設(shè)備的設(shè)計(jì)變量PPT課件

1、例1. 絕熱分配器獨(dú)立方程N(yùn)Ep物料衡算關(guān)系式 M Cp能量衡算關(guān)系式 H 1p相平衡關(guān)系式 E 單相系統(tǒng)：0p設(shè)備結(jié)構(gòu)相關(guān)關(guān)系式 簡(jiǎn)單設(shè)備：0p內(nèi)在關(guān)系式 S C+321LLF1,.2 , 12,21,1,CixLxLFxLiLiFi2211LLFhLhLFh1,.2 , 12,1,CixxLiLi2 , 111,jxCiLji 21LLpp21LLTT=2C+4第1頁(yè)/共42頁(yè)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第2頁(yè)/共42頁(yè)設(shè)計(jì)變量N ND D可進(jìn)一步分為： 3固定設(shè)計(jì)變量固定設(shè)計(jì)變量N Nx x可調(diào)設(shè)計(jì)變量可調(diào)設(shè)計(jì)變量N Na

2、 aN Nx x = = 進(jìn)料物流變量數(shù)系統(tǒng)的壓力進(jìn)料物流變量數(shù)系統(tǒng)的壓力固定設(shè)計(jì)變量固定設(shè)計(jì)變量N Nx x = = 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N Na a = = N ND D- -N Nx x=(C+4)-(C+3)=1=(C+4)-(C+3)=1N ND D- -N Nx xeaexeDNNN第3頁(yè)/共42頁(yè)ND=C+4，Nx=C+3固定設(shè)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第4頁(yè)/共42頁(yè)待求變量與獨(dú)立方程待求變量：2C+7獨(dú)立方程：2C+7第5頁(yè)/共42頁(yè)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

3、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(guò)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(lái)）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）第6頁(yè)/共42頁(yè)課內(nèi)練習(xí) 列出表3-1序號(hào)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.列出需要求解的變量第7頁(yè)/共42頁(yè)上次課練習(xí) P59 第10個(gè)分凝器 (1)總變量NV第8頁(yè)/共42頁(yè)(2)獨(dú)立方程 NE第9頁(yè)/共42頁(yè)第10頁(yè)/共42頁(yè)3.2 設(shè)備的設(shè)計(jì)變

4、量設(shè) 計(jì) 變 量 計(jì) 算 N 級(jí) 串 組 合 單 元 復(fù) 雜 組 合 單 元第11頁(yè)/共42頁(yè)一、一、N N級(jí)串級(jí)組合單元級(jí)串級(jí)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(jí)串聯(lián)成一個(gè)整體，各平衡級(jí)之間有級(jí)間蒸汽或液體物流相聯(lián)系，所以稱為N級(jí)串級(jí)單元。 第12頁(yè)/共42頁(yè)例 兩個(gè)帶傳熱的平衡級(jí)串聯(lián)第13頁(yè)/共42頁(yè)N串級(jí)總變量數(shù)(NV)U各個(gè)平衡級(jí)變量數(shù)之和: (NV)U=(NV)E1+(NV)E2重復(fù)變量數(shù): 2（C+2)第14頁(yè)/共42頁(yè)一、一、N N級(jí)串級(jí)組合單元級(jí)串級(jí)組合單元 N級(jí)串級(jí)單元的獨(dú)立變量總數(shù)(NV)U等于各個(gè)平衡級(jí)的獨(dú)立變量數(shù)總和減去重復(fù)計(jì)

5、數(shù)了的NR股物流中的變量數(shù)NR(C+2)，再加上應(yīng)該附加變量數(shù)NA，即： (NV)U=eAReVNCNN全部單元)2()(如：串級(jí)的單元數(shù)兩個(gè)串聯(lián)還是三個(gè)串聯(lián)第15頁(yè)/共42頁(yè)N串級(jí)獨(dú)立方程(NE)U無(wú)重復(fù)的獨(dú)立方程(NE)U=(NE)E1+(NE)E2第16頁(yè)/共42頁(yè)N級(jí)串級(jí)單元的獨(dú)立方程式數(shù)等于各平衡各平衡級(jí)的獨(dú)立方程數(shù)的總和級(jí)的獨(dú)立方程數(shù)的總和,即： eeEUENN全部單元)()(第17頁(yè)/共42頁(yè)一、一、N N級(jí)串級(jí)組合單元級(jí)串級(jí)組合單元N個(gè)平衡級(jí)串內(nèi)有中間物流2(N-1)個(gè)第18頁(yè)/共42頁(yè) (NV)U= = N(4C+13) 2(N-1)(C+2)+1 = 9N+2NC+2C+5

6、eAReVNCNN全部單元)2()(N個(gè)串聯(lián)平衡級(jí)的獨(dú)立變量總數(shù)為：第19頁(yè)/共42頁(yè) N個(gè)串聯(lián)平衡級(jí)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： (NV)U ： 9N+2NC+2C+5 （NE)U ： 7N+2NC (ND)U ： 2N+2C+5eReEN)N(全部單元-）第20頁(yè)/共42頁(yè)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(jí)的壓力：P1、P2、P3、PN N 每個(gè)平衡級(jí)的傳熱：Q1、Q2、Q3、QN N 塔的平衡級(jí)數(shù)目：

7、 N 1第21頁(yè)/共42頁(yè)小結(jié) 帶有熱交換的N個(gè)平衡級(jí)串聯(lián)的總變量、獨(dú)立方程和設(shè)計(jì)變量第22頁(yè)/共42頁(yè)二、復(fù)雜組合單元二、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(jí)分離裝置。 設(shè)有一個(gè)多級(jí)復(fù)雜精餾塔，它有一股進(jìn)料，一股側(cè)線采出，全凝器及部分再沸器并每一級(jí)均能供熱量或引出熱量。如下圖所示：第23頁(yè)/共42頁(yè)如何計(jì)算設(shè)計(jì)變量？第24頁(yè)/共42頁(yè)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(lái)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(jiǎn)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)第25頁(yè)/共42頁(yè)方法一

8、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)第26頁(yè)/共42頁(yè)步驟1復(fù)雜單元分解1）全凝器2）回流分配器3）1S-1 平衡串級(jí)4）側(cè)線采出5）S+1F-1 平衡串級(jí)6）進(jìn)料7）F+1N-1 平衡串級(jí)8）再沸器第27頁(yè)/共42頁(yè)步驟2加和各簡(jiǎn)單單元變量總數(shù)第28頁(yè)/共42頁(yè)步驟3計(jì)算重復(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(wú)重復(fù)被使用的相同簡(jiǎn)單單元，NA0第29頁(yè)/共42頁(yè)步驟4計(jì)算獨(dú)立方程數(shù)4.1 加和各簡(jiǎn)單單元方程數(shù)第30頁(yè)/共4

9、2頁(yè)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第31頁(yè)/共42頁(yè)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(裝置)=（NV)e- NR(C+2)+ NA NE(裝置)=（NE)e兩式相減得： ND(裝置)=（ ND)e- NR(C+2)+ NA第32頁(yè)/共42頁(yè)方法二： 步驟1設(shè)計(jì)變量加和Q第33頁(yè)/共42頁(yè)方法二： 步驟2計(jì)算設(shè)計(jì)變量NR=13，NA0ND=2

10、N+C+10第34頁(yè)/共42頁(yè)實(shí)際指定的設(shè)計(jì)變量：1. 各平衡級(jí)的壓力（含部分再沸器) N2. 回流分配器的出口壓力13. 全凝器出口壓力14. 各平衡級(jí)的傳熱速率(不含部分再沸器) N-15. 進(jìn)料摩爾濃度和總進(jìn)料流率C6. 進(jìn)料溫度17. 進(jìn)料壓力18. 冷凝溫度(即飽和液體溫度)19. 進(jìn)料級(jí)位置110.側(cè)線采出位置111.總平衡級(jí)數(shù)112.側(cè)線物流總流率113.塔頂總餾出液流率D或D/F114.回流流率LR或回流比LR/D1(ND)U=2N+C+10第35頁(yè)/共42頁(yè) 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QC116. 再沸器加熱負(fù)荷QR

11、 117. 塔釜?dú)埩粑镏幸粋€(gè)組分的回收率或摩爾濃度 118. 塔頂餾出物中一個(gè)組分的回收率或摩爾濃度 1第36頁(yè)/共42頁(yè)TWO 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 a

12、nd component separations are computed.第37頁(yè)/共42頁(yè)精餾塔計(jì)算設(shè)計(jì)型計(jì)算：對(duì)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）。第38頁(yè)/共42頁(yè)精餾塔設(shè)計(jì)變量1.進(jìn)料 C+22.各級(jí)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(jí)傳熱量Q（再沸器除外） N-16.冷凝器溫度 1第39頁(yè)/共42頁(yè)7.總板數(shù) 18.進(jìn)料級(jí)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(duì)濃度的要求 如xiD 99%對(duì)回收率的要求第40頁(yè)/共42頁(yè)關(guān)于NA取值問(wèn)題 NA的含義是“ 其他未規(guī)定的變量數(shù)，如