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1、例1. 绝热分配器（表3-1第1个）总变量NV p 物流变量数 进料1：C+2 出料2：（C+3）*2 p 能量变量数 绝热过程：0 p 设备变量数 简单设备：0p Nv=3C+8例1. 绝热分配器独立方程NE p 物料衡算关系式 M C p 能量衡算关系式 H 1 p 相平衡关系式 E 单相系统：0 p 设备结构相关关系式 简单设备：0 p 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NaNx = 进料物流变量数系统的压力固定设计变量Nx = 进料压
2、力（C+2）+1可调设计变量Na = ND-Nx=(C+4)-(C+3)=1ND-NxND=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
3、计变量 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 NE3.2 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（C+2
4、)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)E2N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+5N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式数为：(NE)U= N(2
5、C+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
6、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4）侧线采出5）S+1F-1 平衡串级6）进料7）F+1N-1 平衡串级
7、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12345678910111213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)+ NANE(
8、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，NA0ND=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/F1 回流流率LR或回流比LR/D1(ND)U=2N+C+10上述列表中前九项几乎是已知或设定的，第 91
9、4项可由下列变量代替： 15. 冷凝器冷却负荷QC1 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 1TWO CASES In case : the design case.recovery specifications are made for one or two key components and the number of required equilibrium stages is determined. In case : the simulation case.The number of equilibrium
10、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.各级传热量Q（再沸器除外） N-1 6.冷凝器温度 17.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。
