精餾塔的設(shè)計(jì)

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

數(shù)值算法 （又稱數(shù)值分析）是指在數(shù)學(xué)分析問(wèn)題中，對(duì)使用數(shù)學(xué)近似算法的研究。由于精餾塔設(shè)計(jì)所需的變量多，假設(shè)通常也比較多，往往不能獲得一個(gè)*精確的結(jié)果，所以使用數(shù)值算法來(lái)優(yōu)化傳統(tǒng)精餾塔設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)的精確度，無(wú)疑是一個(gè)良好的研究方向。

近幾年來(lái)，已有多篇報(bào)道圍繞利用數(shù)值算法對(duì)傳統(tǒng)精餾計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。吳曉藝等研究了

拉格朗日插值法在圖解法設(shè)計(jì)精餾塔中的應(yīng)用。在這個(gè)研究中，研究者通過(guò)已知的平衡數(shù)據(jù)，使用ＭＡＴＬＡＢ編程模擬生成氣液平衡曲線并通過(guò)圖解法計(jì)算，獲得了理論板數(shù)和進(jìn)料位置。該方法準(zhǔn)確性高，只要有氣液平衡數(shù)據(jù)即可采用，與大型模擬軟件相比，使用 ＭＡＴＬＡＢ編程計(jì)算運(yùn)行時(shí)間短，計(jì)算效率高，具有很強(qiáng)的適用性。Ｊａｖａｌｏｙｅｓ － Ａｎｔｏｎ等使用數(shù)值模擬方法和粒子群算法對(duì)復(fù)雜精餾塔進(jìn)行了嚴(yán)格設(shè)計(jì)。在該文獻(xiàn)中，作者將粒子群算法 （ ＰＳＯ ）這一啟發(fā)式算法引入到復(fù)雜塔的設(shè)計(jì)過(guò)程，并體現(xiàn)在混合整數(shù)非線性規(guī)劃 （ ＭＩＮＬＰ ）和 ＧＤＰ當(dāng)中。將 ＭＩＮＬＰ技術(shù)引入精餾塔設(shè)計(jì)，是對(duì)設(shè)計(jì)方法的一種很大的拓寬。Ｃａｓｔｉｌｌｏ對(duì)已有的操作葉進(jìn)行改進(jìn)，將同一理論板

上不同回流比或再沸比的組成點(diǎn)連接，取代了原來(lái)同一回流比或再沸比下不同理論板連線這一不連續(xù)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(chǔ)上， Ｔｈｏｎｇ 和Ｃａｓｔｉｌｌｏ系統(tǒng)研究了塔板組成線設(shè)計(jì)精餾塔的方法。該方法的提出，改變了原有的精餾塔設(shè)計(jì)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(xù)，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(shè)計(jì)可行的一組充要條件，因此，該方法可一次性為設(shè)計(jì)者提供大量可行的精餾塔設(shè)計(jì)方案，從而避免了傳統(tǒng)方法中多次試差的過(guò)程。金思毅等在此基礎(chǔ)上，根據(jù)塔板組成線的定義，推導(dǎo)出了塔板組成線方程，并提出了塔板組成線設(shè)計(jì)精餾塔的設(shè)計(jì)策略。秦姣等根據(jù)塔板組成線定義，提出了塔板差分方程的概念。

與逐板計(jì)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(jì)算機(jī)對(duì)精餾過(guò)程進(jìn)行輔助計(jì)算在現(xiàn)代化工設(shè)計(jì)過(guò)程與優(yōu)化過(guò)程中，計(jì)算機(jī)的計(jì)算早已取代了傳統(tǒng)耗時(shí)耗力的手工計(jì)算。一些化工應(yīng)用軟件以其強(qiáng)大的數(shù)值、符號(hào)運(yùn)算功能、生動(dòng)的圖像處理能力，代替了過(guò)去傳統(tǒng)方式下的筆紙進(jìn)行的設(shè)計(jì)操作。這些軟件的廣泛應(yīng)用，地提高了設(shè)計(jì)的效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。在化工類高等教育中，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)也是教學(xué)內(nèi)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(jì)算雙組分理想物系平衡組成，泡露點(diǎn)以及漏液點(diǎn)孔速的方法，雖然該方法現(xiàn)實(shí)工廠實(shí)踐中并沒(méi)有太大的意

義，但是對(duì)于高校中化工高等教育的教學(xué)中，其操作方便快捷，易于掌握，計(jì)算結(jié)果相對(duì)可靠，因此有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，節(jié)省計(jì)算時(shí)間，仍然

具有一定的實(shí)用價(jià)值。田文德等探究了在使用ＭＡＴＬＡＢ對(duì)精餾過(guò)程的輔助計(jì)算。這項(xiàng)研究的出發(fā)點(diǎn) 也 是 輔 助 化 工 原 理 課 程 的 教 學(xué)， 由 于ＭＡＴＬＡＢ是一種直觀性較強(qiáng)，相對(duì)容易的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，并且數(shù)學(xué)運(yùn)算能力強(qiáng)大，因此這項(xiàng)研究對(duì)精餾這類的工程計(jì)算有很大的實(shí)用價(jià)值。

綜上所述，使用計(jì)算機(jī)對(duì)簡(jiǎn)單精餾的輔助計(jì)算，研究方向多集中在高校化學(xué)工程的教學(xué)當(dāng)中。

這種輔助計(jì)算，可以很好地加深對(duì)計(jì)算過(guò)程的理解，同時(shí)熟悉使用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程這一工程計(jì)算的手段，對(duì) 化 工 過(guò) 程 數(shù) 值 模 擬 的 學(xué) 習(xí) 也 有 一 定 的幫助