甲醇间歇精馏建模仿真

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,甲醇,/,水二元间歇精馏塔,建模与仿真,信研,0804,2008000815,1,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。,2,一、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,3,一、间歇精馏塔试验装置,4,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。,5,二、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。,6,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,7,8,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=1,2,6),和再沸器的气相甲醇浓度,(,摩尔分数,),。,9,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,10,利用欧拉法将式,(1)(7),离散化,11,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,12,%,初始化,clear all,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;,x6(k,i)=z;,xs(k,i)=z;,13,%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)*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);,14,%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)*(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(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)=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,15,%,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)=80.1-15.44*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,16,%,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.-,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,17,%,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;,plot(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,18,%,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);,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,19,%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,t4(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,20,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,21,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(,摩尔分数,),。,22,23,从图,3,中可以看出,2,、,4,层塔板及冷凝器、再沸器的温度变化，随着精馏过程进行，塔板温度逐渐升高。冷凝器温度降低，在浓度较高时保持在,65-70,。当蒸发的基本为水时温度回升到初始值附近。,24,四、不同回流比的仿真比较,R=1.8,和,R=2.5,25,26,27,28,可以看出当回流比比较大时在相同时刻各塔板的浓度都比较小回流比时高，但是精馏的过程时间比较长，达到最高浓度的时间也较晚。对于温度，也可以看出较大回流比时的在相同时刻的温度比小回流比的低。,29,THANKS!,30,