过程系统分析与综合习题

及规则2(热流股热容流率30, 冷流股热容流率 20)
按经验规则,应使热流股1与冷流股1匹配，得下图。
夹点 3 C H 1050 C1 1200 H1 H2
整体设计方案：
H1 H2 C1 C2
H1
夹点 1 2 3 C H 1050
350
H2
750
1200 2100
300
实际方案中2个加热器，1个冷却器，3个换热器，共6个设备 存在热负荷回路（H1，3，1，H2） 可进一步调优
解：
（1）根据规则1，2，采用常规精馏，加压下冷冻
（2）规则3，4未用
（3）由规则5 组分D/E相对挥发度最小，放在最后分离 （4）按规则6 组分E含量大，应先分离出去，但规则5优于规则6 故组分E不宜先分离出去。 （5）根据规则7 ABC/DE=0.45/0.55 ，且C/D的分离易度系数大，
故应从ABC/DE分离
P55 5 (a) 解： ① 不相关子系统的分隔
单元串搜索法或可及矩阵法确定计算顺序 （1，2，3，4，5，6，7）8
② Lee-Rudd 断裂法
回路矩阵
A B C f
S2 1 0 0
S3 1 1 0
S4 0 0 1 1
S5 S6 0 0 0 1 1 0 1 1
S7 0 1 0 1
S8 0 1 0 1
度100 º C）和353K（冷流体夹点温度80 º ）之间，故 C 夹点温度 最小公用工程加热量 最小公用工程冷却量 T = 363K（90 º C） Q H min = 650 kw Q C min = 1050 kw
说明：作图法应得到相同的结果。
热端设计：
物流 标号 热容 流率 kW/ oC CP 初始 温度
S7 S8 0 1 0 0 1 0 1 1 0 2 0 2
S9 S10 S11 R 0 0 1 3 0 1 1 5 0 0 0 4 1 0 0 5 1 2 1 2 0 2 3
f
0 0 2 2
除去不独立的列
A B C
D E
S2 1 1 0 0
S3 S4 S5 S6 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1
1 2 0 2 0 2
S7 S8 0 1 0 0 1 0 1 1
0 2 0 2
S9 S10 S11 R 0 0 1 3 0 1 1 5 0 0 0 4 1 0 0 5
1 2 1 2 0 2 3
f
0 0 2 2
A B C
D E
S2 1 1 0 0
S3 S4 S 7 S8 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 2 0 2 0 2
H1 H2 C1 C2
1 2
3
C H 1050
423
408
303
293
413
H2
650
1750
换热器2 右侧传热温差小于20 oC，不可行。
故最终设计方案：
H1 H2 C1 C2
H1
夹点 1 3 C H 1050
2
350
H2
750
1200 2100
300
实际方案中2个加热器，1个冷却器，3个换热器，共6个设备
S9 S10 1 1 0 0 0 0 1 1
R 4 4 2
1 2
除去不独立的列
A B C
S3 1 1 0
S5 0 0 1
R 1 1 1
断裂S3时，回路A、B打开
再断裂S5 ，回路C打开 计算顺序：
0 是否满足（S3 S3） 1
S6
S30 S50 S4
0 是否满足（S5 S5） 2
S9 0 0 0 1 1 2
R 2 3 2 3 2
f
0 0 2 2
断裂S3时，回路B, C打开 再断裂S8 ，回路A, D打开
再断裂S9 ，回路E打开
或
断裂S2时，回路A, B打开 再断裂S7 ，回路C, D打开
再断裂S9 ，回路E打开
计算顺序:
0 是否满足（S8 S8） 1
S8 S30 S90
【习题P200 5】试采用有序直观推断进行分离序列综合，5组分 轻烃混合物基本数据如下：
代号
A B C D E
组分
丙烷 异丁烷 正戊烷 异戊烷 正戊烷
摩尔 分数 0.05 0.15 0.25 0.20 0.35
相邻组分 相对挥发 度
分离易度系数 CES 5.26 8.25 114.5 13.46
2.0 1.33 2.40 1.25
合并加热器H2，得到： 443 1 423 2 408 C1 C2 413
H1
H1
H2
夹点 363
333
3
C H 1050 900 353 303
373 338
375.5
293
650
750
2400
换热器1 右侧传热温差小于20 oC，不可行。
合并加热器H1，得到： 443 384.7 373 370.5 750 396.75 1550 353 333
夹点
H1 H2 C1 C2 H 350 H 300 2100 2 1
750
冷端设计：
物流 标号 热容 流率 kW/ oC CP H1 30 初始 温度
oC
目标 温度
oC
热负荷 kW Q 1200
Ts 100
Tt 60
H2
C1
15
20
100
20
30
80
1050
1200
夹点以下，流股数符合规则1(热流股数2，大于冷流股数1)
（6）现考虑ABC的分离方案 参数 f
△=（ α－1 ） ×100
A/BC 0.05/0.40 100 12.5
AB/C 0.20/0.25 33 26.4
CES=f △
所以ABC 3组分的分离优先采用AB/C方案，因其CES值大。
综合上述分析，得到分离序列如下：
A A A B C D E E C D B B A
0
S9 S10 S4 S5 S12 S6 S11 S2 S8 S3
S7
0 是否满足（S9 S9） 3
0 是否满足（S3 S3） 2
T7. 解：
方程：7个
变量：5+5+3=13个 自由度：13-7=6 规定w5，剩余自由度为5
w5
f1
f2
f3
f4
f5
f6
f7
w1
w2 w3
w4
-300
50 150 750 -1000 100 -150
0
300 250 100 -650 350 250
300
250 100 -650 350 250 400
650
950 800 750 0 1000 900
950
800 750 0 1000 900 1050
得到如下信息：
在T min=20oC的情况下，夹点温度在373K（热流体夹点温
B
C D
E
x1 x2
x3
x4 x5
p
t
s
f1
f3
f5
f6
Hale Waihona Puke Baiduw1
w2 w3
w4
x2 x2
x3
x4 x5
t t
w3 求解顺序： f3 f5 f7
w2 w4
x4 x5
f1 f6 s
w1
x3
f2 f4
x1 p
P175 5 根据下列流股数据在T-H图上作出冷、热组合曲线，在 图上确定QCmin，QRmax，QHmin。指定T min=20oC，试综合该换热
SN1 SN2 SN3
443 413 433 408 428 423
热物流及其温度 H1 H2
403
SN4
SN5 SN6 SN7
353 373
313 293 333 313 303
问题表格（2）
子网络
序号
赤字Dk
kW
热量
kW
热量
kW
无外界输入热量 Ik Qk
外界输入最小热量 Ik Qk
SN1
SN2 SN3 SN4 SN5 SN6 SN7
器网络。
物流 标号
热容 流率 CP
初始 温度 Ts 443 423 293 353
目标 温度
热负荷
kW/ K K
H1 H2 C1 C2 30 15 20 40
K
Tt 333 303 408 413
kW
Q 3300 1800 2300 2400
问题表格（1）
子网络序号 冷物流及其温度 k C1 C2
oC
目标 温度
oC
热负荷 kW Q
Ts
Tt
H1
H2 C1 C2
30
15 20 40
170
150 80 80
100
100 135 140
2100
750 1100 2400
夹点以上，流股数符合规则1(热流股数2，等于冷流股数2)
及规则2(热流股热容流率15、30, 冷流股热容流率 20、40)
按经验规则,应使热流股1与冷流股2匹配，得下图。
S7 S10 S5
S8 S2
S9
S3
(b) 解： ① 不相关子系统的分隔
单元串搜索法或可及矩阵法确定计算顺序 （1，2，3，4，5，6，7）
② Lee-Rudd 断裂法
回路矩阵
A B C
D E
S2 1 1 0 0
S3 0 1 1 0
S4 S5 0 0 1 0 0 1 0 1 1 2 0 2
S6 0 0 1 1 0 2