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.

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 АЛ_Р 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 а_тп и а_пт 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).

Табл. 2.4. Структура таблицы «tblVanlaar» (336 записей).

Табл. 2.5. Структура таблицы «tbIWilson» (372 запись).

Табл. 2.6. Структура таблицы «tbINRTL» (357 записей).

Табл. 2.8. Структура таблицы «tbIUNIQUACP» (208 записей).

Табл. 2.9. Структура таблицы «tbIUNIFACRQ» (108 записей).

Табл. 2.10. Структура таблицы «tblUNIFACVL» (570 записей).

Табл. 2.12. Структура таблицы «tblASOGN» (328 записей).

Табл. 2.13. Структура таблицы «tbIASOGVV» (59 записей).

Табл. 2.14. Структура таблицы «tbIChaoSeader» (15 записей).

Табл. 2.16. Структура таблицы «tblSRK» (39 записей).

Табл. 2.17. Структура таблицы «tbIPR» (292 записи).

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 Левенберга-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.