基于OriginLabTalk的精馏塔理论塔板数计算

1、基于 Origin LabTalk 的精馏塔理论塔板数计算张巍青 余 静 张宜飞 赵 强 赵媛媛 化学与化工学院指导教师 : 于 涛 化学与化工学院摘 要: 开发了一种使用 Origin 软件对精馏实验数据进行图解法处理的方法， 以苯甲苯混合液实验体系为例，对实验数据进行处理，通过 LabTalk 脚本语言 绘制出梯级图，以图解法分别求解出实验所需理论塔板数和加料板位置。结果表明 该方法具有方便、快捷、准确性高的特点，并且可以有效提高学生的计算机数据处 理能力。关键词：精馏实验;精馏计算；图解法;Origin软件、八前言精馏是工业生产中一种重要的传质单元操作，利用液体混合物中各组分间挥发 度的

2、差异，以热能为媒介，实现混合物的高纯度分离，广泛应用于石油、化工、轻 工、食品、冶金等行业。因此，精馏实验也是化工原理实验中最重要的实验之一， 在计算精馏塔理论板数时，1 一般采用逐板计算法(Lewis Mathson法)或图解法(McCabe,Thiele法)。其中逐板计算法以双组分精馏的平衡线方程和操作线方程为基础，在计算过程中交替使用这两个方程求算塔内气液相组成，从而确定精馏所需理论板数。图解法的基本原理与逐板计算法完全相同，只是分别用相平衡曲线和操作线代替了逐板计算法中的相平衡方程和操作线方程，并用画直角梯形线的方法代替了繁杂的计算。图解法的优点在于简便和直观，但准确性和可靠性也相对较

3、差。而借助计算机软件辅助 进行数据与图形处理，不仅可以减少人为误差、提高效2-3 率和精确度，还可有效地锻炼学生计算机应用能力，培养其科学研究素养。 Origin 是美国 OriginLab 公司开发的一种图形可视化和数据分析软件，具有 强大的数据分析和绘图功能 4 。本文利用 Origin7.0 软件的 LabTalk 脚本语言， 开发出一种二元精馏塔理论塔板数的计算方法。1. 材料与方法1.1 Origin LabTalkOrigin 除了提供使用方便的图框、工具之外，还提供了编程语言，便于用户进 行自定义操作，这种编程语言就是 LabTalk。LabTalk是一种功能完整的编程语 言，它

4、能够实现 Origin 软件中的所有操作，其语法结构类似于 C 语言，但又不完 全相同。 LabTalk 还包含了带有功4 能选择和参数的DOS类型命令，并具有和VB相似的对象属性和方法。另外LabTalk 可以自定义对象，从而增加了灵活性，令用户在使用 Origin 时更加自 由。1.2 计算流程定义函数库、x、x、R、q 给定 xDWF拟合气液平衡数据，绘制平衡曲线 调整坐标轴范围，绘制对角线、参考线 绘制精馏操作线、 q 线、提馏操作线No if (x>x) aDYes绘制精馏段梯级线No >x) if (xbWYes绘制提馏段梯级线结果显示图 1 LabTalk 图解法计算

5、精馏塔理论板数流程图1.3 LabTalk 脚本程序/ 定义函数库void Plot_Data(string strTemplate, string strData)GraphPage graph;BOOL bOK=graph.Create(strTemplate,CREATE_VISIBLE); if(!bOK) return; GraphLayer grlay=graph.Layers(0);Curve cv(strData);int nPlot=grlay.AddPlot(cv);if(nPlot>=0)grlay.DataPlots(nPlot); grlay.Rescale()

6、;double CPx(double a1, double b1, double a2, double b2) return (b2- b1)/(a1-a2);double CPy(double a1, double b1, double a2, double b2)return (a1*b2-a2*b1)/(a1-a2);/ 参数赋值xF=cell(2,3); xD=cell(5,3); xW=cell(8,3); R=cell(11,3); q=cell(14,3);/ 绘制气液平衡曲线Plot_Data("Line","Data2_b");/ 调整

7、坐标轴范围，绘制对角线、参考线X1=0; X2=1; Y1=0; Y2=1;draw l 0,0,1,1; draw l xD,xD,xD,O; draw l xF,xF,xF,O;draw - l xW,xW,xW,O; /绘制精馏操作线、q线、提馏操作线k1=R/(R+1);b1=xD/(R+1); Draw -l 0,b1,xD,xD;kq=q/(q-1); bq= xF-kq*xF; Draw l xF,xF,O,bq; k2=(cpy(k1,b1,kq,bq)-xW)/(cpx(k1,b1,kq,bq)-xW);b2=xW*(1-k2); Draw l xW,xW,cpx(k1,b1

8、,kq,bq),cpy(k1,b1,kq,bq); / 确定 d 点横坐标，绘制参考线xd= cpx(k1,b1,kq,bq); Draw -lcpx(k1,b1,kq,bq),O,cpx(k1,b1,kq,bq),cpy(k1,b1,kq,bq); /绘制梯级线 (i 、j 分别为总理论板数、进料板层数 )xa=xD; ya=xD;for(i=1;i+)xb=Data1_b(ya);if (xa>xd)Draw - l xa,ya,xb,ya; yb=k1*xb+b1;Draw l xb,ya,xb,yb; xa=xb; ya=yb; j=i;if (xa<xd)yb=k2*xb

9、+b2; Draw - l xb,ya,xb,yb; ya=yb; else if (xa>xW)Draw - l xa,ya,xb,ya; yb=k2*xb+b2;if (xb<xW) break;Draw l xb,ya,xb,yb; xa=xb; ya=yb;/ 结果显示type-b " 理论板层数为 $(i) ，自塔顶往下第 $(j) 层为加料板 "2. 问题示例对于一常压操作的连续精馏塔，分离含苯为 0.44（摩尔分数，下同）的苯-甲苯 混合液，其气液平衡数据如表1所示，要求塔顶产品中含苯不低于 0.975，塔底产 品中含苯不高于1 0.0235，操作

10、回流比为3.5，原料液化率为1/3，试确定理论板层数和加料 板位置。将混合液气液平衡数据、回流比、进料q值以及苯在原料液、馏出液、釜残液中的摩尔分数等参数输入软件，执行LabTalk脚本程序，所绘出的梯级图如图2所示。由图可知，理论板层数为14块（包括再沸器），自塔顶往下第7层为加料板。如果采用手工 绘制，则由于在绘制曲线和折线时的不标准和不规范，得到的理论板数和加料板位 置可能会不准确。若应5 用于工业生产，会降低精馏塔的分离效率，增加精馏过程的能耗。表1苯-甲苯混合液气液平衡数据液相中苯的0 0.13 0.258 0.412 0.581 0.78 1摩尔分数x气相中苯的00.262 0.4

11、56 0.633 0.777 0.91摩尔分数y图2 LabTalk图解法计算精馏塔理论板数梯级图3. 结论(1)Origin 软件用于图解法绘制精馏实验梯级图，只需要将格式化后的数据输 入软件，经过 LabTalk 脚本语言的处理，即可得到专业的梯级图，且避免了手工在 坐标纸上绘制时所产生的误差。在此基础上，用户还可以根据自己的需要，利用 Origin 强大的作图功能，对图像进行一定的处理，使之更加美观。(2) 在绘制梯级线时，采用插值法让软件自动定位梯级线与平衡线交点坐标， 与使用6 Screen Reader 工具来手工确定梯级点的方法相比，更为精确，从而进一步 保证了所绘制梯级线的准确度。(3) 本方法可以使学生从繁杂的数据计算和手工绘图作业中解放出来，专注于 对精馏实验原理的掌握和结果的分析讨论，有利于达到更好的实验教学效果。同时 还可有效锻炼学生的计算机应用能力，提高学生的学习兴趣和效率。参考文献1陈常贵，柴诚敬，姚玉英化工原理(下册)M.天津：天津大学出版社.2004( 2 曹靓妹，李文新，许附 (多通道数据采集系统软件设计及其在测试中的应用J(工业控制计算机，2006, 19(3):29-30(3 王琳，商周，王学伟 (数据采集系统的发展与应用 J( 电测与仪