第三章=工业过程的综合和设计.ppt

三个过程设计的比较 产物浓度 NT NF CI OC TAC 0.90 26 13 0.24779 1.05025 1.29804 0.95 32 17 0.283119 1.18606 1.46917 0.99 45 25 0.333326 1.29203 1.62535 三个过程设计的比较 产品浓度的提高需要更高的蒸馏塔和更多的操作费用。 由于非线性的原因，设备投资与操作费用的增加并不成固定的比例。 总结 本章介绍了工业过程综合与设计的基本原理, 即一个多变量混合整数的非线性优化问题。 稳态模型的性能可以显著影响综合与设计问题的求解。 通过一个理想二元蒸馏塔, 显示了其综合与设计的基本原理与特点。 作业 根据已经建立的理想二元蒸馏塔的稳态数学模型, 进行该过程的综合与设计。要求塔顶与塔底的浓度均为0.999。请给出系统的稳态设计及图示。 阅读文献 1. Douglas, J. M.; Conceptual Design of Chemical Processes, McGraw-Hill, New York (1988). 2. Smith, R.; Chemical Process Design, McGraw-Hill, New York (1995). 第三章: 工业过程的综合与设计 黄克谨 北京化工大学信息科学与技术学院 主要内容 综合与设计及其目的; 综合与设计的目标函数; 综合与设计问题的求解原理; 一个理想二元蒸馏塔的综合与设计。 综合与设计的基本定义 给定一个符合市场需求的产品及其规格与产量，要求确定一个化工过程的结构与操作条件，使得该系统能够以最小的代价生产出该产品。 最小的代价： 环境的冲击；投资成本； 操作费用。 综合与设计的基本过程 基本分析与评价 基于生产原理与环境的粗略评价 较准确的分析与评价 基于物料与能量平衡的简单计算 精确的设计与评价 基于数学模型的精确计算 综合与设计的基本功用 给出最佳的过程设计； 进行过程的分析与评价, 有益于过程的操作； 进行过程的分析与评价, 有益于过程的优化。 综合与设计的目标函数 TAC(Total annual cost)的定义: TAC = OC + CI/β (1) 其中: OC 是年操作费用, 可由稳态模型提供； CI是设备投资成本, 利用可靠的经验公式进行估计; β是投资回收年限。 综合与设计的求解原理 一个多变量的优化问题; 可采用多变量优化技术进行求解; 复杂过程的两种求解策略; 1. 全流程统一设计 2. 流程中各个单元的分别设计 蒸馏塔的设备投资成本估算原理 在F factor为 1 的条件下, 蒸馏塔的的直径 F factor = ρv×Vn D = 0.01735×(MW×T/P)0.25×VNt0.5 (2) 蒸馏塔的高度 Ht = Nt×0.73152 (3) 蒸馏塔的设备投资成本估算 冷凝器与再沸器得传热面积: Sreb = Qreb /(Ureb×ΔTreb) (4) Scon = Qreb /(Ucon×ΔTcon) (5) 蒸馏塔的设备投资成本估算 蒸馏塔的外壳费用: Column shell cost = 17640×D 1.066 ×Ht 0.802 (6) 塔板的费用: Tray cost = 229×D1.55 ×Nt (7) 蒸馏塔的设备投资成本估算 换热器的费用: Total heat exchanger cost = 7296×Sreb 0.65 + 7296×Scon 0.65 (8) 蒸馏塔的设备投资成本: Capital Investment (CI) = Column shell cost + Tray cost + Total heat exchanger cost (9) 蒸馏塔的操作费用 Operating Cost (OC) = Qcon×(Refrigerant pric