文档介绍：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、因为流股的焓值与流股的相态有关,做 CB 时还要注意流股的相态; 5、一个流股焓值的计算,大多数情况下可以考虑各组份的分摩尔焓按其在流股中的摩尔分率进行加和计算(即按理想状态,各分组份焓简单加和), 少数情况下,要考虑采用偏摩尔焓加和; 6、 dQ/dt 或Q,有两种表示方式: ①、 dQ/dt 或Q=∑焓(进)- ∑焓(出) dQ/dt 或Q﹥0,则意味系统(或单元)向外散热,反之逆然。②、 dQ/dt 或Q=∑焓(出)- ∑焓(进) dQ/dt 或Q﹥0,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、焓是状态函数,流股焓的计算必须有基准态(参考态): 焓值计算时参考态标准态( 25 ℃) 任意温度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。优点:数据来源方便可能简化计算 8、 MB 和 HB 联立计算后,计算复杂程度加大,主要是因为焓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: 3 T 2=400 ℃ 1000 mol/h C 6H 6 C 6H 5 CH 3 CH 4 H 2 ( All in gas ) 12 T 1=20℃ C 6H 6 (L) T 3=200 ℃ C 6H 6C 6H 5 CH 3 CH 4H 2( All in gas ) 绝热猝冷过程示意图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。 3 T 2=400 ℃ 1000 mol/h C 6H 6 C 6H 5 CH 3 CH 4 H 2 12 T 1=20℃ C 6H 6 T 3=200 ℃ C 6H 6C 6H 5 CH 3 CH 4H 2 解: 流程自由度分析表 1 0 0 4 4 0 9 MB 猝冷器 CB 0 自由度 0 已知其它关系式数 1 已知单元变量数 7(4+3) 已知流股变量数 5(4+ 1) 衡算方程数 1 单元变量数 12(9+ 3) 流股变量数流股变量加 T多了描述传热的单元变量 dQ/dt 多了一个 HB 方程 dQ/dt =0 1 0 0 4 4 0 9 MB 猝冷器 CB 0 自由度 0 已知其它关系式数 1 已知单元变量数 7(4+3) 已知流股变量数 5(4+ 1) 衡算方程数 1 单元变量数 12(9+ 3) 流股变量数流程自由度分析表这个流程仅仅看 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: F 3= 1000 +F 1X 3,C 6 H5 CH 3F 3= 300 X 3,CH 4F 3= 100 X 3,H 2F 3= 200 4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。 3 T 2=400 ℃ 1000 mol/h C 6H 6 C 6H 5 CH 3 CH 4 H 2 12 T 1=20℃ C 6H 6 T 3=200 ℃ C 6H 6C 6H 5 CH 3 CH 4H 2因为其未知的流量组成变量最多流程(单元)的 HB 方程(选 200 ℃为参考态温度): F 2〔H 2( 400 ℃)- H 2( 200 ℃)〕=F 1〔H 1( 200 ℃)- H 1( 20 ℃)〕 3 T 2=400 ℃ 1000 mol/h C 6H 6