Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Моделирование - Лекция

.pdf
Скачиваний:
52
Добавлен:
13.03.2016
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

Решение нелинейных уравнений в Excel

В Excel можно решить одно нелинейное уравнение с одной неизвестной.

•Локализация корня графическим методом

•Метод «Что если» / Подбор параметра (“Goal Seek”)

•Надстройка «Анализ данных» - метод «Поиск решения» (“Solver”)

2015

Мат. моделирование ХТ

41

Решение нелинейных уравнений в Mathcad

Локализация корня графическим методом

Уточнение корней с помощью функций:

•root (f(x), x, a, b), root (f(x), x)

•polyroots (v), где v – это вектор состоящий из коэффициентов алгебраического уравнения.

•find(x) – Если корень не найден, то стоит вызвать функцию

•minerr(x), которая возвращает приближенное значение корня

(Начальные условия)

Given

Блок Given: (Равенство c «жирным» знаком «=») Ограничения

(Вызов функции find или minerr)

2015

Мат. моделирование ХТ

42

Нелинейные уравнения - процессы разделения

компоненты, фракции (потоки)

A, B, C …

смесь

Энергия

и/или поглощающий агент

(10% от общемирового потребления)

Физический процесс, который управляет разделением смеси – установление равновесия между паром и жидкостью.

Основные функции процессов разделения:

•Фракционирование (например, атмосферная перегонка)

•Рецикл непрореагировавшего сырья (изомеризация C5-C6)

•Очистка сырья и продуктов (удаление каталитических ядов, повышение степени чистоты фракций для нефтехимии)

Процессы:

•Перегонка

•Охлаждение и кристаллизация

•Экстракция

•Экстрактивная перегонка

•Абсорбция

2015

Мат. моделирование ХТ

43

Парожидкостное равновесие смесей

Основные вопросы, на которые предполагается получить ответы:

•Какое количество фаз существует в системе при заданных температуре и давлении?

•Каков состав этих фаз?

•Какими термодинамическими свойствами (мольный объем, теплоемкость, энтальпия, энтропия,…) обладает каждая фаза и система в целом?

Термодинамические модели используемые в расчетах должны хорошо описывать не только газовую фазу, но и жидкость.

2015

Мат. моделирование ХТ

44

Изотермическое испарение

 

V

F

yi

zi

 

Pi

 

Ti

L

 

xi

Когда паровая и жидкая фазы находятся в равновесии, мольные доли каждого компонента в жидкости и в паре связаны уравнением

•

Константа равновесия (“K value”) K

 

 

yi

 

 

i

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2015

Мат. моделирование ХТ

45

Однократное испарение (flash distillation)

В процессе однократного испарения жидкая смесь частично испаряется, при этом пар приходит в равновесие с жидкостью.

После однократного испарения потоки разделяются.

Типы расчетов:

•Однократное испарение

•Температура начала кипения, давление начала кипения (bubble point temperature, bubble point pressure).

•Температура конца кипения, давление конца кипения (dew point temperature, dew point pressure).

2015

Мат. моделирование ХТ

 

V

F

yi

zi

 

 

f

Pi

 

Ti

L

 

xi

46

Температура начала кипения (bubble point T)

Дано: давление P и состав жидкой фазы xi

Найти: температуру T и состав yi паровой фазы (состав первого пузырька пара, который формируется вследствие подвода тепла к насыщенной жидкости).

Решение: •

•

Поскольку состав паровой фазы не известен

N

 

yi

1

i 1

 

Используя величину константы равновесия

 

 

y

 

N

Ki

 

i

Ki xi 1

 

 

 

 

 

 

 

x

i

i 1

 

 

 

•Если система состоит из более чем 2 компонентов, для лучшей сходимости решения используют следующую форму уравнения

 

 

N

 

0

 

 

ln

Ki

xi

 

 

i 1

 

 

 

2015

Мат. моделирование ХТ

47

Давление начала кипения (bubble point P)

Дано: температура Т и состав xi жидкой фазы

Найти: давление P и состав yi паровой фазы (состав первого пузырька пара, который формируется вследствие подвода тепла к насыщенной жидкости).

Решение:

• Поскольку состав паровой фазы не известен

 

N

 

yi 1

 

i 1

 

• Использую величину константы равновесия

K

 

 

y

i

x

 

 

 

 

 

i

 

 

i

 

N

Ki xi 1 0

i 1

2015

Мат. моделирование ХТ

48

Температура конца кипения (dew point T)

Дано: давление P и состав yi паровой фазы

Найти: температуру T и состав xi жидкой фазы (состав первой капли жидкости, которая формируется из насыщенного пара вследствие отвода тепла).

Решение: •

Поскольку состав жидкой фазы не известен

 

N

 

xi 1

 

i 1

•

Использую величину константы равновесия

K

 

 

y

i

x

 

 

 

 

 

i

 

 

i

 

N

yi

 

 

1

Ki

i 1

 

2015

Мат. моделирование ХТ

49

Давление конца кипения (dew point T)

Дано: температура и состав паровой фазы

Найти: давление и состав жидкой фазы (состав первой капли жидкости, которая формируется из насыщенного пара вследствие отвода).

Решение: • Поскольку состав жидкой фазы не известен

N

xi 1

i1

•Использую величину константы равновесия

K

 

 

y

i

x

 

 

 

 

 

i

 

 

i

 

N

y

 

K

i 1

 

i i

1

•Если система состоит из более чем 2 компонентов, для лучшей сходимости решения используют следующую форму уравнения

 

 

N

yi

 

 

 

 

ln

 

 

0

 

 

 

 

 

 

i 1

Ki

 

 

2015

Мат. моделирование ХТ

50