水洗塔模拟计算方法技术

本发明专利技术公开了一种水洗塔模拟计算方法，将水洗塔中烃类的质量平衡方程和水相的质量平衡方程分开计算，该水洗塔模拟计算方法包括如下步骤：S1：从烃类的质量平衡方程求出塔板j流下的液相的总流量l

【技术实现步骤摘要】
水洗塔模拟计算方法


[0001]本专利技术涉及化工设备的计算机仿真模拟领域，具体涉及一种水洗塔模拟计算方法。

技术介绍

[0002]常规的水洗塔模拟计算方法根据塔内流体的相态，可以分为气液(VL)算法、气液液(VLL)算法和气液水(VLW)算法。气液水(VLW)算法是气液液(VLL)算法的简化，这种算法将水相(W)处理为纯水，按照溶解度和分压定律计算平衡常数K值，避免了液液(LL)严格计算平衡常数K值，加快了计算速度。但是气液水(VLW)算法只能用于塔顶有自由水采出，其他塔板没有自由水的情况。而水洗塔比较特殊，水从塔顶作为进料，塔顶没有自由水采出，自由水全部从塔底踩出，这样每层塔板都有水相、液相和气相。由于水洗塔有水相和液相两种流体相，必须使用气液液(VLL)算法或者气液水(VLW)算法进行计算，气液液(VLL)算法增加了方程数与变量数，对初值的要求高，由于每次外圈计算气液相的平衡常数K值和液液相的平衡常数K值，计算速度慢。而且传统的VLW算法只能计算塔顶有自由水的情况，而水洗塔每层塔板都有自由水，无法使用该方法计算。如果对每层塔板采用传统的内外算法(IO算法)模拟计算，需要将水相的提馏因子作为变量，将水相耦合在质量方程中求解。这样会导致变量增加了一倍，Jacobi矩阵增加了4倍，计算变慢。并且由于水洗塔的水流量会比液相烃流量大100倍，这会导致烃类容易出现干板现象，从而计算失败。
[0003]因此，需要对常规内外算法改进，使其适用于每层塔板都有水相、液相、气相的水洗塔。

技术实现思路

[0004]本专利技术对传统应用于塔顶有水采出的情况的内外(inside
‑
out)模拟算法进行改进，使其适用于每层塔板都有水相、液相、气相的水洗塔模拟计算方法，该水洗塔模拟计算方法将水洗塔中烃类的质量平衡方程和水相的质量平衡方程分开计算，包括如下步骤：
[0005]S1：从烃类的质量平衡方程求出塔板j流下的液相的总流量l
i,j
；
[0006]S2：根据l
i,j
计算出水在烃类的摩尔分数x
w,j
；
[0007]S3：根据道尔顿分压定律基于IAPWS
‑
IF97工业公式计算出水在气相中的摩尔分数y
w,j
；
[0008]S4：将计算得到x
w,j
和y
w,j
代入水相的质量平衡方程算出每层塔板水相的摩尔流量w
j
。
[0009]根据本专利技术的实施例，烃类的质量平衡方程为
[0010]－l
i,j
‑1+(R
Lj
+α
i,j
×
S
j
)
×
l
i,j
－α
i,j+1
×
S
j+1
×
l
i,j+1
＝f
i,j
[0011]水相的质量平衡方程为
[0012]－V
j+1
×
y
w,j+1
－L
j
‑1×
x
w,j
‑1+V
j
×
y
w,j
+L
j
×
x
w,j
+w
j
＝f
i,j
[0013]其中，i表示组分，i＝1,2,3,4,5
……
m；j表示塔板，j＝1,2,3,4,5
……
n；L
j
表示塔
板j流下的液相的总流量；V
j
表示塔板j上汽相的总流量；R
Lj
表示塔板j的液相的采出因子，视为常数；S
j
表示塔板j的提馏因子，视为常数；l
i,j
表示塔板j上液相中组分i的流量；f
i,j
表示塔板j上组分i的进料流量；α
i,j
表示塔板j上的组分i的相对挥发度；x
w,j
表示塔板j中水在烃类的摩尔分数；y
w,j
表示塔板j上水在汽相的摩尔分数；w
j
表示塔板j上水相的摩尔流量。
[0014]根据本专利技术的实施例，S1中从烃类的质量平衡方程求出塔板j流下的液相的总流量l
i,j
的方法为将烃类的质量平衡方程代入三对角矩阵，通过托马斯算法求解，托马斯算法分为两个阶段：1.通过向前高斯消元得到一个上三角矩阵，2.从最后一个方程求解x
n
，然后方程组从下到上回代求解x
n
‑1到x1。
[0015]根据本专利技术的实施例，S2中根据l
i,j
计算出水在烃类的摩尔分数x
w
包括以下步骤：
[0016]a：将l
i,j
求和得到L
j
＝∑l
i,j
，进而算出x
i,j
＝l
i,j
÷
L
j
；
[0017]b：根据泡点方程K
b,j
×
∑(α
i,j
×
x
i,j
)＝1算出参考组分b的平衡常数K
b,j
；
[0018]c：根据相平衡方程lnK
b,j
＝A
j
－(B
j
÷
T
j
)算出塔板j的温度T
j
，其中A
j
、B
j
为回归常数；
[0019]d：根据水的溶解度关联式x
w,j
＝10^(2.74－3152.2/T
j
)算出x
w,j
。
[0020]根据本专利技术的实施例，S3中根据道尔顿分压定律基于IAPWS
‑
IF97工业公式算出水在气相中的摩尔分数y
w,j
的方法为：由IAPWS
‑
IF97工业公式得到饱和蒸气压P
w,j
，由道尔顿分压定律公式y
w,j
＝P
w,j
÷
P
j
得到y
w,j
，其中P
j
为客户指定参数。
[0021]根据本专利技术的实施例，S4中将计算得到x
w,j
和y
w,j
代入水相的质量平衡方程算出每层塔板水相的摩尔流量w
j
为将所述烃类的质量平衡方程代入三对角矩阵，通过托马斯算法求解w
j
。
[0022]根据本专利技术的实施例，S4中求解得到的w
j
用于后续的水洗塔的近似热力学模型。
[0023]本专利技术将水相和烃类的质量平衡与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水洗塔模拟计算方法，其特征在于，将水洗塔中烃类的质量平衡方程和水相的质量平衡方程分开计算，所述水洗塔模拟计算方法包括如下步骤：S1：从烃类的质量平衡方程求出塔板j流下的液相的总流量l
i,j
；S2：根据l
i,j
计算出水在烃类的摩尔分数x
w,j
；S3：根据道尔顿分压定律基于IAPWS
‑
IF97工业公式计算出水在气相中的摩尔分数y
w,j
；S4：将计算得到x
w,j
和y
w,j
代入水相的质量平衡方程算出每层塔板水相的摩尔流量w
j
。2.根据权利要求1所述的水洗塔模拟计算方法，其特征在于，所述烃类的质量平衡方程为－l
i,j
‑1+(R
Lj
+α
i,j
×
S
j
)
×
l
i,j
－α
i,j+1
×
S
j+1
×
l
i,j+1
＝f
i,j
所述水相的质量平衡方程为－V
j+1
×
y
w,j+1
－L
j
‑1×
x
w,j
‑1+V
j
×
y
w,j
+L
j
×
x
w,j
+w
j
＝f
i,j
其中，i表示组分，i＝1,2,3,4,5
……
m；j表示塔板，j＝1,2,3,4,5
……
n；L
j
表示塔板j流下的液相的总流量；V
j
表示塔板j上汽相的总流量；R
Lj
表示塔板j的液相的采出因子，视为常数；S
j
表示塔板j的提馏因子，视为常数；l
i,j
表示塔板j上液相中组分i的流量；f
i,j
表示塔板j上组分i的进料流量；α
i,j
表示塔板j上的组分i的相对挥发度；x
w,j
表示塔板j中水在烃类的摩尔分数；y
w,j
表示塔板j上水在汽相的摩尔分数；w
j
表示塔板j上水相的摩尔流量。3.根据权利要求1所述的水洗塔模拟计算方法，其特征在于，S1中从烃类的质量平衡...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙回龙，张增富，
申请(专利权)人：圣泰北京工程软件有限公司，
类型：发明
国别省市：