分离工程03设计变量.ppt
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- 分离 工程 03 设计 变量
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1、第三章 设计变量的确定 设计多元、多级、多相的分离问题,首先要确定各物理量的数值,如温度、压力、组成、流率、热负荷、理论平衡级等等,这些物理量都是相互关联相互制约的,要解决这种复杂分离设备的设计问题,必须确定足够多的设计变量数,使得未知变量数等于独立方程式的数,这样才有可能获得正确的结果,完成设计任务。倘若所选择的设计变量数不正确,就可能使所求的量出现多解或不合理的解。但设计者如何来确定所需的设计变量数呢?设设 计计 变变 量量.当设计独立变量数被确定以后,重要的是在这些设计变量当中,那些是需要由设计者来指定的。指定的原则指定的原则:需要设定的独立变量数必须等于由设备结构(如塔的平衡级数、进料
2、股数、进料位置、侧线出料股数、侧线出料位置等等)和由外部手段所能控制的(如系统温度、压力、进料组成、进料流率等等)给定变量数之和。指定的原则指定的原则设设 计计 变变 量量.分离设备是由一些单元构件构成的,下面分别讨论各个单元的设计变量数的确定。3-1 各个单元设计变量的确定1).单股物流变量 一股液相物流独立变量总数为:组分浓度C温度1压力1流速1C+3 设设 计计 变变 量量.2).全凝器和再沸器 它们各有两股物流和一股热量的进(或出),所以独立变量总数为:NV=2(C+3)+1=2C+7V入L出QL入V出Q全凝器再沸器设设 计计 变变 量量.独立方程式名称方程式数组分物料平衡式 C-1总
3、物料平衡式 1热焓衡算式 1摩尔分率约束式 2 独立方程式数 NE=C+3 所以:设计变量数为:ND=NV-NE=(2C+7)-(C+3)=C+4 设设 计计 变变 量量.我们知道了独立变量数为C+4,那么如何来指定这(C+4)个变量呢,根据设计变量指定原则应指定方框内的设计变量:入口物流:T、P、V、y1、y2、yc-1、yc 出口物流:T、P、L、x1、x2、xc-1、xc 出(或进)热量:Q 设设 计计 变变 量量.3).部分冷凝和部分汽化器 它们各有三股物流和一股热量的进(或出),所以独立变量总数为:NV=3(C+3)+1=3C+10L入V出Q部分汽化器V入V出Q分凝器L出L出设设 计
4、计 变变 量量.独立方程式名称方程式数组分物料平衡式 C-1总物料平衡式 1热焓衡算式 1 3 C 1 1 独立方程式数 NE=2C+6摩尔分率约束式相平衡关系式温度等式压力等式设设 计计 变变 量量.所以:设计变量数为:ND=NV-NE=(3C+10)-(2C+6)=C+4 知道了独立变量数为(C+4),我们再根据设计变量指定原则应指定方框内的设计变量:入口物流:T、P、V、y1、y2、yc-1、yc 入口物流:TV、PV、V、y1、y2、yc-1 、yc 出口物流:TL、PL、L、x1、x2 、xc-1 、xc 出(或进)热量:Q设设 计计 变变 量量.4).绝热平衡级 只有四股物流,没有
5、热量交换,所以独立变量总数为:NV=4(C+3)=4C+12V入V出L出L入绝热平衡级设设 计计 变变 量量.独立方程式名称方程式数组分物料平衡式 C-1总物料平衡式 1热焓衡算式 1 4 C 1 1 独立方程式数 NE=2C+7摩尔分率约束式相平衡关系式温度等式压力等式设设 计计 变变 量量.所以:设计变量数为:ND=NV-NE=(4C+12)-(2C+7)=2C+5 知道了独立变量数为(2C+5),我们再根据设计变量指定原则,指定方框内的设计变量:入口物流:TV、PV、V、y1、y2、yc-1、yc 入口物流:TL、PL、L、x1、x2、xc-1、xc 出口物流:TV、PV、V、y1、y2
6、、yc-1、yc 出口物流:TL、PL、L、x1、x2、xc-1、xc 设设 计计 变变 量量.5).带有热量传递的平衡级 有四股物流和一股热量,所以独立变量总数为:NV=4(C+3)+1=4C+13V入V出L出L入平衡级 Q设设 计计 变变 量量.独立方程式名称方程式数组分物料平衡式 C-1总物料平衡式 1热焓衡算式 1 4 C 1 1 独立方程式数 NE=2C+7摩尔分率约束式相平衡关系式温度等式压力等式.所以:设计变量数为:ND=NV-NE=(4C+13)-(2C+7)=2C+6 知道了独立变量数为(2C+6),我们再根据设计变量指定原则,指定方框内的设计变量:入口物流:TV、PV、V、
7、y1、y2、yc-1、yc 入口物流:TL、PL、L、x1、x2、xc-1、xc 出口物流:TV、PV、V、y1、y2、yc-1、yc 出口物流:TL、PL、L 、x1、x2、xc-1、xc 热 量:Q .6).带有热量传递和进料的平衡级 有五股物流和一股热量,所以独立变量总数为:NV=5(C+3)+1=5C+16V入V出L出L入平衡级 QF.独立方程式名称方程式数组分物料平衡式 C-1总物料平衡式 1热焓衡算式 1 5 C 1 1 独立方程式数 NE=2C+8摩尔分率约束式相平衡关系式温度等式压力等式.所以:设计变量数为:ND=NV-NE=(4C+16)-(2C+8)=3C+8 知道了独立变
8、量数为(3C+8),我们再根据设计变量指定原则,指定方框内的设计变量:入口物流:TV、PV、V、y1、y2、yc-1、yc 入口物流:TL、PL、L、x1、x2、xc-1、xc 出口物流:TV、PV、V、y1、y2、yc-1、yc 出口物流:TL、PL、L、x1、x2、xc-1、xc 进料物流:TF、PF、F、yF1、yF2、yF(c-1)、yFc 热 量:Q.7).带有热量传递和侧线的平衡级 有五股物流和一股热量,所以独立变量总数为:NV=5(C+3)+1=5C+16V入V出L出L入 平衡级 QS.独立方程式名称方程式数组分物料平衡式 C-1总物料平衡式 1热焓衡算式 1 5 C 1 1 侧
9、线物流摩尔分率等式 C-1 侧线物流温度等式 1 侧线物流压力等式 1 独立方程式数 NE=3C+9摩尔分率约束式相平衡关系式温度等式压力等式.所以:设计变量数为:ND=NV-NE=(5C+16)-(3C+9)=2C+7 知道了独立变量数为(2C+7),我们再根据设计变量指定原则,指定方框内的设计变量:入口物流:TV、PV、V、y1、y2、yc-1、yc 入口物流:TL、PL、L、x1、x2、xc-1、xc 出口物流:TV、PV、V 、y1 、y2 、yc-1 、yc 出口物流:TL、PL、L 、x1、x2 、xc-1、xc 侧线物流:TS、PS、S、xS1、xS2、xS(c-1)、xSc 热
10、 量:Q.8).带有热量传递、进料物流和侧线的平衡级 有六股物流和一股热量,所以独立变量总数为:NV=6(C+3)+1=6C+19V入V出L出L入 平衡级 QSF.独立方程式名称方程式数组分物料平衡式 C-1总物料平衡式 1热焓衡算式 1 6 C 1 1 侧线物流摩尔分率等式 C-1 侧线物流温度等式 1 侧线物流压力等式 1 独立方程式数 NE=3C+10摩尔分率约束式相平衡关系式温度等式压力等式.所以:设计变量数为:ND=NV-NE=(6C+19)-(3C+10)=3C+9 知道了独立变量数为(3C+9),我们再根据设计变量指定原则,指定方框内的设计变量:入口物流:TV、PV、V、y1、y
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