甲醇间歇精馏建模仿真.ppt

1、甲醇/水二元间歇精馏塔 建模与仿真,丁辉 信研0804 2008000815,间歇精馏过程是过程工业中的重要分离过程之一，由于间歇化工过程适合小批量、多品种和高附加值的精细化学品的生产，近年来其工艺研究和开发得到过程工业界的日益高度重视。,一、间歇精馏塔试验装置 二、建立精馏塔的动态物料平衡模型 三、一次开车过程的模拟 四、不同回流比的仿真比较,一、间歇精馏塔试验装置,精馏实验前，原料一次性加入再沸器。再沸器夹套通水蒸汽加热，水蒸气流量用一套流量控制器控制。塔内共设有6块筛板式塔板。塔顶甲醇蒸汽流经冷水冷凝器冷凝，部分回流。,二、建立精馏塔的动态物料平衡模型,为了建立该甲醇/水二元间歇精馏塔的

2、动态数学模型，做了以下主要假设： (1)塔内蒸汽流量V(mol/h)和回流量L(mol/h)保持恒定；无挟带和渗漏，冷凝器全冷凝。 (2)每块塔板上的滞留液量恒定(Mi,i=1,2,6)；蒸汽滞液量可忽略。 (3)塔板为理想塔板，塔板效率恒定，气液相平衡，气相为理想气体。 (4)绝热操作，塔板和再沸器内气液相完全混合。,间歇精馏塔的再沸器、塔顶冷凝器和塔板1到塔板6的动态物料平衡方程,Ms：再沸器的滞留液量； Md：塔顶冷凝器的滞留液量； Xi(i=1,2,6,d,s)：塔板i(i=1,2,6)、再沸 器和塔顶冷凝器的液相甲醇浓度(摩尔分数)； Yi(i=1,2,6,s)：塔板i(i=1,2,

3、6)和再沸器的气相甲醇浓度(摩尔分数)。,甲醇浓度Y和液相甲醇浓度X的关系,静态物料平衡方程和回流比计算式,D：塔顶冷凝后收集的甲醇产品流量，mol/h；R：回流比,温度-浓度经验模型,利用欧拉法将式(1)(7)离散化,根据以上建立的模型，进行matlab编程 初始条件为： 回流比1.8，塔釜甲醇初始浓度0.45(摩尔分数)，6个塔板的滞液量0.01kmol，冷凝器的初始滞液量为0.05kmol，再沸器的初始滞液量为1.6kmol，塔内蒸汽流量为3.2/3600kmol/s，相对挥发度为3.48，精馏时间为5000s，采样时间为0.5s。,三、一次开车过程的模拟,%初始化 clear all

4、r=1.8;r1=2.5; z=0.45; m=0.01;% v=3.2/3600;% d(1,1)=v/(r+1);d(2,1)=v/(r1+1); l(1,1)=v-d(1,1);l(2,1)=v-d(2,1); a=3.48; i=1; tt=5000; detat=0.5; md_0=0.05;% ms_0=1.6;%,for t=0:detat:tt if t=0 %初始值 for k=1:2 md(k,i)=md_0; ms(k,i)=ms_0; %x xd(k,i)=z; x1(k,i)=z; x2(k,i)=z; x3(k,i)=z; x4(k,i)=z; x5(k,i)=z;

5、 x6(k,i)=z; xs(k,i)=z;,%y %yd(i)=a*xd(i)/(1+(a-1)*xd(i); y1(k,i)=a*x1(k,i)/(1+(a-1)*x1(k,i); y2(k,i)=a*x2(k,i)/(1+(a-1)*x2(k,i); y3(k,i)=a*x3(k,i)/(1+(a-1)*x3(k,i); y4(k,i)=a*x4(k,i)/(1+(a-1)*x4(k,i); y5(k,i)=a*x5(k,i)/(1+(a-1)*x5(k,i); y6(k,i)=a*x6(k,i)/(1+(a-1)*x6(k,i); ys(k,i)=a*xs(k,i)/(1+(a-1)*

6、xs(k,i); end else %滞液量的计算 for k=1:2 md(k,i)=(v-l(k,1)*detat+md(k,i-1); ms(k,i)=(l(k,1)-v)*detat+ms(k,i-1);,%x浓度的计算 xd(k,i)=(v-l(k,1)*(y6(k,i-1)-xd(k,i-1)*detat/md(k,i-1)+xd(k,i-1); x1(k,i)=(v*(ys(k,i-1)-y1(k,i-1)+l(k,1)*(x2(k,i-1)-x1(k,i-1)*detat/m+x1(k,i-1); x2(k,i)=(v*(y1(k,i-1)-y2(k,i-1)+l(k,1)*(

7、x3(k,i-1)-x2(k,i-1)*detat/m+x2(k,i-1); x3(k,i)=(v*(y2(k,i-1)-y3(k,i-1)+l(k,1)*(x4(k,i-1)-x3(k,i-1)*detat/m+x3(k,i-1); x4(k,i)=(v*(y3(k,i-1)-y4(k,i-1)+l(k,1)*(x5(k,i-1)-x4(k,i-1)*detat/m+x4(k,i-1); x5(k,i)=(v*(y4(k,i-1)-y5(k,i-1)+l(k,1)*(x6(k,i-1)-x5(k,i-1)*detat/m+x5(k,i-1); x6(k,i)=(v*(y5(k,i-1)-y6

8、(k,i-1)+l(k,1)*(y6(k,i-1)-x6(k,i-1)*detat/m+x6(k,i-1); xs(k,i)=(l(k,1)*(x1(k,i-1)-xs(k,i-1)-v*(ys(k,i-1)-xs(k,i-1)*detat/ms(k,i-1)+xs(k,i-1);,%y浓度的计算 y1(k,i)=a*x1(k,i)/(1+(a-1)*x1(k,i); y2(k,i)=a*x2(k,i)/(1+(a-1)*x2(k,i); y3(k,i)=a*x3(k,i)/(1+(a-1)*x3(k,i); y4(k,i)=a*x4(k,i)/(1+(a-1)*x4(k,i); y5(k,i

9、)=a*x5(k,i)/(1+(a-1)*x5(k,i); y6(k,i)=a*x6(k,i)/(1+(a-1)*x6(k,i); ys(k,i)=a*xs(k,i)/(1+(a-1)*xs(k,i); end end,%温度t的计算 for k=1:2 t2(k,i)=80.1-15.44*x2(k,i)+20*exp(-x2(k,i)/0.1277); t4(k,i)=80.1-15.44*x4(k,i)+20*exp(-x4(k,i)/0.1277); td(k,i)=80.1-15.44*xd(k,i)+20*exp(-xd(k,i)/0.1277); ts(k,i)=80.1-15.

10、44*xs(k,i)+20*exp(-xs(k,i)/0.1277); end for k=1:2 if ms(k,i)1e-5 break; end end i=i+1; end,%冷凝器浓度图 figure(1); t=0:detat:tt; plot(t,xd(1,:),b.-,t,xd(2,:),r-.) xlabel(Time(s) ylabel( xd) title(冷凝器产品不同回流比从开始直至结束的动态浓度变化曲线) legend(r=1.8, r=2.5) grid on %第六块塔板浓度图 figure(2); t=0:detat:tt; plot(t,x6(1,:),b.

11、-,t,x6(2,:),r-.) xlabel(Time(s) ylabel( x6) title(第六块塔板不同回流比从开始直至结束的动态浓度变化曲线) legend(r=1.8, r=2.5) grid on,%第一块塔板浓度图 figure(3); t=0:detat:tt; plot(t,x1(1,:),b.-,t,x1(2,:),r-.) xlabel(Time(s) ylabel( x1) title(第一块塔板不同回流比从开始直至结束的动态浓度变化曲线) legend(r=1.8, r=2.5) grid on %再沸器浓度图 figure(4); t=0:detat:tt; p

12、lot(t,xs(1,:),b.-,t,xs(2,:),r-.) xlabel(Time(s) ylabel( xs) title(再沸器不同回流比从开始直至结束的动态浓度变化曲线) legend(r=1.8, r=2.5) grid on,%再沸器温度变化图 figure(5); t=0:detat:tt; plot(t,ts(1,:),b.-,t,ts(2,:),r-.) xlabel(Time(s) ylabel( ts) title(再沸器不同回流比从开始直至结束的动态温度变化曲线) legend(r=1.8, r=2.5) grid on %各层r=1.8浓度变化图 figure(6

13、); t=0:detat:tt; plot(t,xd(1,:),b.-,t,x6(1,:),r-.,t,x5(1,:),k-.,t,x4(1,:),c-.,t,x3(1,:),m-.,t,x2(1,:),y-.,t,x1(1,:),g-.,t,xs(1,:),b-.) xlabel(Time(s) ylabel( x) title(各层r=1.8从开始直至结束的动态浓度变化曲线) legend(xd, x6,x5,x4,x3,x2,x1,xs) grid on,%r=1.8时2，4，s,d温度变化图 figure(7); t=0:detat:tt; plot(t,td(1,:),b.-,t,t

14、4(1,:),r-.,t,t2(1,:),k-.,t,ts(1,:),g-.) xlabel(Time(s) ylabel( t) title(各层r=1.8从开始直至结束的动态温度变化曲线) legend(td, t4,t2,ts) grid on,得到各层在r=1.8时从开始到结束的动态浓度变化曲线、第2，4塔板、冷凝器、再沸器温度变化曲线,可以看出在仿真过程中各层的浓度的变化，随着塔板高度增高，浓度是依次增大的，由于冷凝器的滞液量是在变化的，所以浓度比第六层塔板有一定的滞后。随着时间的变化，再沸器中的浓度越来越低，在2500s后蒸发出来的基本上是水蒸气，故冷凝器的浓度开始下降，当水蒸干时，原来的混合液全都进入冷凝器，故5000s时冷凝器浓度在初始值0.45(摩尔分