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第三章单元的设计变量第一页,共23页。

优选第三章单元的设计变量第二页,共23页。

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3第三页,共23页。

3.1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4第四页,共23页。

公式

第五页,共23页。

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。第六页,共23页。

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,进料位置第七页,共23页。

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系统的总变量数第八页,共23页。

(1)物流变量数任一单相流股独立变量:C+2第九页,共23页。

VN=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10第十页,共23页。

CN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11第十一页,共23页。

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。第十二页,共23页。

3.1.1单元的设计变量13第十三页,共23页。

3.1.1单元的设计变量

Designvariablesforelements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-=14第十四页,共23页。

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第十五页,共23页。

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第十六页,共23页。

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第十七页,共23页。

设计变量ND可进一步分为: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-Nx18第十八页,共23页。

例2.产物为两相的全凝器出入物流变量数:(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:019第十九页,共23页。

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20

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