AutoCAD图解法求精馏塔理论塔板数

第29卷Vol 129　第3期No 13西华师范大学学报(自然科学版)Journal of China W est Nor mal University (Natural Sciences )2008年9月Sep 12008文章编号:167325072(2008)0320288203 收稿日期:2008-04-20作者简介:刘爱科(1980-),男,湖南常德人,西华师范大学化学化工学院助教,硕士研究生,主要从事化工仿真教学与研究工作.Aut oC AD 图解法求精馏塔理论塔板数刘爱科1,2,陈亚军2(11西华师范大学应用化学研究所,四川南充　637002;　21西华师范大学计算机学院,四川南充　637002)摘　要:讨论了用Aut oCAD 图解法求精馏塔理论塔板数,并给出了V isual L is p 程序.对话框的引入,使操作更容易,用户输入相关数据后,立即获得图解结果.经实例验证,该法计算精度接近逐板计算法.关键词:Aut oC AD;V isual L is p 程序;精馏塔;理论塔板数中图分类号:TP311 文献标识码:B0　引　言经典的精馏塔理论塔板数求法有逐板计算法、图解法两种[1].逐板计算法计算量大,通常需要编写程序拟和气液相平衡曲线,难度较大;而利用图板、铅笔的传统作图法,很难满足工程设计的精度要求,而且可重现性差.随着Aut oCAD 应用于化工制图的普及,本文讨论了利用Aut oCAD 图解法求精馏塔理论塔板数的方法,并给出了V isual L is p 程序.1　原理与步骤1.1　有关方程方程(1)为气液相平衡方程,由多组气液平衡点数据拟和而成.对非理想物系,很难用简单的函数来表达气液平衡关系.Aut oCAD 图解法求解过程中,基于塔顶全冷凝假设可得第一层塔板上升的蒸气组成y 1与塔顶回流液组成x d 相同.将y 1代入方程(1)可求得第一层塔板上下降液体组成x 1.将x 1代入(2)式(精馏段操作线方程)求得第二层塔板上升的蒸气组成y 2.依次类推向下计算,直到第n 层板上液相组成小于等于进料板液相组成为止,即x n ≤x f .第n 块板即为最佳进料板.跨过进料板,操作关系改为(3)式(提馏段操作线方程).由提馏段第一层塔板上液相组成与精馏段第n 层塔板的液相组成相等得:x ′1=x n .与精馏段计算方法类似,由方程(3)、方程(1)依次向下计算,直到x ′m ≤x w 为止.所以,完成分离任务,精馏塔所需理论塔板数为n +m -1(含塔釜)[1]. y =f (x ).(1)y n +1=R R +1x n +1R +1x d .(2)y ′m +1=q n,L +δ・q n,F q n,L +δ・q n,F -q n,Wx ′m -q n,Wq n,L +δ・q n,F -q n,Wx w .(3)y =δδ-1x -x f δ-1.(4)1.2　Aut oCAD 图解法步骤首先利用两点法,依次绘制精馏段操作线、进料热状况参考线、提馏段操作线.由于Aut oCAD 绘图的精确性,可直接取点(x w ,x w )做为提馏段操作线的下端点.然后运用样条曲线拟和气液平衡点得气液平衡曲线[2],由于Aut oCAD 内置了非均匀有理B 样条算法[3],可以避免编写拟和函数.最后自精馏段操作线上端点　第29卷第3期 刘爱科,等:Aut oCAD图解法求精馏塔理论塔板数289开始绘制梯级(如图2所示),代替交替使用平衡线与操作线方程的求解过程,由于Aut oCAD的图元由计算产生,所以图解过程即是逐板计算过程,所以该过程能达到逐板计算法相同的精度.梯级的绘制首先在精馏段操作线与平衡线之间进行,当梯级跨过两操作线的交点时,改在平衡线与提馏段操作线间绘梯级,直到某板的液相组成x′m <xw为止.梯级总数即为所求理论塔板数,跨过两操作线交点的塔板即为最佳进料板[1].2　V isual L is p程序上文给出了Aut oCAD图解法的原理与求解步骤.基于以上原理与步骤,利用V isual L is p语言开发了求解程序与DCL对话框.程序主要代码如下(defun CADTJF()(vl-l oad-com)(setvar"os mode"0)(command"erase""all""")(command"rectangle"’(00)’(11))(ZuoB iao);;函数ZuoB iao完成参考坐标纸的绘制(setq dcl_id(l oad_dial og"E:/Paper/CAD. DCL"))(if(<dcl_id0)(exit))(if(not(ne w_dial og"cadtjf"dcl_id))(exit))(acti on_tile"accep t""(data_set)")(start_dial og)(unl oad_dial og dcl_id)(dra w_CZX)(dra w_Ti J I));;;函数data_se从对话框获取数据,赋值给全局变量(defun data_set()(setq HG_xf(at of(get_tile"xf")));;从对话框获得进料摩尔分率,其它数据可类似获得。

);;;函数dra w_CZX获取数据,绘制操作线与平衡线(defun dra w_CZX()(command"s p line"(list x1y1)(list x2y2) (list x3y3)(list x4y4)(list x5y5)(list x6y6) (list x7y7)(list x8y8)(list x9y9)"""""")(setq Balance L ine(entlast));;以下代码绘制精馏段操作线,δ线方程,提馏段操作线方程。

);;;函数dra w_Ti J i绘制梯级求解理论塔板数(defun dra w_Ti J i()(setqdrY HG_xd dr X HG_xd dr Number0key1)(while(>dr X HG_x w)(setq drZ drY)(command"line"(list dr X0)(list dr X1)"")(setq drY(cadr(J iaoD ian dr L ine1(entlast))))(command"erase"(entlast)"")(command"line"(list dr X drZ)(list dr X drY) "")(setq drZ dr X)(command"line"(list0drY)(list1drY)"")(setq dr X(car(J iaoD ian Balance L ine(entla2 st))))(command"erase"(entlast)"")(command"line"(list drZ drY)(list dr X drY) "")(setq dr Number(+1dr Number))(command"text"(list(-dr X0.02)(+drY 0.02))0.020dr Number)(if(and(<=dr X(car pp6))(=key1))(setq dr L ine1dr L ine2key0))));;;函数J iaoD ian用于求两曲线的交点(defun J iaoD ian();;为篇幅所限,此部分读者可自行补充)3　计算实例例1　连续精馏分离含苯0.44(摩尔分数,下同)的苯-甲苯二元混合液,要求塔顶馏出液含苯0.934,塔釜残留液含苯0.0235,已知进料为泡点液体,相对挥发度为2.46,回流比为2.125.求全塔理论塔板数和加料板位置[1].苯-甲苯在一标准大气压下的气液平衡数据见图1(为与逐板计算法进行精度比较,该数据由苯-甲苯的气液平衡方程y=2146x1+(2146-1)x计算获得).将完整的程序以”1s p”为后缀保存在D盘根目录下,在Aut oCAD命令窗口输入命令:(l oad“d:/3. ls p”),弹出对话框(见图1),输入数据后确定,立即获得图解结果(见图2).全塔共需12块理论塔板,进料板位置为自塔顶向下第5块理论板,该结果与逐板计算法一致.4　程序说明及结果讨论(1)该程序提供了数据对话框,使操作变得更容易.该对话框使用基于Aut oCAD的对话框控制语言DCL编写.程序运用Aut oCAD内置的非均匀有理B样条算法拟和这些平衡数据点而绘制出的气液平衡曲线[3],避免了编写拟和函数,拟和精度高.在此基础上进行梯级图解,精度能接近逐板计算法.(2)基于原理与步骤可手工绘图完成求解[4].手工绘图过程中运用Aut oCAD辅助功能,如:“正交”、“自动捕捉”、“极轴追踪”能使绘图更快捷、准确.而运用程序自动求解过程中,因图形几何关系由计算所得,辅助功能不仅无益,反而会干扰自动绘图,程序中添加了相关语句关闭辅助功能.(3)图2上梯级与平衡线的交点代表各理论板上气液相平衡数据.与逐板计算法结果[1]比较,气液平衡数据误差随理论塔板数增大有变大的趋势,误差最大处在第12块理论板,该误差仅为(0.0025,0.0027).该误差由曲线拟和过程产生,并随参与拟和的气液平衡数据的增多而减小.可见,该法大大提高了手工图解法的准确度.例1为理想物系的实例.通过实例验证,该法对逐板计算法无法处理的非理想物系亦适用.5　结　论经典的精馏塔理论塔板数求法有逐板计算法和图解法,在实际应用中这两种方法都有较大的缺陷.本文讨论了利用Aut oCAD内置算法生成平衡曲线求精馏塔理论塔板数的方法,该方法避免了编写函数拟和程序,原理简单、拟和精度高,从而保证了图解法计算结果的准确性,既适用于理想物系也适用于非理想物系.本程序提供了自动图解过程,方便快捷.但对初级用户,亦可利用Aut oCAD的辅助绘图功能手工完成图解过程.Aut oCAD图解法不仅计算精度接近逐板计算法,而且该法概念清晰,结果直观,特别适合于教学.此外,基于Aut oCAD的图解法同样适用于精馏塔最小回流比的求解.(下转第294页)Studi es of Physi cs and Che m istry Properti es of Pi g mentsi n Orange Jui ceL I Xiao2yan,BAO Zheng2r ong,WANG Dan(College of Chem istry and Che m ical Engineering,China W est Nor mal University,Nanchong637002,China)Abstract:Thr ough a series of experi m ents,we have done a p reli m inary exp l orati on f or the orange juice p ig ment of physical and che m ical p r operties,studied the effect of metal i ons,oxidizing and reducing and reducing agent,com2 monly used f ood additives,acid2base and light on p ig ment.The results show that:metal particles,the l ow concentra2 ti on Oxidants and reduct ors have little i m pact on the p ig ment and different food additives have different p ig ments or enrich Consu mers col or;p ig ment is light2sensitive,and while light increases,its stability weakens.Key words:orange p ig ment;physics and che m isry p r operties.(上接第290页)参考文献:[1]　武汉大学.化学工程基础[M].北京:高等教育出版社,2002.198-202.[2]　丁曙光,陈　运.Aut oCAD在精馏塔设计中的应用[J].化工设计通讯,2005,31(4):38.[3]　唐嘉平.Aut oCAD2002实用教程[M].清华大学出版社,2003.176.[4]　时景荣,罗传义.用Excel图解法求精馏塔理论塔板数[J].计算机与应用化学,2005,22(7):561.Graphi c Soluti on to Recti fi cati on Colu mn Theoreti cal Pl ateNu mbers by Usi n g AutoCADL I U A i2ke1,2,CHEN Ya2jun2(11I nstitute of App lied Che m istry,China W est Nor mal University,Nanchong637002,China;21College of Computer Science,China W est Nor mal University,Nanchong637000,China)Abstract:This paper has intr oduced an Aut oCAD2based graphic s oluti on t o the theoretical p late numbers of a recti2 ficati on colu mn and a V isual L is p p r ogra m.A dial og box is offered t o ease the operati on.After entering input cor2 relative date,the dis p lay would be given f or graphics.L iving exa mp les has verified its accuracy cl ose t o p late cal2 culati on and this s oluti on has higher p ractical value.Key words:Aut oCAD,V isual L is p p r ogra m,rectificati on colu mn,theoretical p late numbers。