分离工程-II--06-1-多级分离计算一逐板法.ppt

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1、第六章多组分多级分离的严格计算——逐板计算法平衡级分离过程种类繁多，分离设备结构各异，但主要受以下关系式所制约：即：物料平衡关系式(M)，热量平衡或焓平衡关系式(H)，相平衡关系式(E)摩尔分率加和式(S)，也就是说，一个平衡级分离过程可用上述四种关系式(MSEH)描述。平衡级分离的严格计算，就是根据已知条件求解上述关系式组成的方程组，获得未知诸变量问题。上述方程组是非线性的，特别是当用很多平衡级分离非理想性很强的多组分时，所建立的方程组求解起来非常复杂，所以，如何求解方程组是多年来许多学者持续研究的课题。目前已经开发出几种适用于各种情况的多组分多级分离的计算方法，大体可以解决当前化

2、工分离中的计算问题。多级分离计算的类型，按求解问题的特点可分为设计型和操作型两种。设计型计算是从一定的分离要求出发，求所需要的平衡级数；操作型计算是从给定的平衡级出发求，在一定条件下的分离性能。我们所讲的多组分多级分离的严格计算主要以研究操作型计算为主。首先，我们来学习多组分多级分离的逐级计算法。这种方法既有设计型算法，也可用于操作型算法。6.1多组分精馏的逐级计算法逐级计算法用于双组分多级分离的计算，化工原理中已作过详细介绍。采用逐级计算用于多组分多级分离过程时，必须逐个组分从顶端或底端开始，交替利用相平衡关系及物料平衡逐级计算，直到某平衡级的组成满足预定要求为止，从确定平衡级数。

3、由于非关键组分的浓度分布难以准确确定，采用逐级计算十分繁琐，因而对于多组分多级分离过程，主要研究操作型计算方法。5xFynxnyn-1yn+1nn+1n-1xn+1xn-1xmymxD6.1.1设计型算法逐级计算法作为设计型算法，在用于双组分多级分离计算是很成功的，梯级做图法就属于此法。但对于多组分逐级计算，在计算终点处，我们需要对非关键组分浓度的合理分布进行反复试算。作为设计变量，在多组分分离中只规定了两个轻重关键组分的分离要求，由此，仅能定出塔底塔顶产品中两关键组分的浓度，其他非关键组分的浓度都是未知的，不可任意规定。然而，逐级计算要求先假定上下任一端的全部组分浓度，以便逐级向另

4、一端计算。然而，对非关键组分浓度的任何不准确的假设，都会导致计算结果产生偏差而不能契合。因此，逐级计算法用于多组分分离时，只有当分离物系中除轻重关键组分外，只含有比重关键组分更重的重组分，而不含或几乎不含较轻关键组分更轻的轻组分时，则塔底产品中除规定的轻重关键组分之外，必定几乎集中了全部的重组分，这样，我们设计塔底组成才会相当准确，逐级计算至塔顶，不致有过大的偏差，从而大大地减少试算量，甚至不必试差也可得到比较满意的结果。在计算既有轻组分，又有重组分的分离物系时，常采用从两端向中间逐级计算，当计算至轻、重关键组分的计算值于进料相符时，还需考察非关键组分计算值是否于进料实际组成契合一致

5、，以判明原设定的塔顶塔底组成是否恰当，契合不好时，要重新设定，重复计算，直至完全契合。它的计算步骤时，先确定各组分在塔顶、塔底的分配，然后分别从塔底及塔顶逐级计算到进料级，如果气相或液相的关键组分之比与与原料之比相等，则可估计所需平衡级数及进料级位置。逐级计算法用于恒沸精馏及萃取精馏是有效的，双组分溶液进行恒沸精馏或萃取精馏时须加入夹带剂或溶剂，属于三组分物系，不会同时存在轻重非关键组分，可以用逐级计算法进行计算。6.1.2操作型算法采用操作型算法计算多组分多级分离过程，首先规定平衡级数及进料级位置，计算可能的分离程度。计算时，先假定平衡级各级温度（初值），从塔的顶底两端分别向进料级

6、计算组成，校正温度改变两端产品组成，直到满足进料级契合要求。它的特点是先规定级数及进料位置，用于已有的精馏塔进行查定考核是方便的。当用此法做精馏塔设计计算时，需用简洁法估算平衡级数及进料位置，才能做逐级计算，由计算结果是否满足设计要求，判断原来固定的级数是否合适，必要时，需重新设定级数，重新计算，直至满足要求。操作型逐级计算公式中诸变量常以组分流率表示，各变量定义如下：ln,i=Lnxn,i第n级i组分液相流率vn,i=Vnyn,i第n级i组分汽相流率fi=Fzi进料中i组分流率di=Dxdi塔顶产品中i组分流率wi=Wxwi塔底产品中i组分流率An,i=Ln/(Vnkn,i)吸收因

7、子（n级，i组组分）Sn,i=Vnkn,i/Ln蒸出因子（n级，i组组分）将组分流率定义式代入相平衡关系式yni=knixni中消去yni及xni可导出以组分流率为的变量的相平衡关系式：ln,i=An,ivn,ivn,i=Sn,iln,i逐级计算公式中以比流率为变量，即以某组分在各级上的比流率与该组分在塔顶或塔底出料流率之比为变量，因而又称为比流率法。1).直接迭代法取塔级排序自下而上，以塔底再沸器为第1级，顺次向上，进料级序号为M,塔顶第1个平衡级为第N