第三章32設(shè)備的設(shè)計(jì)變量ppt課件

1、例1. 絕熱分配器表3-1第1個(gè)）總變量NV物流變量數(shù)進(jìn)料1：C+2出料2：（C+3）*2能量變量數(shù)絕熱過程：0設(shè)備變量數(shù)簡單設(shè)備：0Nv=3C+8) 1,.2 , 1(,CixFpTFiFF),.2 , 1(,),.2 , 1(,2,2221,111CixLpTCixLpTLiLLLiLL例1. 絕熱分配器獨(dú)立方程N(yùn)E物料衡算關(guān)系式 MC能量衡算關(guān)系式 H1相平衡關(guān)系式 E單相系統(tǒng)：0設(shè)備結(jié)構(gòu)相關(guān)關(guān)系式 簡單設(shè)備：0內(nèi)在關(guān)系式 SC+321LLF1,.2 , 12,21,1,CixLxLFxLiLiFi2211LLFhLhLFh1,.2 , 12,1,CixxLiLi2 , 111,jxCi

2、Lji 21LLpp21LLTT=2C+4例1. 絕熱分配器總變量數(shù) NV=3C+11獨(dú)立方程數(shù) NE=2C+7設(shè)計(jì)變量數(shù) ND=C+4設(shè)計(jì)變量設(shè)計(jì)變量NDND可進(jìn)一步分為：可進(jìn)一步分為： 4固定設(shè)計(jì)變量固定設(shè)計(jì)變量NxNx可調(diào)設(shè)計(jì)變量可調(diào)設(shè)計(jì)變量NaNaNx = Nx = 進(jìn)料物流變量數(shù)系統(tǒng)進(jìn)料物流變量數(shù)系統(tǒng)的壓力的壓力固定設(shè)計(jì)變量固定設(shè)計(jì)變量Nx = Nx = 進(jìn)料壓力（進(jìn)料壓力（C+2C+2）+1+1可調(diào)設(shè)計(jì)變量可調(diào)設(shè)計(jì)變量Na = ND-Nx=(C+4)-(C+3)=1Na = ND-Nx=(C+4)-(C+3)=1ND-NxND-NxeaexeDNNNND=C+4，Nx=C+3固定設(shè)

3、計(jì)變量：進(jìn)料+設(shè)備壓力C+3可調(diào)設(shè)計(jì)變量：1個(gè)可調(diào)設(shè)計(jì)變量：1個(gè)，假如選R待求變量與獨(dú)立方程待求變量：2C+7獨(dú)立方程：2C+7小結(jié) 求設(shè)計(jì)變量作用：確定需要事先給定的變量，使待求變量數(shù)與獨(dú)立方程數(shù)相等，以便進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算或生產(chǎn)過程核算 步驟： 確定所有變量最好列表1） 確定獨(dú)立方程數(shù)最好也是列表2） 計(jì)算設(shè)計(jì)變量數(shù)、確定設(shè)計(jì)變量在表1里圈出來） 根據(jù)獨(dú)立方程數(shù)，計(jì)算求解待求變量表1中除設(shè)計(jì)變量以外的所有變量）課內(nèi)練習(xí) 列出表3-1序號14，進(jìn)料板的設(shè)計(jì)變量 要求： 1.列出所有變量包括變量名，計(jì)算總變量數(shù)） 2.列出所有獨(dú)立方程 3.計(jì)算設(shè)計(jì)變量數(shù)，確定哪些變量為設(shè)計(jì)變量 4.列出需要求解的變

4、量上次課練習(xí) P59 第10個(gè)分凝器 (1)總變量NV(2)獨(dú)立方程 NE3.2 設(shè)備的設(shè)計(jì)變量設(shè)計(jì)變量計(jì)算N級串組合單元復(fù)雜組合單元一、N級串級組合單元 在復(fù)雜的分離設(shè)備中，如精餾塔、吸收塔、萃取塔等，往往都是由若干個(gè)平衡級串聯(lián)成一個(gè)整體，各平衡級之間有級間蒸汽或液體物流相聯(lián)系，所以稱為N級串級單元。 例 兩個(gè)帶傳熱的平衡級串聯(lián)N串級總變量數(shù)(NV)U各個(gè)平衡級變量數(shù)之和: (NV)U=(NV)E1+(NV)E2重復(fù)變量數(shù): 2C+2)一、N級串級組合單元 N級串級單元的獨(dú)立變量總數(shù)(NV)U等于各個(gè)平衡級的獨(dú)立變量數(shù)總和減去重復(fù)計(jì)數(shù)了的NR股物流中的變量數(shù)NR(C+2)，再加上應(yīng)該附加變量

5、數(shù)NA，即： (NV)U=eAReVNCNN全部單元)2()(如：串級的單元數(shù)兩個(gè)串聯(lián)還是三個(gè)串聯(lián)N串級獨(dú)立方程(NE)U無重復(fù)的獨(dú)立方程(NE)U=(NE)E1+(NE)E2N級串級單元的獨(dú)立方程式數(shù)等于各平衡級的獨(dú)立方程數(shù)的總和,即： eeEUENN全部單元)()(一、N級串級組合單元N個(gè)平衡級串內(nèi)有中間物流2(N-1)個(gè) (NV)U= = N(4C+13) 2(N-1)(C+2)+1 = 9N+2NC+2C+5eAReVNCNN全部單元)2()(N個(gè)串聯(lián)平衡級的獨(dú)立變量總數(shù)為： N個(gè)串聯(lián)平衡級的獨(dú)立方程式數(shù)為： (NE)U= = N(2C+7) = 7N+2NC所以：設(shè)計(jì)獨(dú)立變量數(shù)為：

6、(NV)U ： 9N+2NC+2C+5 （NE)U ： 7N+2NC (ND)U ： 2N+2C+5eReEN)N(全部單元-）例題.2N+2C+5應(yīng)指定2N+2C+5個(gè)設(shè)計(jì)變量:Stream VIN variables C+2Stream LIN variables C+2每個(gè)平衡級的壓力：P1、P2、P3、PN N 每個(gè)平衡級的傳熱：Q1、Q2、Q3、QN N 塔的平衡級數(shù)目： N 1小結(jié) 帶有熱交換的N個(gè)平衡級串聯(lián)的總變量、獨(dú)立方程和設(shè)計(jì)變量二、復(fù)雜組合單元 復(fù)雜組合單元是由若干個(gè)操作單元所組成，各個(gè)單元之間依靠物流的聯(lián)系構(gòu)成一個(gè)完整的多級分離裝置。 設(shè)有一個(gè)多級復(fù)雜精餾塔，它有一股進(jìn)料

7、，一股側(cè)線采出，全凝器及部分再沸器并每一級均能供熱量或引出熱量。如下圖所示：如何計(jì)算設(shè)計(jì)變量？方法-枚舉法復(fù)雜單元的設(shè)計(jì)變量數(shù)可由枚舉法來確定。首先將復(fù)雜單元分解為一個(gè)個(gè)已知計(jì)算方法的簡單單元用先全部加和再減去重復(fù)計(jì)算部分的方法分別計(jì)算總變量數(shù)與獨(dú)立方程數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)變量數(shù)方法一 總變量數(shù)=組合單元變量數(shù)-由于物流連接 所引起的重復(fù)變量數(shù) NR (C+2)+附加變量數(shù) 獨(dú)立方程數(shù)=組合單元獨(dú)立方程數(shù)設(shè)計(jì)變量數(shù)=總變量數(shù)-獨(dú)立方程數(shù)步驟1復(fù)雜單元分解1全凝器2回流分配器31S-1 平衡串級4側(cè)線采出5S+1F-1 平衡串級6進(jìn)料7F+1N-1 平衡串級8再沸器步驟2加和各簡單單元變量總數(shù)步驟3計(jì)算重

8、復(fù)變量數(shù)12345678910111213重復(fù)計(jì)算的物流數(shù)NR13重復(fù)計(jì)算變量數(shù)NR(C+2)無重復(fù)被使用的相同簡單單元，NA0步驟4計(jì)算獨(dú)立方程數(shù)4.1 加和各簡單單元方程數(shù)步驟4計(jì)算獨(dú)立方程數(shù) 4.2 重復(fù)計(jì)算的方程數(shù)：NR=0 獨(dú)立方程數(shù)： (NE)U= 7N+2NC+5C+14 步驟5計(jì)算設(shè)計(jì)變量 (ND)U = 9N+2NC+5C+23 (7N+2NC+4C+13) = 2N+C+10方法二由總變量數(shù)、總方程數(shù)計(jì)算公式推導(dǎo)出設(shè)計(jì)變量數(shù)計(jì)算公式，再根據(jù)公式求解。方法一的兩個(gè)公式： NV(安裝)=（NV)e- NR(C+2)+ NA NE(安裝)=（NE)e兩式相減得： ND(安裝)=（

9、 ND)e- NR(C+2)+ NA方法二： 步驟1設(shè)計(jì)變量加和Q方法二： 步驟2計(jì)算設(shè)計(jì)變量NR=13，NA0ND=2N+C+10實(shí)際指定的設(shè)計(jì)變量：各平衡級的壓力含部分再沸器) N回流分配器的出口壓力1全凝器出口壓力1各平衡級的傳熱速率(不含部分再沸器) N-1進(jìn)料摩爾濃度和總進(jìn)料流率C進(jìn)料溫度1進(jìn)料壓力1冷凝溫度(即飽和液體溫度)1進(jìn)料級位置1側(cè)線采出位置1總平衡級數(shù)1側(cè)線物流總流率1塔頂總餾出液流率D或D/F1回流流率LR或回流比LR/D1(ND)U=2N+C+10 上述列表中前九項(xiàng)幾乎是已知或設(shè)定的，第914項(xiàng)可由下列變量代替：15. 冷凝器冷卻負(fù)荷QC1 再沸器加熱負(fù)荷QR 1 塔

10、釜?dú)埩粑镏幸粋€(gè)組分的回收率或摩爾濃度 1 塔頂餾出物中一個(gè)組分的回收率或摩爾濃度 1TWO CASES In case : the design case. recovery specifications are made for one or two key components and the number of required equilibrium stages is determined. In case : the simulation case. The number of equilibrium stages is specified and component separations are computed.精餾塔計(jì)算設(shè)計(jì)型計(jì)算：對塔進(jìn)行設(shè)計(jì)，給出塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)。操作型計(jì)算：塔已經(jīng)建好，看塔符合不符合要求。如不符合要求，可調(diào)整參數(shù)，如回流比、采出量或進(jìn)料位置等。但一般不做改變）。精餾塔設(shè)計(jì)變量1.進(jìn)料 C+22.各級壓力含部分再沸器) N3.全凝器出口壓力 14.分配器出口壓力 15.各級傳熱量Q再沸器除外） N-16.冷凝器溫度 17.總板數(shù) 18.進(jìn)料級位置NF 19.側(cè)線采出位置 110.塔頂量 111.側(cè)線量 112. 回流比 1 也可對濃度的要求 如xiD 99%對回收率的要求關(guān)于NA取值問題 NA的含義是“ 其他