化工設(shè)計概論(3-1)(完整版)
【正文】 ，掌握物料衡算的求解步驟； 在自由度分析之前，必須會根據(jù)流程特點判斷流程中各流股所含的組份數(shù)； 會判斷流程設(shè)計是否是彈性設(shè)計，會挑選合適的計算基準； 會根據(jù)自由度分析結(jié)果判斷衡算計算順序，尤其是應(yīng)該注意更新自由度分析； 不能忽視具體的求解計算過程。 混合器 2 萃取塔 變量總數(shù) MB衡算方程數(shù) 已知變量數(shù) 附加關(guān)系式數(shù) 自由度 更新自由度分析表 2 6 0 0 8 廢 料 E % HAC H2O H2SO4 HAC 24% 循環(huán)流 HAC 60% H2O 40% E % H2O % 混合器 2 E % H2O % E 7% HAC H2O H2SO4 進 料 HAC 30％ H2O % H2SO4 % 混合器 1 E 99% H2O 1％ 產(chǎn)品流 HAC 99% H2O 1% 萃 取 塔 溶 劑 回 收 塔 產(chǎn) 品 精 餾 塔 溶 劑 提 餾 塔 1（ 3） 2（ 3） 3（ 3） 11（ 2） 10（ 2） 8（ 2） 5（ 2） 4（ 4） 6（ 2） 7（ 2） 9（ 4） 12（ 2） 12 4 10 0 － 2 2 0 結(jié)論：解混合器 2或 萃取塔，必然是完全求解。 更新自由度分析結(jié)果：接著解混合器 1，而且是完全求解。 針對本例題，計算基準選誰（假設(shè)哪個流股的流量值）？ 去自由度表 流程自由度分析表（假設(shè) F10已知） +2 +1 +3 +3 +1 +1 +6 +1 自由度 計算基準 ＋ 2 0 ＋ 3 ＋ 3 0 0 ＋ 6 ＋ 1 新自由度 0 2 0 0 1 0 0 1 附加關(guān)系式數(shù) 5 10 3 3 2 3 2 2 已知變量數(shù) 4 18 4 2 2 3 4 3 MB衡算方程數(shù) 11 31 10 8 6 7 12 8 變量總數(shù) OB 過程 溶劑 提留塔 混合 器 2 產(chǎn)品 精餾塔 溶劑 回收塔 萃取塔 混合 器 1 本例題最優(yōu)選擇 F10已知，將 F10作為計算基準。 要特別注意過程自由度分析時， MB方程的加和性 、 附加關(guān)系式的加和性 。 2. F1= 3. 圖中所有組成均為質(zhì)量百分數(shù)。 分流器的作用： 將一個流股拆分為幾個組成相同、流量不同的分流股，分拆開的流股，一部分回流（ recycle），一部分防空（ purge）。 連續(xù)部分 間歇部分 儲罐 半間歇半連續(xù)流程框架示意圖： 注意：在二種操作模式的交界處，必須設(shè)置儲罐。 流股狀態(tài)可用一組流股變量來描述： F， T， P， x1， x2 ， …… ， xn－ 1 設(shè)備的單元變量： dQ/dt （ Q）、 dW/dt （ W） 、 ri （ i＝ 1， 2， …,m ） 其它方程包括： 設(shè)計約束方程（最常見）； 相平衡方程，等等。 一、化工流程（過程）中 MB、 HB、 EB三者之間的關(guān)系 MB與 HB之間的關(guān)系 MB有可能能單獨（不依賴 HB而獨立）求解； HB一般不能單獨求解； （間壁式換熱器除外） 當(dāng) MB不能獨立求解時，它就必須與 HB聯(lián)合起來，求解 CB。化工流程設(shè)計衡算的范圍可能有如下幾種情況： 流程中某一個單元設(shè)備； 流程中某幾個單元設(shè)備組合的子流程； 整個流程。 適用情況： 產(chǎn)量小，物系穩(wěn)定性較差，需要切開批次的過程。 設(shè)備單元變量 在忽略流程做功（ dW/dt或 W）的情況下，設(shè)備單元變量分為兩種： 設(shè)備單元變量 ri （ i＝ 1,2,…,m ；某單元內(nèi)含 m個獨立反應(yīng)） （描述反應(yīng)程度） dQ/dt （ Q） （描述某設(shè)備單元的傳熱） 分流器的自由度分析有特殊性 對一個化工單元設(shè)備，一般而言，它涉及到幾種組份就相應(yīng)可以列出幾個獨立的 MB方程。 化工流程的物料衡算（不帶反應(yīng)） 本節(jié)主要目的： 化工流程的自由度分析； 利用自由度分析結(jié)果判斷物料衡算計算順序； 流 程 示 意 圖 例題 ：有如圖所示的一個連續(xù)流程，用于稀醋酸的濃縮處理，圖中 E代表某種溶劑組分。 ● 過程 ：與整體的區(qū)別在于，過程不僅包括進出系統(tǒng)的流股，還要包括流程的所有中間流股。 回流程圖 針對彈性設(shè)計流程的自由度分析時應(yīng)該注意： 流程是否是彈性設(shè)計？ 一個流程是彈性設(shè)計，必需同時滿足以下二個條件： （ 1）、流程過程自由度必需是＋ 1； （ 2）、流程的已知流股變量全部是強度性質(zhì)（沒有一個流量變量已知）。 問題：解完溶劑回收塔和產(chǎn)品精餾塔后，緊接著應(yīng)該解誰？ 確定下一步求解單元的原則： 從流程圖上看上一步求解結(jié)果對相鄰單元（包括 OB）自由度的影響程度而定。 混合器 2 溶劑 提餾塔 變量總數(shù) MB衡算方程數(shù) 已知變量數(shù) 附加關(guān)系式數(shù) 自由度 更新自由度分析表 2 5 0 1 10 4 0 8 6 0 廢 料 E % HAC H2O H2SO4 HAC 24% 循環(huán)流 HAC 60%
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