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1、例1. 绝热分配器（表3-1第1个）,总变量NV 物流变量数 进料1：C+2 出料2：（C+3）*2 能量变量数 绝热过程：0 设备变量数 简单设备：0 Nv=3C+8,例1. 绝热分配器,独立方程NE 物料衡算关系式 M C 能量衡算关系式 H 1 相平衡关系式 E 单相系统：0 设备结构相关关系式 简单设备：0 内在关系式 S C+3,=2C+4,例1. 绝热分配器,总变量数 NV=3C+11 独立方程数 NE=2C+7 设计变量数 ND=C+4,设计变量ND可进一步分为：,4,固定设计变量Nx,可调设计变量Na,Nx = 进料物流变量数系统的压力,固定设计变量Nx = 进料压力（C+2）
2、+1,可调设计变量Na = ND-Nx=(C+4)-(C+3)=1,ND-Nx,ND=C+4，Nx=C+3,固定设计变量： 进料+设备压力 C+3,可调设计变量： 1个,可调设计变量： 1个，假如选R,待求变量与独立方程,待求变量：2C+7 独立方程：2C+7,小结,求设计变量作用：确定需要事先给定的变量，使待求变量数与独立方程数相等，以便进行设计计算或生产过程核算 步骤： 确定所有变量（最好列表1） 确定独立方程数（最好也是列表2） 计算设计变量数、确定设计变量（在表1里圈出来） 根据独立方程数，计算求解待求变量（表1中除设计变量以外的所有变量）,课内练习,列出表3-1序号14，进料板的设计
3、变量 要求： 1.列出所有变量（包括变量名，计算总变量数） 2.列出所有独立方程 3.计算设计变量数，确定哪些变量为设计变量 4.列出需要求解的变量,上次课练习,P59 第10个分凝器 (1)总变量NV,(2)独立方程 NE,3.2 设备的设计变量,设计变量计算 N级串组合单元 复杂组合单元,一、N级串级组合单元,在复杂的分离设备中，如精馏塔、吸收塔、萃取塔等，往往都是由若干个平衡级串联成一个整体，各平衡级之间有级间蒸汽或液体物流相联系，所以称为N级串级单元。,例 两个带传热的平衡级串联,N串级总变量数(NV)U,各个平衡级变量数之和: (NV)U=(NV)E1+(NV)E2,重复变量数: 2
4、（C+2),一、N级串级组合单元,N级串级单元的独立变量总数(NV)U等于各个平衡级的独立变量数总和减去重复计数了的NR股物流中的变量数NR(C+2)，再加上应该附加变量数NA，即： (NV)U=,如：串级的单元数 两个串联还是三个串联,N串级独立方程(NE)U,无重复的独立方程 (NE)U=(NE)E1+(NE)E2,N级串级单元的独立方程式数等于各平衡级的独立方程数的总和,即：,一、N级串级组合单元,N个平衡级 串内有中间物流2(N-1)个,(NV)U= = N(4C+13) 2(N-1)(C+2)+1 = 9N+2NC+2C+5,N个串联平衡级的独立变量总数为：,N个串联平衡级的独立方程
5、式数为： (NE)U= = N(2C+7) = 7N+2NC 所以：设计独立变量数为： (NV)U ： 9N+2NC+2C+5 （NE)U ： 7N+2NC (ND)U ： 2N+2C+5,-）,例题.,2N+2C+5,应指定2N+2C+5个设计变量: Stream VIN variables C+2 Stream LIN variables C+2 每个平衡级的压力：P1、P2、P3、PN N 每个平衡级的传热：Q1、Q2、Q3、QN N 塔的平衡级数目： N 1,小结,带有热交换的N个平衡级串联的总变量、独立方程和设计变量,二、复杂组合单元,复杂组合单元是由若干个操作单元所组成，各个单元之
6、间依靠物流的联系构成一个完整的多级分离装置。 设有一个多级复杂精馏塔，它有一股进料，一股侧线采出，全凝器及部分再沸器并每一级均能供热量或引出热量。如下图所示：,如何计算设计变量？,方法-枚举法,复杂单元的设计变量数可由枚举法来确定。 首先将复杂单元分解为一个个已知计算方法的简单单元 用先全部加和再减去重复计算部分的方法分别计算总变量数与独立方程数 计算设计变量数,方法一,总变量数=组合单元变量数-由于物流连接 所引起的重复变量数 NR (C+2)+附加变量数 独立方程数=组合单元独立方程数 设计变量数=总变量数-独立方程数,步骤1复杂单元分解,1）全凝器,2）回流分配器,3）1S-1 平衡串级
7、,4）侧线采出,5）S+1F-1 平衡串级,6）进料,7）F+1N-1 平衡串级,8）再沸器,步骤2加和各简单单元变量总数,步骤3计算重复变量数,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,重复计算的物流数 NR13 重复计算变量数 NR(C+2) 无重复被使用的相同简单单元，NA0,步骤4计算独立方程数,4.1 加和各简单单元方程数,步骤4计算独立方程数,4.2 重复计算的方程数：NR=0 独立方程数： (NE)U= 7N+2NC+5C+14 步骤5计算设计变量 (ND)U = 9N+2NC+5C+23 (7N+2NC+4C+13) = 2N+C+10,方法二,由总变量数、总
8、方程数计算公式推导出设计变量数计算公式，再根据公式求解。 方法一的两个公式： NV(装置)=（NV)e- NR(C+2)+ NA NE(装置)=（NE)e 两式相减得： ND(装置)=（ ND)e- NR(C+2)+ NA,方法二： 步骤1设计变量加和,Q,方法二： 步骤2计算设计变量,NR=13，NA0 ND=2N+C+10,实际指定的设计变量： 各平衡级的压力（含部分再沸器) N 回流分配器的出口压力 1 全凝器出口压力 1 各平衡级的传热速率(不含部分再沸器) N-1 进料摩尔浓度和总进料流率 C 进料温度 1 进料压力 1 冷凝温度(即饱和液体温度) 1 进料级位置 1 侧线采出位置
9、1 总平衡级数 1 侧线物流总流率 1 塔顶总馏出液流率D或D/F 1 回流流率LR或回流比LR/D 1 (ND)U=2N+C+10,上述列表中前九项几乎是已知或设定的，第914项可由下列变量代替： 15. 冷凝器冷却负荷QC 1 再沸器加热负荷QR 1 塔釜残留物中一个组分的回收率或摩尔浓度 1 塔顶馏出物中一个组分的回收率或摩尔浓度 1,TWO CASES,In case : the design case. recovery specifications are made for one or two key components and the number of required e
10、quilibrium stages is determined. In case : the simulation case. The number of equilibrium stages is specified and component separations are computed.,精馏塔计算,设计型计算：对塔进行设计，给出塔的结构参数。 操作型计算：塔已经建好，看塔符合不符合要求。如不符合要求，可调整参数，如回流比、采出量（或进料位置等。但一般不做改变）。,精馏塔设计变量,1.进料 C+2 2.各级压力（含部分再沸器) N 3.全凝器出口压力 1 4.分配器出口压力 1 5.
11、各级传热量Q（再沸器除外） N-1 6.冷凝器温度 1,7.总板数 1 8.进料级位置NF 1 9.侧线采出位置 1 10.塔顶量 1 11.侧线量 1 12. 回流比 1 也可对浓度的要求 如xiD 99% 对回收率的要求,关于NA取值问题,NA的含义是“ 其他未规定的变量数，如平衡级数、进料位置、侧线采出位置等”。 因而，在分析串联平衡级时，取NA=1。 在例题2中，整个装置的设计变量数是通过各单元设计变量的分析得到的，而在各单元的分析中，已经各自考虑了各单元的（NA）e，如例1中的（N-S）级，已经考虑了本单元的理论板数。因而，进料位置、侧线采出位置等已被计算在内，对整个装置而言，已无未加规定的其他变量。,