設備的設計變量PPT課件

1、例1. 絕熱分配器獨立方程NEp物料衡算關系式 M Cp能量衡算關系式 H 1p相平衡關系式 E 單相系統(tǒng)：0p設備結構相關關系式 簡單設備：0p內在關系式 S C+321LLF1,.2 , 12,21,1,CixLxLFxLiLiFi2211LLFhLhLFh1,.2 , 12,1,CixxLiLi2 , 111,jxCiLji 21LLpp21LLTT=2C+4第1頁/共42頁例1. 絕熱分配器總變量數(shù) NV=3C+11獨立方程數(shù) NE=2C+7設計變量數(shù) ND=C+4第2頁/共42頁設計變量N ND D可進一步分為： 3固定設計變量固定設計變量N Nx x可調設計變量可調設計變量N Na

2、 aN Nx x = = 進料物流變量數(shù)系統(tǒng)的壓力進料物流變量數(shù)系統(tǒng)的壓力固定設計變量固定設計變量N Nx x = = 進料壓力（進料壓力（C+2C+2）+1+1可調設計變量可調設計變量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/共42頁ND=C+4，Nx=C+3固定設計變量：進料+設備壓力C+3可調設計變量：1個可調設計變量：1個，假如選R第4頁/共42頁待求變量與獨立方程待求變量：2C+7獨立方程：2C+7第5頁/共42頁小結 求設計變量作用：確定需要事先給定的變量，使待

3、求變量數(shù)與獨立方程數(shù)相等，以便進行設計計算或生產(chǎn)過程核算 步驟：確定所有變量（最好列表1）確定獨立方程數(shù)（最好也是列表2）計算設計變量數(shù)、確定設計變量（在表1里圈出來）根據(jù)獨立方程數(shù)，計算求解待求變量（表1中除設計變量以外的所有變量）第6頁/共42頁課內練習 列出表3-1序號14，進料板的設計變量 要求： 1.列出所有變量（包括變量名，計算總變量數(shù)） 2.列出所有獨立方程 3.計算設計變量數(shù)，確定哪些變量為設計變量 4.列出需要求解的變量第7頁/共42頁上次課練習 P59 第10個分凝器 (1)總變量NV第8頁/共42頁(2)獨立方程 NE第9頁/共42頁第10頁/共42頁3.2 設備的設計變

4、量設 計 變 量 計 算 N 級 串 組 合 單 元 復 雜 組 合 單 元第11頁/共42頁一、一、N N級串級組合單元級串級組合單元 在復雜的分離設備中，如精餾塔、吸收塔、萃取塔等，往往都是由若干個平衡級串聯(lián)成一個整體，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。 第12頁/共42頁例 兩個帶傳熱的平衡級串聯(lián)第13頁/共42頁N串級總變量數(shù)(NV)U各個平衡級變量數(shù)之和: (NV)U=(NV)E1+(NV)E2重復變量數(shù): 2（C+2)第14頁/共42頁一、一、N N級串級組合單元級串級組合單元 N級串級單元的獨立變量總數(shù)(NV)U等于各個平衡級的獨立變量數(shù)總和減去重復計

5、數(shù)了的NR股物流中的變量數(shù)NR(C+2)，再加上應該附加變量數(shù)NA，即： (NV)U=eAReVNCNN全部單元)2()(如：串級的單元數(shù)兩個串聯(lián)還是三個串聯(lián)第15頁/共42頁N串級獨立方程(NE)U無重復的獨立方程(NE)U=(NE)E1+(NE)E2第16頁/共42頁N級串級單元的獨立方程式數(shù)等于各平衡各平衡級的獨立方程數(shù)的總和級的獨立方程數(shù)的總和,即： eeEUENN全部單元)()(第17頁/共42頁一、一、N N級串級組合單元級串級組合單元N個平衡級串內有中間物流2(N-1)個第18頁/共42頁 (NV)U= = N(4C+13) 2(N-1)(C+2)+1 = 9N+2NC+2C+5

6、eAReVNCNN全部單元)2()(N個串聯(lián)平衡級的獨立變量總數(shù)為：第19頁/共42頁 N個串聯(lián)平衡級的獨立方程式數(shù)為： (NE)U= = N(2C+7) = 7N+2NC所以：設計獨立變量數(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/共42頁例題.2N+2C+5應指定2N+2C+5個設計變量:Stream VIN variables C+2Stream LIN variables C+2每個平衡級的壓力：P1、P2、P3、PN N 每個平衡級的傳熱：Q1、Q2、Q3、QN N 塔的平衡級數(shù)目：

7、 N 1第21頁/共42頁小結 帶有熱交換的N個平衡級串聯(lián)的總變量、獨立方程和設計變量第22頁/共42頁二、復雜組合單元二、復雜組合單元 復雜組合單元是由若干個操作單元所組成，各個單元之間依靠物流的聯(lián)系構成一個完整的多級分離裝置。 設有一個多級復雜精餾塔，它有一股進料，一股側線采出，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：第23頁/共42頁如何計算設計變量？第24頁/共42頁方法-枚舉法復雜單元的設計變量數(shù)可由枚舉法來確定。首先將復雜單元分解為一個個已知計算方法的簡單單元用先全部加和再減去重復計算部分的方法分別計算總變量數(shù)與獨立方程數(shù)計算設計變量數(shù)第25頁/共42頁方法一

8、總變量數(shù)=組合單元變量數(shù)-由于物流連接 所引起的重復變量數(shù) NR (C+2)+附加變量數(shù) 獨立方程數(shù)=組合單元獨立方程數(shù)設計變量數(shù)=總變量數(shù)-獨立方程數(shù)第26頁/共42頁步驟1復雜單元分解1）全凝器2）回流分配器3）1S-1 平衡串級4）側線采出5）S+1F-1 平衡串級6）進料7）F+1N-1 平衡串級8）再沸器第27頁/共42頁步驟2加和各簡單單元變量總數(shù)第28頁/共42頁步驟3計算重復變量數(shù)12345678910111213重復計算的物流數(shù)NR13重復計算變量數(shù)NR(C+2)無重復被使用的相同簡單單元，NA0第29頁/共42頁步驟4計算獨立方程數(shù)4.1 加和各簡單單元方程數(shù)第30頁/共4

9、2頁步驟4計算獨立方程數(shù) 4.2 重復計算的方程數(shù)：NR=0 獨立方程數(shù)： (NE)U= 7N+2NC+5C+14 步驟5計算設計變量(ND)U = 9N+2NC+5C+23 (7N+2NC+4C+13) = 2N+C+10第31頁/共42頁方法二由總變量數(shù)、總方程數(shù)計算公式推導出設計變量數(shù)計算公式，再根據(jù)公式求解。方法一的兩個公式： 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/共42頁方法二： 步驟1設計變量加和Q第33頁/共42頁方法二： 步驟2計算設計變量NR=13，NA0ND=2

10、N+C+10第34頁/共42頁實際指定的設計變量：1. 各平衡級的壓力（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. 各平衡級的傳熱速率(不含部分再沸器) N-15. 進料摩爾濃度和總進料流率C6. 進料溫度17. 進料壓力18. 冷凝溫度(即飽和液體溫度)19. 進料級位置110.側線采出位置111.總平衡級數(shù)112.側線物流總流率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/共42頁 上述列表中前九項幾乎是已知或設定的，第914項可由下列變量代替：15. 冷凝器冷卻負荷QC116. 再沸器加熱負荷QR

11、 117. 塔釜殘留物中一個組分的回收率或摩爾濃度 118. 塔頂餾出物中一個組分的回收率或摩爾濃度 1第36頁/共42頁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/共42頁精餾塔計算設計型計算：對塔進行設計，給出塔的結構參數(shù)。操作型計算：塔已經(jīng)建好，看塔符合不符合要求。如不符合要求，可調整參數(shù)，如回流比、采出量（或進料位置等。但一般不做改變）。第38頁/共42頁精餾塔設計變量1.進料 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 1第39頁/共42頁7.總板數(shù) 18.進料級位置NF 19.側線采出位置 110.塔頂量 111.側線量 112. 回流比 1 也可對濃度的要求 如xiD 99%對回收率的要求第40頁/共42頁關于NA取值問題 NA的含義是“ 其他未規(guī)定的變量數(shù)，如