绪论-3设备设计变量

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1、Single-SectionCountercurrentCascade1)N级串级组合单元在复杂的分离设备中，如精馏塔、吸收塔、萃取塔等，往往都是由若干个平衡级串联成一个整体，各平衡级之间有级间蒸汽或液体物流相联系，所以称为N级串级单元。N级串级单元的独立变量总数(NV)U等于各个平衡级的独立变量数总和减去重复计数了的NR股物流中的变量数NR(C+3)，再加上应该附加变量数NA，即：(NV)U=也就是说N级串级单元的独立方程式数等于各平衡级的独立方程式数的总和减去重复计数的NR股物流的摩尔分率约束式的数目，即：(NE)U=所以：(ND)U=(NV

2、)U-(NE)U=例如带有热交换的N个平衡级串联NN-112V出V入L入L出(NV)U==N(4C+13)–[2(N-1)](C+3)+1=7N+2NC+2C+7N个串联平衡级的独立变量总数为：N个串联平衡级的独立方程式数为：(NE)U==N(2C+7)–2(N-1)=5N+2NC+2所以：设计独立变量数为：(ND)U=(NV)U-(NE)U=2N+2C+5例题….2N+2C+5应指定2N+2C+5个设计变量:StreamVINvariablesC+2StreamLINvariablesC+2每个平衡级的压力：P1、P2、P3、…PNN每个平衡级

3、的传热：Q1、Q2、Q3、…QNN塔的平衡级数目：N1Two-SectionCountercurrentCascades方法----枚举法复杂单元的设计变量数可由枚举法来确定。首先将复杂单元分解为一个个简单的独立单元。这些简单单元的变量数参考表6-1确定。将其累加后，再减去重复计算的变量数，就得复杂单元的变量数。方法一总变量数=∑组合单元变量数-由于物流连接所引起的重复变量数NR(C+3)独立方程数=∑组合单元独立方程数-重复计算的分子分数约束条件数NR设计变量数=总变量数-独立方程数方法二ND(装置)=∑（ND)e-NR(C+2)+NA该公式实

4、质是由方法一推导得到方法一的两个公式：NV(装置)=∑（NV)e-NR(C+3)+NANE(装置)=∑（NE)e-NR两式相减得：ND(装置)=∑（ND)e-NR(C+2)+NA2)复杂组合单元复杂组合单元是由若干个操作单元所组成，各个单元之间依靠物流的联系构成一个完整的多级分离装置。通过下面的例子来说明复杂组合单元的设计变量设有一个多级复杂精馏塔，它有一股进料，一股侧线采出，全凝器及部分再沸器并每一级均能供热量或引出热量。如下图所示，用虚线圈起的代表8个单元，各单元之间有13股物流相联系。Q复杂组合单元图2VNV1NS+1SS-1F+1L2FB

5、QRS34F-1BQC1LR23各单元的独立变量总数为全凝器2C+7回流分配器3C+10N~S串级7(N-S)+2(N-S)C+2C+7侧线采出级5C+16(S-1)~F串级7(S-1-F)+2(S-1-F)C+2C+7进料级5C+16(F-1)~1串级7(F-2)+2(F-2)C+2C+7部分再沸器3C+107N+2NC+18C+59各单元的独立方程式数为全凝器C+3回流分配器2C+5N~S串级5(N-S)+2(N-S)C+2侧线采出级3C+9(S-1)~F串级5(S-1-F)+2(S-1-F)C+2进料级2C+8(F-1)~1串级5(F-2)

6、+2(F-2)C+2部分再沸器2C+65N+2NC+4C+22由于单元间有13股物流相联系，需要减去由它引起的重复变量数，此外，再没有未规定的变量，因此，实际独立变量数为：(NV)U=7N+2NC+18C+59–13(C+3)+0=7N+2NC+5C+20独立方程式数：(NE)U=5N+2NC+4C+22–13=5N+2NC+4C+9所以：该装置的设计变量数为：(ND)U=7N+2NC+5C+20–(5N+2NC+4C+22)=2N+C+11实际指定的设计变量：各平衡级的压力（含部分再沸器)[N]回流分配器的出口压力[1]全凝器出口压力[1]各平

7、衡级的传热速率(不含部分再沸器)[N-1]分配器传热速率[1]进料摩尔浓度和总进料流率[C]进料温度[1]进料压力[1]冷凝温度(即饱和液体温度)[1]进料级位置[1]总平衡级数[1]侧线采出位置[1]侧线物流总流率[1]塔顶总馏出液流率D或D/F[1]回流流率LR或回流比LR/D[1](ND)U=2N+C+11上述列表中前九项几乎是已知或设定的，第10~15项可由下列变量代替：冷凝器加热负荷QC[1]再沸器加热负荷QR[1]塔釜残留物中一个组分的回收率或摩尔浓度[1]塔顶馏出物中一个组分的回收率或摩尔浓度[1]塔内的最大蒸汽速率[1]TWOCA

8、SESIncaseⅠ:thedesigncase.recoveryspecificationsaremadeforoneortwokey