化工设计物料衡算与热量衡算课件.ppt
化工设计第三章 物料衡算与热量衡算,张美景 副教授,本学时讲授内容 第三节 化工流程的物料衡算（没有化学反应）,流 程 示 意 图,例题：有如图所示的一个连续流程，用于稀醋酸的浓缩处理，图中E代表某种溶剂组分。过程无任何化学反应。已知：1.产品精馏塔进料中的HAc有67.5%从产品流中产出。2.F1=2.3F11 3.图中所有组成均为质量百分数。要求：1.试作此过程的自由度分析，列出自由度分析表 2.指出完整的物料衡算（MB）计算顺序 3.求解出2号流股的组成及F2/F9,基准后,解：这是一个只做物料衡算的情况，从流程特点可以看出，整个流程系统是：因为流程中没有化学反应，而所有输入的流股中只含有4种组份，因而可以判定流程中所有流股所含有的组份应该4种。,第一步、根据流程的特点，确定流程中所有流股含有的组份数。,求解步骤：,3,2,2,3,3,4,2,2,2,4,2,2,各流股组份数一览表,第二步、做流程的自由度分析,流程自由度分析表,（1）混合器1及萃取塔的自由度分析,8,3,2,1,2,12,4,2,0,6,（2）溶剂提馏塔及整体的自由度分析,10,4,3,0,3,11,4,5,0,2,（3）溶剂回收塔及产品精馏塔的自由度分析,7,3,3,0,1,6,2,2,1,1,（4）混合器2及过程的自由度分析,混合器2,自由度,附加关系式数,10,已知变量数,MB衡算方程数,31,变量总数,过程,8,2,3,0,3,（5）整体与过程自由度分析之间的区别,整体：又称“总体”，意指只考虑进出系统的流股，不考虑流程内部的中间流股。“Overall Balance”，简称“OB”。,过程：与整体的区别在于，过程不仅包括进出系统的流股，还要包括流程的所有中间流股。,流程自由度分析结果一览表,8,3,2,1,+2,12420+6,7330+1,6221+1,8230+3,10430+3,31,18,10,2,+1,11450+2,去流程图,一个正确（设计条件给得恰好）的化工流程，其“过程”一栏中的自由度必须是0，而且其它单元（包括虚拟的OB）的自由度必须都0。,而且整体只是一个虚拟的单元，看一个化工流程设计条件给得正确与否，不能只看整体的自由度分析结果，而应该看过程的自由度分析结果。,要特别注意过程自由度分析时，MB方程的加和性、附加关系式的加和性。,本例题的过程自由度为1，那么肯定不能通过MB计算确定流程中所有流股变量的唯一解。,问题：这个例题是不是出错了？,全部流程设计条件中，已知的流股变量中，只有组成变量，而没有一个流量变量已知。也就是说，该流程所有设计已知数据只有“强度”性质的数据，而没有一个“容量”性质的数据已知。,在这种情况下，该流程设计条件很有可能是所谓的“弹性设计”。,回流程图,针对弹性设计流程的自由度分析时应该注意：,1、流程是否是弹性设计？,一个流程是弹性设计，必需同时满足以下二个条件：（1）、流程过程自由度必需是1；（2）、流程的已知流股变量全部是强度性质（没有一个流量变量已知）。,2、针对弹性设计，做衡算计算时，就要假设一个流股的流量已知，将某一个流股的流量赋一个值，这个流股的假设流量就称为弹性设计流程的计算基准。,3、计算基础的挑选原则：（1）、放在自由度最小的单元上；（2）、附带再考虑计算基准对相邻单元的影响。,针对本例题，计算基准选谁（假设哪个流股的流量值）？,去自由度表,流程自由度分析表（假设F10已知）,+2,+1,+3,+3,+1,+1,+6,+1,自由度,计算基准,2,0,3,3,0,0,6,1,新自由度,0,2,0,0,1,0,0,1,附加关系式数,5,10,3,3,2,3,2,2,已知变量数,4,18,4,2,2,3,4,3,MB衡算方程数,11,31,10,8,6,7,12,8,变量总数,OB,过程,溶剂提留塔,混合器2,产品精馏塔,溶剂回收塔,萃取塔,混合器1,本例题最优选择F10已知，将F10作为计算基准。,1,1,1,这样，该设计变成了有唯一确定解的正确设计了。,问题：基准大小对MB 结果的影响？,针对以上分析结果，手工计算应该从哪里入手？,手工计算肯定先从自由度最小的单元开始，尤其是从自由度为0的单元开始。本例题肯定首先解溶剂回收塔和产品精馏塔的MB。而且它们都是完全求解。,问题：解完溶剂回收塔和产品精馏塔后，紧接着应该解谁？,确定下一步求解单元的原则：从流程图上看上一步求解结果对相邻单元（包括OB）自由度的影响程度而定。,求解完溶剂回收塔和产品精馏塔后。,0,1,4,3,8,混合器1,萃取塔,2,自由度,0,附加关系式数,4,已知变量数,2,MB衡算方程数,8,变量总数,混合器2,OB,更新自由度分析表（updating analysis table of freedom degree）,4,6,0,1,12,4,0,11,4,4,将对OB、萃取塔、混合器1和混合器2的自由度产生影响。,更新自由度分析结果：接着解混合器1，而且是完全求解。,
