第二节精馏过程计算方法研究进展.ppt

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第四章 多组分多级分离的严格计算 1)了解平衡级的基本假定,掌握多级平衡分离过程的物理模型和数学模型 2)掌握逐板计算法原理、计算起点和步骤 3)掌握三对角线矩阵法(泡点法)的计算原理和解法,该法的优缺点和改进方法 4)了解流率加和法(SR法)和松驰法的计算原理 §4-1多组分复杂精馏过程的模型 Model of multicomponent rectification process 一、复杂精馏塔物理模型 对于多于一股进料和多于两股出料的精馏,称为复杂精馏 采用复杂精馏进行分离是为了节省能量和减少设备的数量 1、复杂精馏塔类型 1、复杂精馏塔类型 二、平衡级的理论模型 1、多级分离过程的平衡级 (1)在每一分离级上的每一相流体都是完全混合的,其温度、压力和组成在分离级上各处都一致,且与离开分离级的该相流体相同。 (2)离开分离级的两相流体之间成相平衡。 具备这两个条件的分离级就是平衡级 由平衡级假设引起的误差,可以进行修 正,如引进级效率等 2、多级分离过程的数学模型—MESH方程组 物料平衡式 Material Balance Equation 2、多级分离过程的数学模型—MESH方程组 除MESH模型方程组外, 三、计算方法 1、开发前的准备 构成一个精馏塔模拟计算的算法。必须对下列三点作出选择和安排 1)迭代变量的选择 2)迭代变量的组织 3)一些变量的圆整和归一的方法以及迭代的加速方法 2、严格计算法的种类 1)矩阵法 是将MESH方程按类别组合,对其中一类和几类方程组用矩阵法对各级同时求解 2)逐板计算法 将各类方程按板组合,运用试差的方法,逐级求解相平衡,物料平衡和热平衡方程式 3)松弛法 采用不稳定状态的物料平衡方程和热平衡方程,求解稳定状态下多级平衡过程 3、计算类型 ①设计性计算。其目的在于解决完成一预定的分离任务的新过程设计问题。 需知道轻、重关键组分的回收率,求解所需的理论板数,和最佳进料位置和侧线采出位置。 ②操作性计算。已知操作条件下,分析和考察已有的分离设备的性能。 4、发展动态 开发新的方法 动态模拟与调优 特定过程模拟 参考文献 ⑴精馏塔MESH方程组求解的一种双重迭代法,化工学报,1992,(6):705 ⑵模拟复杂精馏过程的新算法 石油化工,1997,(12):817 参考文献 ⑶模拟复杂精馏过程的新算法,化学工程,1996,(3):13,三维非平衡混合池模型。 ⑷面向方程联立求解的精馏塔模拟与优化一体化算法,化工学报,1997,(1):46 ⑸非均相催化精馏过程模拟,华东理工大学学报,1998,(3):279 ⑹精馏过程动态模拟与仿真的研究,1998级杨霞研究生论文。 §4-2三对角矩阵法 Tridiagonal matrix 一、计算原理 在初步假定的沿塔高温度、汽、液流量的情况下,逐板地用物料平衡(M)和汽液平衡(E)方程联立求得一组方程,并用矩阵求解各板上组成 用S方程求各板上新的温度 用H方程求各板上新的汽液流量。如此循环计算直到稳定为止 二、ME方程 将E方程带入M方程消去 二、ME方程 当 二、ME方程 或简写为 三、初值的确定 ⑴ 三、初值的确定 ⑶ 四、求解方法 1、三对角矩阵中求解{ 1、三对角矩阵中求解{ }的方法 其中 2、用S方程计算新的温度分布 1)圆整 3、用H方程计算各块板的 和 由假定的 5、计算步骤 ⑴确定必要条件和基础数据。 ⑵按塔顶、塔釜的温度假定在塔内温度为线性分布的温度初始值 5、计算步骤 ⑸由计算出的 五、流量加和法(SR法) 解ME三对角矩阵方程求出组分流率 六、讨论 ⒈由子程序求解ME三对角矩阵的 六、讨论 ⒋收敛判据不唯一。 ⒌BP法与SR法比较 BP法是以求得的浓度来决定下一循环所用的温度。即适用于塔板温度主要决定于浓度(组成),而流率主要决定于热平衡。 SR法用在组成对流率的影响大于焓平衡对流率的影响,温度决定于热量平衡而不是组成,即热平衡中显热的影响较为显著的情况 六、讨论 ⒍BP法的缺陷 BP法用于非理想性较强的物系,往往不收敛 原因:对初值有要求 由M方程得到的液相组成在没有收敛前,不满足 六、讨论 仲,高松提出用物料衡算来校正圆整后的液相组成,使之不仅满足S方程,也尽量符合

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