化工分离工程ppt课件

第六章多组分多级分离的严格计算,第一节平衡级的理论模型第二节逐板计算法第三节三对角矩阵法,1,第一节平衡级的理论模型,2,考察；逆流接触阶梯布置、连续稳定多级汽液或液液接触设备（图62）。,对于任一级j（图61）：,数学模型：1.物料衡算（M）2.相平衡关系（E）3.摩尔分率加和式（S）4.热量衡算（H）,3,一、MESH方程的推导,（6-1）,（6-2）,（6-3）,（6-4）,4,（6-5）,（6-6）,（6-7）,（6-8）,5,二、变量分析,MESH方程有解,3股进料,串级,6,Ni的指定方法：对操作型计算,7,我把不同类型分离设备设计中典型变量规定列在表61中，你可以去查哟！,8,三、求解,手算：对于单股进料、无侧线采出的简单精馏塔，Lewis-Matheson法设计型计算，该法涉及的逐级计算与二组分精馏的图解法相似。设计变量的规定见表6-1(b)设计型，主要计算所需要的级数。Thiele-Geddes法是另一个经典的逐级、逐个方程计算法操作型计算，通常使用于与组成无关的K值和组分的焓值的情况。设计变量的规定见表6-1(b)操作型。迭代变量为级温度和级间气相流率。电算：MESH方程的解离法（Amundson-Pontinen方法）操作型，它与Thiele-Geddes法有相同的迭代变量，尽管该法对手算太麻烦，但很容易用计算机来求解。泡点法（BP法）对窄沸程进料的分离塔；改进的Amundson-Pontinen方法流率加和法（SR法）对宽沸程或溶解度有较大差别的进料，BP法不易收敛。对于介于二者之间的情况，方程解离技术可能不收敛，Newton-Raphson法：松弛法；等,返回,9,讨论：1.恒摩尔流2.用相对挥发度或相平衡常数表示平衡关系方法：交替使用操作线、平衡线方程模型塔：,变量规定：Na=5饱和液体温度LK的回收率HK的回收率回流比最适宜进料位置,第二节逐板计算法,10,11,喂,你怎么计算?,当然是逐板!,一、逐板计算法,12,13,二、进料位置的确定适宜进料位置：完成分离任务理论板最少的进料位置,进料板,14,进料位置的近似确定法：,从上向下计算(要求轻、重关键组分汽相浓度比值降低得越快越好)：,从下向上计算(要求轻、重关键组分液相浓度比值增加越快越好)：,15,三、计算起点的确定,二元精馏：,多元精馏：,计算起点：塔顶或塔釜,16,例1.无轻组分（LNK）的精馏,讨论：若C只有99%的进入塔釜,计算起点：塔釜,17,例2.无重组分（HNK）的精馏,计算起点：塔顶,例3.LNK和HNK都有的精馏,计算起点：从顶或釜分别计算，进料板契合。,18,四、校核和修正计算起点由估计值确定，估计值稍有误差，会对逐板计算影响很大，一轮计算后，要用非关键组分校核和修正。,若从上向下计算完成后，用LNK校核：,19,例：求N，进料位置,8,20,解：1、全塔物料衡算和计算起点的确定,按清晰分割FznC4=DxnC4=1500由回收率得DxnC5,D=0.99(FznC5)=2475DxnC8,D=(1-0.98)(FznC8)=120,21,2.相平衡计算,方法：,22,3.操作线方程,23,4.逐板计算,塔顶设全凝器，馏出液浓度即为塔顶第一级上升蒸汽的浓度。,24,核实第二级是否为进料级：,25,26,5.估计值的校核对LNK组分校核,27,28,一般情况：,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。,返回,29,将MESH方程分成三组：,第三节三对角矩阵法,30,6.3.1方程的解离方法和三对角线矩阵方程的托玛斯解法6.3.2泡点法（BP法）,第三节三对角矩阵法,返回,31,6.3.1方程的解离方法和三对角线矩阵方程的托玛斯解法,一、方程的解离,（6-9）,32,恢复,（6-10）,33,34,（6-11）,35,（6-16）,（6-16）,36,二、三对角矩阵的托玛斯解法（追赶法）属于高斯消去法初等变换：,37,（6-22）,38,该法优点：1.避免计算机圆整误差积累2.不会出现负摩尔分率,返回,39,6.3.2泡点法（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）,40,41,42,（6-29）,（6-33）,43,2.收敛条件（任一种）,3.计算框图和方法,（6-37）,（6-38）,44,图6-3用于蒸馏计算的Wang-HenkeBP法计算步骤,45,图中步骤：,46,47,48,（6-36）,（6-10）,49,50,解：1.初值的确定,51,52,53,6-3,54,5.判断收敛标准,例6-21.观察不同的初值对收敛的影响2.讨论最适宜的进料位置取不同的D、W、T为初值，采用泡点法计算，收敛条件：,55,1.比较迭代次数、机时讨论结果：a.方案2最好；b.方案1为简捷法结果初值，但迭代次数最大。结论：a.收敛速度不可预示，很大程度取决于温度初值和每次迭代后对变量的调整；b.在高回流比情况下比在低回流比情况下更难收敛。,56,2.讨论进料位置已知D、W、N后，很难给出最好进料位置。一般：对严格的计算结果，可以LK和HK构成假二元系，图解梯级法确定进料位置。（图6-8）：6板为进料位置；7板改换操作线位置。,57,返回,58,补充作业1,什么叫最适宜的进料位置？在普通精馏塔设计的逐级计算法中如何确定最适宜的进料位置？,59,补充作业2,试确定带有一股进料，一股液相侧线采出，塔顶使用分凝器，塔釜使用再沸器的复杂精馏塔的可调设计变量