c三章物料衡算与热量衡算(2)_化工设计

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1、例题：一个由四个精馏塔和一个分流器组成的化工流程示意图如下所示，流程中无化学反应，所有组成均为摩尔分率。设计要求从塔2塔底出来的流股流量有50%回流到塔1，试计算确定流程中所有未知的流股流量和组成。411109876532塔1塔2分流器塔3塔41000mol/hC10.20C20.25C30.40C40.15C30.03C10.995C20.005C10.01C20.89C30.10C30.70C40.30C40.002C30.98C40.02C41.001一个不带化学反应的精馏塔群流程示意图说明：3号流股只

2、含C2、C3、C4去变置下一节解：该过程的流程中一些流股的部分或全部流股变量已经由设计条件给出，但仍然有一些流股变量未知。由于该例题要求确定流程中所有未知的流股变量，所以，其物料衡算范围应该是全部流程过程。该流程虽然只牵涉到4种组份，但由于牵涉到5个单元设备、11个流股。所以其物料衡算计算相对一个单元操作的物料衡算要复杂一些，为了确定物料衡算计算的顺序，先进行该流程的物料衡算自由度分析，这样还可以对设计条件（数据）充分与否进行校验。在作该流程的自由度分析之前，应该根据流程的特点和流股与单元设备的联系确定流程中

3、所有流程可能含有的组份种类。在本例题中，1、4、5、6、7、9、10、11号流股的组份种类已经十分明显了，但2、3、8号流股的组份种类就需要根据流程的特点和流股与单元设备的联系来进行分析判断。本例题中，由于塔2的输出流股中含有三种组份，所以2号流股就必然含有三种组份（C1、C2、C3），同理可以判断出3号流股和8号流股含有三种组份（C2、C3、C4）。还应该注意，本例题中5、6、7三个流股是直接与分流器相连接的流股，它们的流股组成应该完全相同。塔1塔2塔3塔4分流器过程整体总流股变量数MB方程数已知流股变量数

4、已知附加方程数自由度流程的自由度分析表＋1＋2自由度00已知附加方程数47已知流股变量数34MB方程数813总流股变量数塔2塔14111098(3)7653(3)2(3)塔1塔2分流器塔3塔41000mol/hC10.20C20.25C30.40C40.15C30.03C10.995C20.005C10.01C20.89C30.10C30.70C40.30C40.002C30.98C40.02C41.001＋1＋3自由度00已知附加方程数22已知流股变量数23MB方程数58总流股变量数塔4塔34111098(

5、3)7653(3)2(3)塔1塔2分流器塔3塔41000mol/hC10.20C20.25C30.40C40.15C30.03C10.995C20.005C10.01C20.89C30.10C30.70C40.30C40.002C30.98C40.02C41.001＋2＋1自由度01已知附加方程数92已知流股变量数41MB方程数155总流股变量数整体分流器注意：整体只管进出系统的流股，而与中间流股无关，该整体相当于一个虚拟的单个精馏塔。4111098(3)7653(3)2(3)塔1塔2分流器塔3塔41000m

6、ol/hC10.20C20.25C30.40C40.15C30.03C10.995C20.005C10.01C20.89C30.10C30.70C40.30C40.002C30.98C40.02C41.001自由度已知附加方程数11已知流股变量数MB方程数25总流股变量数过程注意：过程与整体不同，它要包含流程系统内所有流股。4111098(3)7653(3)2(3)塔1塔2分流器塔3塔41000mol/hC10.20C20.25C30.40C40.15C30.03C10.995C20.005C10.01C20

7、.89C30.10C30.70C40.30C40.002C30.98C40.02C41.0012011312自由度0110000已知附加方程数91122247已知流股变量数41312334MB方程数1525558813总流股变量数整体过程分流器塔4塔3塔2塔1流程的自由度分析表（结果）从流程的过程自由度分析结果可以看出：该流程设计条件给得正确。从自由度分析结果还可以看出：所有单元的自由度都没有为零的。问题：从哪个单元开始进行计算？即使所有单元自由度中，没有一个为零，仍然从自由度最小的单元开始计算，只不过分步骤

8、的计算结果中带有未知变量（部分求解）。例如：本例题MB手工计算从塔2开始，塔2的MB方程：F2＝F4＋F50.03F2＝0.10F5塔2的MB求解结果（带有一个未知变量F2）：F5＝0.3F2F4＝0.7F2求解塔2后，应该求解那个单元？还是看对相邻单元自由度的影响，做相邻单元的更新自由度分析211自由度001已知附加式9★2已知变量数441MB方程数15135变量数OB塔1分流器★＝7＋8结论：求