多组分分离基础及多组分精馏--现代化工分离技术

换热器
FC1,TC1, PC1
物料衡算式 c 个c
能量衡算式 1个
N
e c
c
c 1
c
c 1
Nie NVe Nce 2c 2c 8 c c 1 c c 7
Nxe c c 6 (2股物流，2个压力)
N
e a
N ie
N
e x
1
（传热面积或出口温度）
2021/3/10
16
2.1.2.2 有浓度变化的单元
物料平衡式 c个
F
F
能量平衡式 1个
N
e c
c
1
N
e i
N ve
N
e c
c
4
其中，N
e x
c
3
（即进料c+2个，压力1个）
N
e a
1
，为系统换热量或出换热器的温度。
2021/3/10
15
(3)换热器
Fn1,Tn1, Pn1
N
e v
2c
2
c
2
2c
2c
8
约束关系数：
FC 2 ,TC 2 , PC 2 Fn2 ,Tn2 , Pn2
• 郭氏法适用：稳流过程，过程中无化学反应， 流体流动的动能和位能可忽略，与外界交换的 机械能只限于轴功，平衡级是串联的。
2021/3/10
7
2.1.1.2独立变量与约束数
• ⑴独立变量数 • ①单相物流
Nv f R
f ——自由度，强度性质变量。
R——容量性质变量。
对单相物流： Nv f 1 (C 1 2) 1 C 2
现代化工分离技术---硕士研究生课程 第二章 多组分分离基础及多组分精馏
王华军 华中科技大学化学与化工学院
2012.9
2021/3/10
1
提纲
2.1 分离过程的变量分析及设计变量的确定 2.2 相平衡关系的计算 2.3 多组分物系的泡点和露点计算 2.4 闪蒸过程的计算 2.5 多组分精馏的简捷计算
小结
系统Nv
各物流独立变量：（c+2)n 与外界交换热、功等。
约束数 NC
设计变量 Ni N x Na
N—x—固定设计变量，进料物流+系统的压力；
N—a —可调设计变量，是真正要由设计者来确定并
按工艺要求对各变量赋值。
2021/3/10
12
2.1.2单元的设计变量
• 2.1.2.1 无浓度变化的单元
2021/3/10
10
1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动 PCBA上的开关按键来实现功能的一种设计方式。
传统机械按键结构 层图：
按
PCB
键
A
开关 键
传统机械按键设计要点： 1.合理的选择按键的类 型，尽量选择平头类的 按键，以防按键下陷。 2.开关按键和塑胶按键 设计间隙建议留 0.05~0.1mm，以防按键 死键。 3.要考虑成型工艺，合 理计算累积公差，以防
2021/3/10
3
y 精馏求N
xW
2021/3/10
x
xF
xD
4
Y YF
吸收求NOG
Y1´
Y1 X
X0
XNபைடு நூலகம் XN
2021/3/10
5
2.1.1设计变量
• 2.1.1.1定义
Ni Nv Nc
式中：
N i ——设计变量数； N v ——描述系统所需的独立变量总数；
N c——各独立变量之间可以列出的方程式
2
5c
10
单元约束关系
S
L0
V1
平衡级
相平衡关系式 c 个
L1
V2
物料衡算式 c个
能量衡算式 1个
内在约束关系式 c+3个 （PS=PV1=PL1，TS=TV1=TL1，S与L1或 V1的组成相同。C-1个）
2021/3/10
21
N
e c
c
c
1
c
3
3c
4
N
e i
N
e v
N
e c
5c
10
3c
4
N
e c
c
1
0
0
2
c
1
2c
2
Nie Nve Nce 3c 6 2c 2 c 4
固定设计变量Nx 可调设计变量Na
N
e x
c3
(如进料、压力)
N
e a
N
e i
N
e x
1
可以是L1/F或L2/F或L1/L2。
2021/3/10
14
(2)加热器
N
e v
2(c
2)
1
2c
5
约束数：
加热器
Q
(1)分配器
P1
F
P2
单元独立变量数
分配器
N
e v
3c＋2
3c
6
（无热、功传递）
单元约束关系：
物料衡算式 C个（等于组分数） 能量平衡式 1个 相平衡式 c（π-1）= c（1-1）=0 化学平衡式 0个
2021/3/10
13
内在约束关系式
两物流T、P相同 2个（P1=P2，T1=T2）
两物流组成相同 xi，1=xi，2 （c-1）个
（1）产物为两相的全凝器（出料为平衡的两液相）
N
e v
3c
21
3c
7
单元约束关系数： 物料衡算式 c个 能量衡算式 1个 相平衡式 c个
全凝器
L1
V
L2
内在关系式 2个（P1=P2，T1=T2）
Nce c 1 c 2 2c 3
2021/3/10
17
N
e i
NVe
N ce
3c
7
2c
3
c
4
2021/3/10
8
②相平衡物流
• 对互成平衡两相物流：
Nv f 2 (C 2 2) 2 C 2
③描述系统与外界能量交换的变量数。
系统Nv
各物流独立变量：（c+2)n 与外界交换热、功等。
即 NV=∑（C+2）+能量交换变量数
2021/3/10
9
⑵约束数NC的确定
①物料衡算式 C 个 ②能量衡算式 每个系统只有一个 ③ 相平衡式 有c（π－1）个 ④化学平衡式 分离过程一般不考虑 ⑤内在关系式 指约定关系
N
e x
c
3（进料c+2个，单元压力1个）
N
e a
N
e i
N
e x
1
可以是单元温度T或移出Q或L1/L2。
若出料为单相液体（饱和液体）则系统设计 变量各为如何？
2021/3/10
18
(2)绝热操作的单元平衡级 （理论板）
N
e v
4c
2
4c
8
单元约束关系
L0
V1
平衡级
相平衡关系式 c 个
L1
V2
2.6 多组分精馏的严格计算
2021/3/10
2
2.1分离过程的变量分析及设计变量的确定
二元精馏（常规塔）设计中，进料组成，T、P定， 再定一组分的xD，xW，即可由R、回流状态和适宜进 料位置求出N或由N、回流状态和适宜进料位置求R。 为什么？
单组分吸收过程，已知原料气和吸收剂的量、组 成、 T和P ，吸收P一定，可由溶质的吸收率求出此 条件下的NOG。为什么？ 设计变量——计算前，必须由设计者赋值的变量。
2c
6
N
e x
2c
5
N
e a
N
e i
N
e x
1
可调设计变量可为S出料量、组成……
其它单元计算可见表2-1 。
2021/3/10
22
数和给定的条件，为约束关系数。
2021/3/10
6
郭氏法
装置
分解
若干单元
求解
NVe、N
e c
Nie Nve Nce
N
e i
N
e a
装置
N
u i
N
u a
Ni Nx Na
• N x ——固定设计变量，指确定进料物流的那些
变量及系统的压力；
• N定a 并—按—可工调艺设要计求变对量各，变是量真赋正值要。由设计者来确
物料衡算式 c个
能量衡算式 1个
内在约束关系式 2个
N
e c
c
1c 2
2c 3
N
e i
N
e v
N
e c
4c 8 2c 3
2c 5
2021/3/10
19
N
e x
2c
5
（进料2c+4个，单元压力1个）
N
e a
N
e i
N
e x
0
2021/3/10
20
（3）有侧线出料的单元平衡级
N
e v
5c