《基于Excel的精馏塔理论塔板数的图解法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于Excel的精馏塔理论塔板数的图解法（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于Excel的精储塔理论塔板数的图解法i引言精储是一种重要的传质单元操作，精储塔理论塔板数的计算是其重要的内容，无论是对设计过程还是操作过程都有重要的意义。理论塔板数的计算方法有逐板计算法和图解法。其中逐板计算法是计算理论塔板数的基本方法，结果准确、清晰，不仅可以计算出塔板数和进料板位置，而且可以得到每一块塔板上的气液组成，但此法计算过程繁琐，工作量大。用图解法比较直观、简便，但手工图解法准确性较差。用 Excel的图表功能，可以比较方便地解 决这一问题。本文给出用图解法求精储塔理论塔板数的通用程序，程序采用VBA编制，该程序具有较好的通用性，对于图解法求精储塔理论塔板数的不同问题，只需在表
2、格中输入体系的气液平衡数据以及分离要求，即可计算出精储塔理论塔板数，加料板位置及每一块理论塔板上的汽液组成，并且计算结果是以图形的方式表示，计算结果较为直观。2原理和步骤2.1有关方程(1)气液相平衡方程1y=f(x)(1)在计算过程中主要是由气相的组成来计算相应板上的液相组成，上述方程应变换为以气相组成来表示液相组成的方程。x= g(y)(2)通常情况下已知x-y气液平衡数据，这时，对于给定的y,可用一元三点插值公式来求取 x的数值。(3) 其中xk, xk+1, xk+2和yk, yk+1, yk+2分别为最接近y的三个插值结点和相应的函数值，通过 程序中的函数即可采用插值法进行计算。(2
3、)精微段操作线方程(4)(3)提储段操作线方程(5)(4)q线方程(6)2.2有关计算和图表绘制根据分离要求(塔顶、塔底和进料组成 Xd, xw, Xf)、进料状态q值和回流比R值，进行 以下计算：(1)根据精微段操作线方程和q线方程，求出两条线的交点d,坐标为(xd, yd)(8)(2)根据d点(刈，yd)和D点(xd, Xd)求出精微段操作线方程y=(x D -yd)/(x D-Xd)*(X-X d )+y d(9) 根据d点(Xd, yd)和W点(xw, Xw)求出提储段操作线方程y=(x w-yd)/(xw -xd)*(x-x d)+y d(10)求出精储段操作线在y轴上的截距bb=X
4、D/(R+1)(11)(5)连接b点(0, b)和D点(xd, Xd)画出精微段操作线(6)连接F点(xf, Xf)和d点(xd, yd)画出q线(7)连接d点(xd, %)和W点(xw, Xw)画出提储段(8)根据平衡线，精微段操作线和提储段操作线求解每数据,用鼠标单击图形即可调用宏进行计算，计算过程中需要的原始数果步求解出精微段塔板数和提储段塔板数。3 VBA程序输出到表格中，然后进一步画出图形。表中CDEFNOP七列为原始数据，GHIPKLAB八列为计算出D两E, F两列数据为平衡线，N, O, P三列数据为操作条件，分离要求等原d点坐标，G, H两列数据为精微段操作线，I, J两列数据
5、为q线以及提L两列数据为阶梯线，A, B两列数据为每层塔板上的气液平衡组成。Visual Basic编辑器进行编制。此法制成的应用程序操作简便，通用性2,3列数据为对角线，始数据和计算出的储段操作线，K,表格中的宏采用强，并且把复杂的手工操作交给程序来完成Sub hong()Dim xcz(100) As VariantDim ycz(100) As VariantDim xph(100) As VariantDim yph(100) As VariantDim u(100) As VariantDim v(100) As VariantFor i=1 To 100u(i)=ActiveShe
6、et.Cells(i, 6)v(i)=ActiveSheet.Cells(i, 5)If u(1)=1 And u(i)=0 Then nph=iIf u(1)=0 And u(i)=1 Then nph=iNext ixa=ActiveSheet.Cells(1, 15)ya=ActiveSheet.Cells(1, 15)xb=ActiveSheet.Cells(2, 15)yb=ActiveSheet.Cells(2, 15)q=ActiveSheet.Cells(3, 15)R=ActiveSheet.Cells(4, 15)xf=ActiveSheet.Cells(5, 15) xd
7、=(xa/(R+1)+(xf/(q-1+1e-10)/ (q/(q-1+1e-10)-(R/(R+1)yd=q/(q-1+1e-10)*(xa/(R+1)+(xf/(q-1+1e-10)/(q/(q-1+1e-10)-(R/(R+1)-xf/(q-1+1e-10)ActiveSheet.Cells(6, 15)=xdActiveSheet.Cells(6, 16)=ydxc=xayc=yaFor i=1 To 100xcz(i)=xcycz(i)=ycxc=chazhi(u, v, yc, nph)xph(i)=xcyph(i)=ycActiveSheet.Cells(i, 1)=xph(i)
8、ActiveSheet.Cells(i, 2)=yph(i)计算程序如下所示：ActiveSheet.Cells(i*2-1, 11)=xcz(i)ActiveSheet.Cells(i*2-1, 12)=ycz(i)ActiveSheet.Cells(2*i, 11) =xph(i)ActiveSheet.Cells(2*i, 12) =yph(i)If xcxd And xph(i)xd ThenActiveSheet.Cells(5,8)=i-1+(xph(i-1)-xd)/ (xph(i-1)-xph(i)ActiveSheet.Cells(4,8)=i-1+(xph(i-1)-xb)
9、/ (xph(i-1)-xph(i)If xcxb Then EndNext iEnd SubFunction chazhi(x, y, u, nph)n=nphFor k=1 To n-1If (u-x(k)*(u-x(k+1)=0 Then GoTo 10Next kIf (u-x(1)*(u-x(n)=0 Then k=1 Else k=n-110 G=(u-x(k)*(u-x(k+1)If k=n-1 Or k1 And G Then k=k-1v=0For i=k To k+2L=1For j=k To k+2If ij Then L=L*(u-x(j)/(x(i)-x(j)Next
10、 jv=v+L*y(i)Next ichazhi=vEnd Function4应用实例例1：用常压操作的连续精微塔分离苯和甲苯的混合液，气液平衡数据见图1中E, F两列，分离要求及有关数据见图1中N, O两列。用图解法求理论板数及加料板位置4。在表格E, F两列输入平衡数据，在 N, O两列输入分离要求及其他有关数据,用鼠标单击图形，立即显示结果，见图 1。塔板数为11.15块，进料板位置为塔顶往下第5.19块，提储段为5.96块。B CD E F34560.6410.5020J850.269口.叮5口七骐 0J1 口；” D.tiOT8910111213111516Q侬 0.1)9? U.0
11、52 。.以0.01 口0.3280.184.。四90.026业”20.如 0.65LO.SJiSG.3 口 。.如 QF: 0.W50.44 国C。二 IOUfl.O24Q.9W 0和 0.93&0.5.51819202122也9行1.562史严q Rxfii.i0.7740.047 o.aE 0.S9Bi图1液相分数q为1.362时例1计算结果从如果将图1所示工作表中的有关输入参数或x-y气液平衡数据改变后，计算数据和图表立即变化,如将N3单元格的q值由1.362改为1/3,计算结果如图2所示。塔板数为12.79B CD EGL。图2液相分数q为1/3时例1计算结果块，进料板位置为塔顶往下
12、第6.46块，提储段为6.33块。23456!8910111213141516171819302140例2:用连续精储塔分离乙醇和水的混合液, 气液平衡数据见图3中E, F两列，分离要5图3例2计算结果求及有关数据见图 3中N, O两列。用图解法求理论板数及加料板位置这是一个属于非理想物系的例子。在E, F两列输入气液平衡数据，在 N, O两列输入分离要求及有关数据，单击图形，立即显示结果，见图3。精储塔总板数为6.89块，进料板位置在塔顶往下第 4.65块，提储段为2.23块。5程序说明及结果讨论(1)在计算过程中只要输入气液平衡数据以及分离要求等数据，即可快速计算出精储塔理论塔板数，并以图
13、形方式显示，计算过程比较简单，计算结果较为直观。(2)本应用程序计算结果及图表均为动态，随输入数据的改变而变化。如调整有关分离参数或输入新的气液平衡数据，计算数据及图表立即显示新的计算结果，可以直观地看出精储分离要求，进料状态和回流比R值对理论塔板数的影响。这一点在教学或科研中有着重要的实用价值。(3)本应用程序可以自动识别气液平衡数据的个数，对于不同的分离体系以及不同的气液平衡数据个数，程序都不需要进行任何改变。这样，使应用程序具有智能化。(4)计算过程中所用的气液平衡数据是根据用户输入的已知气液平衡数据由插值函数来求解。通过数十个实例证明，用“一元三点插值”公式来来拟合x-y气液平衡数据准确性较高，计算结果较为准确。如果用多项式拟合，将产生一定的偏差，尤其对非理想物系，偏差更大。如例2的原始气液平衡数据，用5阶多项式拟合将在 x值低时发生震荡而失败，用 4阶多项式拟合也会产生很大的偏差。6结论（1）图解法求精储塔理论塔板数的电子表格法，简便实用，经过实例验证，准确性较高，并且具有较强的实用性。（2）本程序为全自动程序，且具有智能化，输入有关数据，瞬间就能自动完成所有计算及 绘图。（3）本应用程序对理想物系和非理想物系的二元体系的精储过程均适
