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1、习题解答 2-1 （1）d=n-m n=4(c+2) m=c+c+1+1=2c+2 d=4(c+2)-(2c+2)=2c+6 给定流入流股：2(c+2) 平衡级压力：1 所以没有唯一解 （2）存在热损失 n=4(c+2)+1 m= =2c+2 d=2c+7 给定 2c+5 所以没有唯一解 （3）n=2(c+2)+2+2+1=2c+9 m=1+c+2=c+3 d=c+6 给定进料：c+2 冷却水进口温度：1 所以没有唯一解 2-2（1）Nv=3(c+2) （2）物料衡算：FiZFi=VyFi+LxFi (i=1,2c) 热量衡算：FHF=VHV+LHL 相平衡：yFi=kixFi (i=1,2c
2、) 温度平衡：TV=TL 压力平衡：PV=PL （3）Ne=2c+3 （4）d= Nv- Ne=c+3 （5）进料（c+2）和节流后的压力（1） 2-3 Nxu 压力等级数 1 进料变量数 2(c+2)=4+3=7 合计 9 Nau 串级单元数 1 回流分配器 2 侧线采出单元数 2 传热单元数 5 合计 15 Nvu=9+15=24 d=24 给定的不满足要求，还需给定入塔混合物的温度，两塔的操作压力，塔 2 的回流比。 2-4 Nxu 压力等级数 N+M+1+1+1(N 和 M 为两个塔的塔板数) 进料变量数 c+2 合计 c+N+M+5 Nau 串级单元数 4 回流分配器 4 侧线采出单
3、元数 1 传热单元数 4 合计 10 Nvu= c+N+M+5+10= c+N+M+15 d= c+N+M+15 2-5 2-6 2-7 简捷算法：Reflex Ratio：-1.3 Light Key：Methanol 0.95 Heavy Key：Ethanol 0.1585 Pressure：Condenser：1.9 公斤 Reboiler：1.8 公斤 最小回流比为：3.529 实际回流比：4.588 最小理论板数：14.47 实际板数：26.18 进料板：10.47 逐板计算：27 块塔板，11 板进料，塔顶采出：31.67kmol/hr，回流比：4.6 3-1 3-1 3-2 3
4、-2 3-3 3-3 1.单元串搜索法 （1）1,2,3,4,3-合并 3,4-1,2， （3,4） 10 10 1 1 5 5 6 6 7 7 3 3 4 4 2 2 9 9 8 8 11 11 12 12 13 13 14 14 17 17 15 15 16 16 1 1 3 3 4 4 2 2 5 5 7 7 8 8 9 9 6 6 12 12 10 10 11 11 （2）1,2， （3,4） ，6,5,2-合并 2,3,4,5,6-1， （2，?3 4?，6,5） （3）1， （2，?3 4?，6,5） ，7，1,2,3-合并 1，2，3，4，5，6， 7-（ （7，1，2，?3 4
5、?） ，6,5） （4）加上 8 所以计算顺序为（1，?2,?3，4? 5,6 ?，7） ， 8 Loop Matrix： S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 R S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 R A A 1 1 1 1 4 B B 1 1 1 1 4 C C 1 1 2 f f 1 2 1 1 1 1 1 1 1 S2，S6，S7，S8，S9，S10 包含于 S3 S5 包含于 S4 断开 S3,A,B 回路打开，断开 S4,C 回路打开。 2 系统的邻接矩阵： 1 2 3 7 4 5 6 A B C R= ? ? ? ? ? 0 1 0 0 0
6、 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0? ? ? ? ? R 2= ? ? ? ? ? 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0? ? ? ? ? R 3= ? ? ? ? ? 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0
7、 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 01? ? ? ? ? 1,2,3,4 看做一个拟节点，所得的邻接矩阵为： R=? 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 ? 7 为一步循环回路，去掉，则邻接矩阵为： R=? 0 0 1 1 0 0 0 1 0 ? R 2=?0 1 0 0 0 1 1 0 0 ? R 3=?1 0 0 0 1 0 0 0 1 ? 所以计算顺序表为： 计算顺序 节点 计算顺序 节点 1 1 （1,2,3,4） 2 2 7 3 3 6，5 Loop Matrix: S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 R
8、 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 R A A 1 1 1 3 B B 1 1 1 3 C C 1 1 1 1 4 f f 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 S2,S8 包含于 S11 S4,S10 包含于 S9 S3,S5,S6 包含于 S7 断开 S11，S9，S7 则回路 A，B，C 打开。 3-4 3-4 1. 1 2 34 5 6 7 A B C Loop Matrix: S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 R S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 R A A 1 1 1 3 B B 1 1 1 3 C C 1
9、 1 1 1 4 f f 1 1 2 1 1 1 1 1 1 S2, S7 包含于 S8 S9, S10, S3, S5, S6 包含于 S4 所以断开 S4，B,C 回路打开，断开 S8，A 回路打开。 计算顺序用单元串搜索法： （1）1,2,3,4,6,2-1， （2,3,4,6） （2）1， （2,3,4,6） ，9,1-（1， （2,3,4,6） ，9） （3） （1， （2,3,4,6） ，9） ，8,3-（1， （2,（3,4,8） ，6） ，9） 在 （1,2,3,4,6,8,9） 中有 3 个回路分别是 （1,2,9） ，（3,4,8） ，（2,3,4,6） （4）5 不在任何
10、回路中，可首先计算。 所以计算顺序为：5， （1,2,3,4,6,8,9） ，7 2. 1 2 34 675 89 B A C 注意：回路 C 是指回路（1,5,4,3,6） Loop Matrix： S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 R S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 R A A 1 1 2 B B 1 1 1 1 4 C C 1 1 1 1 1 1 6 f f 1 1 1 2 1 1 1 2 2 S9 和 S10 之间断开 S10（考虑权因子 25）,回路 B,C 打开 S4 和 S5 之间断开 S4（权因子 12）,回路 A 打开 用邻接矩阵
11、法确定计算顺序： R= ? ? ? ? 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0? ? ? ? 将 3.4 看做一个节点： 1 2 34 5 6 A B C R= ? ? ? 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0? ? ? R 2= ? ? ? 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0? ? ? R 3= ? ? ? 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0
12、 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0? ? ? R 4= ? ? ? 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1? ? ? 计算顺序为： （3,4） ， （1,2,3,5,6） 3-5 3-5 变量数：15，x1x5，s, t, p 13 个变量。 方程数：7 个 自由度 d=13-7=6 个 工艺给出5，还需五个设计变量。 （1） 该系统的双层图为： 5 1 x1 2 x2 3 x3 4 x4 x5 t p s 局部度为 1：x1，t，p，s （2） 消去 x1，t，s，F2, F4, F7 1 2 x2 3 x3 4 x4 x5
13、p 局部度为 1：1 ，x3 ，x4 ，x5 （3）消去1 ，x3 ， 2 x2 3 4 x4 x5 p 局部度为 1：2 ，4 （4）消去2 ，4 x2 ，3，x4 ，x5，p 局部度均为 0，选为设计变量。 求解顺序如下： F3 F5 F6 F4 t F1 F2 F F1 1 F F2 2 F F3 3 F F4 4 F F5 5 F F6 6 F F7 7 F F1 1 F F3 3 F F5 5 F F6 6 F F3 3 F F5 5 3 4 X4 X1 1 F7 3-6 3-6 描述过程系统的独立方程有： 物料平衡：V1y1i= V2y2i+ L2x2i F1（V1，V2，L2，y
14、1i，y2i，x2i）=0 V1= V2+ L2 F2（V1，V2，L2）=0 能量平衡：V1H1= V2H2+ L2H3+Qc F3（V1，V2，L2，Qc，T1，P1，T2，P2）=0 相平衡：y2i=kx2i F4（y2i，x2i,T2，P2）=0 （1） 该系统的双图层为： V1 y1i V2 y2i L2 x2i Qc T1 P1 T2 P2 局部度为 1：y1i ，T1，P1，y1i （2）消去 y1i，Qc，F1，F3 V1 V2 y2i L2 x2i T1 P1 T2 P2 局部度为 1：V1，V2，y2i，L2，x2i，T2，P2 （3）消去 V2，y2i，F2，F4 S F F1 1 F F2 2 F F3 3 F F4 4 F F2 2 F F4 4 V1 L2 x2i T1 P1 T2 P2 计算顺序如下： F2 F3 Qc F4 X2i F1
