计算机在化学化工中的应用

Yibin University

《计算机在化学化工中的应用》

期末总结报告

题目用计算机解决《化工原理》中的计算问题

专业应用化学

学生姓名 XXXXXX

学号 XXXXXXXXX

年级 2014级

指导教师 XXXXXXXXX

化学与化工学院

用计算机解决《化工原理》中的计算问题

1引言

随着现代科学技术的发展和计算机的广泛应用，各学科对计算机的依赖程度越来越高，化学化工领域也不例外。例如，实验数据的处理及拟合、模型参数的确定、非线性方程组的求解、化工过程模拟，都离不开计算机的帮助。

2问题的提出

现在，对于现阶段的我们来说，需要用到计算机来解决的问题，主要是用计算机解决一些复杂的计算求解。本次总结报告，我将着重介绍用计算机解决下列问题的过程及结果：

问题一、本学期化工原理课程设计中“年处理40000吨乙醇-水溶液连续精馏塔的设计”中，精馏塔塔板数的计算和进料板位置的确定。已知：进料组成x

F

（摩尔分数，下同）为0.174，相对挥发度α为3.04,泡点进料q=1，最小回

流比R

min =1.8，操作回流比R=1.8R

min

=3.24,要求塔顶产品组成x

D

为0.7789，塔底

产品组成x

W

为0.00196，产品气化率e=D/F=0.2214。

问题二、化工原理（下册）第八章吸收，课后习题21题（4）小问中，吸收因子法：

N OG=

A

A−1

ln[(

A−1

A

)

y1−mx2

y2−mx2

+

1

A

]

已知：N

OG 、y

1

、y

2

、m、x

2

,求解吸收因子A。

3用计算机解决问题

3.1问题一的解决

针对问题一：“精馏塔塔板数的计算和进料板位置的确定。”考虑用图解法和逐板计算两种方法来解决。当然，这两种方法均可以不用计算机，但不用计算机就会有图解法不够精确、误差大和逐板计算运算量过大的问题，而用计算机就不会有这些问题。

3.1.1图解法

考虑到精确度的问题，解决这个问题不考虑用Office作图，而考虑用Origin7.5汉化版。图解法的具体操作步骤如下：

①根据给定体系的平衡数据绘制平衡曲线y-x图；也可有相对挥发度α作图。

②根据精馏段操作线方程，过点（x

D ，x

D

）作精馏段操作曲线。

③根据q线方程作q线；当q＞0时，q线过点（x

F ，x

F

）及点（x

F

/q，0）。

当q≤0时，q线过点（x

F ，x

F

）及点（0，x

F

/(1-q)）。当q=1时，q线过点（x

F

，

x F ）及点（x

F

，0）。

④根据提馏段操作线方程，过点（x

W

，x

W

）作提馏段操作曲线。

⑤在图中，从（x

D

，x

D

）出发，向左作水平线交相平衡线于1点，过1点向

下作垂线交精馏段操作线于1 '点，完成一个梯级；以此类推，当水平线与平衡线交点横坐标小于x

F

时，垂线改交于提馏段操作曲线，继续作提馏段操作线与

平衡线之间的梯级，直到水平线与平衡线交点横坐标小于x W 为止。根据梯级图确定塔板数和进料板位置。

由问题一知：平衡线方程、精馏段操作线方程、提馏段操作线方程、q 线方程分别为：y = 3.04x

1+2.04x 、y =0.764x +0.1837、y =1.8294x −0.001626、x=0.174。

最终绘制梯级图如下：

由图可知：塔板数为13；进料板位置为第4块板。

3.1.2主板计算法

主板计算法步骤：

①令y 1=x D ，并代入平衡线方程，解出x 1。 ②将x 1代入精馏段操作线方程，解出y 2，再将y 2代入平衡线方程，解出x 2。以此类推，当x m ≤x q (q=1时，x q =x F )时，该板为进料板（即为第m 块板）。

③将x m 代入提馏段操作线方程，解出y m+1。再将y m+1代入平衡线方程，解出x m+1。以此类推，当x m+n ≤x w 时，结束计算。理论塔板数为：N T =m+n 。

用VB 编写程序代码如下： Private Sub Command1_Click()

Dim a, x, y, xd, xw, xf, r, k, yy, xx, e a = Val(InputBox("相对挥发度a")) r = Val(InputBox("回流比r"))

xd = Val(InputBox("塔顶产品的摩尔分数xd")) xw = Val(InputBox("塔底产品的摩尔分数xw")) xf = Val(InputBox("进料的摩尔分数xf")) e = Val(InputBox("气化率e")) y = xd k = 1

x = y / (a - (a - 1) * y) 100

yy = ((r * x) / (r + 1)) + (xd / (r + 1)) xx = yy / (a - (a - 1) * yy) k = k + 1

If xx > xf Then x = xx GoTo 100 Else End If

Print "xx="; xx; "进料板位置k="; k n = 0 x = xx 200

y = (((r + (1 / e)) * x) / (r + 1)) - ((((1 / e) - 1) / (r + 1)) * xw) xx = y / (a - (a - 1) * y) n = n + 1

If xx > xw Then x = xx GoTo 200 Else End If q = k + n

Print "xx="; xx; "n="; n Print "塔板数q="; q End Sub

运行结果如下：