化工分离过程(3.1设计变量)(第5讲)

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1、化工分离过程ChemicalSeparationProcesses第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算2第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分精馏：组分数c>2求解的变量数目较多——变量分析塔内分布复杂——过程分析计算简捷法：芬斯克—恩德伍德—吉利兰法（FUG）萃取精馏简化法共沸精馏图解法吸收因子法逆流萃取集团法逐板法：严格计算法（第四章内容）3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3.1.1单元的设计变量3.1.2装置的设计变量3.2多组分精馏过程（普通精馏）3.3萃取精馏和共沸精馏（特殊精馏）3.4吸

2、收和蒸出（解吸）过程3.5萃取过程√√43.1设计变量在任何涉及传热和传质的物理分离过程的设备设计过程中，首要的工作就是进行工艺条件独立变量的规定。——MoosonKwauk(郭慕荪)，195653.1设计变量分离装置的设计的实质就是确定与分离装置相关的各种物理量的具体数值。这些物理量之间是相互关联的，从数学的观点来看，如果这些物理量具有唯一的数值，这些物理量之间制约关系应该与物理量的数目相等。在实质分离过程设计中，两者之间常常不相等，为了使分离过程的计算得以进行，设计者通常要预先对其中的一些变量规定数值，设计者规定数值的变量称为设计变量。63.1设计变量设计者首

3、先要确定出需指定变量的具体数目，再选择变量的具体数值。唯一解无数组解无解73.1设计变量例如二元精馏：可解出：N；……（xWA,xDB,R,进料位置）（F,xF,q,P）设计变量：确定设计中的已知变量——固有的4个变量——规定的4个变量对于复杂体系变量如何确定？83.1设计变量设：Nv——系统的独立变量数Nc——描述这些独立变量之间的约束关系数设计变量：——确定设计变量数（3-1）93.1设计变量独立变量数Nv=出入系统的各股物流的独立变量数+系统与环境的能量（热、功）交换数相律：x——热交换数，功交换数等任意单股物流（一股、单相）：NV=N(c+2)+功进(出)

4、数+能进(出)数只限于轴功（泵）若有N股物流，且有功、能交换：则：103.1设计变量Nc——变量之间的约束关系数（独立方程数）包括：（1）物料平衡式（2）能量平衡式（3）相平衡式（4）化学平衡关系式（5）内在关系式（对c组分体系有c个）（对一个体系只有1个）（对c组分π相体系有c（π-1）个）（只考虑无化学反应体系的分离过程，不考虑该约束条件）（指约定的关系，例如：物流间的温差，压力降的关系式等）113.1设计变量固定设计变量指确定进料物流的那些变量(例如，进料的组成和流量等)以及系统的压力。需要设计者确定的变量设计变量可调设计变量123.1.1单元的设计变量例1

5、.分配器将复杂化工装置分解成简单单元，求三股单相物流，无热量引进和移出。独立变量数为：约束关系：物料平衡c能量平衡1内在关系:L1和L2温度、压力相等2L1和L2浓度相等c-12c+2设计变量为：133.1.1单元的设计变量例1中的分配器：对于分配器，可调设计变量为：分配比固定设计变量为：进料c+2压力1c+3可调设计变量为：143.1.1单元的设计变量方程个数物料衡算c热量衡算1相平衡c两相T、P相等2合计2c+3例2.产物为两相的全凝器其中：可指定为平衡单元温度153.1.1单元的设计变量方程个数物料衡算c热量衡算1相平衡c两相T、P相等2合计2c+3例3.简

6、单绝热操作理论板其中：有侧线出料的平衡级？163.1.1单元的设计变量注意：其中可调设计变量为1的有三类单元。（分配器、侧线采出单元、换热单元）各种单元的设计变量归纳在P56的表3-1中，请大家自己推算。表中共15种单元。组合单元：3种简单单元：12种有浓度变化的：6种无浓度变化的：6种173.1.1单元的设计变量若干个简单平衡级所组成的组合单元称为串级。串级单元在精馏塔的变量分析中十分有用。由于串级单元是重复地应用同一种单元（简单平衡级），所以在确定变量总数时，除一般的强度性质（T、P、浓度等）和容度性质（流率）外，应该另加一个变量，以说明不同理论板数所组成的串

7、级单元间的区别。因此，虽然简单平衡级的可调设计变量：但串级单元的183.1.2装置的设计变量装置是由若干个单元所组成，各个单元又是依靠单元间的物流而连接成一个装置，因此，整个装置的设计变量应为各单元的设计变量之和。在装置中某一单元被重复使用时，则应该增加一个变量数以区别于一个这种单元与其他单元连接的情况，这一表示单元重复使用的变量数为重复变量。此外，由于装置中相互连接的单元之间必有一股或几股物流，在连接的单元之间有了新的约束关系，显然，每一个连接两个单元之间的单相物流将产生(c+2)个约束关系，因此，装置的设计变量为：193.1.2装置的设计变量装置的设计变量由各

8、单元的设计