第五章 传质分离过程的严格计算模拟-10.ppt

严格计算的必要性 严格计算的原则： 系统总独立变量数 ： 计算方法 ① 按工艺要求用非清晰分割进行物料分布，求得XD，I及XWI，并用UNDERWOOD计算RM并选R，根据操作条件（P,T,G）确定精馏段和提馏段的气液流量，写出操作线方程。 ② 找出各组分的相平衡关系YI=KIXI ③ 由XWI试差塔釜泡点温度TW，并同时得到与釜液组成相平衡的气液组成YWI，通过提馏段操作线方程求得与塔釜相邻的第一块板上的液相组成XWI，根据XIJ设温度T，由相平衡式得YIJ，依次向上计算，直到与进料组成相近时，则改用精馏段操作线方程，依次逐板并列到塔顶为止。 解： 1. 物料衡算 2. 相平衡计算 方法： 3. 操作线方程 4. 逐板计算 5. 估计值的校核 对LNK组分校核 重复计算。 ，新的 、 否则：按修正的 W i D i x x D W , , , 一般情况： 萃取精馏：被萃取组分在塔釜回收率高，从釜计算。 共沸精馏：共沸物在塔顶能准确估计，从顶开始 5.2 三对角线矩阵法 适合于精馏、吸收、解吸等分离过程的操作型计算。 MESH M-E(修正的M方程)：工作方程 算组成 S 校验方程 （校核方程） 算温度、流率 液相组成xi,j，汽相组成yi,j，温度Tj，流率Vj或Lj。 泡点法（BP）：用S检验T，用H检验V。 流率加合法（SR）：用S检验V，用H检验T。 求解： 修正的H 5.2.0.1方程的解离 逆流接触、阶梯布置、连续稳定多级汽液或液液接触设备 2、找出Vj与Lj的关系式，消去式中Lj,Lj-1 多级串联的逆流接触、阶梯布置、连续稳定多级汽液或液液接触设备 3、将5-6a代入5-6整理得修正的M方程 修正的M方程变换 其中，Fm、Wm、Um为规定的设计变量，已知。 如果假定出各级温度Tj和气相流率Vj，并根据具体情况，计算出K后，矩阵方程便成为求解液相组成的线性方程组。用托马斯方程（追赶法）解法可求解。 5.2.0.2 三对角矩阵的托玛斯解法（追赶法） 初等变换： * 第五章 多组分多级分离的严格计算 化工分离工程 (Chemical Separation Engineering) 复习 精馏简捷计算 ——FUG法 Fenske NT Underwood Rm Gilliland N、R 吸收简捷计算--平均吸收因子法: - 1 lg ) 1 lg( - - = A A N j j 简捷算法中引入的假设“恒摩尔流和相对挥发度为常数”， 在高压及塔顶、塔釜温差很大的情况下，偏差太大。 简捷计算不能给出各塔板上的浓度、温度等信息，也难以 处理具有多股进料多股侧采及有侧线换热等复杂分离过程。 特殊精馏，多组分吸收，多组分萃取等过程也以采用严格 计算为宜。 在给定的条件下，对每块塔板同时进行物料衡算，热量 衡算及相平衡和归一化计算。 常用计算软件： Aspen Plus，HYSIM，Process II等。 5.1 平衡级的理论模型 逆流多级分离问题的平衡级模型由四组基本方程组成： 5.1.1 对有多股进料和多股出料的复杂多组分分离过程： 逆流接触、阶梯布置、连续稳定多级汽液或液液接触设备。 假定在各级上达到相平衡，且不发生化学反应。 ---M方程 5.1.2 MESH方程的推导 ---E方程 ---S方程 ---H方程 独立方程数2C+3个。 （4）将串级单元数目、分配器的数目、侧线采出单元数目及传热单元数目相加，便是整个装置的可调设计变量。 5.1.3 变量分析 对精馏塔归纳出简便、可靠的确定设计变量的方法： （1）按每一单相物流有（C+2）个变量， 计算由进料物流所确定的设计变量数。 （2）确定装置中具有不同压力的数目。 （3）上述两项之和即装置的固定设计变量数。 强度变量 容度变量 设备参数 组成、温度、压力等 物料流率、传热速率等 平衡级数、进料位置等 如热焓、K值等物理性质是强度变量的函数，可认为不属于分离过程变量。 任意单股物流（一股、单相）： 若N股物流，且与环境有功、能交换： = C - π + 2 + 1 = C + 2 NV = N( C +2 ) +功进(出)系统股数+能进(出)系统股数 NV =自由度数（ f ） +物流流率 自由度数（ f ） = C - π + 2 自由度是指强度性质的变量的自由度，完全描述物流，除了强度性质变量，还必须加上该股物流的流率这一容度量。 有一股热量交换，增加一个变量数。既有一股热量交换， 又