3.1设计变量.pdfVIP

3.1 设计变量 Design variables In this lecture we will mainly discuss: ? Design variables for equipment ? Design variables for unit ? Design variables for system 1 教学内容 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 3.1.3 流程的设计变量 2 教学重点和难点 重点： 单元和设备的设计变量 难点： 可调设计变量数的确定 3 设计变量 通常是指流率、浓度、温度（物流、系 统）、压力、热负荷、机械功、传热面积、 理论板数等物理量。 设计前需预先给定数值的变量称为设计变 量。设计变量的数目称为设计变量数。 4 设计变量 例如：直角三角形，给定a,b两边，则可画 出此三角形，但若只给a，则不行，若给定a、 b、c，而a2+b2≠c2也不行。 例如：两组分精馏，一股进料，只有顶、釜 采出，则很简单，但对于多股进料、多侧线 采出、多个串级等复杂情况，则需知道有章 可循的确定方法。 数学上，唯一解！ 5 遵循的一般原则 ?= NNN CVi 设计变量数 描述系统的 变量之间的 独立变量数 约束关系数 6 ＝物流变量数＋能量交换数 NV (1)物流变量数 任一物流的自由度： Cf +Π?= 2 组分数 相数 对于单相流股： Π =1 Cf += 1 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： V CN C +=++= 21)1( (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。 依据约束关系式 NC (1)物料衡算式 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 每个系统只有1个能量衡算式。 (3)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)能够建立 C(Π-1)+2 个相平衡关系式。 (4)化学反应平衡式 对于无化学反应的系统，化学平衡关系式数为0。 (5)内在关系式 约定的关系，如：物料温度、压力相等。 3.1 单元的设计变量 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。 单元 装置 流程 确定单元的设计变量遵循前述的一般原则 即为： e e ?= NNN e i v c 9 e