计算流体力学在精馏塔板上的应用_王晓玲
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ห้องสมุดไป่ตู้常用软件
目前, 数值模拟最主要的问题就是计算精度问题。网格的形状、结构和所采用的湍流模型和计算方法都对精度有影响。因而我们在利用CFD 软件处理问题时, 采用什么样的网格形式、坐标形式、网格密度及湍流模型都是需要研究者慎重考虑的。应在能保证模拟准确度、精确度的前提下, 尽可能地选用简单的方法和模型。这样不仅可以简化问题, 而且可以节约计算机资源, 减少计算时间。随着CFD 在工程技术中应用的推广, CFD 也逐渐软件化、商业化。CFD商业软件中既有通用的也有作为特殊用途的专业软件, 而且这些软件大多数都能在一般高性能计算机的UNIX 、LINUX 、WINDOWS 操作系统上运行, 这为这些软件的推广使用打下了良好的基础。表1 中列出了主要的一些商用CFD 软件。暖通行业使用较多的FLUENT 和PHOENICS , 其它软件的可以见表1 中给出的网址。
离散后的微分方程组就变成了代数方程组，表现为如下形式 可见，通过离散之后使得难以求解的微分方程变成了容易求解的代数方程，采用一定的数值计算方法求解式表示的代数方程，即可获得流场的离散分布，从而模拟关心的流动情况。
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CFD处理过程——后处理
a.图形后视化
建筑内环境的设计和优化分析
2
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CFD在暖通工程中的应用
由两工况中心的计算结果对比可见，工况1确实出现了冷风下坠的现象，容易造成吹风感，调整风口出风方向斜向上的工况2改善了室内的气流组织，速度温度分布较为合理，而采用传统的射流理论分析无法做出类似分析，对于冬季也可采用不同方案得到合理的气流组织形式，由此可见CFD对室内环境的气流设计方面有着独特的优点。
计算科学技术在流体力学中的应用
计算科学技术在流体力学中的应用随着计算机科学技术不断发展和进步，越来越多的领域开始采用计算机模拟技术，从而取代了传统的试验和实验方法。
在流体力学领域中，计算科学技术也被广泛应用。
本文将介绍计算科学技术在流体力学中的应用，并探讨其优势和不足之处。
一、计算流体力学简介计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD），是利用计算机模拟流体运动的一种新型分析方法。
它主要包括数值方法、数学模型和计算机实现三个方面。
其中，数值方法是根据流场的特点，采用数学模型描述，将它们离散化成有限元或差分方程组，在计算机程序中求解。
而数学模型是以数学形式表达与流体运动有关的各种物理规律。
在计算程序中实现的模拟运动情况往往包括速度、压力、温度、密度等参数。
计算流体力学的应用范围非常广泛，它可以应用于飞机、汽车、火箭等交通工具的研发和生产过程中，可以模拟医学、环境、气象等领域中的流动现象，并对空气动力学，传热学，物理学等学科研究有很大的助益。
二、计算流体力学在流体力学中的优势CFD计算流体力学的模拟结果非常准确，可以预测各种工况下的流体现象，缩短了产品设计时间周期。
相比传统试验方法，计算机模拟省去了实验的时间和人力成本，并且能够具体展示流体介质的复杂变化，因此，流体力学工程师更加倾向于采用计算科学技术来探究和解决问题。
三、计算流体力学在流体力学中的应用实例1.流体动力学模拟在流体动力学模拟中，通过CFD计算流体力学可以预测流体在变化的工况下的流动情况和性质变化，同时提供了价格实惠和对流场多个因素综合分析的能力。
如在飞行器设计中，CFD可以用来研究主要旅行器部分和舵面结构的气动力学表现；在汽车工业中，CFD可以指导工程师设计车辆外观，从而有效降低阻力以改进驾驶性能；在船舶行业中，CFD可以帮助试验员模拟正常或失稳航行情况以了解船舶的性能；在建筑工程设计中，CFD可以模拟建筑结构内外气流，指导设计师进行室内装置的遵守。
计算流体力学在工程中的应用
计算流体力学在工程中的应用计算流体力学(CFD)是一种数值模拟和分析流体动力学现象的工程技术。
它通过使用计算机模拟流体行为，从而解决实际工程领域中的复杂流体问题。
因此，CFD在许多领域都有着广泛的应用，如航空航天、汽车工程、石化工程、制药等。
本文将探讨CFD在工程中的应用。
1.石化工程中的CFD应用石化工程是指生产和加工石油、化学品、天然气等化学原料的工程领域。
在该领域，CFD已成为不可或缺的工具。
例如，炼油厂中的流动过程非常复杂，需要使用CFD来模拟其内部流体运动情况。
通过模拟不同的炼油厂操作过程，可以优化其效率，降低能耗，并减少不良影响。
此外，CFD还可用于设计化学反应器，从而最大程度地提高反应器的效率和安全性。
2.航空航天工程中的CFD应用在航空航天领域，CFD主要用于模拟航空器表面流动情况、设计飞行器减阻型翼型、打造更有效的气动性特性等。
例如，CFD可以帮助设计新型的航空器构造，以便提高飞行速度和升力。
此外，CFD还可以仿真不同的飞行条件下的流场变化，以便对飞行器动态性能进行全面的分析和评估。
3.汽车工程中的CFD应用在汽车领域，CFD应用主要集中在汽车外形、引擎和行李箱等关键部件的设计上。
通过CFD模拟，可以评估不同设计的气动性能和汽车的稳定性等性能指标。
例如，CFD可用于评估不同汽车外形的风阻以及使用改进的排气系统设计，从而降低车辆的排放，并提高燃油经济性。
这些改进都可以大大降低汽车制造成本，同时提高车辆的性能和可靠性。
4.工业设备中的CFD应用工业设备的不断运转和维护也需要CFD来优化其设计和维护。
例如，化工厂中的反应器需要CFD来模拟其内部流动情况，以便提高操作效率和安全性。
CFD还可用于模拟各种高速气体流动，帮助工程师设计仪器和设备，以适应各种极端操作环境。
总之，计算流体力学已经成为各种工程领域不可或缺的工具。
它通过使用计算机模拟流体行为，从而为工程领域提供了一个非常有效的工具，并大大提高了流体控制技术的自动化和精度。
化工过程中的计算流体力学应用研究
化工过程中的计算流体力学应用研究随着全球经济的快速发展，化工行业成为了现代工业的重要组成部分。
化工生产通常涉及到许多工业过程，例如物料输送，反应器操作和离心设备的使用等。
在化工行业中，计算流体力学（CFD）应用已经成为成本降低、过程优化和产品设计改进的有力工具。
CFD是一种计算流体动力学在工程应用中的实践。
它利用数值模拟方法计算气体或流体流动，化学反应，热传递和其他相关的现象。
其主要目的是分析物理流动现象，在建立模型之后通过计算和电脑模拟的方法预测流体力学现象和工程问题。
在化工行业中，CFD被广泛应用于气体和液体的流量，热辐射，反应器和分离器的设计，物料在管道中的输送以及泡沫和气泡的特性分析。
在化工行业中，升级现有设备和开发新技术的过程中，CFD模拟给予了很多的帮助。
在石化高分子材料的生产中，CFD模拟可以帮助确定反应器的尺寸、形状和操作条件，分析化工反应的热量、动量和传质特征以及混合程度的影响。
反应器内的通量、温度和扰动可以利用计算模拟进行优化，实现反应器内部混合流的有效控制，以提高反应效率和降低耗能；同时，可以确定混合子的尺寸、对流速率和摩擦阻力，以最大化混合度。
对于油气工业的油气储运、海洋开发和海底储气设备，CFD模拟可以有效预测流体在两介质界面上的行为，避免贮气设备的结霜，减少储存设备的磨损和降低液体表面张力的不均匀分布。
此外，CFD模拟还可以用于预测海洋运动、海浪、热传递等方面的情况，以支持海洋开发和抵抗恶劣天气状况。
CFD模拟也被广泛应用于化工设备中的流体动态研究。
例如用于提取固体的液固分离器，使用CFD可以推测流体力学规律，设计分离器的结构和有效区域，降低水含量、提高固体含量。
CFD模拟还可以在液态合金生产中帮助分析注浆特性以及流体流动的压力和温度分布，以改善生产质量和提高生产效率。
在化学工程领域，CFD模拟也被广泛应用。
例如，用于气固反应的高温燃烧反应器，CFD模拟可以作为预测和规划系统，帮助确定温度和反应速率，追踪反应器内的气体和固体碳黑以及排放到环境中的烟雾和颗粒物。
化工原理课程设计（规整填料塔）
化工原理课程设计（规整填料塔）填料精馏塔设计任务书一、设计题目：填料塔设计二、设计任务：苯-甲苯精馏塔设计三、设计条件：1、年处理含苯41%（质量分数，下同）的苯-甲苯混合液3万吨；2、产品苯含量不低于96%；3、残液中苯含量不高于1%；4、操作条件：填料塔的塔顶压力：4kPa（表压）进料状态：自选回流比：自选加热蒸汽压力：101.33kPa（表压）5、设备型式：规整填料塔6、设备工作日：300天/年，24h连续运行四、设计内容和要求序号设计内容要求1 工艺计算物料衡算、热量衡算、理论塔板数等2 结构设计塔高、塔径、分布器、接口管的尺寸等3 流体力学验算塔板负荷性能图4 冷凝器的传热面积和冷却介质的用量计算5 再沸器的传热面积和加热介质的用量计算6 计算机辅助计算将数据输入计算机，绘制负荷性能图7 编写设计说明书目录、设计任务书、设计计算及结果、流程图、参考资料等目录第1章流程的确定和说明 (3)1.1加料方式 (3)1.2进料状态 (3)1.3冷凝方式 (3)1.4回流方式 (3)1.5加热方式 (3)1.6加热器 (4)第2章精馏塔设计计算 (5)2.1操作条件和基础数据 (5)2.1.1操作压力 (5)2.1.2基础数据 (5)2.2精馏塔工艺计算 (7)2.2.1物料衡算 (7)2.2.2热量衡算 (9)2.2.3理论塔板数计算 (11)2.3精馏塔的主要尺寸 (12)2.3.1精馏塔设计的主要依据 (12)2.3.2塔径设计计算 (15)2.3.3填料层高度的计算 (16)第3章附属设备及主要附件的选型计算 (17) 3.1冷凝器 (17)3.1.1计算冷却水流量 (18)3.1.2冷凝器的计算与选型 (18)3.2再沸器 (18)3.2.1间接加热蒸汽 (18)3.2.2再沸器加热面积 (18)3.3塔内其他结构 (19)3.3.1接管的计算与选择 (19)3.3.2液体分布器 (20)3.3.3除沫器 (21)3.3.4液体再分布器 (22)3.3.5填料支撑板的选择 (22)3.3.6塔底设计 (23)3.3.7塔的顶部空间高度 (23)第4章结束语 (24)参考文献 (25)第1章流程的确定和说明1.1加料方式加料分两种方式：泵加料和高位槽加料。
设计一台分离甲醇-乙醇板式精馏塔
1. 概述（内容至少2页，同学间的相似度不能超过30%。
与精憎知识相关）设计任务书（1） 设计题目屮醇-乙醇精憎塔工艺设计（2） 设计条件生产能力：34560吨/年（年工作日360天，每天开动设备24小时计算） 原料中甲醇含量：40%+0.003X （摩尔分数，X 为学号的后两位） 设计要求：操作压力进料热状况回流比单板压降 3. 工艺流程图及流程说明（1） 工艺流程图（模仿仿真精憎中的工艺流程图设计，要包括原料储罐， 精镭塔，冷凝器，再沸器，塔顶产品储罐，塔底产品储罐和泵设备， CAD 作图）（2） 工艺流程说明设备形式的选择本设计选择板式精镭塔，塔板为浮阀式。
（选择依据自己查，本质就是本设计 用浮阀塔的优点）5.工艺计算5」确定塔顶、塔底物料量及组成5.2确定塔板数和进料位置（作图）5.3塔径及塔板结构尺寸的确定5.3.1精憾段 （1）（2）（3）（4）（5）塔径的确定溢流装置塔板布置及浮阀数排列（做出阀孔分布图） 塔板流体力学验算2. 4. 塔顶屮醇的含量不低于96%（摩尔分数） 塔底甲醇的含量不高于4%（摩尔分数） 常压q=0.7 自选 W0.8KPJ塔径的确定溢流装置塔板布置及浮阀数排列（做出阀孔分布图） 塔板流体力学验算塔板负荷性能图5.3.2提谓段 （1） （2） （3） （4） （5）塔板负荷性能图5.4塔高的确定5.5精懈装置附属设备的设计（1）冷凝器的选型（换热器的设计）一一采用水为冷流体，进口温度25。
（2,出口温度35°C：屮醇为热流体，仅有相变。
（2）再沸器的选型一一以12CTC的过热水蒸气作为热源（3）泵的选型（4）储罐的选择（计算内容为一天的进料量或产量所需储罐的体积，储罐的储料系数为0.8）a.原料储罐b・塔顶产品储罐C.塔底产品储罐5.6数据汇总6.参考文献7.设计心得&致谢目录课程设计任务书 (2)1........................................................................................................................... 设计方案的确定及工艺流程的说明. (3)1.1流程示意图 (3)1.2流程和方案的说明及论述 (3)1.2.1流程的说明 (3)1.2. 2设计方案确定 (3)2.精馆塔的工艺计算 (4)2.1精憾塔的物料衡算 (4)2. 1.1物料衡算 (4)2.1.2相对挥发度的计算 (4)2.2塔板数的确定 (4)2. 2.1理论板数的计算 (4)2. 2.2精慵塔塔效率的计算 (6)2. 3塔的工艺条件及物性数据计算 (7)2. 3.1混合液平均摩尔质疑计算 (7)2. 3. 2平均密度计算 (7)2.3.3液体平均表而张力 (8)2. 3.4提憾气液相体积流量 (8)2. 4塔体工艺尺寸计算 (8)2. 4.1精懈段塔径计算 (8)2. 4.2精慵塔高度计算 (10)2. 4.3溢流装置计算 (10)2.5塔板负荷性能 (10)2. 5.1浮阀计算及貝排列 (10)2.6塔板流体性能校核 (11)2. 6.1泡沫夹带量校核 (11)2. 6. 2塔板阻力计算 (12)2. 6. 3降液管液面校对 (12)2. 6. 4液体在降液管内停留时间校核 (12)2. 6.5严重漏液校核 (13)2. 6. 6塔板负荷性能图 (13)2.7换热器的计算 (14)2. 7.1原料预热器 (14)2. 7. 2塔顶冷凝器 (15)2. 7. 3塔底再沸器 (15)2. 7. 4贮罐体积计算 (15)2.7. 5进料罐线直径 (15)3........................................................................................................................ 设备结果汇总表. (16)4........................................................................................................................ 主要参考文献18 课程设计任务书一、设计题目：分离甲醇一乙醇板式精憎塔的设讣二、设计要求工艺条件与数据（1）原料液含甲醇79% （质量，下同）：含乙醇21%（2）餾出液含甲醇99.85%,残留液含甲醇2%；（3）年产10万吨精甲醇，设每年工作时间为7200小时；（4）料液可视为理想溶液，取①=0.5, K=l：（5）常压操作，泡点进料。
计算流体力学在流体力学中的应用
计算流体力学在流体力学中的应用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是一种应用现代计算机技术来解决流体力学问题的科学方法。
它是基于数学模型对流体力学问题进行计算和模拟，可广泛应用于流体动力学、传热与传质、空气动力学、燃烧与化学反应等诸多领域。
CFD技术由于其高速、准确、实用、可共享的优势，已成为很多流体力学问题研究和工业应用的重要手段。
CFD可以帮助研究人员和工程师深入探究流体动力学的基本原理，研究流体流动的变化规律和流场中的各种参数分布情况，并可提供有关设计和改进产品的有用信息。
基于CFD技术的模拟分析还可以帮助设计人员进行虚拟试验，避免实际试验成本高昂、周期长，评估流体动力学问题，计算并预测流体的行为，达到优化设计和降低设计成本的目的。
从机械行业到能源行业再到化工行业，CFD技术在流体力学中的应用越来越广泛。
以下介绍几个在实际工程设计中应用CFD技术的案例：1. 车辆外形优化设计：通过CFD模拟分析，研究车辆外形对空气阻力的影响，并优化设计车身流线型，这不仅可以降低油耗、提高速度，还可以提高车辆的行驶稳定性。
2. 风力发电机叶片优化设计：通过CFD技术模拟分析风力发电机叶片在飞行中的动态流场，从而确定叶片的最佳旋转速度和形状，提高风力发电机效率。
3. 炼油装置优化设计：通过CFD技术模拟分析精炼装置内的流动特性、化学反应、热传递等问题，进而优化设备设计方案，提高炼油装置的效率和安全性。
4. 污水处理设备设计：通过CFD技术模拟分析污水处理过程中流体的流动及气体传质等现象，优化设备结构设计，提高设备的处理效果和稳定性。
CFD技术已成为多种行业的工程设计、仿真优化和效率提升的重要工具，其应用领域还将继续扩大。
同时，CFD技术在提供流体力学解决方案方面还有待进一步改进和完善。
例如，目前普遍使用的CFD技术仍存在计算模型的误差和计算效率的问题。
因此，需要进一步加强计算模型的建立和优化，提高算法的精度和计算速度，增强CFD模拟分析的可信度和可靠性。
精馏塔严格计算模块 radfrac 公式
精馏塔严格计算模块 radfrac 公式（最新版）目录一、精馏塔的严格计算模块 RadFrac 概述二、精馏塔的计算方法和公式三、精馏塔的适用范围和示例四、结论正文一、精馏塔的严格计算模块 RadFrac 概述精馏塔是一种常用的分离技术，广泛应用于化工、石油、医药等领域。
在精馏过程中，需要对塔内流体进行严格的计算，以确保分离效果达到预期。
RadFrac 是精馏塔严格计算模块的一种，可以对两相体系、三相体系、窄沸点和宽沸点物系以及液相表现为强非理想性的物系进行精确计算。
二、精馏塔的计算方法和公式精馏塔的计算方法主要包括物性数据库和计算模块两部分。
物性数据库包含了流体的热力学性质、相图和状态方程等数据，用于提供流体的基本特性。
计算模块则根据这些数据，运用精馏原理和数学模型进行计算。
精馏塔的计算公式主要包括以下几个方面：1.物料平衡：计算塔内各组分的摩尔流量和摩尔浓度。
2.热量平衡：计算塔内各组分的热量流入和流出，以及塔内热量分布。
3.动力学平衡：计算塔内各组分的速度和压力分布，以及液相和气相的流速。
4.相平衡：计算塔内各组分的相态变化，以及相图和状态方程。
三、精馏塔的适用范围和示例RadFrac 模块适用于各种精馏过程，包括普通精馏、吸收、汽提、萃取精馏、共沸精馏、反应精馏（包括平衡反应精馏、速率控制反应精馏、固定转化率反应精馏和电解质反应精馏）、三相（汽液液）精馏等。
下面以乙苯苯乙烯精馏塔为例，介绍 RadFrac 模块的应用。
进料条件：乙苯和苯乙烯的混合物，进料组成为乙苯 80%，苯乙烯 20%。
冷凝器形式：壳管式冷凝器。
冷凝器压力：0.1MPa。
再沸器压力：0.2MPa。
产品纯度要求：产品中乙苯纯度大于 99.5%。
根据以上条件，使用 RadFrac 模块进行严格计算，得到塔顶压力为0.05MPa，塔底压力为 0.01MPa。
通过调整塔内操作参数，可以实现乙苯和苯乙烯的分离。
四、结论精馏塔严格计算模块 RadFrac 是一种强大的工具，可以对各种精馏过程进行精确计算，为工程实践提供重要依据。
精馏ppt
iB xFi 1 q i iB iB xDi Rm 1 i iB
式中
（2-20） （2-21）
iB 组分i与某一任选的基础组分B间的相对挥发度
q 进料的热状态参数
式（2-20）的根，其值为 hk , B lk , B
适用于宽沸程的吸收。
15
B.全变量迭代法
1.选择的迭代变量为Tj、lij和vij，列出相应的方程组：
16
2.用S方程来求总的摩尔流率，即：
L j lij ,
i
（2-16）
V j vij
i
（2-17）
上列Mij、Qij和Ej将随着迭代计算趋向收敛解而趋于零。
17
3.
18
两种算法对比
（2-26）
塔底产品产量：
（2-27）
28
② 非清晰分割法
假定：部分回流的浓度分布与全回流浓度分布大致相同。 将芬斯克方程中的摩尔分率用组分含量代替，并将 轻关键组分换成任意组分，则有：
（2-28）
（2-29）
于是：
注意：
29
两种方法的比较 1、当LK与HK的分离要求比较高，同时 L LK , H HK
24
上述式中应用了 取常数和恒摩尔流假定
在实际计算中，组分的相对挥发度沿塔总有些变化，若变化不大， 按式（2-19）取平均值；如果变化较大，先按下式算出平均温度，再 用此温度下的α计算。
DtD BtB t F
（2-22）
式中tD和tB分别代表塔顶和塔底温度
25
3、吉利兰关联 ---计算实际回流比R所需理论板数N
10
4.当解（2-12）得到 lij 后，王-亨利利用硬性归一办 法算出xij,，即：
分离苯与甲苯精馏塔设计
W = 25.58kmol / h
式中 F------原料液流量 D------塔顶产品量 W------塔底产品量
1.2 理论塔板的计算
（1）由手册查得苯一甲苯物系的气液平衡数据 表 1 苯与甲苯汽液平衡数据
温度℃ 液相 x 气相 y
110.6 0 0
106.1 0.088 0.212
102.2 0.2 0.37
98.6 0.3 0.5
95.2 0.397 0.618
89.4 0.592 0.789
86.8 0.7 0.853
81.2 0.95 0.979
80.2 1 1
绘出 x ～y 图，见下图 2
图 2 苯与甲苯汽液平衡数据图 （2）最小回流及操作回流比
由 autoCAD 软件得 q 线与苯与甲苯气相平衡线的交点为（0.388,0.608）
M f = 86.69kg / kmol
M d = 78.14kg / kmol
（3）物料衡算
M w = 92.10kg / kmol
4
原料处理量 F = 3620 = 41.76kmol / h 86.69
总物料衡算 F=D+W
苯物料衡算 F × x f = D × xd +W × xw
联立解得 D = 16.18kmol / h
用适宜回流比通过逐板计算，得到全塔理论塔板数以及精馏段和提馏段各 自的理论塔板数。然后根据全塔效率求得全塔、精馏段、提馏段的实际塔 板数，确定加料板的位置。 （二）精馏塔设备设计 1、塔和塔板主要工艺结构的设计计算 2、塔内流体力学性能的设计计算； 3、绘制塔板负荷性能图。画出精馏段和提馏段某块的负荷性能图
化工原理课程设计说明书
设计题目： 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 总评成绩：