化工设计概论(3-3)课件.pdf

3.5化工流程MB和HB的联立计算（CB）CB计算与仅做（单独做）MB计算时，有下面几点区别：1、流程中所有流股的流股变量加上温度（T）；2、流程中所有单元的单元变量加上描述传热的单元变量（dQ/dt或Q）；3、流程中一个单元牵涉N种组份，就可以列出N个独立的MB方程（分流器 除外），但一个单元无论其牵涉到多少种组份，都只能列出一个HB方程。4、因为流股的焰值与流股的相态有关，做CB时还要注意流股的相态；5、一个流股焰值的计算，大多数情况下可以考虑各组份的分摩尔培按其在 流股中的摩尔分率进行加和计算（即按理想状态，各分组份烙简单加和），少数情况下，要考虑采用偏摩尔焰加和；6、dQ/dt或Q,有两种表示方式：、dQ/dt或Q=2焰（进）一Z焰（出）dQ/dt或Q0,则意味系统（或单元）向外散热，反之逆然。、dQ/dt或Q=Z焰（出）一焰（进）dQ/dt或Q0,则意味系统（或单元）需要向外界获取热量，反 之逆然。dQ/dt或Q=0,表明系统（或单元）绝热。7、焰是状态函数，流股焰的计算必须有基准态（参考态）J优点:都来源 万便标准态（25）-熔值计算时参考态v 任意温度 可能简化计算流程中某个流股的温度-注意：在一个计算过程中，参考态一经选定，就不能再变更。8、MB和HB联立计算后，计算复杂程度加大，主要是因为焰值与温度的非线 性关系，导致HB方程通常是非线性方程。9、在考虑CB问题时（不是仅做MB计算时），看一个流程设计条件是否给得 正确，不能只看其过程的MB计算自由度，而必须看其过程的CB自由度。例题：有一个常压绝热猝冷过程（过程中无化学反应），所有组份含量均为摩尔 分率，其流程示意图如下所示：试作该流程的自由度分析，完成其物料衡算和热量衡算计算。Tx=20 c 6H6(L)LOOT2=400 1000 mol/h c 6H6 0.40C6H5c H3 0.30CH4 0.10H2 0.20(All in gas)T3=200C6H6C6H5c H3A CH4h2(All in gas)绝热猝冷过程示意图解:T1=20流程自由度分析表流股变量加T猝冷器MBCB/流股变量数912(9+31单兀变量数01 1衡算方程数45(4+1)、已知流股变量数47(4+3)已知单元变量数01已知其它关系式数00 7自由度1多了描述传热的 单元变量dQ/dt多了一个HB方程dQ/dt=O流程自由度分析表猝冷器MBCB流股变量数912(9+3)单兀变量数01衡算方程数45(4+1)已知流股变量数47(4+3)已知单元变量数01已知其它关系式数00自由度10这个流程仅仅看MB计算自由度分析，不能就说它的设计条件给得不正确,而应该看器CB计算的自由度分析结果。这种情况说明，该流程的MB不能单独求解，而必须与其HB方程联立起来,进行CB计算。具体计算:/=3=1000+X3C6H5cH3=300X3CH4 尸3=100X3,h2%=2004个MB方程其中：5个未知变量，只有4个方程。在列其HB方程之前,先考虑其参考态选什么温度?如果热容数据好查！最简化计算的参考态温度应该选为3号流股的温度。流程（单元）的HB方程（选200为参考态温度）：F2(H2(400)-H2(200)=片(Hi(200)-H1(20)Ti=20 c 6H6 1.00列出详细HB方程如下:苯在 1atm,80.11 B 点时的摩尔汽化热/400/400400 I Cn(.c H Jr+300 I Cn(.CH CH dt _7h o o eh o o P(V),C6 5cH3100/400+iooL OiS+200 L(视.11、=F I Cn(hCH +A/(80.11)+I CD(.CHdt11 5o P(l)，C6H6 eh o.ll(“),。66,注意Cp的量纲问题，及其适用温度范围。例题：一个合成氨生产工艺流程图如下所示：已知.反应器1中M的转化率为10%;图中组成均为摩尔分率；5号流股为液相外，其余均为气相流股；.除分离器外，其它单元均为绝热操作；.两反应器中均只有一个反应：r-N2+3H2今2NH3 厂|反应器2卜要求：.做过程的自由度分析；.指出衡算计算的计算顺序。3 535Co o C N2H2500分必器 V-5-IdeaK NRTL、UNIQUAC等等）中，挑选一个适宜的热力学 方法，软件本身能自行进行组份的物性数据计算。第四步（指定工艺装置和物流的已知数据）因为PROCESS II软件本身只能进行正向模拟计算，必须先将输入流股的已知 数据输入软件中（这些已知输入流股参数在软件计算过程中始终保持不变），输入 流股的一些未知参数也必须输入初值（最好尽量合理一些，该初值可以由软件计 算改变），输入各单元装置已知的设备参数。在输入过程中可以改变参数的计量单位。第五步输入设计约束条件）将输出流股的已知参数、其它设计约束条件以模拟计算控制模块（全部以已知 方程方式）形式输入PROCESS II软件中。并设定模拟计算收敛精度和最大迭代计 算次数。第六步（模拟计算）启动PROCESS II软件开始模拟计算，如果输入的数据满足了软件模拟计算的 自由度要求，软件将开始模拟计算。随着PROCESS II软件模拟计算的进行，流程 中各变量将不断变化，直到达到收敛精度或迭代次数，PROCESS II软件将给出计 算结果。第七步（确定计算结果的输出格式）软件本身有默认的计算结果输出格式，但可以按设计者爱好或设计计算要求,挑选确定计算结果的输出格式，确定数据的有效数据位数。用PROCESS II软件计算以上绝热猝冷过型,用二营奔圾4耕丫J；，1）的 台式计算机，瞬间（CPU用时不到1不少）即可完成计算，计算的右口果九下表。流股项目123计量单位Pressureatm1.0001.0001.000Temperature20.000400.000199.998To tal Mo lar RateKg-mo l/h0.2601.00()1.260Mo lar Co mp.Rateh2Kg-mo l/h0.00000.20000.2000Meth aneKg-mo l/h0.00000.10000.1000BenzeneKg-mo l/h0.26000.40000.6600To lueneKg-mo l/h0.00000.30000.3000Mo lar Co mp.Percentsh20.000020.000015.8729Meth ane0.000010.00007.9364Benzene100.000040.000052.3813To luene0.000030.000023.8093