精馏塔的设计

精馏塔的设计，就是在给定进料状况与组成，以及一定的操作条件的情况下，通过一系列的计算，后给出分离所需的理论板数。常用的精馏塔设计方法包括图解法，逐板计算法，简捷法等。此外塔板组成线法等新算法的提出，也为精馏塔设计的算法研究打开了新的思路。

数值算法 （又称数值分析）是指在数学分析问题中，对使用数学近似算法的研究。由于精馏塔设计所需的变量多，假设通常也比较多，往往不能获得一个*精确的结果，所以使用数值算法来优化传统精馏塔设计方法，提高设计的精确度，无疑是一个良好的研究方向。

近几年来，已有多篇报道围绕利用数值算法对传统精馏计算进行优化改进。吴晓艺等研究了

拉格朗日插值法在图解法设计精馏塔中的应用。在这个研究中，研究者通过已知的平衡数据，使用ＭＡＴＬＡＢ编程模拟生成气液平衡曲线并通过图解法计算，获得了理论板数和进料位置。该方法准确性高，只要有气液平衡数据即可采用，与大型模拟软件相比，使用 ＭＡＴＬＡＢ编程计算运行时间短，计算效率高，具有很强的适用性。Ｊａｖａｌｏｙｅｓ － Ａｎｔｏｎ等使用数值模拟方法和粒子群算法对复杂精馏塔进行了严格设计。在该文献中，作者将粒子群算法 （ ＰＳＯ ）这一启发式算法引入到复杂塔的设计过程，并体现在混合整数非线性规划 （ ＭＩＮＬＰ ）和 ＧＤＰ当中。将 ＭＩＮＬＰ技术引入精馏塔设计，是对设计方法的一种很大的拓宽。Ｃａｓｔｉｌｌｏ对已有的操作叶进行改进，将同一理论板

上不同回流比或再沸比的组成点连接，取代了原来同一回流比或再沸比下不同理论板连线这一不连续的连 线 方 式，这 种 新 的 连 线 称 之 为 塔 板 组 成 线（ｓｔａｇｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ ），在此基础上， Ｔｈｏｎｇ 和Ｃａｓｔｉｌｌｏ系统研究了塔板组成线设计精馏塔的方法。该方法的提出，改变了原有的精馏塔设计思路。操作叶是塔板组成线的集合，且每条塔板组成线均为连续，任意两条精馏段与提馏段塔板组成线的相交，都可成为精馏塔设计可行的一组充要条件，因此，该方法可一次性为设计者提供大量可行的精馏塔设计方案，从而避免了传统方法中多次试差的过程。金思毅等在此基础上，根据塔板组成线的定义，推导出了塔板组成线方程，并提出了塔板组成线设计精馏塔的设计策略。秦姣等根据塔板组成线定义，提出了塔板差分方程的概念。

与逐板计算法确定塔板组成线相比，塔板差分方程法更为方便快捷。

１．２　 使用计算机对精馏过程进行辅助计算在现代化工设计过程与优化过程中，计算机的计算早已取代了传统耗时耗力的手工计算。一些化工应用软件以其强大的数值、符号运算功能、生动的图像处理能力，代替了过去传统方式下的笔纸进行的设计操作。这些软件的广泛应用，地提高了设计的效率和设计质量。在化工类高等教育中，计算机辅助教学也是教学内容改革的重要组成部分。刘玉兰等给出了一种使用 Ｅｘｃｅｌ快速计算双组分理想物系平衡组成，泡露点以及漏液点孔速的方法，虽然该方法现实工厂实践中并没有太大的意

义，但是对于高校中化工高等教育的教学中，其操作方便快捷，易于掌握，计算结果相对可靠，因此有利于提高学生的学习兴趣，节省计算时间，仍然

具有一定的实用价值。田文德等探究了在使用ＭＡＴＬＡＢ对精馏过程的辅助计算。这项研究的出发点 也 是 辅 助 化 工 原 理 课 程 的 教 学， 由 于ＭＡＴＬＡＢ是一种直观性较强，相对容易的计算机语言，并且数学运算能力强大，因此这项研究对精馏这类的工程计算有很大的实用价值。

综上所述，使用计算机对简单精馏的辅助计算，研究方向多集中在高校化学工程的教学当中。

这种辅助计算，可以很好地加深对计算过程的理解，同时熟悉使用计算机语言编程这一工程计算的手段，对 化 工 过 程 数 值 模 拟 的 学 习 也 有 一 定 的帮助