精餾塔的設計

精餾塔的設計，就是在給定進料狀況與組成，以及一定的操作條件的情況下，通過一系列的計算，后給出分離所需的理論板數。常用的精餾塔設計方法包括圖解法，逐板計算法，簡捷法等。此外塔板組成線法等新算法的提出，也為精餾塔設計的算法研究打開了新的思路。

數值算法 （又稱數值分析）是指在數學分析問題中，對使用數學近似算法的研究。由于精餾塔設計所需的變量多，假設通常也比較多，往往不能獲得一個*精確的結果，所以使用數值算法來優化傳統精餾塔設計方法，提高設計的精確度，無疑是一個良好的研究方向。

近幾年來，已有多篇報道圍繞利用數值算法對傳統精餾計算進行優化改進。吳曉藝等研究了

拉格朗日插值法在圖解法設計精餾塔中的應用。在這個研究中，研究者通過已知的平衡數據，使用ＭＡＴＬＡＢ編程模擬生成氣液平衡曲線并通過圖解法計算，獲得了理論板數和進料位置。該方法準確性高，只要有氣液平衡數據即可采用，與大型模擬軟件相比，使用 ＭＡＴＬＡＢ編程計算運行時間短，計算效率高，具有很強的適用性。Ｊａｖａｌｏｙｅｓ － Ａｎｔｏｎ等使用數值模擬方法和粒子群算法對復雜精餾塔進行了嚴格設計。在該文獻中，作者將粒子群算法 （ ＰＳＯ ）這一啟發式算法引入到復雜塔的設計過程，并體現在混合整數非線性規劃 （ ＭＩＮＬＰ ）和 ＧＤＰ當中。將 ＭＩＮＬＰ技術引入精餾塔設計，是對設計方法的一種很大的拓寬。Ｃａｓｔｉｌｌｏ對已有的操作葉進行改進，將同一理論板

上不同回流比或再沸比的組成點連接，取代了原來同一回流比或再沸比下不同理論板連線這一不連續的連 線 方 式，這 種 新 的 連 線 稱 之 為 塔 板 組 成 線（ｓｔａｇｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ ），在此基礎上， Ｔｈｏｎｇ 和Ｃａｓｔｉｌｌｏ系統研究了塔板組成線設計精餾塔的方法。該方法的提出，改變了原有的精餾塔設計思路。操作葉是塔板組成線的集合，且每條塔板組成線均為連續，任意兩條精餾段與提餾段塔板組成線的相交，都可成為精餾塔設計可行的一組充要條件，因此，該方法可一次性為設計者提供大量可行的精餾塔設計方案，從而避免了傳統方法中多次試差的過程。金思毅等在此基礎上，根據塔板組成線的定義，推導出了塔板組成線方程，并提出了塔板組成線設計精餾塔的設計策略。秦姣等根據塔板組成線定義，提出了塔板差分方程的概念。

與逐板計算法確定塔板組成線相比，塔板差分方程法更為方便快捷。

１．２　 使用計算機對精餾過程進行輔助計算在現代化工設計過程與優化過程中，計算機的計算早已取代了傳統耗時耗力的手工計算。一些化工應用軟件以其強大的數值、符號運算功能、生動的圖像處理能力，代替了過去傳統方式下的筆紙進行的設計操作。這些軟件的廣泛應用，地提高了設計的效率和設計質量。在化工類高等教育中，計算機輔助教學也是教學內容改革的重要組成部分。劉玉蘭等給出了一種使用 Ｅｘｃｅｌ快速計算雙組分理想物系平衡組成，泡露點以及漏液點孔速的方法，雖然該方法現實工廠實踐中并沒有太大的意

義，但是對于高校中化工高等教育的教學中，其操作方便快捷，易于掌握，計算結果相對可靠，因此有利于提高學生的學習興趣，節省計算時間，仍然

具有一定的實用價值。田文德等探究了在使用ＭＡＴＬＡＢ對精餾過程的輔助計算。這項研究的出發點 也 是 輔 助 化 工 原 理 課 程 的 教 學， 由 于ＭＡＴＬＡＢ是一種直觀性較強，相對容易的計算機語言，并且數學運算能力強大，因此這項研究對精餾這類的工程計算有很大的實用價值。

綜上所述，使用計算機對簡單精餾的輔助計算，研究方向多集中在高校化學工程的教學當中。

這種輔助計算，可以很好地加深對計算過程的理解，同時熟悉使用計算機語言編程這一工程計算的手段，對 化 工 過 程 數 值 模 擬 的 學 習 也 有 一 定 的幫助