元的设计变量数为： * * 分配器是一个简单的单元，用于将一股物料分成两股或多股组成相同的物流。见表3－1。