第三章單元的設(shè)計變量詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有23頁\編輯于星期四優(yōu)選第三章單元的設(shè)計變量現(xiàn)在是2頁\一共有23頁\編輯于星期四3第三章氣液傳質(zhì)分離過程3.1設(shè)計變量3.1.1單元的設(shè)計變量3.1.2設(shè)備的設(shè)計變量3.2多組分精餾3.3特殊精餾3.4間歇精餾3.5吸收與解吸現(xiàn)在是3頁\一共有23頁\編輯于星期四43.1設(shè)計變量

IndependentDesignVariables物理量：流率、濃度、溫度（物流、系統(tǒng)）、壓力、熱負荷、機械功、傳熱面積、理論板數(shù)等。設(shè)計前需預(yù)先給定數(shù)值的變量稱為設(shè)計變量。設(shè)計變量的個數(shù)稱為設(shè)計變量數(shù)。例如：兩組分精餾，一股進料，只有頂、釜采出，則很簡單，但對于多線采出等復(fù)雜情況，則需知道確定的方法。設(shè)計前需給定數(shù)值的變量現(xiàn)在是4頁\一共有23頁\編輯于星期四公式

郭慕蓀教授所建立的方法

ND=NV-NE

式中：ND—設(shè)計變量數(shù)

NV—總變量數(shù) NE—獨立方程數(shù)

NDthenumberofindependentvariables

NVallpertinentvariables

NEthetotalnumberofindependentequations現(xiàn)在是5頁\一共有23頁\編輯于星期四求設(shè)計變量數(shù)ND的方法:首先列舉出過程有關(guān)的全部變量Nv，然后再減去與各變量有關(guān)的獨立方程總數(shù)NE

首先我們分析一下化工中的變量類型和獨立方程數(shù)的確定方法?，F(xiàn)在是6頁\一共有23頁\編輯于星期四變量類型強度變量(intensivevariables）容度變量(extensivevariables)設(shè)備參數(shù)(equipmentparameters)強度變量：組成，溫度，壓力容度變量：流率，傳熱量設(shè)備參數(shù)：平衡級數(shù)，進料位置現(xiàn)在是7頁\一共有23頁\編輯于星期四8VN＝出入物流變量數(shù)＋能量交換數(shù)（熱、功）+設(shè)備變量數(shù)

(1)物流變量數(shù)

任一物流的自由度：2+P-=Cf組分數(shù)

相數(shù)

對于單相流股：1=P1+=Cf完全描述一個流動流股還應(yīng)加上該流股的流率。因此對于任一單相流股獨立變量數(shù)：21)1(+=++=CCNV系統(tǒng)的總變量數(shù)現(xiàn)在是8頁\一共有23頁\編輯于星期四（1）物流變量數(shù)任一單相流股獨立變量：C+2現(xiàn)在是9頁\一共有23頁\編輯于星期四10VN＝出入物流變量數(shù)＋能量交換數(shù)（熱、功）+設(shè)備變量數(shù)

(2)能量交換數(shù)

系統(tǒng)與環(huán)境間能量交換數(shù)的確定：有一股熱量交換，增加一個變量數(shù)。既有一股熱量交換，又有一股功交換時，應(yīng)增加兩個變量數(shù)。

系統(tǒng)的總變量數(shù)(3)設(shè)備變量數(shù)

例如：精餾塔塔板數(shù)現(xiàn)在是10頁\一共有23頁\編輯于星期四11CN依據(jù)約束關(guān)系式(1)物料衡算式M有C個組分的系統(tǒng)，能夠建立C個物料衡算式。(2)能量衡算式H(3)相平衡關(guān)系式E(4)與設(shè)備結(jié)構(gòu)相關(guān)的關(guān)系式(5)內(nèi)在關(guān)系式S每個系統(tǒng)只有1個能量衡算式。根據(jù)相平衡條件(逸度相等、壓力相等、溫度相等)能夠建立C(-1)+2個相平衡關(guān)系式。約定的關(guān)系，如：物料溫度、壓力相等、歸一化方程。約束關(guān)系數(shù)現(xiàn)在是11頁\一共有23頁\編輯于星期四設(shè)計變量的指定原則

當設(shè)計獨立變量數(shù)被確定以后，重要的是在這些設(shè)計變量當中，那些是需要由設(shè)計者來指定的。指定的原則：需要設(shè)定的獨立變量數(shù)必須等于由設(shè)備結(jié)構(gòu)(如塔的平衡級數(shù)、進料股數(shù)、進料位置、側(cè)線出料股數(shù)、側(cè)線出料位置等等)和由外部手段所能控制的(如系統(tǒng)溫度、壓力、進料組成、進料流率、冷凝負荷、加熱負荷等等)給定變量數(shù)之和?，F(xiàn)在是12頁\一共有23頁\編輯于星期四133.1.1單元的設(shè)計變量現(xiàn)在是13頁\一共有23頁\編輯于星期四3.1.1單元的設(shè)計變量

Designvariablesforelements

14一個化工流程由很多裝置組成，而每個裝置又可以分解為多個進行簡單過程的單元。確定單元的設(shè)計變量遵循前述的一般原則即可：單元裝置流程eceveDNNN-=現(xiàn)在是14頁\一共有23頁\編輯于星期四例1.絕熱分配器（表3-1第1個）總變量NV物流變量數(shù)進料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現(xiàn)在是15頁\一共有23頁\編輯于星期四例1.絕熱分配器獨立方程NE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+3

=2C+4現(xiàn)在是16頁\一共有23頁\編輯于星期四例1.絕熱分配器總變量數(shù)NV=3C+8獨立方程數(shù)NE=2C+4設(shè)計變量數(shù)ND=C+4現(xiàn)在是17頁\一共有23頁\編輯于星期四設(shè)計變量ND可進一步分為：

18固定設(shè)計變量Nx可調(diào)設(shè)計變量NaNx=進料物流變量數(shù)＋系統(tǒng)的壓力固定設(shè)計變量Nx

=進料＋壓力＝（C+2）+1可調(diào)設(shè)計變量Na=ND-Nx=(C+4)-(C+3)=1＝ND-Nx現(xiàn)在是18頁\一共有23頁\編輯于星期四例2.產(chǎn)物為兩相的全凝器19出入物流變量數(shù)：（C+2）+23能量交換數(shù)：1+)Nv=3C+9物料衡算式：能量衡算式：相平衡關(guān)系式：設(shè)備結(jié)構(gòu)關(guān)系式：內(nèi)在關(guān)系式：C1C(-1)+2=C+202NE=2C+5NDe=Nve－NEe=C+4VL1L2QVNeENe設(shè)備變量數(shù)：0現(xiàn)在是19頁\一共有23頁\編輯于星期四20固定設(shè)計變量Nx

=進料＋壓力＝（C+2）+1可調(diào)設(shè)計變量Na=ND-Nx=(C+4)-(C+3)=1VL1L2Q

產(chǎn)物為兩相的全凝器如單元溫度或引入的冷量現(xiàn)在是20頁\一共有23頁\編輯于星期四例3.有傳熱的平衡級21出入物流變量數(shù)：（C+2）+24能量交換數(shù)：1+)Nv=4C+11物料衡算式：能量衡算式：相平衡關(guān)系式：設(shè)備結(jié)構(gòu)關(guān)系式：內(nèi)在關(guān)系式：C1C(-1)+2=C+202NE=2C+5NDe=Nve－NEe=2C+6VNeENe+)設(shè)備變量數(shù)：0現(xiàn)在是21頁\一共有23頁\編輯于星期四22固定設(shè)計變量Nx

=進料＋壓力＝2（C+2）+1＝2C＋5可調(diào)設(shè)計變量Na=ND-Nx=(2C+6)-(2C+5)=1有傳熱的平衡級如傳熱量或單元溫度現(xiàn)在是22頁\一共有23頁\編輯于星期四例4.有側(cè)線采出的平衡級

23出入物流變量數(shù)：（C+2）+35能量交換數(shù)：0+)Nv=5C+13物