matlab作图法计算精馏理论板数
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理论塔板数的图解法计算
(Origin Pro 8.5.1 作图2011.10.11)
(1)曲线绘制与拟合
①根据实验讲义P61乙醇-丙酮平衡数据(摩尔分数)画出上图黑色矩形数据点。
在Fitting Functi on Builde r中新建用户数据y=A*x/(1+(A-1)*x)方程拟合方式。
点选Nonlinear CurveFit 选取新建的y=A*x/(1+(A-1)*x)方程拟合方式进行拟合得到上图曲线。
相关点对应数据如下,
②y=x 曲线直接使用
③台阶的绘制
根据塔顶的乙醇摩尔分数0.813,算出该y值下曲线上对应的x点,并依次求算下一个点的x值。
(根据OriginPro 8.5.1的拟合功能中的Find Specia l X from Y来实现)相关点对应
用绘图中Vertica l Step得到台阶。
④在图中标出塔顶和塔底的乙醇摩尔分数
塔顶 0.813
塔底 0.196
(2)理论塔板数
N完整=3
N不完整=(第三个台阶对应x值-塔底摩尔分数)/(第三个台阶对应x值第二个台阶对应x值)=(0.32493-0.196)/(0.32493-0.18773)= 0.12893/ 0.13720≈0.94 N理论=N完整+N不完整= 3 + 0.94 = 3.94 个
即根据2011.10.07日测定的数据处理后图解法求解的精馏塔的理论塔板数为3.94。
实用数值方法(Matlab) 小论文题目:用二分法求解双组份精馏操作型计算小组成员1.叙述问题在化工生产过程中,为了达到更好的生产效率,往往要进行设备的改良,改变其各项参数。
在这种情况下,为了对进行精馏的产品产物有一个直观的了解,往往需要先进行改变参数后结果的测算。
如以下情况:某精馏塔具有10块塔板,分离原料组成为摩尔分数0.25的苯-甲苯混合液,物系相对挥发度为2.47.已知在回流比为5,泡点进料时98.0'=D x ,085.0'=W x 。
今改用回流比8,塔顶采出率D/F及物料热状态均不变,求塔顶,塔底产品组成有何变化?2.分析问题此时的已知量为:全塔总板数N;相对挥发度或者相平衡曲线;原料组成F x 与热状态q ;回流比R;并规定塔顶馏出液的采出率D/F 。
待求的未知量为精馏操作的最终产果——产品组成D x ,W x 以及逐板的组成分布。
在这一题中,可以得到方程式()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+--++=+++=-+=++提馏段操作线方程精馏段操作线方程相平衡方程____111____11____1111W n n D n n n n n x R D F x R D F R y R x x R R y x x y αα 在方程中,由于众多变量间的非线性关系,使操作型计算一般均通过试差法求解,即先假设一个塔顶(或塔底)组成,再用物料衡算及逐板计算予以校核的方法来解决。
3.建立模型根据方程组()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+--++=+++=-+=++提馏段操作线方程精馏段操作线方程相平衡方程____111____11____1111W n n D n n n n n x R D F x R D F R y R x x R R y x x y αα可以得到一个关于预设值W x 与校核值W x 之间的关系式W W x x f =)(,将左边的式子右移,可以得到0)(=-W W x x f 。
MATLAB图解法计算精馏塔理论板数中文摘要:双组份精馏是化工生产中重要的单元操作,运用matlab【1】的强大功能,通过绘制精馏段和提留段操作线方程以及进料q线方程,运用图解法计算理论板数和进料板位置,使得求解精确、简洁。
中文关键词:matlab 精馏理论板图解法Title:Graphical Method MATLAB number of theoretical distillation Abstract:Two-component distillation is an important chemical production unit operations, using the power of matlab, by drawing the rectifying section operating line segment and the retention equation and the feed q line equation, the use of graphical method to calculate the theoretical plate number and location of the feed plate Makes solving the accurate, conciseKeywords:Matlab Distillation Theoretical plate Graphic引言二元精馏塔的计算可用图解法计算理论板数。
通过函数求解曲线绘制,采用图解法计算理论板数。
在工程计算中matlab语言拥有大量的命令集和可用函数集可以完成各种计算和数据处理,集数值计算和图形处理功能于一身,形式简单,易于掌握。
1 问题叙述:常压操作的的连续精馏塔,分离含二硫化碳0.53(摩尔分数)的二硫化碳—四氯化碳混合液,要求塔顶产品中含二硫化碳不低于0.986,塔底产品中含二硫化碳不高于0.0220.操作回流比为3.8,计算进料液相分率为1.550时的理论板层数和加料板位置。
理论塔板数的计算一、逐板计算法精馏段操作线方程: 提馏段操作线方程: 相平衡方程: 或第一板:第二板:…… 第m 板:第m+1板: (1)11+++=+R x x R R y D n n w m m x R f x R R f y 1111+--++=+nn n x x y )1(1-+=ααnn n y y x )1(--=ααD, V, L, xD F,xx y m m-逐板计算示意图 111)1(y y x --=ααDx y =11112+++=R x x R R y D 222)1(y y x --=αα111+++=-R x x R R y D m m F m m m x y y x ≤--=)1(αα第m 板为进料111)1(+++--=m m m y y x ααw m m x R f x R R f y 1111+--++=+第N 板:在计算过程中, 每使用一次平衡关系, 表示需要一层理论板. 由于一般再沸器相当于一层理论板.结果: 塔内共有理论板N 块, 第N 板为再沸器, 其中精馏段m-1块, 提馏段N-m+1块 (包括再沸器), 第m 板为进料板。
二、图解法图解法求理论板层数的基本原理与逐板计算法的完全相同,只不过是用平衡曲线和操作线分别代替平衡方程和操作线方程,用简便的图解法代替繁杂的计算而已。
1、操作线的作法首先根据相平衡数据, 在直角坐标上绘出待分离混合物的x-y 平衡曲线, 并作出对角线.W NN N x y y x ≤--=)1(ααw N N x R f x R R f y 1111+--++=-在x=xD 处作铅垂线, 与对角线交于点a, 再由精馏段操作线的截距xD /(R+1) 值, 在y 轴上定出点b, 联ab. ab为精馏段操作线.在x=xF 处作铅垂线, 与精馏段操作线ab交于点d.在x=xW 处作铅垂线, 与对角线交于点c, 联cd. cd为提留段操作线.2、求N 的步骤自对角线上a点始, 在平衡线与精馏段操作线间绘出水平线及铅垂线组成的梯级.当梯级跨过两操作线交点d 时, 则改在平衡线与提馏操作线间作梯级, 直至某梯级的垂直线达到或小于xw为止.每一个梯级代表一层理论板. 梯级总数即为所需理论板数.3、梯级含义:如第一梯级:由a点作水平线与平衡线交于点1(y1, x1), 相当于用平衡关系由y1求得x1;再自点1作垂线与精馏段操作线相交, 交点坐标为(y2, x1), 即相当于用操作线关系由x1求得y2。
5.3 连续精馏理论塔板数的计算本节重点:理论塔板数的计算。
本节难点:理论塔板数的计算—逐板计算法和图解法;双组分连续精馏塔所需理论板数,可采用逐板计算法和图解法。
5.3.1逐板计算法假设塔顶冷凝器为全凝器,泡点回流,塔釜为间接蒸汽加热,进料为泡点进料如图5-5所示。
因塔顶采用全凝器,即y 1=x D 5-24而离开第1块塔板的x 1与y 1满足平衡关系,因此x 1可由汽液相平衡方程求得。
即111)1(y y x --=αα 5-25第2块塔板上升的蒸汽组成y 2与第1块塔板下降的液体组成x1满足精馏段操作线方程,即Dx R x R R y 11112+++=5-26同理,交替使用相平衡方程和精馏段操作线方程,直至计算到x n <x q (即精馏段与提馏段操作线的交点)后,再改用相平衡方程和提馏段操作线方程计算提馏段塔板组成,至x w ’<x w 为止。
现将逐板计算过程归纳如下:相平衡方程: x1 x2 x3……x n <x q-------x w ’<x w 操作线方程: x D =y1 y2 y3在此过程中使用了几次相平衡方程即可得到几块理论塔板数(包括塔釜再沸器)。
5.3.2 图解法应用逐板计算法求精馏塔所需理论板数的过程,可以在y-x 图上用图解法进行。
具体求解步骤如下:1、相平衡曲线 在直角坐标系中绘出待分离的双组分物系y-x 图,如图5-13。
2、精馏段操作线3、提馏段操作线4、画直角梯级 从a 点开始,在精馏段操作线与平衡线之间作水平线及垂直线,当梯级跨过q 点时,则改在提馏段操作线与平衡线之间作直角梯级,直至梯级的水平线达到或跨过b 点为止。
其中过q 点的梯级为加料板,最后一个梯级为再沸器。
最后应注意的是,当某梯级跨越两操作线交点q 时(此梯级为进料板),应及时更换操图5-13 理论板数图解法示意图作线,因为对一定的分离任务,此时所需的理论板数最少,这时的加料板为最佳加料板。
MATLAB图解精馏塔理论塔板数程序代码function distillation %文件名“distillation”可以更改% 输入计算所需参数q=1;%输入进料热状况参数R=;%输入回流比xD=;%输入塔顶轻组分摩尔分数xW=;%输入塔底轻组分摩尔分数xF=;%输入进料轻组分摩尔分数%以下输入相平衡数据x0=[01]; y0=[01];Yr=@(x)R/(R+1).*x+xD/(R+1);%精馏段操作线fun=@(x)(q-1)*(R/(R+1).*x+xD/(R+1))-(q*(x-xF)+(q-1)*xF); xQ=fzero(fun,;%求操作点yQ=Yr(xQ);xOP=[xW,xQ,xD];yOP=[xW,yQ,xD];yfit=linspace(0,1,1001);xfit=interp1(y0,x0,yfit,'pchip');%%绘制图形hold onbox onplot([0 1],[0 1],'k');xlabel('x')ylabel('y')plot(x0,y0,'r')plot(xfit,yfit,'r-')plot(xF,xF,'b*')plot(xQ,yQ,'bo')plot(xOP,yOP,'b-')k=1;yn(1)=xD;xn(1)=interp1(y0,x0,yn(1),'pchip');plot([xD,xn(1)],[yn(1),yn(1)],'b-')text(xn(1),yn(1),num2str(1),...'HorizontalAlignment','center','VerticalAlignment','bottom') while xn(k)>xWyn(k+1)=interp1(xOP,yOP,xn(k));k=k+1;xn(k)=interp1(y0,x0,yn(k),'pchip');plot([xn(k-1),xn(k-1)],[yn(k-1),yn(k)],'b-')plot([xn(k-1),xn(k)],[yn(k),yn(k)],'b-')text(xn(k),yn(k),num2str(k),...'HorizontalAlignment','center','VerticalAlignment','bottom' ) endN=k;plot([xn(N),xn(N)],[yn(N),xn(N)],'b-')text(xn(N),yn(N),num2str(N),...'HorizontalAlignment','center','VerticalAlignment','bottom' )N_Feed=find(xn<xF);N_Feed=N_Feed(1);text,,{strcat('所需理论板:',num2str(N)),...strcat('进料板位置:',num2str(N_Feed))},...'HorizontalAlignment','left','VerticalAlignment','top')%以下代码是为了去掉顶端和右边坐标轴的刻度box offax2 = axes('Position',get(gca,'Position'),... 'XAxisLocation','top',... 'YAxisLocation','right',... 'Color','none',...'XColor','k','YColor','k'); set(ax2,'YTick', []);set(ax2,'XTick', []);box on运行结果如图1所示:图1 图解苯-甲苯精馏塔理论塔板数和进料位置 00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.91x y。
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。
例计算双组份简单精馏塔的理论塔板数氯仿-苯双组份精馏系统气液平衡数据如下表所示。
对氯仿而言,规定15.0,9.0,4.0===w d f x x x ,精馏段与提馏段的回流比分别为4,5'==R R ,试计算所需的理论板数。
x 0.1780.275 0.372 0.456 0.650 0.844 y 0.2430.382 0.518 0.616 0.795 0.931模型 精馏段理论板数 ⎰---=d f x x d Ry x x y dx N /)( (1) 提馏段理论板数 ⎰---=fwx x w R x y x y dx N '/)( (2) 因为式(1)和式(2)的被积函数中给定的函数关系以表格形式与x y ,故需采用拟合法将离散数据(i i y x ,)拟合成多项式,再将多项式带入被积函数求积。
程序清单function DistStagesCal% DistStagesCal.m% 计算双组分简单精馏塔的理论板数%% 主程序采用MATLAB 的自适应Lobatto 求积(Adaptive Lobatto quadrature)函数quadl()% 进行数值积分;% 被积函数func1()和func2()中利用三次样条拟合法由已知离散数据确定y 与x 的函数关系clear allclcxi = [0.178 0.275 0.372 0.456 0.650 0.844]; % 液相平衡浓度 yi = [0.243 0.382 0.518 0.616 0.795 0.931]; % 汽相平衡浓度 xf = 0.4; % 进料组成xd = 0.9; % 塔顶组成xw = 0.15; % 塔底组成R = 5; % 精馏段回流比R1 = 4; % 提馏段回流比sp = csaps(xi,yi,1); % 与sp = spline(xi,yi)等效% 画拟合曲线,直观地检查拟合效果是否良好x4plot = linspace(xi(1),xi(end),200);y4plot = fnval(sp,x4plot);plot(xi,yi,'o',x4plot,y4plot,'-')N = quadl(@func1,xf,xd,[],[],sp,xd,R); % 精馏段理论板数NM = quadl(@func2,xw,xf,[],[],sp,xw,R1); % 提馏段理论板数MN = round(N+0.5); % 圆整M = round(M+0.5);disp('计算结果:')fprintf('\n 精馏段理论板数N为:%d %s\n',N,'(块)')fprintf(' 提馏段理论板数M为:%d %s\n',M,'(块)')fprintf(' 共需理论板数为:%d %s\n',N+M,'(块)')% ------------------------------------------------------------------function f = func1(x,sp,xd,R) % 定义被积函数(精馏段)y = fnval(sp,x);f = 1./(y-x-(xd-y)/R);% ------------------------------------------------------------------function f = func2(x,sp,xw,R1) % 定义被积函数(提馏段)y = fnval(sp,x);f = 1./(y-x-(y-xw)/R1);拟合曲线:计算结果:精馏段理论板数N为:5 (块)提馏段理论板数M为:6 (块)共需理论板数为:11 (块)。
一、图解法求理论板数图解法计算精馏塔的理论板数与逐板计算法一样,也就是利用汽液平衡关系与操作关系,只就是把气液平衡关系与操作线方程式描绘在y x -相图上,使繁琐数学运算简化为图解过程。
两者并无本质区别,只就是形式不同而己。
(1)精馏段操作线的作法 由精馏段操作线方程式可知精馏段操作线为直线,只要在x y -图上找到该线上的两点,就可标绘出来。
若略去精馏段操作线方程中变量的下标, 11+++=R x x R R y D 上式中截距为1+R x D ,在图7-12中以c 点表示。
当D x x =时,代入上式得D x y =,即在对角线上以a 点表示。
a 点代表了全凝器的状态。
联ac 即为精馏段操作线。
(2)提馏段操作线的作法 由q 线ef,即可求得它与精馏段操作线的交点,而q 线就是两操作线交点的轨迹,故这一交点必然也就是两操作线的交点d,联接bd 即得提馏段操作线。
(3)图解法求理论板数的步骤①在直角坐标纸上绘出待分离的双组分混合物在操作压强下的y x -平衡曲线,并作出对角线。
如图7-14所示。
②依照前面介绍的方法作精馏段的操作线ac,q 线ef,提馏段操作线bd 。
③从a 点开始,在精馏段操作线与平衡线之间作水平线及垂直线构成直角梯级,当梯级跨过d 点时,则改在提馏段与平衡线之间作直角梯级,直至梯级的水平线达到或跨过b 点为止。
④梯级数目减一即为所需理论板数。
每一个直角梯级代表一块理论板,这结合逐板计算法分析不难理解。
其中过d 点的梯级为加料板,最后一级为再沸器。
因再沸器相当于一块理论板,故所需理论板数应减一。
在图7-14中梯级总数为7。
第四层跨过d 点,即第4层为加料板,精馏段共3层,在提馏段中,除去再沸器相当的一块理论板,则提馏段的理论板数为4-1=3。
该分离过程共需6块理论板(不包括再沸器)。
图解法较为简单,且直观形象,有利于对问题的了解与分析,目前在双组分连续精馏计算中仍广为采用。
MATLAB精馏塔塔板数计算一、引言精馏塔是在化工生产过程中经常使用的反应器,特别在石油化工中应用广泛。
在精馏塔的设计中,对不同的反应过程要确定不同的反应器,其中塔板数就是非常重要的参数之一。
精馏塔塔板计算是精馏计算比较复杂、烦琐的计算,计算过程中囊括了精馏单元操作中几乎所有的基本原理和计算方法,通过交替使用相平衡方程、精馏段操作线方程和提馏段操作线方程计算塔板组成。
在此过程中使用了几次相平衡方程即可得几块理论塔板数。
而在工程计算中MATLAB语言拥有大量的命令集和可用函数集可以完成各种计算和数据处理,方便快捷,计算精确,形式简单,易于掌握。
所以将MATLAB运用到精馏塔塔板数的计算中,有利于简化计算。
二、MATLABMATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)之意,基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解决问题要比用C、FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多。
有大量的指令可供调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入MATLAB函数库中方便自己以后调用。
它拥有强大的函数库、工程运算和图形处理功能,程序命令简单,基本上是计算过程的呈现,是替代上述语言进行计算机辅助计算的一种良好工具。
用MATLAB来实现精馏过程的计算机辅助计算,不仅计算过程简单,而且可以利用图形直观地表达计算结果,是工程类学生学习课程的一种有效辅助手段。
本文将以MATLAB软件为平台,以双组份物系为例,针对精馏塔理论塔板的计算问题进行探讨。
三、精馏塔及操作原理精馏塔是进行精馏的一种塔式气液接触装置,又称蒸馏塔。
有板式塔和填料塔两种主要类型。
精馏操作是化工生产中应用最广的分离过程,精馏操作迫使混合物的气、液两相在精馏塔体中作逆向流动,在互相接触过程中,液相中的轻组分逐渐转入气相,而气相中的重组分则逐渐进入液相。
精馏过程本质上是一种传质过程,也伴随着传热。
四、案例某理想混合液用常压精馏塔进行分离。
一、图解法求理论板数图解法计算精馏塔的理论板数和逐板计算法一样,也是利用汽液平衡关系和操作关系,只是把气液平衡关系和操作线方程式描绘在y x -相图上,使繁琐数学运算简化为图解过程。
两者并无本质区别,只是形式不同而己。
(1)精馏段操作线的作法 由精馏段操作线方程式可知精馏段操作线为直线,只要在x y -图上找到该线上的两点,就可标绘出来。
若略去精馏段操作线方程中变量的下标, 11+++=R x x R R y D 上式中截距为1+R x D ,在图7-12中以c 点表示。
当D x x =时,代入上式得D x y =,即在对角线上以a 点表示。
a 点代表了全凝器的状态。
联ac 即为精馏段操作线。
(2)提馏段操作线的作法 由q 线ef ,即可求得它和精馏段操作线的交点,而q 线是两操作线交点的轨迹,故这一交点必然也是两操作线的交点d,联接bd 即得提馏段操作线。
(3)图解法求理论板数的步骤①在直角坐标纸上绘出待分离的双组分混合物在操作压强下的y x -平衡曲线,并作出对角线。
如图7-14所示。
②依照前面介绍的方法作精馏段的操作线ac ,q 线ef ,提馏段操作线bd 。
③从a 点开始,在精馏段操作线与平衡线之间作水平线及垂直线构成直角梯级,当梯级跨过d 点时,则改在提馏段与平衡线之间作直角梯级,直至梯级的水平线达到或跨过b 点为止。
④梯级数目减一即为所需理论板数。
每一个直角梯级代表一块理论板,这结合逐板计算法分析不难理解。
其中过d 点的梯级为加料板,最后一级为再沸器。
因再沸器相当于一块理论板,故所需理论板数应减一。
在图7-14中梯级总数为7。
第四层跨过d 点,即第4层为加料板,精馏段共3层,在提馏段中,除去再沸器相当的一块理论板,则提馏段的理论板数为4-1=3。
该分离过程共需6块理论板(不包括再沸器)。
图解法较为简单,且直观形象,有利于对问题的了解和分析,目前在双组分连续精馏计算中仍广为采用。
但对于相对挥发度较小而所需理论塔板数较多的物系,结果准确性较差。
MATLAB图解法计算精馏塔理论板数中文摘要:双组份精馏是化工生产中重要的单元操作,运用matlab【1】的强大功能,通过绘制精馏段和提留段操作线方程以及进料q线方程,运用图解法计算理论板数和进料板位置,使得求解精确、简洁。
中文关键词:matlab 精馏理论板图解法Title:Graphical Method MATLAB number of theoretical distillation Abstract:Two-component distillation is an important chemical production unit operations, using the power of matlab, by drawing the rectifying section operating line segment and the retention equation and the feed q line equation, the use of graphical method to calculate the theoretical plate number and location of the feed plate Makes solving the accurate, conciseKeywords:Matlab Distillation Theoretical plate Graphic引言二元精馏塔的计算可用图解法计算理论板数。
通过函数求解曲线绘制,采用图解法计算理论板数。
在工程计算中matlab语言拥有大量的命令集和可用函数集可以完成各种计算和数据处理,集数值计算和图形处理功能于一身,形式简单,易于掌握。
1 问题叙述:常压操作的的连续精馏塔,分离含二硫化碳0.53(摩尔分数)的二硫化碳—四氯化碳混合液,要求塔顶产品中含二硫化碳不低于0.986,塔底产品中含二硫化碳不高于0.0220.操作回流比为3.8,计算进料液相分率为1.550时的理论板层数和加料板位置。
常压下的二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据【2】液相中二硫化碳摩尔分率x 气相中二硫化碳摩尔分率y 液相中二硫化碳摩尔分率x 气相中二硫化碳摩尔分率y 0 0.0296 0.0615 0.1106 0.1435 0.25800 0.0823 0.1555 0.2660 0.3325 0.49500.3908 0.5318 0.6630 0.7574 0.8604 1.00.6340 0.7470 0.8290 0.8790 0.9320 1.02 数学模型:精馏段操作线方程:D1x n L D y x V V +⨯=+提馏段操作线方程:W1x n n L W y x V V+⨯=- 相平衡方程:xy=1+-1xαα()q 线方程:111F q y x x q q =--- 3解决问题方法:1、列出已知条件2、用line 绘出对角线,拟合数据用plot 绘制平衡线3、利用fplot 绘制精馏段操作线4、利用fplot 绘制进料线5、求3,4两线交点f ,采用数值解法,调用fzero6、连接f 与塔底组成点c 绘制提馏段操作线7、绘制阶梯,计算理论板数具体程序【1,2】如下:%图解法确定精馏塔理论板层数function fdistillation%图解法确定理论板层数clear,clc%1.已知数据xD = 0.986;%塔顶组成xW = 0.0220%塔釜组成xF = 0.53;%进料组成R = 3.8;%回流比q = 1.550;%进料热状况vledata = [%汽液平衡数据0 0.0296 0.0615 0.1106 0.1435 0.2580 0.3908 0.5318 0.6630 0.7574 0.8604 1.0 0 0.0823 0.1555 0.2660 0.3325 0.4950 0.6340 0.7470 0.8290 0.8790 0.9320 1.0]; %2 绘制平衡线plot(vledata(1,:),vledata(2,:),'*')hold onp = polyfit(vledata(1,:),vledata(2,:),3);x1 = [0.0 :0.01:1.0];y1 = polyval(p,x1);plot(x1,y1)hold on%3 绘制对角线line([0.0,1.0],[0.0,1.0])% 4 绘制精馏段操作线fplot(@recope,[0 xD],[],[],'r',R,xD)hold on% 5 绘制进料线方程fplot(@qline,[xF 1],[],[],'g',q,xF)hold on% 6 与进料线的交点xc = fzero(@cross,0.5,optimset('fzero'),R,xD,q,xF); yc = recope(xc,R,xD);% 7 绘制提馏段操作线line([xc,xW],[yc,xW],'Color','c')% 8 绘制梯级x0 = xD;y0 = xD;n=0;while 1n = n+1;[x0,y0] = tri(x0,y0,R ,xD,p ,xc ,yc,xW,n);if x0<xWbreak;endend% 9修饰s = sprintf('理论板数为%d',n);text(0.1,0.9,s)xlim([0,1]),ylim([0,1]),title('图解法确定精馏塔理论板数'),xlabel('x'),ylabel('y')%----精馏段操作线----function y = recope(x,R,xD)y = R*x/(R+1)+xD/(R+1);%----进料线方程------function y = qline(x,q,xF)y = q*x/(q-1)-xF/(q-1);%----交点------function y = cross(x,R,xD,q,xF)y = recope(x,R,xD)-qline(x,q,xF);%-----平衡关系逆运算----function y = vlei(x,p,yn)y = polyval(p,x)-yn;%-----绘制梯级------function [x,y] = tri(x0,y0,R,xD,p,xc,yc,xW,n)x = fzero(@vlei,x0,optimset('fzero'),p,y0);if x>xcy = recope(x,R,xD);elsey = yc + (yc-xW)*(x-xc)/(xc-xW);endline ([x0,x,x],[y0,y0,y],'Color','m'),text(x,y0,int2str(n),'VerticalAlignment','bottom')grid on结果如下:由图可以看出需要12块理论板结论:应用matlab求解二元精馏塔理论板数,方法简单实用,可以方便快捷的得到计算结果。
参考文献[1] 田文德,王晓红.化工过程计算机基础.北京:化工过程计算机应用基础.北京:化学工业出版社2007[2] 陈敏恒,丛德滋,方图南等.化工原理.第3版.北京:化学工业出版社20060 0.0100000000000000 0.0200000000000000 0.04000000000000000.0600000000000000 0.0800000000000000 0.1000000000000000.140000000000000 0.180000000000000 0.2000000000000000.250000000000000 0.300000000000000 0.3500000000000000.400000000000000 0.450000000000000 0.5000000000000000.550000000000000 0.600000000000000 0.6500000000000000.700000000000000 0.750000000000000 0.8000000000000000.850000000000000 0.894000000000000 0.9000000000000000.950000000000000 10 0.110000000000000 0.175000000000000 0.2730000000000000.340000000000000 0.392000000000000 0.4300000000000000.482000000000000 0.513000000000000 0.5250000000000000.551000000000000 0.575000000000000 0.5950000000000000.614000000000000 0.635000000000000 0.6570000000000000.678000000000000 0.698000000000000 0.7250000000000000.755000000000000 0.785000000000000 0.8200000000000000.855000000000000 0.894000000000000 0.8980000000000000.942000000000000 1.。