简捷法精馏塔设计计算
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重关键组分为I-C5 Recov=0.2247/20=0.01124
要点：塔顶流率要求计算收率
第33页
例5-2 简捷法精馏设计计算
5） DSTWU模型设置
Hale Waihona Puke Baidu
回流比的输入可随便输入一个值，该值如果小于Rmin,则系统安装 2Rmin作为回流比进行计算；如大于Rmin，就按照实际的值进行计 算。
第34页
第10页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型有四组模型设定参数。
（1）塔设定 ( Column specifications) （2）关键组分回收率 （3）压力 ( Pressure)
—冷凝器 ( Condenser) —再沸器 ( Reboiler)
进料 组分 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 正己烷 进料流 率/ kmol/h 5 10 30 20 15 20 塔顶流率 要求/ kmol/h
不低于 29.7248 不高于 0.2247
第27页
例5-2 简捷法精馏设计计算
1） 流程图绘制 • 在Columns/DSTWU中ICON1
• 冷凝器为全凝器；连接流股时注意连接位置，
第12页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
Distl（简捷法精馏核算）
Distl模型可以模拟一个带有一股进料和两种 产品的多级多组分的蒸馏塔，塔可带有分凝 器或全凝器。模型假定恒摩尔流和恒相对挥 发度。用Edimister法进行产品组成。
第13页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
•
工程单位：自定义 us-1（以MET为基础）
• Run Type： Flowsheet
• 报告要求显示流股的摩尔分率。
第21页
例5-1 简捷法精馏设计计算
3） 组分输入
第22页
例5-1 简捷法精馏设计计算
4） 进料流股参数设置
第23页
例5-1 简捷法精馏设计计算
5） DSTWU模型设置
回流比的输入可随便输入一个值，该值如果小于Rmin,则系统安装2Rmin作为 回流比进行计算；如大于Rmin，就按照实际的值进行计算。如小于0，则为最 小回流比的倍数。
P-xylene
M-xylene O-xylene
100
200 100
1）计算所需的平衡级数、操作回 流比及适宜的进料位置。
2）估算塔顶馏出液及釜液组成， 并与题中给定值做比较。
第39页
第40页
灵敏度分析
• 灵敏度分析定义方法： Data/ model analysis Tools(模型分析工具 ）
SCFrac模块
第4页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
模型可针对一个带有分凝器或全凝器、一股进 料和两种产品的蒸馏塔，采用Winn-Underwood -Gilliland方法进行简捷法蒸馏设计计算。
模型中假设恒定的摩尔流和恒定的相对挥发度 ，需输入轻、重关键组分的回收率。
第11页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型有四组模型设定参数
（1）塔设定 ( Column specifications) （2）关键组分回收率 （3）压力 ( Pressure) （4）冷凝器设定 ( Condenser specifications)
---全凝器 ( Total condenser) ---带汽相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor distillate) ---带汽、液相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor and liquid distillate)
第15页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
SCFrac (简捷法多塔蒸馏)
对每个塔段必需规定产品压力和基于进料流率
的产品流率或分率，对所有产品，除馏出物外 必须规定蒸汽与产品的比值。
计算中由于进行蒸汽计算，所以水必须被定义
为一个组分。所以水都与塔顶产品一起离开。
该模型不能处理固体，游离水计算可在冷凝器
• 冷凝器所需的冷量量为87897.2cal/sec
第26页
例5-2 简捷法精馏设计计算
例2 设计一精馏塔。泡点 进料，进料组成、塔顶 产品要求见表。操作压 力为4.4atm。要求塔顶 采用全凝器，回流比为 1.8。热力学计算采用物 性方法PENG-ROB。采 用DSTWU模块设计满 足上述分离要求的精馏 塔。
第8页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型有四组模型设定参数
（1）塔设定 ( Column specifications)
--塔板数 ( Number of stages)
--回流比 ( Reflux ratio)
>0, 实际回流比； <-1, 绝对值=实际回流比/最小回流比
C2
C3
370
240
n-C4
n-C5
25
5
第37页
简捷法精馏设计计算---习题
习题5.1 脱乙烷塔分离结果
第38页
简捷法精馏设计计算---习题
5.2 设计一精馏塔用于分离附表所示 乙苯与二甲苯混合物。流股在205kP a下泡点进料。 设计要求塔顶出料中要求塔顶采出 中O-xylene流率不得高于1 kmol/h， 塔底出料中M-xylene流率不得高于1 kmol/h。假定操作回流比为最小回 流比的1.1倍，塔顶操作压强为170k Pa，塔压降为70kPa。 PENG-ROB 流量 / kmol/h Ethylbenze 100 ne 组分
3） 组分输入
第31页
例5-2 简捷法精馏设计计算
4）进料流股参数设置
由饱和的进料得到温度应改用0vapor fraction
第32页
例5-2 简捷法精馏设计计算
5）DSTWU模型设置
这里轻关键组分为NC4， 重关键组分为I-C5。
对于轻关键组分NC4
Recov=29.7248/30=0.9908
5 简捷法精馏塔设计计算
1
第1页
5.1 塔Columns模块
塔设备是化工生产中应用最为广泛的操作设备 之一，通常在其中进行蒸馏（精馏）、吸收和 萃取单元操作。吸收和蒸馏实际都是气液相平 衡的单元操作，只是蒸馏过程的热量平衡相对 更为复杂。
对塔设备可分为三大类：简捷法计算的蒸馏塔 、严格法计算的蒸馏塔和液-液萃取塔三类。
第5页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型的连接示意图。
第6页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
采用Winn法估算最小级数，Underwood法估算最
小回流比，Gilliland法规定级数所必需的回流比或 规定回流比所必需的级数。 可确定最小回流比、最小级数或实际回流比、实际 级数。模型也估算最适宜的进料位置、冷凝器和再 沸器负荷。可生成回流比对于级数的表和曲线。
第24页
例5-1 简捷法精馏设计计算
6 ） DSTWU结果查看
第25页
例5-1 简捷法精馏设计计算
6） DSTWU结果查看
• 最小回流比为1.23
• 实际回流比为2.22 • 最小理论板数为11.7
• 实际塔板数为18.4
• 进料板位置为第10块板
• 再沸器所需的热量为94819.4cal/sec
N-Pentane
N-Hexane
0.0019
0.0025
第18页
例5-1 简捷法精馏设计计算
1） 流程图绘制 • 在Columns/DSTWU中ICON1
第19页
例5-1 简捷法精馏设计计算
1 ）流程图绘制
第20页
例5-1 简捷法精馏设计计算
2）全局参数设置
进入setup/specification进行全局变量（global 设置。这里
/sensitivity(灵敏度分析）
灵敏度分析对象管理器
第41页
例5-3 灵敏度分析
例5-3 以例5-2为基础，由灵敏度分析工具，考 察回流比的变化对实际塔板数的影响。 灵敏度分析定义方法：
1）定义目标变量 2）定义自变量 3）规定表格
中完成。
第16页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
SCFrac (简捷法多塔蒸馏)
SCFrac估算：
产品组成和流率
每一段的级数
每一段的热或冷负荷
该模型不能处理固体，游离水计算可在冷凝器 中完成。
第17页
例5-1 简捷法精馏设计计算
• 利用精馏方法对附表中进料流 股进行分离，其压强为445830 Pa， 处于饱和液体状态。规定 该分离操作的轻、重关键组分 分别为N-Butane和I-Pentane， 塔顶产品中轻、重关键组分的 回收率（recovery）分别为0.99 08和0.0112，并规定操作采用 回流比为最小回流比的1.8倍。 体系热力学性质计算采用“SR K”模型方程。 试确定：该条件下的最小回流 比、理论板数、最小理论板数 及适宜的进料位置。 组分 Propane I-Butane N-Butane I-Pentane 流量 / kmol/s 0.0006 0.0013 0.0038 0.0025
第9页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型有四组模型设定参数。
（1）塔设定 ( Column specifications) （2）关键组分回收率 (Key component recoveries )
--轻关键组分在馏出物中的回收率 馏出物中的轻关键组分/进料中的轻关键组分 --重关键组分在馏出物中的回收率 馏出物中的重关键组分/进料中的重关键组分
第36页
简捷法精馏设计计算---习题
5.1 设计一脱乙烷塔分离附表所 示物料，要求塔顶采出中丙烷流 率不得高于2 kmol/h，塔底出料 中乙烷流率不得高于2 kmol/h。 假定操作回流比为最小回流比的 2.5倍，选择(部分)冷凝器。 计 算最小回流比、所需的平衡级数 及适宜的进料位置。(进料流股温 度为305.4K，压强2500kPa) （热力学计算采用物性方法PENG-ROB） C1 组分 流量 / kmol/h 160
第7页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型有四组模型设定参数。
（1）塔设定 ( Column specifications)
（2）关键组分回收率
（3）压力 ( Pressure) （4）冷凝器设定 ( Condenser specifications)
例5-2 简捷法精馏设计计算
6） DSTWU结果查看
第35页
例5-2 简捷法精馏设计计算
6） DSTWU结果查看
• 最小回流比为1.32
• 实际回流比为1.8 • 最小理论板数为12.8
• 实际塔板数为23.7
• 进料板位置为第12块板
• 再沸器所需的热量为753.31kJ/sec
• 冷凝器所需的热量为688.95kJ/sec
第2页
5.1 塔Columns模块
进行简捷蒸馏的模型有DSTWU, Distl和
SCFrac
进行严格的多级分离的模块有RadFrac,
MultiFrac, PetroFrac, RateFrac
用于液-液萃取塔的严格模型有Extract
第3页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块 DSTWU(简捷法精馏设计) Distl（简捷法精馏核算）
Distl（简捷法精馏核算）
Distl模型必需规定： 理论板数 回流比 塔顶产品流率 其他相关的塔设备参数等 可规定一个部分的或全部冷凝器。
Distl可估算冷凝器和再沸器的负荷。
第14页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
SCFrac (简捷法多塔蒸馏)
SCFrac模型可以对具有一股进料、一股可选的 汽提蒸汽流和任何股产品的复杂塔进行简捷法 蒸馏的模拟计算，估算理论级数和每个塔段的 加热（冷却）负荷。用于模拟炼油塔（原油单 元和减压塔）。模型将有n个产品的塔分割成n1个塔段并从上而下为这些塔段编号。
第28页
例5-2 简捷法精馏设计计算
1） 流程图绘制
第29页
例5-2 简捷法精馏设计计算
2）全局参数设置
进入setup/specification进行全局变量（global 设置。这里
•
工程单位：MET
• Run Type： Flowsheet
• 报告要求显示流股的摩尔分率。
第30页
例5-2 简捷法精馏设计计算
要点：塔顶流率要求计算收率
第33页
例5-2 简捷法精馏设计计算
5） DSTWU模型设置
Hale Waihona Puke Baidu
回流比的输入可随便输入一个值，该值如果小于Rmin,则系统安装 2Rmin作为回流比进行计算；如大于Rmin，就按照实际的值进行计 算。
第34页
第10页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型有四组模型设定参数。
（1）塔设定 ( Column specifications) （2）关键组分回收率 （3）压力 ( Pressure)
—冷凝器 ( Condenser) —再沸器 ( Reboiler)
进料 组分 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 正己烷 进料流 率/ kmol/h 5 10 30 20 15 20 塔顶流率 要求/ kmol/h
不低于 29.7248 不高于 0.2247
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例5-2 简捷法精馏设计计算
1） 流程图绘制 • 在Columns/DSTWU中ICON1
• 冷凝器为全凝器；连接流股时注意连接位置，
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5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
Distl（简捷法精馏核算）
Distl模型可以模拟一个带有一股进料和两种 产品的多级多组分的蒸馏塔，塔可带有分凝 器或全凝器。模型假定恒摩尔流和恒相对挥 发度。用Edimister法进行产品组成。
第13页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
•
工程单位：自定义 us-1（以MET为基础）
• Run Type： Flowsheet
• 报告要求显示流股的摩尔分率。
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例5-1 简捷法精馏设计计算
3） 组分输入
第22页
例5-1 简捷法精馏设计计算
4） 进料流股参数设置
第23页
例5-1 简捷法精馏设计计算
5） DSTWU模型设置
回流比的输入可随便输入一个值，该值如果小于Rmin,则系统安装2Rmin作为 回流比进行计算；如大于Rmin，就按照实际的值进行计算。如小于0，则为最 小回流比的倍数。
P-xylene
M-xylene O-xylene
100
200 100
1）计算所需的平衡级数、操作回 流比及适宜的进料位置。
2）估算塔顶馏出液及釜液组成， 并与题中给定值做比较。
第39页
第40页
灵敏度分析
• 灵敏度分析定义方法： Data/ model analysis Tools(模型分析工具 ）
SCFrac模块
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5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
模型可针对一个带有分凝器或全凝器、一股进 料和两种产品的蒸馏塔，采用Winn-Underwood -Gilliland方法进行简捷法蒸馏设计计算。
模型中假设恒定的摩尔流和恒定的相对挥发度 ，需输入轻、重关键组分的回收率。
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5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型有四组模型设定参数
（1）塔设定 ( Column specifications) （2）关键组分回收率 （3）压力 ( Pressure) （4）冷凝器设定 ( Condenser specifications)
---全凝器 ( Total condenser) ---带汽相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor distillate) ---带汽、液相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor and liquid distillate)
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5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
SCFrac (简捷法多塔蒸馏)
对每个塔段必需规定产品压力和基于进料流率
的产品流率或分率，对所有产品，除馏出物外 必须规定蒸汽与产品的比值。
计算中由于进行蒸汽计算，所以水必须被定义
为一个组分。所以水都与塔顶产品一起离开。
该模型不能处理固体，游离水计算可在冷凝器
• 冷凝器所需的冷量量为87897.2cal/sec
第26页
例5-2 简捷法精馏设计计算
例2 设计一精馏塔。泡点 进料，进料组成、塔顶 产品要求见表。操作压 力为4.4atm。要求塔顶 采用全凝器，回流比为 1.8。热力学计算采用物 性方法PENG-ROB。采 用DSTWU模块设计满 足上述分离要求的精馏 塔。
第8页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型有四组模型设定参数
（1）塔设定 ( Column specifications)
--塔板数 ( Number of stages)
--回流比 ( Reflux ratio)
>0, 实际回流比； <-1, 绝对值=实际回流比/最小回流比
C2
C3
370
240
n-C4
n-C5
25
5
第37页
简捷法精馏设计计算---习题
习题5.1 脱乙烷塔分离结果
第38页
简捷法精馏设计计算---习题
5.2 设计一精馏塔用于分离附表所示 乙苯与二甲苯混合物。流股在205kP a下泡点进料。 设计要求塔顶出料中要求塔顶采出 中O-xylene流率不得高于1 kmol/h， 塔底出料中M-xylene流率不得高于1 kmol/h。假定操作回流比为最小回 流比的1.1倍，塔顶操作压强为170k Pa，塔压降为70kPa。 PENG-ROB 流量 / kmol/h Ethylbenze 100 ne 组分
3） 组分输入
第31页
例5-2 简捷法精馏设计计算
4）进料流股参数设置
由饱和的进料得到温度应改用0vapor fraction
第32页
例5-2 简捷法精馏设计计算
5）DSTWU模型设置
这里轻关键组分为NC4， 重关键组分为I-C5。
对于轻关键组分NC4
Recov=29.7248/30=0.9908
5 简捷法精馏塔设计计算
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5.1 塔Columns模块
塔设备是化工生产中应用最为广泛的操作设备 之一，通常在其中进行蒸馏（精馏）、吸收和 萃取单元操作。吸收和蒸馏实际都是气液相平 衡的单元操作，只是蒸馏过程的热量平衡相对 更为复杂。
对塔设备可分为三大类：简捷法计算的蒸馏塔 、严格法计算的蒸馏塔和液-液萃取塔三类。
第5页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型的连接示意图。
第6页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
采用Winn法估算最小级数，Underwood法估算最
小回流比，Gilliland法规定级数所必需的回流比或 规定回流比所必需的级数。 可确定最小回流比、最小级数或实际回流比、实际 级数。模型也估算最适宜的进料位置、冷凝器和再 沸器负荷。可生成回流比对于级数的表和曲线。
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例5-1 简捷法精馏设计计算
6 ） DSTWU结果查看
第25页
例5-1 简捷法精馏设计计算
6） DSTWU结果查看
• 最小回流比为1.23
• 实际回流比为2.22 • 最小理论板数为11.7
• 实际塔板数为18.4
• 进料板位置为第10块板
• 再沸器所需的热量为94819.4cal/sec
N-Pentane
N-Hexane
0.0019
0.0025
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例5-1 简捷法精馏设计计算
1） 流程图绘制 • 在Columns/DSTWU中ICON1
第19页
例5-1 简捷法精馏设计计算
1 ）流程图绘制
第20页
例5-1 简捷法精馏设计计算
2）全局参数设置
进入setup/specification进行全局变量（global 设置。这里
/sensitivity(灵敏度分析）
灵敏度分析对象管理器
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例5-3 灵敏度分析
例5-3 以例5-2为基础，由灵敏度分析工具，考 察回流比的变化对实际塔板数的影响。 灵敏度分析定义方法：
1）定义目标变量 2）定义自变量 3）规定表格
中完成。
第16页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
SCFrac (简捷法多塔蒸馏)
SCFrac估算：
产品组成和流率
每一段的级数
每一段的热或冷负荷
该模型不能处理固体，游离水计算可在冷凝器 中完成。
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例5-1 简捷法精馏设计计算
• 利用精馏方法对附表中进料流 股进行分离，其压强为445830 Pa， 处于饱和液体状态。规定 该分离操作的轻、重关键组分 分别为N-Butane和I-Pentane， 塔顶产品中轻、重关键组分的 回收率（recovery）分别为0.99 08和0.0112，并规定操作采用 回流比为最小回流比的1.8倍。 体系热力学性质计算采用“SR K”模型方程。 试确定：该条件下的最小回流 比、理论板数、最小理论板数 及适宜的进料位置。 组分 Propane I-Butane N-Butane I-Pentane 流量 / kmol/s 0.0006 0.0013 0.0038 0.0025
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5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型有四组模型设定参数。
（1）塔设定 ( Column specifications) （2）关键组分回收率 (Key component recoveries )
--轻关键组分在馏出物中的回收率 馏出物中的轻关键组分/进料中的轻关键组分 --重关键组分在馏出物中的回收率 馏出物中的重关键组分/进料中的重关键组分
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简捷法精馏设计计算---习题
5.1 设计一脱乙烷塔分离附表所 示物料，要求塔顶采出中丙烷流 率不得高于2 kmol/h，塔底出料 中乙烷流率不得高于2 kmol/h。 假定操作回流比为最小回流比的 2.5倍，选择(部分)冷凝器。 计 算最小回流比、所需的平衡级数 及适宜的进料位置。(进料流股温 度为305.4K，压强2500kPa) （热力学计算采用物性方法PENG-ROB） C1 组分 流量 / kmol/h 160
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5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
DSTWU(简捷法精馏设计)
DSTWU模型有四组模型设定参数。
（1）塔设定 ( Column specifications)
（2）关键组分回收率
（3）压力 ( Pressure) （4）冷凝器设定 ( Condenser specifications)
例5-2 简捷法精馏设计计算
6） DSTWU结果查看
第35页
例5-2 简捷法精馏设计计算
6） DSTWU结果查看
• 最小回流比为1.32
• 实际回流比为1.8 • 最小理论板数为12.8
• 实际塔板数为23.7
• 进料板位置为第12块板
• 再沸器所需的热量为753.31kJ/sec
• 冷凝器所需的热量为688.95kJ/sec
第2页
5.1 塔Columns模块
进行简捷蒸馏的模型有DSTWU, Distl和
SCFrac
进行严格的多级分离的模块有RadFrac,
MultiFrac, PetroFrac, RateFrac
用于液-液萃取塔的严格模型有Extract
第3页
5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块 DSTWU(简捷法精馏设计) Distl（简捷法精馏核算）
Distl（简捷法精馏核算）
Distl模型必需规定： 理论板数 回流比 塔顶产品流率 其他相关的塔设备参数等 可规定一个部分的或全部冷凝器。
Distl可估算冷凝器和再沸器的负荷。
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5.2 塔Columns模块---简捷蒸馏模块
SCFrac (简捷法多塔蒸馏)
SCFrac模型可以对具有一股进料、一股可选的 汽提蒸汽流和任何股产品的复杂塔进行简捷法 蒸馏的模拟计算，估算理论级数和每个塔段的 加热（冷却）负荷。用于模拟炼油塔（原油单 元和减压塔）。模型将有n个产品的塔分割成n1个塔段并从上而下为这些塔段编号。
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例5-2 简捷法精馏设计计算
1） 流程图绘制
第29页
例5-2 简捷法精馏设计计算
2）全局参数设置
进入setup/specification进行全局变量（global 设置。这里
•
工程单位：MET
• Run Type： Flowsheet
• 报告要求显示流股的摩尔分率。
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例5-2 简捷法精馏设计计算