分离工程严格计算1

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1、第四章多组分多级分离的严格计算Chapter4Multistageseparationprocessofmulti-componentrigorouscalculation4.1多组分复杂精馏过程的模型4.2三对角矩阵法4.3逐板计算法4.4松弛法参考文献重点掌握掌握了解掌握第四章主要内容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3）掌握逐板计算法原理、计算起点和步骤4）了解流率加和法（SR法）和松驰法的计算原理本章要求：§4-1多组分复杂精馏过程的模型

2、一、复杂精馏塔物理模型复杂精馏塔多于一股进料和多于两股出料的精馏塔目的：节省能量和减少设备的数量1、复杂精馏塔类型4.1多组分复杂精馏过程的模型1、复杂精馏塔类型多股进料侧线采出中间冷凝或中间再沸4.1多组分复杂精馏过程的模型2、模型塔j平衡级4.1多组分复杂精馏过程的模型二、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为完全混合，其温度、压力和组成在分离级上各处均一致，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为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4.

3、1多组分复杂精馏过程的模型2、多级分离过程的数学模型—MESH方程组物料平衡式MaterialBalanceEquation热量平衡式HeatBalanceEquation或摩尔分率加和式SummaryEquation相平衡关系式EquilibriumBalanceEquation4.1多组分复杂精馏过程的模型2、多级分离过程的数学模型—MESH方程组除MESH模型方程组外,个变量个方程和将上述N个平衡级按逆流方式串联起来，有必须知道的关联式4.1多组分复杂精馏过程的模型三、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

4、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4.1多组分复杂精馏过程的模型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4.1多组分复杂精馏过程的模型3、计算类型①设计性计算。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（或分离要求），求解所需的理论板数，和最

5、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4.1多组分复杂精馏过程的模型4、发展动态开发新的方法动态模拟与调优特定过程模拟4.1多组分复杂精馏过程的模型§4-2三对角矩阵法——泡点法一、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4.2三对角矩阵法二、ME方程将E方程带入M方程消去令4.2三对角矩阵法二、ME方程当时，即塔釜，没有下一板上来的

6、蒸汽当的液体时，即塔顶冷凝器，由于没有上一板来4.2三对角矩阵法二、ME方程或简写为4.2三对角矩阵法三、初值的确定⑴⑵设为恒摩尔流j板平衡：液相平衡：根据塔顶、塔釜的温度线性分布4.2三对角矩阵法三、初值的确定⑶由j板与塔顶作物料平衡常数中如果没有某些物料可以用零代入求由4.2三对角矩阵法四、求解方法1、三对角矩阵中求解{}的方法4.2三对角矩阵法1、三对角矩阵中求解{}的方法其中由此求出各和并可以求出某一组分在各块板上的液相组成4.2三对角矩阵法2、用S方程计算新的温度分布1）圆整2）用泡点法求3、用H方程计算各块板的和H方程：任一板总物料衡算

7、，并同时得4.2三对角矩阵法3、用H方程计算各块板的和由假定的为止冷凝器开始，然后随着j的递增而求得，计算顺序从初始值即可求得4.2三对角矩阵法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则圆整，若⑷用高斯消去法解矩阵得中的，然后计算ME矩阵方程的计算⑶由假设组初始的蒸汽量分布，按恒摩尔流假定一4.2三对角矩阵法5、计算步骤⑸由计算出的⑻判断是否满足收敛条件新的汽液相流量⑺用H方程从冷凝器开始向下计算出各板的计算、、⑹由，同时计算，用S方程试差迭代出新的温度4.2三对角矩阵法五、流量加和法（SR法）解

8、ME三对角矩阵方程求出组分流率相应的衡算式的形式也要有所改变即用各板之组分流率代替独立变量取再用H方程校正温度或和组分流率