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1、第五章传质分离过程的严格模拟计算2上次课内容1.物料平衡方程——M方程2.相平衡方程——E方程3.归一化方程——S方程4.能量衡算方程——H方程设计变量数N(C+6)-1①级数（N）1②进料变量数N(C+2)③各级压力N④侧线采出单元数2(N-1)⑤各级传热量N待求变量各平衡级温度：TjN塔内气液相：Lj,xij,Vj,yij2N(C+1)合计N(2C+3)总变量数、设计变量、待求变量三对角矩阵与Thomas方法本次课内容5.2.1泡点法练习5.2.1泡点法泡点法(BubblePointMethod)是三对角矩阵多组分多级计算法中的一种计算方案，由于它是在迭代过程中利用
2、三对角矩阵解出各级组成后，通过求泡点的方法确定新一轮各级温度，因而得名。通常，为使迭代计算有稳定的收敛，泡点温度对组成不宜过分敏感，平衡常数K值范围窄的分离物系，由于其组成变化不会引起泡点温度大幅度变化，泡点法对它的计算特别有效，精馏过程多涉及此种物系。5.2.1泡点法（BP法）Bubble-pointMethod在此情况下，各平衡级上的传质过程主要依赖于两相流体的部分汽化和部分冷凝，平衡级温度就是泡点温度或露点温度，它们主要取决于两相组成，所以用组分的摩尔分数加和式，即S-方程来检验平衡级温度Tj是否正确。精馏系统内的热量传递主要由潜热的变化引起，由此也引起两相流率的
3、变化，所以用热量衡算方程，即H-方程来检验流率Vj是否正确。规定：进料：Fj,zi,j,TFj,PFj压力：pj侧采：Uj,Wj热负荷：Qj（除Q1和QN）级数：N回流量：L1气相馏出量：V1开始设定Tj、Vj初值解三对角线矩阵方程，求xi,j归一化xi,j泡点计算，求新的Tj，Vj计算冷凝器和再沸器的热负荷（Q1和QN）H-eq.计算新的Vj；计算Lj）调整Tj和Vj结束yesno规定设计变量是否满足迭代收敛准则＊BP法计算框图＊待求变量各平衡级温度：TjQ1、QN和Lj、Vj（j=2~N)、xij、yij一、迭代变量Tj、Vj初值的给出1、Vj:用指定回流比（L1）
4、、馏出量（U1）、进料量、侧线采出量，按恒摩尔流假设给出一组Vj的初值。一、迭代变量Tj、Vj初值的给出2、Tj:（1）塔顶：气相采出：液相采出：气、液相混合：露点温度泡点温度泡、露点之间的温度（2）塔釜：釜液泡点温度线性内插，得到中间各级温度初值。二、归一化NormalizationThomas法计算xij由于求三对角矩阵方程时没有考虑S-eq.的约束，必须对得到的xi,j归一化。Σ=Cjijixx=i1jix,,,三、计算新的Tj一种重新设定Tj的计算方法三用H方程求各板Vj1.计算新一组流率之前，先要用已求出的Tj及xil,yij与求焓关系式hi(Tj)、Hj(T
5、j)求出每股物流的摩尔焓hj，Hj2.计算V2，并用H方程计算冷凝器负荷Q13.计算QN（再沸器的热负荷）：全塔总物料衡算式和总热量衡算式得到4.修正的H方程求解Vj（j=2~N)修正的H方程如下：LjLj-1方程：修正的1=++jjjjjVVHgba）（起）（从36631111--=----VjjjjjVVbag6-29（6-33）五、迭代收敛的标准或更简单的：小结Vj初值：等摩尔流假设Tj初值：顶抽出设定T1，釜液设定TN，其他线性插值Thomas法求xij泡点法求TjH方程求Vj练习例5－1设计变量：N＝5进料：F、TF，PF，zij侧线采出：Gj,Uj各平衡
6、级压力：Pj＝689.4kPa各级换热量：Q2/Q3/Q4=0L1,V1待求变量：Tjxij,，yijVj,Ljj=2~5Q1,Q5一、设定初始VjV1＝0V2＝？V1+U1+L1＝150V3、V4、V5＝？恒摩尔流＝V2二、设定初始TjT1：塔顶采出露点温度T5：釜液泡点温度塔顶采出、釜液组成未知不妨假设塔顶不含戊烷、釜液不含丙烷，则由P-T-K图查出三种组分沸点(Pj)如何查？二、设定初始TjK=1时，则查得三种组分在689.3kPa时沸点：13.1、63.0、110℃=13.1*0.6+63*0.4=30.4℃露点法求得T1＝41℃同样，设定=0.2*63+0.8
7、*110=100.6泡点法求得T5=用内插法得到T2、T3、T4三、求解xij根据Tj、Vj求出Kij列出三对角矩阵用Thomas法求解xij四、泡点法计算新的Tj五、H方程计算Q1、Q5、新的Vj5.2.2流率加和法(SR)SR法的基本要点是利用组分流率概念，将ME方程化成关于组分流率的方程形式。解ME方程求出组分流率lij或vij，组分流率加和得到Lj和Vj，由ME方程校正总流量Lj和Vj，然后用热平衡方程(H方程)校正温度Tj。若流量主要取决于板上组成，而温度主要受热量的影响，如宽沸点范围混合物的精馏和吸收计算适宜用SR法。对于BP
