精餾塔設備的設計

DYH401特殊精餾實驗裝置

DYH403 反應精餾實驗裝置（連續精餾）

DYH586 管式反應器流動特性測定裝置

精餾是石油加工中使用廣泛的分離單元之一，而石油化工行業又是整個化工行業中能耗大的。由于精餾過程高能耗，熱力學效率較低的特點，該過程一直是化工領域中重要的研究課題。精餾塔設計的好壞，對于能耗的節省，公用工程的節約起著至關重要的作用，因此精餾塔設計一直是化工設計中的重要環節。進入２１世紀以來，隨著信息技術的發展，計算機輔助精餾塔設計已經逐步取代了手工計算和設計，與之相對應的是 Ａｓｐｅｎ　Ｐｌｕｓ等化工模擬軟件的廣泛應用，面向計算機的數值算法的開發等。精餾塔的研究熱點，也由初的精餾單獨作為一個單元，逐步發展為反應與精餾相耦合的反應精餾，再逐步發展為更節能，更節省設備投資的分隔壁精餾塔 （ ＤＷＣ ）的研究 。 １　 常規精餾塔設計 精餾塔設計是化工過程中的核心單元操作之一，是重要的分離單元過程。近年來對于簡單精餾塔設計算法的研究，主要集中于兩個方面： ① 是精餾塔常用計算方法的改進與精餾過程新算法的提出 ； ② 研究如何用計算機對精餾過程進行輔助計算。 １．１　 常用算法的改進與新算法的提出精餾塔的設計，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。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，極大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。

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