Исходные данные для моделирования и расчёта многокомпонентной ректификации (электронный справочник)

Как было показано выше, при моделировании и расчёте процесса ректификации требуются данные о физических и термодинамических свойствах индивидуальных компонентов. Кроме того, для расчета по некоторым моделям парожидкостного равновесия необходимы данные по коэффициентам бинарного взаимодействия.

А#с. 2./. Блок-схема алгоритма Лсвенберга-Марквардта

В принципе такие данные перед началом расчёта можно вводить в программу из справочников. Однако это требует много времени по следующим причинам:

  • - количество исходных данных растёт прямо пропорционально числу компонентов в системе;
  • - отсутствуют справочники, содержащие все необходимые данные при моделировании процесса многокомпонентной ректификации. Как правило, эти данные часто взяты из различных источников с разными единицами измерения;
  • - для обычного пользователя нахождение этой информации затруднено.

Поэтому перед авторами издания возникла необходимость создания единого “электронного справочника” (базы данных), сохраняющего всю необходимую информацию для расчета равновесия. Он может быть представлен в виде отдельного независимого пакета программ, либо объединён с компьютерным обеспечением для расчёта процесса ректификации.

В данном издании собрана информация по термодинамическим коэффициентам отдельных компонентов и другим физико-химическим свойствам из разных источников и создан электронный банк данных, названный "THERMOBANK”. С помощью программы управления данными Microsoft Access 2003 он используется при расчёте многокомпонентной ректификации.

Для того, чтобы удобно управлять данными при моделировании и расчете процесса ректификации бинарных и многокомпонентных смесей все данные сохраняются в виде некоторых таблиц данных. Блок-схема структуры банка данных приведена на рис. 2.2. Каждая таблица содержит единственную определенную группу информации. Список этих таблиц приведен ниже:

- таблица “tblSub” (табл. 2.2) параметров физико-химических свойств (больше 600) популярных индивидуальных веществ.

Блок-схема структуры базы данных

Рис. 2.2. Блок-схема структуры базы данных

Список веществ приведен в приложении В;

  • - таблица “tblMargules” (табл. 2.3) параметров бинарного взаимодействия Ау и Aji по модели Маргулеса
  • - таблица “tblVanlaar” (табл. 2.4) параметров бинарного взаимодействия А у и А^ по модели Ван-Лаара;
  • - таблица “tblWilson” (табл. 2.5) параметров бинарного взаимодействия АХу и АЛР по модели Вильсона;
  • - таблица “tblNRTL” (табл. 2.6) параметров бинарного взаимодействия АЛу, AAjj и а у по модели НРТЛ;
  • - таблица ‘ЧЬИЛЛриАС’Хтабл. 2.7) параметров бинарного взаимодействия Аиу и Аи'ji по модели ЮИИКВАК, для систем, не содержащих воду и низкие алкоголи;
  • - таблица “tblUNIQUACP” (табл. 2.8) параметров бинарного взаимодействия Аиу и AUji по модели ЮНИКВАК, для систем, содержащих воду и низкие алкоголи;
  • - таблица “tblUNIFACRQ” (табл. 2.9) групповых параметров Я, Q по модели ЮНИФАК;
  • - таблица “tblUNIFACVL” (табл. 2.10) параметров бинарного взаимодействия атп и апт по модели ЮНИФАК для парожидкостного равновесия;
  • - таблица “tblASOGM” (табл. 2.11) параметров бинарного взаимодействия ту и mji по модели АСОГ;
  • - таблица “tblASOGN” (табл. 2.12) параметров бинарного взаимодействия пу и riji по модели АСОГ;
  • - таблица “tblASOGVV” (табл. 2.13) данных групповых параметров V™ и V* по модели АСОГ;
  • - таблица “tbtChaoSeader” (табл. 2.14) коэффициентов Aq...A4 по

модели Чао-Сидера;

  • - таблица “tbtGraysonStreed” (табл. 2.15) коэффициентов А0...Ли по модели Грайсона-Стрида;
  • - таблица “tbISRK” (табл. 2.16) параметров бинарного взаимодействия ку по уравнению состояния СРК;
  • - таблица “tblPR” (табл. 2.17) параметров бинарного взаимодействия ку по уравнению состояния ПР;

Табл. 2.2. Структура таблицы “tblSub” (618 записей)

м

Поле

Значение

1

No

номер записи

2

Formula

формула вещества

3

Name

название вещества

4

ММ

молярная масса

5

TP

нормальная температура плавления, К

6

ТВ

нормальная температура кипения, К

7

тс

критическая температура, К

8

PC

критическое давление, Па

9

VC

критический объём, см3/моль

10

zc

критический коэффициент сжимаемости

11

OMEGA

фактор ацентричности Питцера

12

DIPM

дипольный момент, дебай

13

CPVAP_A

коэффициенты уравнения расчёта идеально-газовой те- плоёмкости СР:

CP = CPVAP А + (CPVAP В) * Т +

+ (CPVAP_C) * Т2 + (CPVAP D) * Т3, где СР - джоуль/(моль. К), температура Т - в Кельвинах

14

CPVAPB

15

CPVAP_C

16

CPVAPD

17

DELHF

стандартная теплота парообразования при 298 К, джоуль/моль

18

DELGF

стандартная энергия парообразования Гиббса при 298 К для идеального газа при 1 атм, джоуль /моль

19

EQ

обозначение уравнения давления насыщенных паров: “Г* - уравнение Вагнера

Ат+Вт'ь + Сту + DT*

UJ“ 1-г

“2” - уравнение Фроста-Колкуорфа-Тодоса

1пКН-| + С1п(7>^?

“3” - уравнение Антуана

*^н-с!г

В этих уравнениях Г = 1 - Тг; Тг = Т/Тс ; Рг = Р/Рс PVp - давление насыщенных паров; Рс> Тс - критические давление и температура; Р9 Т - давление и температура системы; А, В, С, D- коэффициенты.

20

VPA

коэффициенты Л, В, С, D для соответствующих урав- нений давления насыщенных паров, где Pvp, Рс (в Па), критическая температура Тс (в Кельвинах)

21

VPB

22

VPC

23

VPD

24

TM1N

верхний и нижний пределы по температуре в уравне- ннях давления насыщенных паров

25

TMAX

26

LDEN

плотность жидкости при температуре LDEN, г/см3

27

TDEN

опорное значение температуры для TDEN, К

28

UNIR

параметр объема г модели ЮН И КВА К

29

UNIQ

параметр площади q модели ЮНИКВАК

30

UNIQ1

параметр площади q модели ЮНИКВАК

31

UN1FAC

групповая структура модели ЮНИФАК

32

ASOG

групповая структура модели АСОГ

Поле

Значение

ID

Номер записи

COMPONENT 1

Первый компонент

COMPONENT2

Второй компонент

AI2

Параметр А|2 бинарного взаимодействия

А21

Параметр А21 бинарного взаимодействия

Табл. 2.4. Структура таблицы “tblVanlaar” (336 записей)

Поле

Значение

ID

Номер записи

COMPONENT 1

Первый компонент

COMPONENT2

Второй компонент

А12

Параметр А12 бинарного взаимодействия

А21

Параметр А21 бинарного взаимодействия

Табл. 2.5. Структура таблицы “tbIWilson” (372 запись)

Поле

Значение

ID

Номер записи

COMPONENT1

Первый компонент

COMPONENT2

Второй компонент

AI2

Параметр ДА, 12 бинарного взаимодействия, кал/моль

А21

Параметр ДА*! бинарного взаимодействия, кал/моль

Табл. 2.6. Структура таблицы “tbINRTL” (357 записей)

Поле

Значение

ID

Номер записи

COMPONENT!

Первый компонент

COMPONENT2

Второй компонент

А12

Параметр ДА12 бинарного взаимодействия, кал/моль

А21

Параметр ДА21 бинарного взаимодействия, кал/моль

ALPHA 12

Параметр Т12

Поле

Значение

ID

Номер

COMPONENT1

Первый компонент

COMPONENT2

Второй компонент

А12

Параметр Aui2 бинарного взаимодействия, кал/моль

А21

Параметр Д1121 бинарного взаимодействия, кал/моль

Табл. 2.8. Структура таблицы “tbIUNIQUACP” (208 записей)

Поле

Значение

ID

Номер записи

COMPONENT1

Первый компонент

COMPONENT2

Второй компонент

А12

Параметр AU12 бинарного взаимодействия, К

А21

Параметр AU21 бинарного взаимодействия, К

Табл. 2.9. Структура таблицы “tbIUNIFACRQ” (108 записей)

Поле

Значение

SubGroup

Номер подгруппы

NameSub

Название подгруппы

MainGroup

Номер главной группы

NameMain

Название главной группы

R

Групповой параметр объема

Q

Групповой параметр площади

Табл. 2.10. Структура таблицы “tblUNIFACVL” (570 записей)

Поле

Значение

ID

Номер записи

i

Номер первой главной группы

namei

Название первой главной группы

j

Номер второй главной группы

namej

Название второй главной группы

Aij

Параметр бинарного взаимодействия, К

Aji

Параметр бинарного взаимодействия, К

Поле

Значение

ID

Номер записи

i

Номер первой главной группы

name i

Название первой главной группы

j_

Номер второй главной группы

name j

Название второй главной группы

Aij

Параметр бинарного взаимодействия ти

All_

Параметр бинарного взаимодействия ти

Табл. 2.12. Структура таблицы “tblASOGN” (328 записей)

Поле

Значение

ID

Номер записи

i

Номер первой главной группы

name i

Название первой главной группы

J_

Номер второй главной группы

name i

Название второй главной группы

Aij

Параметр бинарного взаимодействия пи> К

Aii_

Параметр бинарного взаимодействия л/.„ К

Табл. 2.13. Структура таблицы “tbIASOGVV” (59 записей)

Поле

Значение

Sub

Номер подгруппы

SubGroup

Название подгруппы

Main

Номер главной группы

MainGroup

Название главной группы

vFH

Групповой параметр vFH

vKI

Групповой параметр vA/

Табл. 2.14. Структура таблицы “tbIChaoSeader” (15 записей)

Поле

Значение

А

Номер коэффициентов модели Чао-Сидера

SIMPLIQUID

Коэффициент модели Чао-Сидера для простых жидкостей

СН4

Коэффициент модели Чао-Сидера для метана

Н2

Коэффициент модели Чао-Сидера для водорода

Поле

Значение

А

Номер коэффициентов модели Грайсона-Стрида

SIMPLIQU-

ID

Коэффициент модели Грайсона-Стрида для простых жидкостей

СН4

Коэффициент модели Грайсона-Стрида для метана

Н2

Коэффициент модели Грайсона-Стрида для водорода

Табл. 2.16. Структура таблицы “tblSRK” (39 записей)

Поле

Значение

ID

Номер записи

COMPONENT1

11срвый компонент

COMPONENT2

Второй компонент

К12

Параметр бинарного взаимодействия к2

Табл. 2.17. Структура таблицы “tbIPR” (292 записи)

Поле

Значение

ID

11омер записи

COMPONENT 1

Первый компонент

COMPONENT2

Второй компонент

К12

Параметр бинарного взаимодействия к2

Таким образом авторами предложены и развиты: методы определения коэффициентов парожидкостного равновесия, энтальпии фаз и диапазон их применения. Разработан пакет прикладных программ точных термодинамических моделей (Вильсона, НРТЛ, ЮНИКВАК, ЮНИФАК, АСОГ, Чао-Сидера, Грайсона-Стрида, уравнений состояния СРК и ПР) для различных систем (идеальных, регулярных или реальных) и различных условий (низком, высоком давлениях и температуре), который может использоваться при расчётах процесса парожидкостного равновесия и ректификации; методы и алгоритмы (Гаусса-Ньютона и Левенбер- га-Маквардта) поиска коэффициентов бинарного взаимодействия для определения коэффициента активности многокомпонентной смеси в моделях Вильсона, НРТЛ и ЮНИКВАК при наличии экспериментальных данных парожидкостного равновесия бинарных пар. Это позволяет использовать точные модели расчёта коэффициентов активности при отсутствии (в банке данных) коэффициентов бинарного взаимодействия, но наличии экспериментальных данных парожидкостного равновесия бинарной пары. Метод Левенберга-Маквардта при определении параметров бинарного взаимодействия более предпочтителен в сравнении с методом Гаусса-Ньютона из-за его быстродействия и хорошей сходимости решения. При отсутствии экспериментальных данных фазового равновесия бинарных пар используются модели ЮНИФАК и АСОГ, которые требуют наличия параметров бинарного взаимодействия пар групп, что

позволит определить зависимость = /(*,). Обратная задача позволит найти коэффициенты бинарного взаимодействия по моделям Вильсона, НРТЛ и ЮНИКВАК. При высоком давлении используются уравнения состояния СРК и ПР.

Создана и представлена общая база данных (THERMOBANK) по важным физико-химическим свойствам (для более чем 600 индивидуальных веществ) и другим параметрам термодинамических моделей, необходимых для моделирования и расчёта процесса ректификации. Эта база данных заменяет трудоёмкую рутинную (ручную) работу и играет роль “электронного справочника”, позволяющего использовать исходные данные в непрерывном автоматизированном режиме (online). При необходимости пользователь может обновить данные базы. База данных включает 16 таблиц с числом записей 4291.

Отличительными признаками методов, алгоритмов и их программного обеспечения, от разработанных ранее отечественными и зарубежными авторами, заключаются в единообразии языка программирования (Visual Basic.Net) и возможности сочетания его с более сложными программными комплексами.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >