二 分離過程的變量分析及設(shè)計變量的確定

1、Chongqing university of technology第二章第二章 多組分分離基礎(chǔ)多組分分離基礎(chǔ)Multicomponent Separation FoundationChongqing university of technology2.12.1 分離過程的變量分析及設(shè)計變量的確定分離過程的變量分析及設(shè)計變量的確定2.22.2 相平衡關(guān)系的計算相平衡關(guān)系的計算2.32.3 多組分物系的泡點和露點計算多組分物系的泡點和露點計算本章小結(jié)本章小結(jié)思考題思考題主要內(nèi)容主要內(nèi)容掌握掌握掌握掌握重點掌握重點掌握2.42.4 單級平衡分離過程計算單級平衡分離過程計算掌握掌握Chongqing

2、 university of technologyv 2.1.1 設(shè)計變量設(shè)計變量v 2.1.2 單元的設(shè)計變量單元的設(shè)計變量v 2.1.3 裝置的設(shè)計變量裝置的設(shè)計變量 2.1 2.1 分離過程的變量分析和設(shè)計變量的確定分離過程的變量分析和設(shè)計變量的確定Variable analysia and design variable determination of separation processChongqing university of technologyv在設(shè)計和解決在設(shè)計和解決多組分多級分離多組分多級分離問題問題時，由于組分?jǐn)?shù)增多而增加了過程的時，由于組分?jǐn)?shù)增多而增加了過程的復(fù)雜

3、性，需用數(shù)學(xué)模型通過復(fù)雜性，需用數(shù)學(xué)模型通過聯(lián)立聯(lián)立或或迭迭代代法嚴(yán)格地解數(shù)目較多的方程。法嚴(yán)格地解數(shù)目較多的方程。 2.1.1 2.1.1 設(shè)計變量設(shè)計變量Design variable Chongqing university of technology 2.1.1 2.1.1 設(shè)計變量設(shè)計變量Design variable Chongqing university of technology 2.1.1 2.1.1 設(shè)計變量設(shè)計變量Design variable Chongqing university of technology 2.1.1 2.1.1 設(shè)計變量設(shè)計變量Design v

4、ariable Chongqing university of technology 2.1.1 2.1.1 設(shè)計變量設(shè)計變量Design variable Chongqing university of technology 2.1.1 2.1.1 設(shè)計變量設(shè)計變量Design variable Chongqing university of technologyNvx1(1), x2(1), x3(1), . . . xc(1) x1(2), x2(2), x3(2), . . . xc(2) x1( ), x2( ), x3( ), . . . xc( ) . . . . . . . .

5、 . . . . TPC個個2個個共共C +2個個Chongqing university of technology（1）每個相均滿足歸一化條件）每個相均滿足歸一化條件 ，所以有，所以有1個個不獨立濃度，故共扣除不獨立濃度，故共扣除 個不獨立濃度。個不獨立濃度。 1ix （2）對任一組分）對任一組分i，有，有個相成平衡，有個相成平衡，有-1個關(guān)于個關(guān)于T，P，濃度，濃度的方程，有的方程，有-1 個不獨立變量。共扣除個不獨立變量。共扣除c( -1 )個不獨立變量。個不獨立變量。共共C +2個變量個變量 + 個約束個約束c( -1 ) 個獨立變量個獨立變量2C相律相律Chongqing univ

6、ersity of technologyvNfR11 12vNfcc 22222vNfcc （1）單相物流）單相物流（2）相平衡物流）相平衡物流Chongqing university of technologyNv= nm（C+2）+nw+nqNv進(jìn)料進(jìn)料揮發(fā)性雜質(zhì)揮發(fā)性雜質(zhì)塔底產(chǎn)物塔底產(chǎn)物餾出液餾出液輸入輸入熱熱Q Q輸入功輸入功W輸出輸出熱熱Q QNv= 4（C+2）+1+2 = 4（C+2）+3Chongqing university of technologyChongqing university of technology或或Chongqing university of tec

7、hnologyChongqing university of technologyyi =K xii =1, 2, 3, . Cc ( - 1 )Chongqing university of technologyChongqing university of technologyNi icViNNNChongqing university of technologyaxiNNNxNNaNChongqing university of technology 2.1.2 2.1.2 單元的設(shè)計變量單元的設(shè)計變量Design variable of unitChongqing university

8、 of technologyeceVeiNNNexeaeiNNN單元單元 2.1.2 2.1.2 單元的設(shè)計變量單元的設(shè)計變量Design variable of unitChongqing university of technology 2.1.2 2.1.2 單元的設(shè)計變量單元的設(shè)計變量Design variable of unitChongqing university of technologyFP1 P2 流率、溫度、壓力、組成流率、溫度、壓力、組成Chongqing university of technology9)21 (3)2(3cNeV1ecNc225 459eceVei

9、NNN3exN134exeieaNNNFP1 P2 1eaN Chongqing university of technology0eaN 71)21(2eVN兩股物流兩股物流 一股熱流一股熱流 112ecNVFQL進(jìn)出全凝器的物料組成不變，故進(jìn)出全凝器的物料組成不變，故仍然可看成組分?jǐn)?shù)為仍然可看成組分?jǐn)?shù)為1的純物質(zhì)。的純物質(zhì)。 物衡算式物衡算式 熱衡算式熱衡算式 Chongqing university of technology71)21 (2eVN1 12ecN 725eiN 413exN541eaN VFQLChongqing university of technology0eaN

10、VFQLChongqing university of technology1234eVN4股物流股物流 312ecN9312eiNF1P1F2P2Chongqing university of technology1eaN (2 3)28exN 2 2股進(jìn)股進(jìn)料物流料物流 T、P和和流量流量 系統(tǒng)壓力等級為系統(tǒng)壓力等級為2（冷熱流體各一個壓力（冷熱流體各一個壓力） 9312eiN189eaNF1P1F2P2Chongqing university of technology2- 泵（泵（W）FP0eaN W1 -分配器（分配器（T）FP1 P2 1eaN 3 -加熱器（加熱器（J） 4 -冷

11、卻器（冷卻器（J）1eaN 1eaN FPQQ5 -換熱器（換熱器（H）1eaN F1P1F2P20eaN 6 -全凝器全凝器VFQL液體溫度為泡點液體溫度為泡點7 -全蒸發(fā)器全蒸發(fā)器0eaN LVVQ氣相溫度為露點氣相溫度為露點Chongqing university of technologyChongqing university of technology物料平衡式物料平衡式 1)2(3cNeV4)32(1)2(3cccNNNeceVei該單元與外界有熱量交換。該單元與外界有熱量交換。VFLVQ32111cccNec氣液平衡關(guān)系氣液平衡關(guān)系 TP熱平衡式熱平衡式氣液平衡時，氣相與液相氣

12、液平衡時，氣相與液相T T、P P相等相等Chongqing university of technology(2)13exNcc 1)3()4(ccNNNexeieaVFLVQ4 cNei1eaN Chongqing university of technology52)32()2(4cccNNNeceVeieVN =4(c+2)32111cccNecTP52 cNNNeceVei521)2(2ccNex0eaN 2股進(jìn)料股進(jìn)料系統(tǒng)壓力系統(tǒng)壓力 0exeieaNNN第第i級級 Li-1 Li Vi+1 Vi Chongqing university of technology73)32()2

13、(5cccNNNeceVei)2(5cNeV5股物流股物流3221cccNec物料衡式物料衡式相間約束相間約束熱量衡算式熱量衡算式 氣液氣液T、P相等相等第第i級進(jìn)料級進(jìn)料 Li-1 Li Vi+1 Vi Fi Chongqing university of technology1)2(3cNex3 3股進(jìn)料股進(jìn)料 壓力壓力0exeieaNNN73 cNei0eaN 第第i級進(jìn)料級進(jìn)料 Li-1 Li Vi+1 Vi Fi Chongqing university of technologyF1PF20eaNFP1P20eaN LPLVQ1eaNVFLVQ1eaN P(2)VFQ0eaN Ch

14、ongqing university of technology1eaN0eaNv裝置的設(shè)計變量裝置的設(shè)計變量“u ”eauxuiNNNucuVuiNNNuxuauiNNNueaaNN？ 如果上式成立，只要如果上式成立，只要計算各個單元的可調(diào)設(shè)計計算各個單元的可調(diào)設(shè)計變量，即可得到裝置可調(diào)變量，即可得到裝置可調(diào)設(shè)計變量設(shè)計變量。 2.1.3 2.1.3 裝置的設(shè)計變量裝置的設(shè)計變量Design variable of deviceChongqing university of technology 精餾塔精餾塔串級單元數(shù)串級單元數(shù) 2.1.3 2.1.3 裝置的設(shè)計變量裝置的設(shè)計變量Desig

15、n variable of deviceueuivrcNNNNChongqing university of technology圖圖1 1-9 精餾塔精餾塔精餾段精餾段1個個串串級級單元單元提餾段提餾段1個個串級單元串級單元ueuivrcNNNNChongqing university of technology圖圖1 1-9 精餾塔精餾塔ueuivrcNNNN？) 2( cnNNecuc(2)ueeivcrNNNNn cChongqing university of technology將代人將代人 得：得： ueVVNN )2( cnNNecuc (2)(2)(2)uuueeiVcVcr

16、eeeirxarNNNNNNn cNNn cNNNn c )c(nNNexux2uueixraNNNNuearaNNN成立成立?exuxN)c(nN2ueuivrcNNNN)2( cnNNecucuueixraNNNNuearaNNNChongqing university of technology分析如圖所示精餾裝置的設(shè)計變量（分為分析如圖所示精餾裝置的設(shè)計變量（分為6個單元）個單元）單元單元 設(shè)計變量設(shè)計變量全凝器全凝器 C+4C+4回流分配器回流分配器 C+4C+4N-N-（M+1M+1）板的平衡級）板的平衡級 2C+2C+（N-M-1N-M-1）+5+5進(jìn)料級進(jìn)料級 3C+73C+7

17、（M-1M-1）板的平衡串級）板的平衡串級 2C+2C+（M-1M-1）+5+5再沸器再沸器 C+4 設(shè)計變量設(shè)計變量 10C+N+27單元之間有單元之間有9股物流，故股物流，故裝置的設(shè)計變量為裝置的設(shè)計變量為:固定設(shè)計變量固定設(shè)計變量: 可調(diào)設(shè)計變量可調(diào)設(shè)計變量: 設(shè)計變量規(guī)定設(shè)計變量規(guī)定: 固定設(shè)計變量固定設(shè)計變量 可調(diào)設(shè)計可調(diào)設(shè)計變量變量 進(jìn)料進(jìn)料 C+2 C+2 回流為泡點溫度回流為泡點溫度 1 1 每級壓力每級壓力 N N 總理論級總理論級N 1N 1全凝器壓力全凝器壓力 1 1 進(jìn)料位置進(jìn)料位置M+1 1M+1 1回流分配器壓力回流分配器壓力 1 1 餾出液流率餾出液流率 1 1 回流比回流比 1 1 C+N+4 C+N+4 5 5189)29ccNuc（9)189 ()2710NccNcNui（4NcNux5uxuiuaNNNChongqing university of technologyChongqing university of technologyNau = Nr+ + + + Nau= Nr+NaecViNNNaxiNNNChongqing university of technologyv3.單元的設(shè)計變量單元的設(shè)計變量eceVeiNNNexeaeiNNN1eaN分配器分配器 換熱器（加熱換熱器（加熱/ /冷卻）冷卻） 部分凝器部分凝器