探析多组分物系间歇精馏的模拟研究

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1、华侨大学硕士学位论文多组分物系间歇精馏的模拟研究姓名：晋正茂申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王维德20061201华侨大学硕士学位论文摘要摘要随着科技进步和人类生活水平的不断提高，对精细化学品和特殊化学品的需求越来越大，作为精细化工产品主要加工和分离手段的间歇精馏的模拟研究也越来越受到重视。本文开展多组分物系间歇精馏模拟研究，研究工作主要围绕多组分间歇精馏数学模型建立以及数学模型的数值计算方法、模拟研究的实验验证展开。主要研究内容如下：(1)建立数学模型。本文建立了一个多组分间歇精馏改进恒摩尔持液数学模型，模型还考虑了塔釜加热量发生

2、变化的情况。恒摩尔持液模型适用于各组分分子量、液体密度和汽化潜热等均较接近的物系。传统的恒摩尔持液模型计算量较大，计算时间长，并且模拟研究都是针对塔釜加热量不变的情况。本文所建立间歇精馏数学模型适用于塔釜加热量变化的情况，同时针对分离物系是同系物的情况，使用了恒摩尔流的假设，就不需要进行热量恒算，减小了计算量。(2)数学模型的数值计算方法研究。间歇精馏是动态过程，描述该过程的数学模型是微分代数方程组。数学模型中的微分方程组属于刚性微分方程组。刚性微分方程组不能采用一般微分方程组的求解方法，必须采用特殊方法。本文采用单步特雷特显式法。单步特雷特

3、显式法计算思路简单，计算量小，对于刚性比不是很大的刚性微分方程组具有计算过程稳定、计算结果准确性较好的优点。本文建立的间歇精馏数学模型的刚性比数26量级约为10，与强刚性比的数量级10相比小很多，属于刚性较弱情况，因此适合采用单步特雷特显式法进行数值求解。(3)多组分间歇精馏实验研究。实验研究工作在一个具有八块塔板的精馏装置中完成。研究结果表明，利用改进的恒摩尔持液模型计算得到塔顶和塔釜的组分摩尔分率和实验研究测定的组分摩尔分率相当吻合，模拟结果和实验结果的最大相对偏差为34.90%，平均偏差为15.45%，说I华侨大学硕士学位论文摘要明了本

4、文所提出改进恒摩尔持液模型比较接近实际的间歇精馏操作，可用于相同条件下的间歇精馏操作的模拟计算。关键词：间歇精馏，模拟，恒摩尔持液，刚性微分方程II华侨大学硕士学位论文AbstractAbstractAlongwithadvanceintechnologyandhumanitylivingstandardunceasingenhancement，thenumberoffinechemicalandspecialchemicalwhicharedemandedislarger.Alsothesimulationstudyofbatchdisti

5、llationwhichismainprocessandtheseparationmethodoffinechemicalproductismoreimportant.Thisdissertationcarriesoutthemulticomponentsystembatchdistillationsimulationstudy.Theworkofresearchmainlyincludestheestablishmentofmulti-componentbatchdistillationmathematicalmodelaswellasva

6、luecomputationalmethodofthemathematicalmodel,andtheexperimentvalidationofsimulationstudy.Themainresearchcontentisasfollows:(1)Establishmentofmathematicalmodel.Thisdissertationestablishsamodifiedmathematicalmodelofmulticomponentbatchdistillationaboutwhichthemoleholdupofliqui

7、dintheplateisconstant.Themodelalsoconsidersthesituationthatheatingquantityoftowerkettleischangingcontinuously.Themodelofconstantliquidholdupmoleissuitableforthesysteminwhichthenumberofvariouscomponentsmolecularweight,liquiddensityandlatentheatofvaporizationareclose.Computat

8、ionalcomplexityofthetraditionalconstantmoleofliquidholdupmodelisbig,thecomputingti