化工分離工程0411課件

第六章多組分多級(jí)分離的嚴(yán)格計(jì)算第一節(jié)平衡級(jí)的理論模型第二節(jié)逐板計(jì)算法第三節(jié)三對(duì)角矩陣法化工分離工程04[11]

第一節(jié)平衡級(jí)的理論模型化工分離工程04[11]考察；逆流接觸階梯布置、連續(xù)穩(wěn)定多級(jí)汽液或液液接觸設(shè)備（圖6—2）。對(duì)于任一級(jí)j（圖6—1）：第j級(jí)1111,1-----jjjjijPThxL1111,1+++++jjjjijPTHyVjjjjijPTHyV,jGjjjjijPThxL,jU數(shù)學(xué)模型：

1.物料衡算（M）

2.相平衡關(guān)系（E）

3.摩爾分率加和式（S）

4.熱量衡算（H）Qj化工分離工程04[11]一、MESH方程的推導(dǎo)方程—S方程——E方程——M（6-1）（6-2）（6-3）（6-4）化工分離工程04[11]方程——H

MESH方程全塔的個(gè)數(shù)：N（2C+3）?。?-5）（6-6）（6-7）（6-8）化工分離工程04[11]二、變量分析方程數(shù)——MESH∴MESH方程有解3股進(jìn)料jUjGQ、、NUG、1串級(jí)化工分離工程04[11]Ni

的指定方法：

對(duì)操作型計(jì)算化工分離工程04[11]

我把不同類型分離設(shè)備設(shè)計(jì)中典型變量規(guī)定列在表6—1中，你可以去查喲！化工分離工程04[11]三、求解手算：對(duì)于單股進(jìn)料、無側(cè)線采出的簡(jiǎn)單精餾塔，Lewis-Matheson法——設(shè)計(jì)型計(jì)算，該法涉及的逐級(jí)計(jì)算與二組分精餾的圖解法相似。設(shè)計(jì)變量的規(guī)定見表6-1(b)設(shè)計(jì)型，主要計(jì)算所需要的級(jí)數(shù)。Thiele-Geddes法是另一個(gè)經(jīng)典的逐級(jí)、逐個(gè)方程計(jì)算法——操作型計(jì)算，通常使用于與組成無關(guān)的K值和組分的焓值的情況。設(shè)計(jì)變量的規(guī)定見表6-1(b)操作型。迭代變量為級(jí)溫度和級(jí)間氣相流率。電算：MESH方程的解離法（Amundson-Pontinen方法）——操作型，它與Thiele-Geddes法有相同的迭代變量，盡管該法對(duì)手算太麻煩，但很容易用計(jì)算機(jī)來求解。

泡點(diǎn)法（BP法）——對(duì)窄沸程進(jìn)料的分離塔；——改進(jìn)的Amundson-Pontinen方法流率加和法（SR法）——對(duì)寬沸程或溶解度有較大差別的進(jìn)料，BP法不易收斂。對(duì)于介于二者之間的情況，方程解離技術(shù)可能不收斂，

——

Newton-Raphson法：松弛法；等…

返回化工分離工程04[11]1-NNL，V，LV1討論：1.恒摩爾流

2.用相對(duì)揮發(fā)度或相平衡常數(shù)表示平衡關(guān)系方法：交替使用操作線、平衡線方程模型塔：變量規(guī)定：Na=5

飽和液體溫度

LK的回收率

HK的回收率

回流比

最適宜進(jìn)料位置第二節(jié)逐板計(jì)算法化工分離工程04[11]化工分離工程04[11]喂,你怎么計(jì)算?當(dāng)然是逐板!一、逐板計(jì)算法化工分離工程04[11]化工分離工程04[11]二、進(jìn)料位置的確定適宜進(jìn)料位置：

完成分離任務(wù)理論板最少的進(jìn)料位置NNF,OP操作點(diǎn)進(jìn)料板j板化工分離工程04[11]進(jìn)料位置的近似確定法：板改換操作線方程板為進(jìn)料板，——1+jj板改換操作線方程板為進(jìn)料板，——1+jj從上向下計(jì)算(要求輕、重關(guān)鍵組分汽相濃度比值降低得越快越好)：從下向上計(jì)算(要求輕、重關(guān)鍵組分液相濃度比值增加越快越好)：化工分離工程04[11]三、計(jì)算起點(diǎn)的確定二元精餾：誤差小的一端開始計(jì)算起點(diǎn)：從物料分配多元精餾：計(jì)算起點(diǎn)：塔頂或塔釜化工分離工程04[11]例1.無輕組分（LNK）的精餾ABABCDA（LK）B（HK）CD討論：若C只有99%的進(jìn)入塔釜計(jì)算起點(diǎn)：塔釜化工分離工程04[11]例2.無重組分（HNK）的精餾CDABCDABC（LK）D（HK）計(jì)算起點(diǎn)：塔頂例3.LNK和HNK都有的精餾ABCBCDAB（LK）C（HK）D

計(jì)算起點(diǎn)：從頂或釜分別計(jì)算，進(jìn)料板契合?；し蛛x工程04[11]四、校核和修正計(jì)算起點(diǎn)由估計(jì)值確定，估計(jì)值稍有誤差，會(huì)對(duì)逐板計(jì)算影響很大，一輪計(jì)算后，要用非關(guān)鍵組分校核和修正。若從上向下計(jì)算完成后，用LNK校核：化工分離工程04[11]例

：求N，進(jìn)料位置200kPa8化工分離工程04[11]解：1、全塔物料衡算和計(jì)算起點(diǎn)的確定按清晰分割FznC4=DxnC4=1500由回收率得DxnC5,D=0.99(FznC5)=2475DxnC8,D=(1-0.98)(FznC8)=120組分餾出液釜液Dxi,Dxi,DWxi,Wxi,Wn-C415000.36600n-C524750.605250.004n-C81200.02958800.996合計(jì)40951.00059051.000化工分離工程04[11]2.相平衡計(jì)算方法：化工分離工程04[11]3.操作線方程化工分離工程04[11]4.逐板計(jì)算塔頂設(shè)全凝器，餾出液濃度即為塔頂?shù)谝患?jí)上升蒸汽的濃度。組分第1級(jí)第2級(jí)yi,1=xi,DKi,1(64.3℃）xi,1yi,2

Ki,2(99℃）xi,2n-C40.3663.220.1140.246.1540.039n-C50.6051.1550.5240.56452.5090.225n-C80.0290.0810.3580.19350.260.744合計(jì)1.00.9960.9981.008化工分離工程04[11]核實(shí)第二級(jí)是否為進(jìn)料級(jí)：組分第3級(jí)第4級(jí)yi,3Ki,3(132℃）xi,3yi,4

Ki,4(146℃）xi,4n-C40.06710.150.00660.011412.950.00088n-C50.3844.50.08530.14395.60.0257n-C80.5620.620.9060.84100.870.967合計(jì)1.0130.9980.99630.9936化工分離工程04[11]組分第5級(jí)第6級(jí)yi,5Ki,5(149℃）xi,5yi,6

Ki,6(153℃）xi,6n-C40.001513.040.0001150.00019813.470.0000147n-C50.04135.90.0070.009166.110.0015n-C80.96410.950.99590.99580.9960.9997合計(jì)0.98981.0031.0051.001化工分離工程04[11]5.估計(jì)值的校核

對(duì)LNK組分校核化工分離工程04[11]重復(fù)計(jì)算。，新的、否則：按修正的WiDixxDW,,,化工分離工程04[11]一般情況：

萃取精餾：被萃取組分在塔釜回收率高，從釜計(jì)算。

共沸精餾：共沸物在塔頂能準(zhǔn)確估計(jì)，從頂開始。返回化工分離工程04[11]將MESH方程分成三組：適用于：操作型計(jì)算第三節(jié)三對(duì)角矩陣法化工分離工程04[11]6.3.1方程的解離方法和三對(duì)角線矩陣方程的托瑪斯解法6.3.2泡點(diǎn)法（BP法）第三節(jié)三對(duì)角矩陣法返回化工分離工程04[11]6.3.1方程的解離方法和三對(duì)角線矩陣方程的托瑪斯解法一、方程的解離（6-9）化工分離工程04[11]1.2-jjjjLLLV，的關(guān)系式，消去式中與找出）方程（用矩陣表示修正的96.3-M恢復(fù)（6-10）化工分離工程04[11]）（）為：方程（修正的116961,,1,-=++-\+-jjijjijjijDxCxBxAM化工分離工程04[11]（6-11）化工分離工程04[11]（6-16）（6-16）化工分離工程04[11]二、三對(duì)角矩陣的托瑪斯解法（追趕法）

屬于高斯消去法初等變換：化工分離工程04[11]2,111,1,,,111,,iijijjjiNiNNNiNNixPqxxPqxxPqxqx-=-=-==+---LLLL（6-22）化工分離工程04[11]該法優(yōu)點(diǎn)：1.避免計(jì)算機(jī)圓整誤差積累2.不會(huì)出現(xiàn)負(fù)摩爾分率返回化工分離工程04[11]6.3.2泡點(diǎn)法（BP法）1.采用方程修正的M方程——求解Xi,jS方程——求解Tj

修正的H方程如下：察看（6-10）化工分離工程04[11]LjLj-1化工分離工程04[11]）（方程：修正的2961-=+\+jjjjjVVHgba化工分離工程04[11]）（起）（從36631111--=\----VjjjjjVVbag（6-29）（6-33）化工分離工程04[11]2.收斂條件（任一種）3.計(jì)算框圖和方法（6-37）（6-38）化工分離工程04[11]圖6-3用于蒸餾計(jì)算的Wang-HenkeBP法計(jì)算步驟化工分離工程04[11]圖中步驟：化工分離工程04[11]化工分離工程04[11]11L第1級(jí)22HV11HV1h1UQ化工分離工程04[11]（6-36）（6-10）化工分離工程04[11]kPaPUL4.6890.211==Q11234Q5例6-1式計(jì)算中用例）：（）（圖—查—)(),(36CBTfhHKTPKjji-=--化工分離工程04[11]解：1.初值的確定

化工分離工程04[11]化工分離工程04[11]化工分離工程04[11]jjjjjVVgba=++16-3化工分離工程04[11]5.判斷收斂標(biāo)準(zhǔn)例6-2

1.觀察不同的初值對(duì)收斂的影響

2.討論最適宜的進(jìn)料位置

取不同的D、W、T為初值，采用泡點(diǎn)法計(jì)算，收斂條件：化工分離工程04[11]1.比較迭代次數(shù)、機(jī)時(shí)討論結(jié)果：

a.方案2最好；

b.方案1為簡(jiǎn)捷法結(jié)果初值，但迭代次數(shù)最大。結(jié)論：

a.收斂速度不可預(yù)示，很大程度取決于溫度初值和每次迭代后對(duì)變量的調(diào)整；

b.在高回流比情況下比在低回流比情況下更難收斂。化工分離工程04[11]2.討論進(jìn)料位置

已知D、W、N后，很難給出最好進(jìn)料位置。

一般：對(duì)嚴(yán)格的計(jì)算結(jié)果，可以LK和HK構(gòu)成假二元系，圖解梯級(jí)法確定進(jìn)料位置。（圖6-8）：

6板為進(jìn)料位置；

7板改換操作線位置?；し蛛x工程04[11]習(xí)題：

P2871題返回化工分離工程04[11]